Sind dezentrale oder zentrale Kühlsysteme in Supermärkten effizienter?
Das Institut für Energiesysteme und Fluid Engineering (IEFE) der ZHAW hat Supermärkte mit unterschiedlichen Kühlsystemen simuliert und miteinander verglichen. Das Ziel der Forschenden war ein energetischer und wirtschaftlicher Vergleich unter Berücksichtigung des gesamten Supermarktbetriebs und von verschiedenen klimatischen Bedingungen. Die Studie zeigt, dass Supermärkte mit steckerfertigen Kühlmöbeln aufgrund des hohen Klimatisierungsbedarfs den höchsten Stromverbrauch aufweisen. Am effizientesten ist eine zentrale Kälteversorgung. Sie arbeitet mit hoher Effizienz und kann die anfallende Wärme nutzen. Die Forscherinnen und Forscher stellten zudem fest, dass die Energieetikette ungeeignet ist, um steckerfertige und zentral gekühlten Kühlmöbeln zu vergleichen.
Was ist energetisch besser – ein Supermarkt mit dezentralen (steckerfertigen) oder mit zentral gekühlten Kühlmöbeln und Kühlräumen? Das Institut für Energiesysteme und Fluid-Engineering IEFE der ZHAW hat die unterschiedlichen Kühlsysteme für Supermärkte im Auftrag des Bundesamts für Energie (BFE) und des Schweizerischen Verbandes für Kältetechnik (SVK) umfassend energetisch und bezüglich ihrer Wirtschaftlichkeit verglichen.
In der Studie wurde der gesamte Supermarktbetrieb mit den verschiedenen Wärmeeinträgen (Wärme von Backöfen, Beleuchtung, Personen) und dem Energiebedarf für Kühlung und Heizung über ein Jahr simuliert. Um die klimatischen Abhängigkeiten sichtbar zu machen, erfolgte die Simulation für die drei Schweizer Standorte Zürich, Lugano und Davos. Zudem wurden zwei unterschiedliche Marktflächen (340 m2 und 1250 m2) betrachtet. Die folgenden drei Kühlsysteme wurden miteinander verglichen:
Dezentrale, steckerfertige Systeme
Bei den steckerfertigen Kühlmöbeln und Kühlräumen wird die Kälte dezentral im Kühlmöbel oder im Kühlraum erzeugt und die Wärme direkt in den Raum abgegeben. Wird es im Laden zu warm, wird die Wärme mit einer Kälte-Wärme-Maschine («Klimaanlagen-Betrieb») gekühlt. Die Wärme wird über den Rückkühler abgeführt und kann bei Bedarf (im Winter) zum Heizen verwendet werden. Ein Vorteil der steckerfertigen Systeme ist ihre Flexibilität – die Betreiber können die Kühlmöbel einfach umstellen.
Hybride, steckerfertige Systeme
Bei hybriden, steckerfertigen Kühlmöbeln und Kühlräumen wird die Kälte dezentral erzeugt. Mit der Wärme wird bei Bedarf entweder direkt der Laden beheizt oder sie wird über einen Sekundärkreis abgeführt. Wird es im Laden dennoch zu warm, kühlt eine Kälte-Wärme-Maschine («Klimaanlagen-Betrieb») die Räume und die Wärme wird über den Rückkühler abgeführt. Besteht im Winter ein Heizbedarf im Laden, wird die Kälte-Wärme-Maschine («Wärmepumpen-Betrieb») eingesetzt.
Zentrale Systeme
Die Kühlmöbel und Kühlräume werden mit einer zentralen CO2-Kältemaschine gekühlt und die Wärme wird über einen Gaskühler abgeführt. Gleichzeitig kann die CO2-Kältemaschine den Laden kühlen. Besteht ein Heizbedarf kann die Wärme der CO2-Kältemaschine für die Heizung ausgekoppelt werden. Ein Vorteil der zentralen Systeme ist, dass die Kühlmöbel keinen Verdichter brauchen und daher mehr Platz für die Produkte haben.
Die zentrale Kälteversorgung hat die Nase vorn
Die Ergebnisse der Forschenden zeigen, dass Supermärkte mit konventionellen, steckerfertigen Kühlmöbeln (dezentrale Lösung) den höchsten Stromverbrauch aufweisen. Ein Grund dafür ist der hohe Klimatisierungsbedarf in der warmen Jahreszeit. Hybride steckerfertige Kühlsysteme sind deutlich effizienter, da die Wärme an die Aussenluft abgegeben wird und nur bei Bedarf in den Supermarkt gelangt. Das effizienteste Kühlsystem sind hingegen Kühlmöbel und Kühlräume, die von einer zentralen Anlage versorgt werden. Hier ist die Kälteerzeugung deutlich effizienter als bei steckerfertigen Kühlmöbeln. Zudem kann auch die Wärme der Kältemaschine genutzt werden (mit einer CO2-Booster-Kältemaschine).
Die Energieetikette eignet sich nicht für einen Vergleich von unterschiedlichen Systemen
Die Analyse zeigt: Die Energieetikette eignet sich zwar für den Vergleich von zwei baugleichen Kühlmöbelmodellen. Für einen Systemvergleich zwischen steckerfertige Kühlmöbeln und zentral gekühlten Kühlmöbeln eignet sich die Energieetikette hingegen nicht. Gemäss den Prüfnormen erhalten steckerfertige Kühlmöbel für ihren Energieeffizienzindex (EEI) generell einen Bonus von 10 Prozent, zentralgekühlte hingegen nicht. Im Weiteren werden die Kühlmöbel unter festen Umgebungsbedingungen geprüft, ohne saisonale Unterschiede zu berücksichtigen. Besonders die zentralen und die hybriden steckerfertigen Kühlsysteme, welche abhängig von der Umgebungstemperatur sind, werden dadurch schlechter eingestuft, als sie effektiv in der Praxis sind. Zudem betrachtet die Energieetikette nur das Kühlmöbel. Der Energieaufwand der Klimaanlage für die Kühlung der vom steckerfertigen Kühlmöbel abgegebenen Wärme wird nicht berücksichtigt.
Und die Kosten?
Die Berechnungen der Studie zeigen, dass die Investitionskosten für zentral gekühlte Systeme etwas höher sind als für Systeme mit steckerfertigen Geräten. Doch über die gesamte Lebensdauer sind die Kosten für die unterschiedlichen Systeme im Supermarkt mit einer Fläche von 340 m2 etwa gleich hoch. Im Supermarkt mit einer Fläche von 1’250 m2 sind die Kosten für zentral gekühlte Systeme sogar deutlich geringer. Aus Sicht von Energieverbrauch und Wirtschaftlichkeit lohnt es sich daher, die Systeme immer genau unter die Lupe zu nehmen.
Projektname: Energetischer Vergleich von steckerfertigen und zentralgekühlten Kühlsystemen im Supermarkt
Beteiligte:
Projektleiter: Manuel Diem
Projektteam: Christian Stahel, Silvan Steiger, Mirco Ganz, Frank Tillenkamp
Drittmittelgeber: Bundesamt für Energie (BFE), Schweizerischer Verband für Kältetechnik (SVK)
Projektpartner: Sandro Stefanutti, Leplan AG, Thomas Lang zweiweg GmbH
Projektdauer: November 2022 bis Mai 2024
Publikationen:
Schlussbericht: https://dropnet.amkplus.ch/svk_homepage/Schlussbericht_Vergleich_Supermarktkuehlsysteme.pdf