Die Vorgaben der F-Gase-Verordnung stärken die Nutzung der alternativen Kältemittel CO2 (R744) mit direkter Kühlung und Propan (R290) mit indirekter Kühlung. Diese Forderungen und die deutlich steigenden Energiekosten haben große Auswirkungen auf die jetzige und künftige Kältemittel- und Systemwahl. Das Projekt DyNatCool hat sich zum Ziel gesetzt, für die Apfel-Langzeitlagerung sowohl den Ressourceneinsatz für den Lagerbau als auch den Energiebedarf für den Betrieb der Kälteanlage auf das Notwendigste zu minimieren und das optimale Kältekonzept mit alternativen Kältemitteln zu definieren. Langzeitkühllager, insbesondere im Bereich Kernobst, werden einen Großteil der Betriebsstunden nur im Teillastbereich betrieben. "Die Auslegung solcher häufig überdimensionierten Kälteanlagen basiert bisher auf vereinfachten linearen Berechnungen der hohen Wärmelast in der kurzen Abkühlphase. Das bedeutet nicht nur eine geringere Effizienz, sondern auch instabile Klimabedingungen hinsichtlich Temperatur und Luftfeuchtigkeit", schilderte Fachreferent Felix Büchele während eines Vortrags auf der Fruchtwelt Bodensee 2024.
Zu wissen, welche Wärmelast anfällt und somit eine Grundlage für die Dimensionierung des Lagers zu schaffen, war das erste Projektziel. In enger Zusammenarbeit mit den Partnern (u. a. CoolPlan und die Kratschmayer-Gruppe) untersucht das KOB den Wärmeübergang von Früchten und in Großkisten als Basis für Berechnung der instationären Wärmelast in der Abkühlphase, den Einfluss der Dauer der Abkühlphase auf den Erhalt der Produktqualität anhand produktphysiologischer Untersuchungen sowie die Energieeffizienz zukünftiger Kühlsysteme, die auf natürlichen Kältemitteln (CO2, Propan) basieren. Büchele. "Die Frage dabei ist nicht, wie schnell man eine Frucht abkühlen kann, sondern wie schnell man sie abkühlen muss. Wenn wir die Anlage so dimensionieren, dass die Effizienz gesteigert wird, bedeutet dies schlussendlich in der Praxis, dass die Abkühlphase auch entsprechend verlängert wird. Wichtig ist eben auch, welche Einflüsse dies auf die letztendliche Qualität der Frucht hat. Denn es bringt uns nichts energieeffizient zu lagern, wenn wir am Ende eine Frucht haben, die nicht den Qualitätsstandards entspricht."
Felix Büchele während seines Vortrags
Der Forschungspartner ATB in Potsdam befasst sich mit den Einflüssen der Lagerbedingungen (u. a. Wärmeübergang am Apfel, Luftstromverteilung in der Großkiste) auf die Qualität des Apfels. Hierzu kommt ein Windkanal zum Einsatz, in dem viele verschiedenen Szenarien durchgespielt werden können. Darüber hinaus wird in enger Zusammenarbeit mit dem Ingenieurbüro Coolplan ein Tool entwickelt, in dem verschiedene Ziele berücksichtigt werden. Büchele: "Es geht dabei um eine effiziente Kühlraum-Planung anhand von Vorgaben von Anwendern, etwa Gesamttonnage, Kistenfüllmenge usw. Ein weiterer Faktor ist die dynamische Kühllast-Berechnung und Simulation mit Berücksichtigung realer Bedingungen und Lasten."
Für die Zielumsetzung und Validierung werden zwei Versuchsanlagen und ein neu entwickeltes Demonstrator-Tool für den Vergleich der Apfellagerung zwischen Propan- und CO2-System eingesetzt.
Ziel des Projektes sei es vor allem, Grundlagen für alternative Lager- und Kältesysteme zu bieten, betont Büchele des Weiteren. "In der Obstlagerung besteht eben das Problem, dass die gängigen Kältemittel den zugelassenen GWP-Wert weitaus überschreiten, was wiederum bedeutet, dass die bisherigen Kältemittel sukzessiv vom Markt verschwinden werden. Uns liegen aber keine konkreten Zahlen und Daten zu Energieeffizienz, Kosten und Qualitätserhalt der jeweiligen 'neuen' Kältemittel in der Obstlagerung vor. Das heißt, dem Anwender fehlt eine vernünftige Grundlage, eine Entscheidung zum alternativen Kältemittel zu treffen."
Hier gibt es Büchele zufolge einen dringenden Forschungsbedarf. "In der vergangenen Saison haben wir damit begonnen, beide Kältemittel, also CO2 und Propan, im Systemvergleich und unter realen Bedingungen und einer ähnlichen Raumbeschickung zu testen. Uns geht es dabei in erster Linie darum, konkrete Messdaten, etwa zu den Leistungen, dem Energieverbrauch und Kältemittelfluss, zu erfassen. Ein weiterer Parameter ist eben der Qualitätserhalt, weshalb wir die Früchte mit einem Temperaturfühler zur Validierung der Abkühlkurve versehen haben und die Frucht nach dem Prozess ebenfalls auf Masseverlust, Fruchtqualität und eventuelle Lagerkrankheiten analysieren."
Obwohl den Forschungspartnern noch keine konkreten Forschungsergebnisse vorliegen, kommt man bereits zu einigen Empfehlungen für die Kältekonzepte von morgen. "Eine verlängerte Abkühlzeit führt zu reduzierter Raumlast und Leistungsbedarf sowie geringeren Investitionen für die Anwender. Zusätzlicher Vorteil ist die Ressourcenschonung im Bau der Anlage. Letzterer Faktor führt letztendlich in der Langzeitlagerung zu einem optimalen Anlagen-Teillastverhalten, einem energieeffizienten Anlagenbetrieb und trägt außerdem zur Erhaltung der Fruchtqualität bei", schlussfolgert Büchele.
Weitere Informationen:
Felix Büchele
Kompetenzzentrum Obstbau Bodensee (KOB)
[email protected]
https://www.kob-bavendorf.de/