TieFTemperaturlagerung

Durch die Entwicklung eines COVID-19 Impfstoffes und dessen besonderen Anforderungen rücken transportable Tieftemperaturlagerräume immer mehr in den Fokus für die bevorstehende Distribution. Dementsprechend wird der Markt aktuell von Lösungen überflutet, sodass es immer schwerer fällt zwischen einem passenden und einem ungeeigneten Produkt zu unterscheiden. Wir schaffen mit unserer Übersichtsseite Klarheit und zeigen die wichtigsten Merkmale auf, die ein -80°C Lagerraum haben soll. Ebenso präsentieren wir unsere Lösung, die in enger Zusammenarbeit mit unseren Partnern Teledoor, Mirai Intex und Secon entwickelt wurde.

3D-Modell Tieftemperaturlagerraum mit Kaltluftkältemaschine (Mirai Intex), Luftverteilungssystem, Feuchtigkeitsabsauggerät im Kühlraum und Schleuse

Wichtige Kriterien

Isolierung & Spezifische Oberfläche

Wichtigster Kennwert für die Energieeffizienz

Um so größer die Außenoberfläche und der Temperaturunterschieden von Umgebungs- zu Lagertemperatur und desto größer der Wärmeeintrag. Daher ist eine gute Isolierung essentiell bei der Tieftemperaturlagerung. Eine Möglichkeit ist die Erhöhung der Wanddicke, was aber ab einem bestimmten Punkt prozentual kaum noch Verbesserung bringt, aber das Lagervolumen begrenzt. Abhilfe bringen Kombinationen aus PU-Schaum und integrierten Vakuumpaneele die mit moderaten Wanddicken hohe Isolierwerte ergeben.

Die Außenoberfläche wird maßgeblich durch die Geometrie beeinflusst. Daher ist es sinnvoll das Verhältnis von Volumen zu Oberfläche möglichst klein zu halten. Als Anhaltswert gilt der Quotient aus Außenoberfläche zu Lagervolumen, welcher als spezifische Oberfläche bezeichnet wird.

Zur Veranschaulichung werden mehrere, einzelne Kühlschränke im Vergleich zu einem großen Lagerraum betrachtet. In der Regel sind größere Maschinen effizienter als kleine. Aber selbst wenn viele Kühlschränke im Vergleich zu einem Lagerraum gleich betrieben werden, unterscheiden sie sich beim Energieverbrauch erheblich, denn die einzelnen Kühlschränke weisen eine deutlich größere spezifische Oberfläche im Gegensatz zum Lagerraum auf. Dies kann schnell einen Faktor 10 im Energieverbrauch aus machen.

Die Natur liefert hier ein perfektes Beispiel. Beim Betrachten zweier, verschiedener Pinguinarten erkennt man anhand deren Lebensräume, wie drastisch dieser Einfluss ist:

Kaiserpinguin

spez. Oberfläche

Energieverbrauch
pro Körpervolumen

Lebt in der Antarktis

Überlebt Temperaturen bis - 47°C

Brillenpinguin

spez. Oberfläche

Energieverbrauch

pro Körpervolumen

Lebt in Südafrika

Benötigt Temperaturen über 0°C zum Überleben

ein großer Lagerraum

spez. Oberfläche

Energieverbrauch
pro Lagervolumen

geringer, äußerer Wärmeeintrag

Effizient

viele, einzelne Kühlschränke

spez. Oberfläche

Energieverbrauch
pro Lagervolumen

hoher, äußerer Wärmeeintrag

Ineffizient

Kältetechnik & Reglementierungen

Luft als Kältemittel ist passendste und sicherste Lösung

Bei Tieftemperaturlagerung ist es wichtig eine entsprechend performante und effiziente Kältetechnik zu haben. Durch den Energieeintrag der Umgebung (Transmission), Abwärme durch elektrische Einbauten und das Be- und Entladen ergeben sich ein entsprechender Leistungsbedarf. Zudem muss die Feuchtigkeit ständig aus dem Kühlraum entfernt werden.

Bei der Kältetechnik ist zudem darauf zu achten, dass sie nicht unter die aktuellen Regularien fällt bzw. dadurch reglementiert wird. Dies betrifft aktuell den Wert "Global Warming Potential" (GWP), der durch die Quotenregelung der Europäische F-Gas Verordnung bis 2030 auf einen Mittelwert von ca. 500 reduziert und schon heute Kältemittel mit GWP über 2500 für normale Anwendungen verbietet.

Das Tieftemperaturkältemittel R23 mit einem GWP von 14900 darf immer noch aufgrund einer Ausnahme in der Reglementierung eingesetzt werden. Davon ist aber unbedingt abzuraten. Dies wird höchst wahrscheinlich schon in der nächsten Revision 2021 verboten und ist aktuell durch die Quotenregelung von der Verknappung massiv betroffen. Neuanlagen mit diesem Kältemittel sind unseriös und umweltschädlich. Um die Auswirkung auf die Umwelt greifbar zu machen, vergleichen  wir das CO2-Äquivalent von einem Kilo R23 mit der Strecke, die ein Auto zurücklegen könnte bis dieses die gleiche Menge an CO2 ausgestoßen hätte:

=

Konkret heißt das, dass ein einziges Kilo R23 so viel Treib-hauspotenzial hat, wie die Menge CO2, die ein Auto bei 2-facher Erdumrundung ausstoßen würde.

Wir setzten bewusst das natürliche Kältemittel Umgebungsluft für die Kühlung ein. Damit sind Sie zukunftssicher und umweltverträglich. Zudem brauchen Sie keine zusätzlichen Sicherheitsmaßnahmen wie bei anderen natürlichen Kältemitteln wie Ethan, Ammoniak und CO2.

Be- und Entladeprozesse

Schleusen reduzieren den Wärmeeintrag beim Zugang zum Kühlraum

Durch das Öffnen des Zugangs zum Lagerraum entsteht ein kurzzeitiger, großer Luftstrom, welcher viel warme Luft in den Kühlraum bringt. Vor allem bei Tieftemperaturanwendungen hat dies einen drastischen Effekt, da der Dichteunterschied zwischen Lagerraum und Vorraum durch den Temperaturunterschied hoch ist. Damit fällt die kalte Luft in den Vorraum beim Öffnen der Tür. Durch die Integration einer Schleuse, die als Pufferzone nur durch Transmission und Konvektion aus der Kühlkammer temperiert wird, bleibt der Einfluss beim Be-/Entladen gering.

Elektrische Einbauten

Verdampfer und Aufbauten bringen Wärme ein

Bei konventionellen Kälteanlagen ist im Kühlraum ein Verdampfer notwendig. Dieser ist mit einem Ventilator sowie einer Ventilatorringheizung ausgestattet und muss in regelmäßigem Abstand thermisch enteist werden. Beide Bauteile sowie der Enteisungsprozess bringen viel Wärme in den Kühlraum. Zudem kann während dem Abtauen nicht aktiv gekühlt werden. Mit offenen Kaltluftkältemaschinen ist kein Verdampfer mehr nötig, womit diese Wärmequellen entfallen und kontinuierlich gekühlt werden kann. Dadurch ist der Tieftemperaturlagerraum mit Kaltluftkältemaschinen effizienterDes Weiteren sollten alle elektrischen Einbauten gut überlegt und für die Lagertemperatur geeignet sein. 

Optimale Lagertemperatur

Drehzahlgesteuerte Kaltluftkältemaschinen sind sehr flexibel

Da konventionellen Kälteanlagen nur in einem bestimmten Temperaturbereich eingesetzt werden können, ist das Einsatzgebiet des Lagerraums eingeschränkt. Mit Kaltlufttechnik lässt sich problemlos jeder Bereich zwischen -40°C und -110°C anfahren, denn die Kaltluftkältemaschinen sind drehzahlgesteuert. Zusätzlich besitzen diese Lagerräume ein Luftverteilungssystem, wodurch im gesamten Kühlraum eine homogene Temperaturverteilung herrscht.

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Karpatenstraße 26, 76227 Karlsruhe

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