TGA Energietechnik

TGA Ausgabe 12-2008
Lutz Richter und Mathias Safarik zum AKM-Markt

„BHKW und Absorptionskälte sind aufeinander angewiesen“

Abb. 1
Von AGO in Zusammenarbeit mit dem ILK Dresden entwickelte Ammoniak/Wasser-Absorptionskältemaschine „ago congelo“ für tiefe Temperaturen.

In den letzten Jahren wurden in Europa eine ganze Reihe neuer Absorptionskältemaschinen im kleinen Leistungs­bereich entwickelt. Typisch für die neue Gerätegeneration sind niedrige Austreibertemperaturen und eine möglichst große Temperaturspreizung zwischen Heizungsvor- und Heizungsrücklauf. Einsatzgebiete sind in erster Linie die solare Kühlung, die Kopplung mit Mini- und Mikro-BHKW sowie die Kälteerzeugung mittels Fern- bzw. Abwärme. Maßgeblich beteiligt an den Neuentwicklungen ist das Institut für Luft- und Kältetechnik (ILK) in Dresden. Wie sich der Markt für Absorptionskälteanlagen aktuell darstellt und mit welchen Herausforderungen die Branche kämpft, erörtern Lutz Richter und Dr. Mathias Safarik vom ILK in einem Interview mit Wolfgang Schmid, freier Fachjournalist für Technische Gebäudeausrüstung, München.

Schmid: Wie wird sich Ihrer Meinung nach der Markt für die Absorptionskälte in Deutschland entwickeln?

Safarik: Der Markt entwickelt sich zweigeteilt: Triebkraft ist einerseits der Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung, der einen positiven Effekt auf den Absatz von Absorptionskältemaschinen (AKM) bewirkt. Andererseits beginnt sich ein Markt für solare Kühlung zu etablieren, nicht sofort und auch nicht unbedingt in Deutschland, aber zumindest gehen davon positive Impulse auf die Entwicklung von Absorptionskältemaschinen aus.

Schmid: Zurzeit spricht man fast ausschließlich über die Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung, also die Kälteerzeugung durch BHKW-Abwärme. Wie schätzen Sie die Marktchancen von direktgefeuerten Absorptionskälte­maschinen ein oder von solchen mit Dampf- beziehungsweise Heißwasserantrieb? Spielen diese Bauarten am Markt noch eine Rolle?

Richter: Direktgefeuerte AKM haben immer dort ihre Berechtigung, wo die Stromversorgung nicht ausreichend oder starken Lastschwankungen unterworfen ist. Ich sehe die Zukunft der AKM – zumindest in Deutschland – künftig eher in Energieverbundsystemen, im Bereich der Biogasnutzung, in Wärmepumpenanlagen oder in der Lebensmittelindustrie, wo oft auch Temperaturen unter 0 °C verlangt werden.

Schmid: Liegen Ihnen konkrete Zahlen über die Marktentwicklung vor?

Richter: Im Jahr 2000 hatten die Absorptionskältemaschinen etwa einen Anteil von 1,5 % an der installierten Kälteleistung in Deutschland. Ich schätze, dass wir heute bei einem Anteil von etwa 2 % liegen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass viele AKM mittlerer und großer Leistung in der Industrie bzw. als Grundlastmaschinen installiert sind. Durch die vielen Vollbenutzungsstunden kann der Anteil der AKM an der erzeugten Kälteenergie durchaus größer sein, als es die installierte Leistung vermuten lässt.

Schmid: Und welche Perspektive sehen Sie für die AKM-Branche?

Safarik: Die AKM-Akteure wollen natürlich ihren Marktanteil vergrößern, aber das ist von vielen Randbedingungen abhängig. Ich bin optimistisch und sehe einen Anteil von etwa 5 %, bezogen auf die installierte Kälteleistung, als durchaus realistisch. Wir wollen zwar den Energieverbrauch im Zuge von Klimaschutzprogrammen reduzieren, doch der Bedarf an Kälte für Klimatisierung wird weiter steigen.

» Die Zukunft der AKM in Deutschland liegt künftig in Energieverbundsystemen, bei der Biogasnutzung, in Wärmepumpenanlagen und in der Lebensmittelindustrie.«

Richter: Richtig, wir wollen Primärenergie einsparen, brauchen aber künftig trotzdem mehr Kälteenergie. Im Grunde genommen ist das die Chance für die Absorptionskälte: Mithilfe der AKM lassen sich vorhandene Energiepotenziale besser nutzen, zum Beispiel durch die Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung oder die solare Kühlung. Ich kann mir vorstellen, dass wir einen Teil des Mehrbedarfs an Energie für Kälte durch Energieverbundlösungen und Solarwärmenutzung mit Absorptionskälte abfedern können, damit der zusätzliche Kältebedarf nicht zu einem zusätzlichen Primärenergiebedarf führt.

Schmid: Die Rahmenbedingungen für die Absorptionskälte haben sich ja gravierend verbessert. Wir haben neue Energiegesetze, die Gebäudeeffizienz-richtlinie und Förderprogramme zur Senkung des CO2-Ausstoßes. Das KWK-Gesetz und das Erneuerbare-Energien-Gesetz müssten eigentlich positiv auf den Absatz von AKM wirken. Wie gewichten Sie diese Einflüsse?

Safarik: Ich kann mir vorstellen, dass sich das wachsende Angebot an Biogas für KWK-Anlagen und damit auch für die AKM-Anwendung positiv auswirken wird, schon wegen der Boni für die Wärmenutzung im Erneuerbare-Energien-Gesetz.

Auch vom KWK-Gesetz sind positive Impulse für die Absorptionskälte zu erwarten, obwohl die Kälteerzeugung mittels Abwärme im Gesetzestext nicht explizit erwähnt ist. Die thermische Kälteerzeugung aus BHKW-Abwärme ist ein wichtiger Aspekt, um die Jahresbetriebsstundenzahl von BHKW zu erhöhen und gleichzeitig die entstehende Wärme sinnvoll zu nutzen. Über die gesetzlichen Vorgaben von Mindestwerten für den Gesamtnutzungsgrad kommt somit die Absorptionskälte mit ins Spiel.

Richter: Im Grunde geht es darum, den Kopplungsfaktor und damit den Nutzungsgrad von KWK-Anlagen durch die Erzeugung von Kälte aus Motorabgas bzw. Motorwärme zu erhöhen.

Schmid: AKM heutiger Bauart sind relativ schlechte Energie­verwerter. Mit welchen Verbesserungen kann der Anwender in nächster Zeit rechnen?

Safarik: Bei den indirekt beheizten Niedertemperatur-AKM fällt meine Bewertung durchaus positiv aus. Daher sehe ich im Moment bei der Absorptionskältemaschine als Produkt wenig Spielraum für Effizienzverbesserungen. Die beiden Kältemittel Lithiumbromid/Wasser und Ammoniak/Wasser werden auch weiterhin in ihren jeweiligen Anwendungen die maßgebliche Rolle spielen. Wir sehen allerdings noch Potenzial für Effizienzsteigerung bei der Anpassung der Maschinen an die spezifischen Anwendungsbedingungen, beispielsweise an das Temperaturniveau von BHKW, von Solarsystemen oder von Fernwärmeanlagen. Leider sind die meisten AKM auf eine kleine ­Temperaturspreizung ausgelegt. Was wir brauchen, sind Maschinen mit einer großen Tempe­raturspreizung.

Richter: Effizienzverbesserungen sind aber auch durch andere Stufigkeiten möglich, z.B. bei der Kopplung einer AKM mit einem Brennstoffzellen-Aggregat. Durch die Überlagerung eines Double- und eines Single-Effekt-Kreislaufes kann man die AKM an das Temperaturniveau der Brennstoffzelle oder einer anderen Wärmequelle besser anpassen. Damit lässt sich ein Wärmeverhältnis von 1,15 und höher erreichen. Hier besteht natürlich noch Entwicklungsbedarf, insbesondere wegen der Korrosion in solchen Systemen.

Schmid: Gibt es Einsatzgebiete für die AKM, die noch gar nicht richtig erschlossen sind?

Safarik: Beim Kältemittelstoffpaar Ammoniak/Wasser sehe ich bislang noch kaum erschlossene Einsatzgebiete, beispielsweise in der Landwirtschaft oder in der Lebensmittelkühlung, also in Bereichen, wo tiefere Kühltemperaturen gefragt sind. Wirtschaftlich interessant ist beispielsweise ein mit Biogas betriebenes BHKW in Verbindung mit einer NH3/Wasser-Absorptionskältemaschine zur Kühlung eines Obst- oder Gemüselagers oder anderer landwirtschaftlicher Erzeugnisse. Darüber hinaus gibt es sicher eine Reihe weiterer Anwendungen, die noch erschlossen werden können. Oft kennen potenzielle Nutzer die bestehenden Möglichkeiten überhaupt noch nicht.

Schmid: Trotz verbesserter gesetzlicher ­Rahmenbedingungen, wachsendem Produkt­angebot sowie Erkenntnissen über die ­Effizienzverbesserungen im Systemverbund bewegt sich der Markt nur sehr zäh. Wo liegen die Markthemmnisse? Ist es das noch etwas begrenzte Angebot an AKM oder gibt es Know-how-Defizite bei den Planern? Sind die monetären Vorzüge der Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung beim Nutzer womöglich noch gar nicht bekannt?

Safarik: Da ist bestimmt von jedem etwas ­dabei, warum sich der Markt so zaghaft verhält. Es fängt damit an, dass die deutschen Hersteller bisher nur auf kleine Stückzahlen kommen, wir es also quasi mit Einzelanfertigungen zu tun haben. Dadurch sind natürlich die Kostenreduktions­potenziale bei weitem noch nicht ausgeschöpft. Die Anlagen sind also gegenüber Kompressionskältemaschinen vergleichsweise teuer. Hinzu kommt der hohe Anteil an Stahl und Kupfer und deren Einfluss auf die Preisgestaltung dieser ­Maschinen.

Richter: Eine Absorptionskälteanlage zu planen, zu bauen und zu warten, erfordert natürlich einen anderen Denkansatz im Vergleich zu konventionellen Kälteanlagen. Hier fehlt es sicherlich noch an ausreichenden Erfahrungen in den Bereichen Planung, Ausführung und Wartung. Ein Teil der Probleme mit AKM rührt sicher auch daher, dass auf der Heizungsseite mit einer zu geringen Temperaturspreizung gearbeitet wird. BHKW und Fernwärmesysteme fordern nun einmal eine größere Spreizung. Darauf müssten sich allerdings auch die AKM-Hersteller einstellen. Die Hydraulik kann nicht alles richten.

Schmid: Die Hydraulik von Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungsanlagen scheint eine Art Achillesferse zu sein?

Richter: Richtig ist, dass die Hydraulik nicht immer so geplant, ausgeführt und einreguliert wird, wie es notwendig wäre. Oft wird gesagt, die Maschine funktioniert nicht richtig, dabei stimmt es mit der Hydraulik nicht. Stark von den Vorgaben abweichende Volumenströme oder Temperaturen der externen Medien führen zu Leistungseinbußen oder zum Absinken des Wärmeverhältnisses.

Safarik: Wir kommen nicht umhin, dass Planer und AKM-Anbieter künftig stärker zusammenarbeiten, um die typischen Schwachstellen in der Hydraulik von vornherein zu vermeiden.

» Ich bin optimistisch und sehe einen Anteil von etwa 5 %, bezogen auf die installierte Kälteleistung, als durchaus realistisch für die Absorptionskälte.«

Schmid: Entspricht denn die Wirtschaft-lichkeit einer AKM dem Erwartungshorizont potenzieller Nutzer?

Safarik: Meist sind die Erwartungen zu hoch. Die höheren Investitionskosten lassen sich in den wenigsten Fällen kurzfristig wieder ein­spielen. Das hängt oft auch damit zusammen, dass Absorptionskälteanlagen für reine Klima­anlagen mit ihren 500 bis 2000 Volllaststunden pro Jahr nicht genügend ausgelastet sind. In solchen Fällen muss man mit vergleichs-weise langen Amortisationszeiten rechnen. Es gibt aber eben auch zahlreiche gute Beispiele. Den größten Einfluss haben das Verhältnis von Wärme- und Strompreis sowie die Vollbenutzungsstunden.

Schmid: Spielt die günstigere CO2-Bilanz einer Energieverbundlösung mit AKM bei den Überlegungen von Investoren eine Rolle?

Richter: Ich denke, die CO2-Bilanz spielt bei Investitionsentscheidungen in diesem Bereich nur eine untergeordnete Rolle. Solange es für CO2-sparende Kälteanlagen keine monetären Anreize gibt, wird das auch so bleiben.

Schmid: Die Absorptionskältemaschine scheint in der technischen Gebäudeaus­rüstung wenig Fürsprecher zu haben. Kann es womöglich auch damit zusammenhängen, dass die Gewerkezuordnung nicht ganz ­eindeutig ist. Der thermische Antrieb spricht eher für die Zugehörigkeit zum Heizungs­handwerk, Kälteverteilnetz und Rückkühlung dagegen eher für den Kälteanlagenbauer. In welchem Gewerk sollte die AKM im Idealfall angesiedelt sein?

» Leider sind die meisten AKM auf eine kleine Temperaturspreizung ausgelegt. Wir brauchen aber Maschinen mit einer großen Temperaturspreizung.«

Safarik: Das ist eine ganz schwierige Frage, gerade auch im Zusammenhang mit der Markteinführung der solaren Kühlung. Die thermische Solartechnik ist ein angestammtes Gebiet der Heizungsbranche. Genau genommen ist die solare Kühlung aber Kältetechnologie, es wird ja kaltes Wasser produziert. Die Probleme fangen damit an, dass die Kaltwasserleitungen diffusionsdicht gedämmt werden müssen. Damit sind viele Heizungsbauer bereits überfordert. Die klassischen Kältefirmen tun sich wiederum mit der solaren Einbindung der Absorptionskälteanlage schwer. Eigentlich will die Mehrheit der Kältefirmen von der AKM nichts wissen, von Ausnahmen einmal abgesehen. Das ist wirklich ein schwieriges Thema. In der Regel finden die Heizungsfachfirmen über den Planer den Zugang zur Absorptionskälte.

» Die Kostenreduktionspotenziale sind bei weitem noch nicht ausgeschöpft. Problematisch sind der hohe Werkstoffbedarf und geringe Stückzahlen.«

Schmid: Brauchen wir rund um die AKM mehr Systemanbieter, um die offensichtlichen Probleme bei der Installation zu reduzieren?

Richter: Im kleinen Leistungsbereich ist das sinnvoll, bei größeren Leistungen ist das eine ­Aufgabe für den TGA-Planer, denn die Anlagen müssen individuell zugeschnitten werden. Wir stellen allerdings fest, dass vermehrt schlüssel­fertige Lösungen angeboten werden, zum Beispiel von Firmen wie Schüco, Solarnext oder Solution im Bereich der solaren Kühlung beziehungsweise von EAW, Buderus, Caverion, AGO und anderen im Bereich der Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung. Wir kommen aber nicht umhin, das Thema Absorp­tionskälte auch in der Ausbildung stärker zu ­gewichten. Das gilt für Ingenieure und Techniker genau so wie für Facharbeiter. Wichtig ist, die ­Absorptionskältemaschine ganzheitlich zu betrachten, also die Wärmequelle, die Kälteanlage und die Hydraulik.

Schmid: Welche Energiekonzepte mit AKM ­haben Ihrer Meinung nach Zukunft?

Safarik: Über die geringe Anzahl der Vollbenutzungsstunden von Klimaanlagen haben wir ja bereits gesprochen. Ich sehe eher Chancen in Anwendungsbereichen mit mehr Volllaststunden pro Jahr, beispielsweise mit einer Kaskadenlösung in Kombination mit einer Kompres­sionskälteanlage für ein Kühllager. Dort könnte man den Strom über BHKW erzeugen und mit der Niedertemperaturabwärme eine AKM betreiben, die das Temperaturniveau der Kondensation im Kompressionsteil deutlich verringert. Mit einer solchen Schaltung lässt sich etwa die Hälfte des ansonsten notwendigen Elektroenergieverbrauchs einsparen. Je tiefer ich die Rückkühltemperatur in der Kaskade ansetze, desto höher ist die Effizienz des Kompressionskältekreises.

Da diese Anlagen oft 8600 Stunden im Jahr in Betrieb sind, lohnen sich solche Überlegungen in der Kühllogistik durchaus. Ein großes Marktsegment für die Zukunft sehe ich in der Skalierung der AKM hin zu 5 bis 10 kW Kälteleistung in Kombination mit thermischen Solaranlagen. Aus ILK-Sicht lassen sich solche Entwicklungen auch kurzfristig umsetzen. Langfristig halte ich auch die Kombination von AKM und Brennstoffzelle als Unit-Lösung für realistisch. Es ist durchaus denkbar, diese Units so zu konzipieren, dass quasi auf Knopfdruck Strom, Wärme oder Kälte zur Verfügung steht.

Schmid: Wo müsste die AKM-Branche ­ansetzen, um ihre Komponenten und Systeme besser am Markt zu positionieren?

Richter: Die Effizienz der Absorptionskälteanlagen hat sich in den letzten Jahren wesentlich verbessert. Dies sollte auch der Gesetzgeber durch entsprechende Marktanreizprogramme honorieren. Durch die wissenschaftliche Förderung ist in Deutschland einiges in Bewegung gekommen, das jetzt reif für die Markteinführung ist.

Künftig geht es darum, die investive Förderung der AKM in Gang zu setzen und die Möglichkeiten der Verbesserung der Energieeffizienz und der CO2-Einsparung auch in die einschlägigen Gesetze, Verordnungen und Marktanreizprogramme einfließen zu lassen. Wichtig ist, dass die AKM-Branche zu höheren Stückzahlen kommt und damit wirtschaftlicher produzieren kann. Aus meiner Sicht braucht die AKM einen weiteren Anschub durch entsprechende Marktanreizprogramme.

» Die meisten Kältefirmen wollen von der AKM nichts wissen. Heizungsfirmen finden in der Regel über den TGA-Planer den Zugang zur Absorptionskälte.«

Schmid: Fehlt der AKM-Branche eine Lobby?

Richter: Das kann man durchaus so sehen. Die Branche ist wohl noch zu klein, als dass man ihr in Berlin Gehör schenkt. Inzwischen sind die AKM-Akteure aber so zahlreich, dass man durchaus über eine Interessengemeinschaft nachdenken sollte. Ein Vorbild ist die BHKW-Branche, die sich gut organisiert hat. Für wichtig halte ich, dass wir bei der Diskussion und Förderung der Kraft-Wärme-Kopplung künftig auch die Kälte mit ins Spiel bringen. Irgendwie sind ja die BHKW und die AKM aufeinander angewiesen, wenn man das Thema Wirtschaftlichkeit, Energieeffizienz, CO2-Einsparung und Nachhaltigkeit ernst nimmt.

Schmid: Vielen Dank für das Gespräch.

Inhaltsübersicht

  1. Teil: „BHKW und Absorptionskälte sind aufeinander angewiesen“
  2. Teil: Mathias Safarik
  3. Teil: Lutz Richter
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