Hydraulische Weichen PCM in Kälte- und Klimaanlagen

PCM in Kälte- und Klimaanlagen

Gemeinsam mit unserem Partner Frigoteam erstellen wir hydraulische Weichen mit dem innovativen Latentwärmespeicher auf Basis der Axiotherm HeatSels mit Speicherkapazitäten von 25 kWh bis 500 kWh.

Durch den Einsatz von umweltfreundlichen natürlichen Kältemitteln R 290 Propan und R 717 Ammoniak verändern sich die Anlagenkonzepte von Kälte- und Klimaanlagen erheblich. Aufgrund der besonderen Eigenschaften dieser Kältemittel wird der Kältetransport zu den einzelnen Verbrauchern über ein indirektes Wasser- oder Kaltsolesystem durchgeführt. In den Rohrleitungen zirkuliert in der Regel ein Wasser-Frostschutz-Gemisch und nicht wie bei „klassischen“ Kälteanlagen das Kältemittel direkt. Die Trennung der konstanten Volumenströme, die am Kälteerzeuger benötigt werden, von den variablen Volumenströmen auf der Verbraucherseite erfolgt am besten mit einer hydraulischen Weiche, welche ohne großen Aufwand mit HeatSels zu einem Latentwärmespeicher erweitert werden kann. So können in dem Kaltsolesystem große Mengen „Kälte“ auf kleinstem Raum gespeichert werden. Der Kältespeicher löst das Problem von Lastspitzen oder Phasen sehr hohen Energiebedarfs bei gleichzeitiger Verringerung der notwendigen Kältemaschinenleistung durch Verlagerung der Kälteerzeugung in Zeiten geringerer Leistungsanforderungen.

Ein wesentlicher Vorteil des Anlagenkonzepts ist, dass sich auf der warmen Seite Heiztemperaturen von bis zu 70 °C auskoppeln lassen ohne die Leistung der Kälteanlage zu beeinflussen, wofür ebenfalls kompakte Latentwärmespeicher bis 500 kWh auf Basis der HeatSels angeboten werden.

Ein Ergebnis der erfolgreichen Partnerschaft von Axiotherm und Fridoteam ist die jüngste Auszeichnung des Projekts „Versorgungssicherheit und Notfallbetrieb in Rechenzentren durch Einbindung von PCM-Kältespeicher“ mit dem Deutschen Rechenzentrumspreis 2018.

Projektbeschreibung

Die Kälteversorgung eines Rechenzentrums erfolgt durch ein Flüssigkeitskühler (mit dem natürlichen Kältemittel Propan). In das System kann ein thermischer Energiespeicher in Form eines PCM-Latentkältespeichers integriert werden, um die Kälteversorung auch bei Stromausfall zu gewährleisten. Das Notstromaggregat muss in diesem Fall nur noch eine kleine Entladepumpe und zwei Ventile versorgen.

Zielsetzung

Ziel ist die Entwicklung eines Konzeptes, bei welchem die Versorgungssicherheit zu jedem Zeitpunkt gewährleistet ist. Gleichzeitig kann durch die Nutzung von PV-Strom sowie der Freien Kühlung die Effizienz erhöht und Emissionen reduziert werden. Da die Wärmeeinträge in den Speicher sehr gering sind, muss der durchgekühlte PCM-Speicher nur sehr selten (ca. einmal wöchentlich) nachgekühlt werden.

Innovation

Eine innovative Alternative zur herkömmlichen Notstromversorgung ist die Einspeicherung thermischer Energie als Sicherheitsrücklage. Ein Kaltsolespeicher ist mit PCM (Phase Change Material) befüllt und besitzt eine sehr große Speicherdichte. Durch die Größe des Speichers und der Wahl des PCM Schmelzpunktes können verschiedene Verbraucher mit unterschiedlichen Temperaturniveaus versorgt werden.

Mehrwert

Besonders durch die F-Gase Verordnung entwickelt sich die Art der Kälteversorgung zu indirekten Systemen mit Kaltwasser-/ Kaltsolekreisläufen. Eine Notrückhaltung mit PCM-Latentspeicher ist
somit eine zukunftsorientierte und wirtschaftlich sinnvolle Variante des Notfallbetriebes (besonders im Vergleich mit Alternativen wie Batteriespeicher oder großen Notstromaggregate).

  • Das Konzept kann eine billigere Energierückhaltung wie beispielsweise Batteriespeicher oder Notstromaggregate ermöglichen. Außerdem sind keine besonderen Anforderungen am Aufstellungsort erforderlich.
  • Die Anwendung ist für nahezu jeden Temperaturbereich möglich. Das Phase Change Material (PCM) wird so gewählt, dass der Phasenübergang bei der benötigten Vorlauftemperatur des Verbrauchers erfolgt.
  • Die Anwendung von natürlichen Kältemitteln ist zukünftig absolut notwendig, unter Berücksichtigung der F-Gase-Verordnung und der Entwicklung der Preise für fluorierte Kältemittel am Markt.
  • PCM-Latentspeicher erfordern keinen Wartungsaufwand und weisen eine unbegrenzte Lebensdauer auf.

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