Messkonzept für effiziente Gemüsekühlhäuser – von der Theorie bis zum Feldtest

Seit September mache ich im Rahmen des Studiengangs Regenerative Energiesysteme an der HAW Hamburg mein Praxissemester bei der EnMaS und beschäftige mich die meiste Zeit mit dem Messkonzept für effiziente Obst- und Gemüsekühlhäuser, das mir im Vorfeld von Oliver Schulz als Thema sowohl für das Praktikum als auch für die Bachelorarbeit vorgeschlagen wurde.

In diesem Messkonzept geht es darum, Kühlhäuser im Obst- und Gemüsebau auf ihre Effizienz zu prüfen, indem die theoretische Kühllast aus verschiedenen Messwerten berechnet wird und mit dem tatsächlichen elektrischen Energieverbrauch der Kälteanlage verglichen.

Wärmeeinträge eines Kühlhauses

Kleiner Exkurs: Die Kühllast eines Obst- oder Gemüsekühlhauses setzt sich aus verschiedenen Wärmeeinträgen zusammen. Den größten Anteil von bis zu 75% nimmt die Produktlast in Anspruch, die aus Produktwechsel und Atmungswärme des Kühlgutes besteht, welche von der Art des Kühlgutes und der Lagertemperatur abhängen. Der ansonsten wichtige Anteil der „inneren Last“, verursacht z.B. durch Personen, Beleuchtung und Gabelstapler, fällt in den Langzeitlagern der Obst- und Gemüsebauern typischerweise klein aus, da die Lager über Monate nicht begangen werden. Folglich stellt auch die Kühllast durch Türöffnungen in diesem Anwendungsfall eher einen kleinen Anteil der Gesamtlast dar, etwas Luftaustausch findet aber trotzdem statt durch die sogenannten CO2-Lüfter, die für ausreichend Sauerstoff im Kühlhaus sorgen. Die zweitwichtigste Position hat somit die Transmissionslast, sprich die Wärme, die bei Temperaturunterschieden zwischen drinnen und draußen zwangsläufig durch die Außenflächen geleitet wird, die aber durch gute Dämmung kleingehalten werden kann. Sie nimmt bis zu 15% der Gesamtlast an. Der letzte, mit bis zu 10% auch nicht zu vernachlässigende Teil wird durch die Kälteanlage selbst verursacht, etwa durch die Ventilatoren am Verdampfer und die Abtauheizung. [1]

Um die theoretische Kühllast zu berechnen, müssen also dauerhaft verschiedene Messungen mittels Sensoren vorgenommen werden. So werden Temperatur und Luftfeuchte drinnen und draußen benötigt, um die Enthalpie der Außen- und Innenluft für den Wärmestrom durch Luftaustausch berechnen zu können, die Temperaturen außerdem noch für die Wärmeeinträge durch Transmission und Produktwechsel. Für die Verluste durch offene Türen müssen Türsensoren den Zustand aller Türen und Tore überwachen. Um die genauen Laufzeiten der Ventilatoren und der Abtauheizung zu wissen, müssen Stromsensoren im Schaltschrank platziert werden. Mit Laufzeiten, Nennleistung und Wirkungsgrad der Geräte kann ihr Wärmeeintrag berechnet werden. Zuguterletzt muss natürlich auch der elektrische Gesamtenergieverbrauch der Anlage gemessen werden, um die Leistungszahl, sprich das Verhältnis von abgegebener thermischer zu aufgenommener elektrischer Energie ermitteln zu können und als Zusatznutzen dem Betreiber die genauen Kosten der Kühlung aufzeigen zu können.

So weit die Theorie.

[1] Kälte Klima Aktuell, https://www.kka-online.info/artikel/kka_Der_Kuehlraum_3__1773761.html

Einrichtung der Messgeräte

Nachdem alle nötigen Geräte bestellt, eingerichtet und im Büro ausgiebig getestet wurden, kam am 01.12.2021 der Tag der Wahrheit. Um halb 8 am Morgen machten Oliver Schulz und ich uns auf den Weg von Hamburg ins 120 km entfernte Süderdeich in Schleswig-Holstein, um das Messkonzept auch in der Praxis in einem Gemüsekühlhaus von „Pegels Kühl & Frisch“ auf den Prüfstand zu stellen. Dazu haben wir uns Hilfe vom Kältebauer „Fieles Dithmarscher Kältetechnik“ geholt, der alle Kälteanlagen auf dem Hof nahe der Nordseeküste installiert hat und für uns den Überblick über alle Eigenschaften und Komponenten der Anlage hatte, insbesondere den Schaltschrank.

Thies Oelrichs und ich bei der Sensoreninstallation am Schaltschrank

Türsensor
Temperatur- und Luftfeuchtesensor

Zu Beginn musste erst einmal das richtige Kühlhaus von den sieben vorhandenen ermittelt werden. Die Wahl fiel auf das einzige ältere, noch nicht optimierte, das sich keine Kälteanlage mit einem anderen Kühlhaus teilt, da wir schließlich sonst das doppelte Messequipment benötigt hätten. Dieses war mit einer Kapazität von 650 Tonnen Kohl auch ein (für uns erstaunlich) großes Exemplar. Die Einlagerung lag bereits fünf Wochen zurück und der Kohl war längst auf die gezielte Temperatur von 0,4 bis 0,8 Grad Celsius gekühlt. Der einzige Wärmeeintrag durch Produktwechsel der gesamten Lagerperiode fiel also leider weg, in den nächsten Wochen und Monaten wird lediglich der konstante Betrieb überwacht bis im Frühjahr nach und nach ausgelagert wird. Der genaue Auslagerungszeitpunkt ließ sich nicht sagen, könnte aber etwa im April liegen.

Die Temperatursensoren waren schnell platziert, die Stromsensoren und das Energiemessgerät dank fachmännischer Begleitung vom Kältebauer auch. Einzig der Türsensor verlangte besondere Zuwendung, da der feste Magnet mit wenig Spielraum so platziert werden muss, dass er den beweglichen Magneten im geschlossenen Zustand erkennt und beim Öffnen der Tür nicht abgerissen wird. Um keine dämmenden Industriepaneele anbohren zu müssen und so Wärmebrücken zu erstellen, blieb also für das Sensorgehäuse nur die Montage an der Außenwand und für die beiden Magneten das Ankleben an der Schiebetür und eng dahinter. Positiv für die ausbleibenden Türöffnungsverluste aber nach einiger Zeit schmerzhaft für die Hände waren dabei die Außentemperaturen um 0 Grad.

Letztendlich wurden über Ethernet noch einige Einstellungen am Gateway vorgenommen und die korrekte Übertragung aller Messdaten überprüft. Zur Einsparung von mobilen Daten werden die Messdaten schon auf dem Gateway verarbeitet und nur bei signifikanten Änderungen an die Datenbank gesendet. Bei jeder solchen Änderung wird außerdem ein Programm zur Berechnung der Kühllast ausgeführt, das ebenfalls in die Datenbank schreibt. Alle interessanten Werte lassen sich dann auf der neuen eigens dafür eingerichteten Website monitoring.enspecter.de von uns und vom Anlagenbetreiber einsehen. Ein- und Auslagerungen von Kühlgut können dort ebenfalls bequem hinterlegt werden, die ja auch eine wesentliche Bedeutung für die Kühllast haben.

Nachdem eins zum anderen kam und natürlich einiges anders lief als geplant, war gegen 16 Uhr schließlich alles installiert und Herr Pegels in die Grundlagen der Technik eingewiesen, sodass wir nur noch die Daumen drücken und uns wieder auf den Heimweg machen konnten.

Gemüsekühlhaus von „Pegels Kühl & Frisch“
Messdaten des Kühlhauses in ENSPECTER

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht.