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August 2019

Öko-Design-Richtlinie

Ich habe gehört, dass ab 1. Juli 2018 nach der Ökodesign-Richtlinie strengere Grenzwerte für die Jahresarbeitszahl von Verflüssigungssätzen gelten. Wie hoch sind diese Werte für Tiefkühlung und wie kann man diese Jahresarbeitszahl berechnen?


Die Verordnung (EU) 2015/1095 [1] gibt in Anhang V Grenzwerte für die Mindestenergieeffizienz von Verflüssigungssätzen vor, die ab 1. Juli 2018 gelten.

Das heißt, seit dem 1. Juli 2018 dürfen nur noch Geräte in der EU verkauft werden, die die in der Ver­ordnung definierten Mindesteffizienzanforderungen erfüllen. Dabei sind neben den Herstellern auch die Unternehmen verantwortlich, die Geräte importieren und in den Verkehr bringen.

Die Tabelle 1 zeigt die Mindestenergieeffizienz für die Tiefkühlung, welche in der Verordnung mit „niedriger Betriebstemperatur“ bezeichnet wird.

Bei der Berechnung oder Messung der Leistungszahl ist bei Tiefkühlung eine Verdampfungs­tempera­tur von -35 °C und eine Verflüssigungstemperatur von 32 °C vorgeschrieben.

Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, dass bei Tiefkühlung bis zu einer Kälteleistung von 2 kW die Deklaration der Mindestenergieeffizienz nach der Leistungszahl (COP) für den Referenzpunkt 32 °C Außentempe­ratur erfolgt. Bei einer höheren Kälteleistung wird die Jahresarbeitszahl (JAZ), bezogen auf ein ent­sprechendes Last- und Außentemperaturprofil, angegeben.

Tabelle 1             Anforderungen an die Mindestenergieeffizienz ab 1. Juli 2018 bei Tiefkühlung [1]

Nennkälteleistung

Anwendbares Verhältnis

Wert

0,1 kW bis 0,4 kW

Leistungszahl

0,80

0,4 kW bis 2 kW

Leistungszahl

0,95

2 kW bis 8 kW

Jahresarbeitszahl

1,60

8 kW bis 20 kW

Jahresarbeitszahl

1,70

Die Verordnung gilt auch für Verflüssigungssätze mit dem Kältemittel CO2, die Anforderungen an die Leistungszahl und die Jahresarbeitszahl sind in diesem Fall jedoch geringer. Im Anhang V steht dazu unter Punkt 1.c: „Sollen Verflüssigungssätze mit einem Kältemittel-Fluid befüllt werden, dessen Treibhauspotenzial weniger als 150 beträgt, so dürfen die Werte für die Leistungszahl und die Jahres­arbeitszahl um höchstens 10 % niedriger als die in Tabelle 1.b angegeben Werte sein.“

Die Verordnung definiert die Jahresarbeitszahl wie folgt:

                                    (1)

Wie man diese Jahresarbeitszahl berechnet, ist in der Verordnung nicht aufgeführt. Dies ist im VDMA-Einheitsblatt 24247-2 [2] beschrieben, wo statt des Begriffes ‚Jahresarbeitszahl‘ die ‚Saisonale Energieeffizienzkennzahl‘ SEER verwendet wird. Diese ist wie folgt definiert:

 

In [1] und in [2] wird von 4 Betriebspunkte A-D ausgegangen.

Für den Gesamtkühlbedarf für ein Jahr gilt nach [2] die Gleichung

                                                    (2)

 

mit folgenden Größen:

        Kälteleistung bei Volllast

    Stunden eines Jahres

           Teillastverhältnis, z.B.  für 80 % der Volllast

          Anteil an Jahresstunden, z.B. = 0,5 für 50 % des Jahres

Für die Berechnung der Jahresarbeitszahl legt die Verordnung [1] die in Tabelle 2 aufgeführten 4 Be­triebspunkte fest. Die in Tabelle 2 aufgeführten Stunden und Anteile musste der Autor erst aus dem in der Verordnung enthaltenen Außentemperaturprofil ermitteln (Anzahl Stunden eines Jahres für jede Außentemperatur in 1 Kelvin–Schritten). Wie das zu erfolgen hat, ist in der VDMA 24247-2, An­hang C beschrieben. Dabei wählt man in der Mitte zwischen zwei Betriebspunkten die Grenze für die Ermittlung der Stunden eines Jahres. So wäre die Mitte zwischen den Betriebspunkten 5 und 15 °C die Temperatur 10 °C. Man ordnet dann die Stunden der Außentemperaturen von -19 °C bis 9 °C dem Betriebspunkt 5 °C zu. Die Stunden der Außentemperaturen von 10 °C bis 19 °C werden dann dem Betriebspunkt 15 °C zugeordnet.

Das Teillastverhältnis ist gemäß der Beschreibung in der Verordnung [1] im Anhang I unter Punkt 20 zu berechnen. Die folgende Gleichung zeigt diesen Zusammenhang.

                                                                      (3)

Mit den Größen:

         Die zu jedem Betriebspunkt zugehörige Außentemperatur.

  Bezugstemperatur 32 °C

Anhand der Spalte „Anteile an den Jahresstunden“ in Tabelle 2 wird deutlich, dass es bei Kälteanla­gen besonders darauf ankommt, dass die Energieeffizienz in den Punkten mit der Außentemperatur 15 °C und 5 °C sehr hoch ist. In der Praxis gilt dieser Zusammenhang nur, wenn die Kälteanlage ganz­jährig läuft und auch bei tiefen Außentemperaturen das Teillastverhältnis hoch ist. Dies ist bei Tief­kühlung in der Regel gegeben.

Tabelle 2             Betriebspunkte und zugehörige Daten aus dem Außentemperaturprofil

Punkt

Teillast-

Verhältnis

Tiefkühlung

Li

Außen-tem­peratur in °C

Außentemperatur- bereich für Ermitt­lung der Stunden pro Jahr

Stunden pro Jahr

Anteil an Jahres­stunden

wi

A

1

32

29 bis 38 °C

122,65

0,014

B

0,948

25

20 bis 28 °C

1165,3

0,133

C

0,874

15

10 bis 19 °C

3525,22

0,4024

D

0,8

5

-19 bis 9 °C

3946,82

0,4506

Summe

 

 

 

8760

1,0

Die in [1] genannte Jahresarbeitszahl JAZ ist genauso wie die ‚Saisonale Energieeffizienzkennzahl‘ SEER aus [2] mit folgender Gleichung zu berechnen:

Der Berechnungsgang nach Gleichung 4 kann dabei sehr übersichtlich in einer Tabelle dargestellt werden. Die Tabelle 3 zeigt ein Beispiel für eine Anlage mit einer Nennkälteleistung von 12 kW.

Tabelle 3             Darstellung der Berechnung des SEER-Wertes bzw. der JAZ

i

Li

wi

wi∙Li

COPi

wi∙Li/COPi

A

1

0,014

0,0140

1,5

0,0093

B

0,948

0,133

0,1261

1,6

0,0788

C

0,874

0,4024

0,3517

1,7

0,2069

D

0,8

0,4506

0,3605

1,8

0,2003

Summe

 

1

0,8523

 

0,4953

 

Der SEER-Wert bzw. die Jahresarbeitszahl ergibt sich zu

Diese beispielhafte Kälteanlage würde den Grenzwert für die Jahresarbeitszahl von 1,70 laut Tabelle 1 einhalten.

 

Literatur:

[1]           Verordnung (EU) 2015/1095 Festlegung von Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung von gewerblichen Kühllagerschränken, Schnellkühlern/-frostern, Verflüssigungssätzen und Prozesskühlern, download unter: eur-lex.europa.eu/legal-con­tent/DE/TXT/PDF/

[2]           VDMA 24247-2, VDMA-Einheitsblatt Entwurf, Februar 2016, Energieeffizienz von Kälteanlagen, Teil 2: Anforderungen an das Anlagenkonzept und die Komponenten, download unter: www.vdma.org/v2viewer/-/v2article/render/22968092