Smarte „Outdoor“-Kältezentrale

Mehr Kälte, mehr Power, weniger Energieverbrauch. Das waren die Anforderungen an die neue Kältezentrale der Sartorius AG in Göttingen. Der Life-Science-Konzern liefert unter anderem Instrumente für die Zellanalytik, Fermentationsprodukte, Aufreinigungssysteme und unterstützt weltweit Biotech-Wissenschaftler und -Ingenieure bei der Entwicklung und Herstellung von Medikamenten. Höhere Produktionszahlen steigerten den Kühl- und Klimatisierungsbedarf.

Alte Kälteanlage schwächelte – mehr Leistung gefragt

„Wir bringen kreative Köpfe zusammen für ein gemeinsames Ziel.“ Dieser Satz stammt aus der Sartorius-Unternehmensphilosophie, passt aber auch perfekt zum Entwicklungsprozess der neuen Kältezentrale am Stammsitz in Göttingen. Das Engineering von MTA analysierte zunächst die Ausgangssituation: Kältemaschinen im Keller des Gebäudes 4 liefern Kühlwasser für Ziehmaschinen, Ring-Vakuumpumpen, Maschinenkühlung usw., Tischkühler auf dem Gebäudedach übernehmen die Rückkühlung. Die Anlage stellt auch das Klima-Kaltwasser für die Gebäudeklimatisierung bereit. „Mit einer Gesamtleistung von zwei Megawatt schwächelte sie allerdings: Die wachsende Produktion des international führenden Partners der Pharma-, Chemie- und Nahrungsmittelindustrie benötigt künftig 2,6 bis 2,8 Megawatt Leistung“, sagt Michael Escher, Geschäftsführer der MTA Deutschland GmbH.

Die komplette Kältezentrale steckt vorinstalliert in vier 20-Fuß-Containern auf dem Dach. Sie reduziert den Energieverbrauch gegenüber der alten Anlage pro Jahr um fast 28 %, die jährlichen CO₂-Emissionen sinken um
rund 240 t. Bild: MTA Deutschland

Kältetechnik in Containern auf dem Dach löst Standortproblem

Das Problem bei der gewünschten Leistungsaufstockung: Der bisher genutzte Keller bot wenig Raum für mehr Technik. Deshalb war ein neues Konzept gefragt. Statt des geplanten Technikaustauschs im engen Untergeschoss erdachte das Engineering von MTA eine smarte „Outdoorlösung“: Die komplette Kältezentrale steckt in vier 20-Fuß-Containern auf dem Gebäudedach. „Wir haben darin Kältemaschinen, Pumpen, Wärmetauscher usw. vorinstalliert – samt der Edelstahlverrohrung.

Kältemaschinen, Pumpen, Wärmetauscher samt Edelstahlverrohrung und Schaltschränke wurden im Werk vorinstalliert. Bild: MTA Deutschland

Diese Container-Zentrale steuern wir über eigene Schaltschränke“, erklärt Marcus Buschka, Leiter Engineering bei MTA. „Die eigens für dieses Projekt programmierte Siemens-S7-Regelung lässt sich per Touchpad und Funkfernbedienung überwachen und steuern.“

Die eigens für dieses Projekt programmierte Siemens-S7-Regelung lässt sich per Touchpad und Funkfernbedienung überwachen und steuern. Bild: MTA Deutschland

Klimaschonende Technik: Freikühler mit Adiabatic-System

In der neuen Anlage werden wassergekühlte Kältemaschinen aus der Aquarius-Plus-Serie mit stufenlos geregelten Schraubenverdichtern eingesetzt. Die Sonderausführung mit größerem Verdampfer und größerer Kondensatorfläche erhöht den Wirkungsgrad und erreicht so einen effizienteren Betrieb. Die Kaltwassersätze arbeiten mit dem klimaschonenden und zukunftssicheren Low-GWP-Kältemittel R 513A. Die Rückkühler, die zusätzlich zur freien Kühlung genutzt werden, haben V-förmige Verflüssigerregister und ein zusätzliches Adiabatic-System. Es kühlt die Außenluft bei höheren Temperaturen bis auf 21 °C herunter, bevor diese auf die Register trifft. Das innovative Pad-System lässt sich bei Lufttemperaturen unter 20 °C manuell abklappen, um die Effizienz im Freikühlbetrieb noch zu erhöhen. Das minimiert zusätzlich Druckverluste auf der Luftseite und senkt dadurch den Stromverbrauch der Ventilatoren.

Rückkühler mit adiabater Hilfskühlung führen bis zu 3,5 MW Wärmelast als Kondensatorkühlung für die Kältemaschinen ab und übernehmen die freie Kühlung bei entsprechenden Außentemperaturen. Bild: MTA Deutschland

Wärmetauscher und Pufferspeicher

Da die Sartorius-Produktion sowohl Kühlwasser als auch Klima-Kaltwasser benötigt, wurden außerdem Pufferspeicher und Wärmetauscher zur Systemtrennung installiert. Sie passen die Wassertemperaturen an und realisieren das geforderte unterschiedliche Temperaturniveau: In den Produktionshallen benötigt das Unternehmen konstante 20 °C bei einer Luftfeuchtigkeit von 50 %.
 

Energie, Emissionen und Kosten sparen

Die neue Kältezentrale arbeitet nachhaltig: Sie reduziert den Energieverbrauch gegenüber der alten Anlage pro Jahr um fast 28 %. Die jährlichen CO₂-Emissionen sinken um rund 240 t. Die Kostenersparnis liegt bei über 100.000 Euro pro Jahr. „Das Besondere unseres Konzeptes zur Nutzung freier Kühlung ist die hydraulische Einbindung. Standardmäßig kennen die meisten Systeme nur Schwarz oder Weiß: Der Rückkühler kann entweder Kondensator-Rückkühlung oder Freikühlung. Unsere Lösung ermöglicht den stufenlosen Übergang bis hin zu 100 Prozent Freikühlung. Damit steigt der Freikühlanteil zusätzlich, der Energieverbrauch sinkt. On top entlastet dies die Kältemaschinen durch Reduzierung der Betriebsstunden“, unterstreicht Michael Escher.

Mietkälte für die Umbauphase

Der Umbau dauerte ca. 25 Wochen. Für die Kaltwasserversorgung in dieser Phase baute MTA eine 800-kW-Mietkälteanlage mit frequenzgeregelten Pumpen und Wärmetauschern auf. Sie stellte die komplette Versorgung der Gebäude 4 und 5 sicher.

Fazit

„Der ganzheitliche Ansatz von MTA hat uns deshalb überzeugt: Wir haben alles aus einer Hand bekommen: vom Vorschlag und der Ausarbeitung des Konzepts über das Detail-Engineering bis hin zur Inbetriebnahme. Dieses Komplettkonzept reduziert potenzielle Schnittstellenprobleme durch verschiedene Gewerke auf ein Minimum“, so Eckhard Hübner, der im Facility Management bei Sartorius verantwortlich für die Kältetechnik ist. Aktuell setzt MTA bereits weitere Projekte für die Sartorius-AG in Göttingen um. Fortsetzung folgt.

Eine Information der MTA Deutschland GmbH, Nettetal