EP1983276A1 - Kälteanlage - Google Patents

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EP1983276A1
EP1983276A1 EP08033514A EP08033514A EP1983276A1 EP 1983276 A1 EP1983276 A1 EP 1983276A1 EP 08033514 A EP08033514 A EP 08033514A EP 08033514 A EP08033514 A EP 08033514A EP 1983276 A1 EP1983276 A1 EP 1983276A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
cooling circuit
additional
air
circuit
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08033514A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Dr.-Ing. Liehm
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dresdner Kuehlanlagenbau GmbH
Original Assignee
Dresdner Kuehlanlagenbau GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dresdner Kuehlanlagenbau GmbH filed Critical Dresdner Kuehlanlagenbau GmbH
Publication of EP1983276A1 publication Critical patent/EP1983276A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F25B2500/00—Problems to be solved
    • F25B2500/31—Low ambient temperatures

Definitions

  • the invention relates to a refrigeration system with an ambient temperature-dependent circuit and a method for operating this refrigeration system.
  • the main objective of using CO 2 plants is to replace conventional refrigerants with their high direct global warming potential, but this measure does not cause additional hazards due to combustibility or toxicity and does not worsen the energy efficiency of the entire plant.
  • a CO 2 system for the normal cooling circuit in which the heat is released without the use of an additional circuit, is greatly oversized in the partial load range. This leads to problems during partial load operation such as ensuring a safe oil return.
  • DE 31 11 469 A1 describes a multi-stage compression cold steam engine, which consists of at least two refrigerant circuits of different pressure levels and at least one connecting the individual circuits under medium pressure heat exchanger with integrated heat storage.
  • the aim of the invention is to design a refrigeration system so that o. G. Disadvantages are avoided.
  • the refrigeration system consists of at least two refrigeration circuits a normal refrigeration cycle, in which mainly the refrigerant CO 2 is contained, and an additional cooling circuit.
  • the refrigeration circuits each consist of at least one compressor, at least one air-cooled heat exchanger or condenser, at least one expansion device and at least one evaporator.
  • the two refrigeration circuits are connected in cascade with a heat exchanger, which is also the condenser of the normal cooling circuit and evaporator of the additional cooling circuit connected to each other.
  • the additional heat exchanger can be an air-cooled heat exchanger or condenser in the simplest case. So the heat is released directly into the ambient air.
  • the dissipated heat can be used by the additional heat exchanger, which may be a plate or tube bundle heat exchanger, for example, is connected to a brine circuit. About this brine circuit the heat absorbed by the brine in the additional heat exchanger is conducted to a heat utilization point.
  • the additional heat exchanger which may be a plate or tube bundle heat exchanger, for example.
  • a heat exchanger e.g. may be a plate or shell and tube heat exchanger, the heat at a much higher temperature than in the normal cooling cycle of a heat use, e.g. supplied for domestic water heating or for heating support.
  • heat use does not always require heat.
  • an additional use is omitted, so that in both circuits air-cooled heat exchangers are used for heat dissipation. Since both air-cooled heat exchangers are not operated simultaneously at full power, it is advisable to accommodate both so that the additional air-cooled heat exchanger of the normal cooling circuit is in the same housing as the air-cooled heat exchanger of the additional cooling circuit. In this way, the number of fans and thus the investment sum can be reduced.
  • the ambient temperature and thus also the condensing temperature and the condensing pressure, which gives the signal for the use of the additional cooling circuit, are constantly changing. For relatively short-term changes would be also constantly change the operating mode of the refrigeration system.
  • the heat exchanger between the normal cooling circuit and the additional cooling circuit can be designed as a heat storage. Thus, the heat can be delivered to a storage medium at short-term excesses of the switching pressure.
  • the mode of operation of the refrigeration system is dependent on the liquefaction temperature or the condensing pressure of the normal refrigeration cycle, which depend essentially on the ambient temperature but also on the design of the system and the current refrigeration needs of individual consumers. An additional influence on the mode of operation may result from the heat demand of the waste heat user.
  • the three main operating modes are the following: When operating at high ambient temperatures above the range of 5 to 20 ° C, called in the claims and summer operation, the resulting heat in the normal cooling circuit via a heat exchanger of the same time Condenser of the normal cooling circuit and evaporator of the additional cooling circuit is transferred to the additional circuit. This heat is then released via a heat exchanger or condenser of the additional cooling circuit to the environment.
  • the system When operating at low ambient temperatures below the range of 5 to 20 ° C, in the claims and subsequently called winter operation, the system is operated without the use of the additional cooling circuit.
  • the waste heat is supplied via an additional heat exchanger, e.g. an air-cooled heat exchanger can be delivered to the environment.
  • the heat is transferred to a part via a heat exchanger to the environment and to a part of the condenser of the normal cooling circuit to the evaporator of the additional cooling circuit. This heat is then released via an air-cooled heat exchanger of the additional cooling circuit to the environment.
  • the transient operation may also be at lower temperatures than stated above, e.g. if useful heat demand exists for removal from the additional cooling circuit.
  • the system described Compared with conventional cascade systems with CO 2 in the deep-freeze circuit and a refrigerant with high global warming potential in the normal refrigeration cycle, the system described has the advantage that even in the normal refrigeration cycle, the refrigerant CO 2 can be applied.
  • the plant described Compared to a cascade system, in which the cooling of the normal cooling circuit would always be done via an additional circuit, the plant described has the advantage that the losses due to the additional temperature difference in the heat exchanger between condenser of the normal cooling circuit and evaporator of the additional cooling circuit of the cascade only occur when the heat the system takes place via the additional cooling circuit, ie if the ambient temperature is above the switching range of the ambient temperature of 5 ° C to 20 ° C and summer operation is performed. Below this switching range so during winter operation, these losses do not occur because the heat is dissipated without the use of the additional circuit.
  • the refrigerant CO 2 could also be used in the additional cycle.
  • the described problems due to the high pressures could be reduced by using an industrially prefabricated unit that is designed only for high ambient temperatures.
  • Fig. 1 describes a supermarket refrigeration system with heat dissipation via additional air-cooled heat exchanger.
  • the refrigeration system is a cascade refrigeration system consisting of a normal refrigeration cycle B and an additional cycle C. Both are connected to each other via a heat exchanger 7, which is a plate heat exchanger in the embodiment.
  • the circulating in the normal cooling circuit B refrigerant CO 2 is compressed in a composite, which consists of several compressors and is symbolized as a compressor 3, to a higher pressure.
  • the liquefaction of the refrigerant takes place either in the condenser 4 with heat being released to the evaporator 11 of the additional circuit C or in the additional air-cooled heat exchanger 13.1 with heat being released to the ambient air.
  • the expansion device 5 consists of several expansion valves, which are located on the cooling furniture and are symbolized as an expansion device 5. Here, the expansion of the refrigerant takes place on the evaporation pressure.
  • the goods are cooled by evaporators in the individual refrigeration units, which are symbolized as an evaporator 6.
  • the air inside the cooling rack heat is removed, which is absorbed by the refrigerant CO 2 .
  • the refrigerant circulating in the additional circuit C R134a is compressed in a compressor 8, which is speed-controlled in this example, to a higher pressure, which is in contrast to the refrigerant CO 2 below 15 bar.
  • the cooling or liquefaction of the refrigerant R134a takes place in an air-cooled heat exchanger 15.1 and / or 9, wherein the resulting heat is released to the ambient air.
  • the expansion device 10 is here an electronically controlled expansion valve. Here, the expansion of the refrigerant to the evaporation pressure of the additional cooling circuit C.
  • the refrigerant R134a takes in the evaporator 11 of the heat exchanger 7, the resulting in the condenser 4 of the normal refrigeration cycle B liquefaction heat.
  • a line 14 branches off, which is led via an additional air-cooled heat exchanger 15.1 and is reconnected before and after the air-cooled heat exchanger 9.
  • the air-cooled heat exchanger may possibly also be dispensed with.
  • the air-cooled heat exchangers 13.1 and 15.1 are located in a common housing 16 with shared air fans and are successively flowed through by the ambient air.
  • the air-cooled heat exchanger 13.1 of the normal cooling circuit B in the flow direction of the air in front of the air-cooled heat exchanger 15.1 of the additional cooling circuit C. In this way, the ambient air flows through the heat exchanger 13.1 of the normal cooling circuit B only at a low temperature level and then the heat exchanger 15.1 of the Additional cooling circuit C.
  • the system At condensing pressures of the normal cooling circuit B from approx. 50 bar, which occur at ambient temperatures above approx. 10 ° C, the system is operated in summer mode.
  • the resulting in the normal cooling circuit B heat via a heat exchanger 7 is the same condenser 4 of the normal cooling circuit B and evaporator 11 of the additional cooling circuit C, transferred to the additional cooling circuit C.
  • This heat is then released via the additional air-cooled heat exchanger 15.1 and the air-cooled condenser 9 of the additional cooling circuit C to the environment.
  • the line 12 and the air-cooled heat exchanger 13.1 is not or hardly flows through it.
  • the system is operated in transition mode.
  • the refrigerant CO 2 first flows through the line 12 and the additional air-cooled heat exchanger 13.1 and gives off part of the liquefaction heat.
  • the refrigerant flows through the condenser 4 of the heat exchanger 7.
  • the heat is transferred either to the storage medium in the heat exchanger 7 or to the evaporator 11 of the additional cooling circuit C. Only when the storage medium can no longer absorb heat, the additional cooling circuit C must go into operation.
  • Fig. 2 shows in a further embodiment, a supermarket refrigeration system with Nutz policenikêtraumn.
  • the refrigeration system is a cascade refrigeration system, which consists of a freezing circuit A with the refrigerant CO 2 , a normal cooling circuit B with the refrigerant CO 2 and an additional circuit C with the refrigerant isobutane.
  • the refrigerant isobutane has no global warming potential, but is flammable. However, the application is possible because it is only used in the engine room and outside and not inside the supermarket.
  • the freezing circuit A is connected via the heat exchanger 2, which is a plate heat exchanger in the embodiment, connected to the normal refrigeration cycle B.
  • the normal cooling circuit B is connected via the heat exchanger 7, which is a plate heat exchanger in the embodiment, with the additional cooling circuit C.
  • compressor 8 and condenser 9 of the additional circuit C branches off a line 14, which is guided over a liquid-cooled heat exchanger 15.2 and is re-integrated before and after the air-cooled heat exchanger 9.
  • the resulting in the freezing cycle liquefaction of the refrigerant CO 2 is discharged via the condenser 1 of the freezing circuit A in the heat exchanger 2 to the evaporator 6.1 of the normal cooling circuit B.
  • the evaporator 6.1 in the heat exchanger 2 is a cooling point, the parallel to the evaporators in the refrigerated shelves, which are symbolized as evaporator 6 of the normal refrigeration cycle, connected.
  • the circulating in the normal cooling circuit B refrigerant CO 2 is compressed in a composite, which consists of several compressors and is symbolized as a compressor 3, to a higher pressure.
  • the liquefaction of the refrigerant takes place either in the condenser 4 with heat to the evaporator 11 of the additional circuit C or in the liquid-cooled heat exchanger 13.2 under heat to a brine circuit D.
  • the heat through the brine circuit D is led to a parking lot and there, if necessary, to Ice freeze used.
  • the expansion device 5 consists of several expansion valves, which are located on the cooling furniture and are symbolized as an expansion device 5. Parallel to this expansion device 5 is an expansion device 5.1. Here the expansion of the coolant takes place on the evaporation pressure. The coolant then becomes the evaporator 6.1. passed, which is located in the heat exchanger 2.
  • the goods are cooled by dissipating heat via evaporators in the individual refrigeration units, which are symbolized as an evaporator 6.
  • the evaporator 6.1 is connected, which receives the heat from the freezing circuit A.
  • the circulating in the additional cycle C isobutane is compressed in a compressor 8, which is speed-controlled in this example, to a higher pressure, the in contrast to the refrigerant CO 2 is below 15 bar.
  • the cooling or liquefaction of the refrigerant isobutane takes place in the liquid-cooled heat exchanger 15.2 when there is heat demand for a liquid circuit E, which in this case is a service water circuit. If no or only part of the liquefaction heat is required, the remaining heat is dissipated in an air-cooled heat exchanger 9 to the ambient air.
  • the expansion device 10 is in this case an electronically controlled expansion valve.
  • the expansion of the refrigerant to the evaporation pressure of the additional cooling circuit C is in this case an electronically controlled expansion valve.
  • the system is operated in summer mode.
  • the resulting in the normal cooling circuit B heat via a heat exchanger 7 is the same condenser 4 of the normal cooling circuit B and evaporator 11 of the additional cooling circuit C, transferred to the additional cooling circuit C.
  • This heat is then transferred via the additional liquid-cooled heat exchanger 15.2 to a liquid circuit E for heat utilization, in this case, a hot water circuit. If the entire heat is not required by the service water circuit, the residual heat is released via the air-cooled heat exchanger 9 of the additional cooling circuit C to the environment.
  • the line 12 and the liquid-cooled heat exchanger 13.2 is not or hardly flows through it.
  • the system At condensing pressures of the normal cooling circuit B below about 45 bar, which occur at temperatures below about 5 ° C, the system is run in winter operation. The system is operated without the use of the additional cooling circuit C. The refrigerant is transported after flowing through the conduit 12 to the liquid-cooled heat exchanger 13.2. There, the liquefaction heat is conducted by means of a brine circuit D for heat utilization to a parking lot, through the surface of the heat is released to the environment. The condenser 4 is not or hardly flowed through in this mode.
  • the system is operated in transition mode.
  • the refrigerant CO 2 first flows through the line 12 and the additional liquid-cooled heat exchanger 13.2 and releases some of the liquefaction heat. Thereafter, the refrigerant flows through the condenser 4 of the heat exchanger 7. Via the condenser 4, the heat is transferred either to the storage medium in the heat exchanger 7 or to the evaporator 11 of the additional cooling circuit C. Only when the storage medium can no longer absorb heat, the additional cooling circuit C must go into operation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kälteanlage mit einer umgebungstemperaturabhängigen Schaltung und ein Verfahren zum Betrieb dieser Kälteanlage. Es besteht die Aufgabe, den Anteil von Kältemitteln mit hohem direktem Treibhauspotential einer Kälteanlage auf ein Mindestmaß zu reduzieren. Deshalb werden Kälteanlagen mit dem Kältemittel CO 2 favorisiert. Dabei sollen die bei hohen Umgebungstemperaturen auftretenden hohen Drücke auf der Druckseite des Normalkühlkreislaufes vermieden werden. Die Kälteanlage besteht aus mindestens einem Normalkühlkreislauf (B) und einem Zusatzkühlkreislauf (C). Die Kältekreisläufe bestehen aus jeweils einem Verdichter (3,8), einem Verflüssiger (4), einer Expansionseinrichtung (5,10) und einem Verdampfer (6,11). Die beiden Kältekreisläufe sind in Kaskadenschaltung mit einem Wärmeübertrager miteinander verbunden. Zwischen Verdichter und Verflüssiger des Normalkühlkreislaufes zweigt eine Leitung (12) ab, die über einen zusätzlichen Wärmeübertrager (13.1,13.2) geführt wird. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Wärme des Normalkühlkreislaufes (B) direkt ohne Nutzung des Zusatzkühlkreislaufes (C) abzuführen. Der Wärmeübertrager kann im einfachsten Fall ein luftgekühlter Wärmeübertrager bzw. Verflüssiger sein.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kälteanlage mit einer umgebungstemperaturabhängigen Schaltung und ein Verfahren zum Betrieb dieser Kälteanlage.
  • Es gibt bisher nur eine geringe Zahl einstufiger Kälteanlagen mit dem Kältemittel CO2, da gegenüber herkömmlichen Kältemitteln ein um ein vielfaches höherer Druck, der bei typischen Umgebungsbedingungen in Mitteleuropa auf der Druckseite bis zu 120 bar betragen kann, auftreten kann.
  • Um die technischen Probleme aufgrund dieses hohen Druckes zu beherrschen, werden derzeit Kälteanlagen mit dem Kältemittel CO2 fast ausschließlich als Tiefkühlkreislauf einer Kaskade betrieben, der in der Regel Verdampfungstemperaturen zwischen -20°C und -40°C aufweist. Um die Drücke auf ca. 40 bar zu begrenzen, wird die Abwärme dieses Tiefkühlkreislaufes dabei nicht an die Umgebung sondern über einen Wärmeübertrager bei einer Verflüssigungstemperatur von maximal 5°C an einen Normalkühlkreislauf mit Verdampfungstemperaturen von -15°C bis 0°C abgegeben. Dieser Kältekreislauf ist mit Kältemitteln gefüllt, die bei hohen Umgebungstemperaturen bis ca. 35°C Verflüssigungsdrücke unterhalb von 40 bar haben. Angewendet werden Kältemittel mit hohem direktem Treibhauspotential oder Kältemittel die giftig wie z.B. Ammoniak oder brennbar wie z. B. Propan sind.
  • In der Offenlegungsschrift DE 10 2004038640 A1 sind derartige Kaskadenanlagen ausführlich beschrieben. Als Alternative wird ein Prozess mit dem Kältemittel CO2 mit der bereits bekannten in anderen Anwendungen genutzten Mitteldruckflasche dargestellt, bei dem zwischen Verflüssiger und Mitteldruckflasche eine Zwischenexpansion stattfindet. Mit dieser Lösung konnte der Druck innerhalb eines Supermarktes auf ein herkömmliches Druckniveau von ca. 40 bar gesenkt werden.
  • Das Hauptziel des Einsatzes von CO2 - Anlagen besteht darin, herkömmliche Kältemittel mit ihrem hohen direkten Treibhauspotential abzulösen, jedoch durch diese Maßnahme nicht zusätzliche Gefahren durch Brennbarkeit oder Giftigkeit zu verursachen und den energetischen Wirkungsgrad der Gesamtanlage nicht zu verschlechtern.
  • Einstufige Kälteanlagen im Normalkühlkreislauf mit dem Kältemittel CO2 haben bei hohen Umgebungstemperaturen sehr hohe Drücke auf der Druckseite des Kältekreislaufes zur Folge. Die daraus resultierenden Sicherheitsprobleme erfordern ein hohes Maß an Sicherheitstechnik, die zu einem starken Anstieg der Investitionskosten führen.
  • Andererseits hat ein Kältekreislauf mit CO2 bei hohen Umgebungstemperaturen aufgrund der thermodynamischen Eigenschaften dieses Kältemittels einen schlechten Wirkungsgrad. Dieser kann nur mit großem zusätzlichem anlagentechnischem Aufwand sowie einer anspruchsvollen Regelung verbessert werden.
  • Eine CO2 - Anlage für den Normalkühlkreislauf, bei der die Wärme ohne Nutzung eines Zusatzkreislaufes abgegeben wird, ist im Teillastbereich stark überdimensioniert. Dies führt zu Problemen beim Teillastbetrieb wie z.B. die Gewährleistung einer sicheren Ölrückführung.
  • Eine Alternative zu einstufigen Kälteanlagen sind Kaskadenschaltungen. Bei bisher bekannten Kaskadenanlagen mit dem Kältemittel CO2 werden im Normalkühlkreislauf herkömmliche Kältemittel, die ein hohes Treibhauspotential haben, und im Tiefkühlkreislauf das Kältemittel CO2 eingesetzt. Da der Normalkühlkreislauf bei den meisten Anlagen z.B. im Supermarktbereich den größeren Anteil der Gesamtanlage darstellt, wird das Ziel, das direkte Treibhauspotential der Gesamtanlage entscheidend zu senken, nur zu einem sehr geringen Teil erreicht.
  • Die Vermeidung dieser Tatsache durch einen Zusatzkreislauf im Klimabereich bei Verdampfungstemperaturen von 0 bis 15°C zur Kühlung des Kondensators des Normalkühlbereiches bewirkt thermodynamische Verluste infolge der Temperaturdifferenz im Wärmeübertrager zwischen Normalkühlkreislauf und Zusatzkühlkreislauf.
  • Durch Schaltungen mit Mitteldruckflache und Zwischenentspannungsvorrichtung, wie in DE 10 2004038640 A1 beschrieben, kann der Druck zwar in einigen Bereichen, wie z.B. im Innenraum eines Supermarktes vermindert werden. Die Wärme muss jedoch auch hier an die Umgebung abgegeben werden, wobei bei hohen Umgebungstemperaturen auch hohe Drücke auf der Druckseite des Kältekreislaufes entstehen.
  • Aus der JP 2004 271 166 A ist eine Kälteanlage mit zwei Kältekreisläufen in Kaskadenschaltung bekannt, bei der zwischen Verdichter (21b) und Verflüssiger (42, 24b) eine Leitung (24c) abzweigt, die über einen zusätzlichen Wärmeübertrager (22d) geführt wird. In der Druckschrift gibt es keine Hinweise auf die Verwendung von Kohlendioxid als Kältemittel und dem damit verbundenen Ziel, das Druckniveau in der Kälteanlage hinsichtlich der Verflüssigung von Kohlendioxid zu reduzieren.
  • DE 31 11 469 A1 beschreibt eine mehrstufige Kompressions-Kaltdampfmaschine, die aus mindestens zwei Kältemittelkreisläufen unterschiedlichen Druckniveaus und mindestens einem die einzelnen Kreisläufe verbindenden unter Mitteldruck stehenden Wärmeübertrager mit integriertem Wärmespeicher besteht.
  • Ziel der Erfindung ist es, eine Kälteanlage so zu gestalten, dass o. g. Nachteile vermieden werden.
  • Es besteht die Aufgabe, den hohen Anteil von Kältemitteln mit hohem direktem Treibhauspotential einer Kälteanlage zu senken. Zumindest große Teile des Normalkühlkreislaufes sollten deshalb mit dem Kältemittel CO2 betrieben werden. Dies muss jedoch so realisiert werden, dass die bei hohen Umgebungstemperaturen auftretenden hohen Drücke auf der Druckseite des Normalkühlkreislaufes vermieden werden.
  • Die Vermeidung der hohen Drücke im Normalkühlkreislauf beim Kältemittel CO2 ist so zu erreichen, dass die für eine Kaskade typischen Verluste im Wärmeübertrager zwischen dem Normalkühlkreislauf und dem Zusatzkreislauf weitestgehend vermieden werden.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 7 gelöst. Ausgestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 beschrieben.
  • Die Kälteanlage besteht aus mindestens zwei Kältekreisläufen einem Normalkühlkreislauf, in dem überwiegend das Kältemittel CO2 enthalten ist, und einem Zusatzkühlkreislauf.
  • Die Kältekreisläufe bestehen aus jeweils mindestens einem Verdichter, mindestens einem luftgekühlten Wärmeübertrager bzw. Verflüssiger, mindestens einer Expansionseinrichtung und mindestens einem Verdampfer.
  • Die beiden Kältekreisläufe sind in Kaskadenschaltung mit einem Wärmeübertrager, der gleichzeitig Verflüssiger des Normalkühlkreislaufes und Verdampfer des Zusatzkühlkreislaufes ist, miteinander verbunden.
  • Zwischen Verdichter und Verflüssiger des Normalkühlkreislaufes zweigt eine Leitung ab, die über einen zusätzlichen Wärmeübertrager geführt wird, und vor und/oder nach dem Verflüssiger des Normalkühlkreislaufes wieder einmündet. Mit Hilfe dieses zusätzlichen Wärmeübertragers kann bei niedrigen Umgebungstemperaturen ein Teil oder die gesamte Verflüssigungswärme direkt an die Umgebung abgegeben werden.
  • Es besteht die Möglichkeit, den zusätzlichen Wärmeübertrager direkt zwischen Verdichter und Verflüssiger zu integrieren.
  • Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Wärme des Normalkühlkreislaufes direkt ohne Nutzung des Zusatzkühlkreislaufes abzuführen. Der zusätzliche Wärmeübertrager kann im einfachsten Fall ein luftgekühlter Wärmeübertrager bzw. Verflüssiger sein. So wird die Wärme direkt an die Umgebungsluft abgegeben.
  • Andererseits kann die abzuführende Wärme genutzt werden, indem der zusätzliche Wärmeübertrager, der z.B. ein Platten- oder Rohrbündelwärmeübertrager sein kann, an einen Solekreislauf angeschlossen wird. Über diesen Solekreislauf wird die von der Sole im zusätzlichen Wärmeübertrager aufgenommene Wärme zu einer Wärmenutzungsstelle geführt.
  • Außerdem gibt es Möglichkeiten, die im Zusatzkühlkreislauf entstehende Wärme zu nutzen. Da diese Wärme nicht immer benötigt wird, aber immer wenn der Zusatzkühlkreislauf betrieben wird, abgeführt werden muss, zweigt zwischen Verdichter und dem luftgekühlten Wärmeübertrager des Zusatzkühlkreislaufes eine Leitung ab, die über einen zusätzlichen Wärmeübertrager geführt wird und vor und/oder nach dem luftgekühlten Wärmeübertrager des Zusatzkühlkreislaufes wieder einmündet. Über einen Wärmeübertrager, der z.B. ein Platten oder Rohrbündelwärmeübertrager sein kann, wird die Wärme bei einer wesentlich höheren Temperatur als im Normalkühlkreislauf einer Wärmenutzung z.B. zur Brauchwassererwärmung oder zur Heizungsunterstützung zugeführt.
  • Wie bereits festgestellt, wird von den Wärmenutzungsstellen nicht immer Wärme benötigt. Teilweise wird auch aus Investitionsgründen auf eine zusätzliche Nutzung verzichtet, so dass in beiden Kreisläufen luftgekühlte Wärmeübertrager zur Wärmeabfuhr eingesetzt werden. Da beide luftgekühlte Wärmeübertrager nicht gleichzeitig mit voller Leistung betrieben werden, bietet es sich an, beide so unterzubringen, dass der zusätzliche luftgekühlte Wärmeübertrager des Normalkühlkreislaufes sich im selben Gehäuse wie der luftgekühlte Wärmeübertrager des Zusatzkühlkreislaufes befindet. Auf diese Weise kann die Anzahl der Ventilatoren und damit die Investitionssumme reduziert werden.
  • Die Umgebungstemperatur und damit auch die Verflüssigungstemperatur und der Verflüssigungsdruck, der das Signal zur Nutzung des Zusatzkühlkreislaufes vorgibt, ändern sich ständig. Bei relativ kurzfristigen Änderungen würde sich auch die Betriebsart der Kälteanlage ständig ändern. Um dies zu vermeiden kann der Wärmeübertrager zwischen dem Normalkühlkreislauf und dem Zusatzkühlkreislauf als Wärmespeicher ausgeführt sein. So kann die Wärme bei kurzfristigen Überschreitungen des Umschaltdruckes an ein Speichermedium abgegeben werden.
  • Die Funktionsweise der Kälteanlage sowie des beschriebenen Verfahrens ist wie folgt:
  • Die Umgebungstemperatur als wesentlicher Einflussfaktor auf die Verflüssigungstemperatur und damit dem Verflüssigungsdruck ändert sich im Verlauf eines Jahres. Maximale Umgebungsdrücke von CO2- Anlagen bis ca. 60 bar sind noch relativ gut beherrschbar. Diese Drücke können bei Umgebungstemperaturen unterhalb von 5 - 20°C mit einem einstufigen Betrieb des Normalkühlkreislaufes realisiert werden. Erst bei Überschreitung des Umgebungstemperaturbereiches von 5 - 20°C werden höhere Drücke erreicht.
  • Die Betriebsweise der Kälteanlage erfolgt in Abhängigkeit von der Verflüssigungstemperatur bzw. des Verflüssigungsdruckes des Normalkühlkreislaufes, die im Wesentlichen von der Umgebungstemperatur aber auch von der Auslegung der Anlage sowie dem aktuellen Kältebedarf der einzelnen Verbraucher abhängen. Eine zusätzliche Beeinflussung der Betriebsweise kann sich aus dem Wärmebedarf der Abwärmenutzer ergeben.
  • Die drei wesentlichen Betriebsarten sind folgende:
    Beim Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen oberhalb des Bereiches von 5 bis 20°C, in den Ansprüchen und nachfolgend Sommerbetrieb genannt, wird die im Normalkühlkreislauf entstehende Wärme über einen Wärmeübertrager der gleichzeitig Verflüssiger des Normalkühlkreislaufes und Verdampfer des Zusatzkühlkreislaufes ist, an den Zusatzkreislauf übertragen. Diese Wärme wird dann über einen Wärmeübertrager bzw. Verflüssiger des Zusatzkühlkreislaufes an die Umgebung abgegeben.
  • Beim Betrieb bei niedrigen Umgebungstemperaturen unterhalb des Bereiches von 5 bis 20°C, in den Ansprüchen und nachfolgend Winterbetrieb genannt, wird die Anlage ohne Nutzung des Zusatzkühlkreislaufes betrieben. Die Abwärme wird über einen zusätzlichen Wärmeübertrager, der z.B. ein luftgekühlter Wärmeübertrager sein kann, an die Umgebung abgegeben.
  • Beim Betrieb bei mittleren Umgebungstemperaturen im Bereich von 5 bis 20°C, in den Ansprüchen und nachfolgend Übergangsbetrieb genannt, wird die Wärme zu einem Teil über einen Wärmeübertrager an die Umgebung und zu einem Teil über den Verflüssiger des Normalkühlkreislaufes an den Verdampfer des Zusatzkühlkreislaufes übertragen. Diese Wärme wird dann über einen luftgekühlten Wärmeübertrager des Zusatzkühlkreislaufes an die Umgebung abgegeben.
  • Der Übergangsbetrieb kann auch bei niedrigeren Temperaturen als oben angegeben erfolgen, z.B. wenn Nutzwärmebedarf zur Abnahme aus dem Zusatzkühlkreislauf besteht.
  • Gegenüber herkömmlichen Kaskadenanlagen mit CO2 im Tiefkühlkreislauf und einem Kältemittel mit hohem Treibhauspotential im Normalkühlkreislauf hat die beschriebene Anlage den Vorteil, dass auch im Normalkühlkreislauf das Kältemittel CO2 angewendet werden kann.
  • Gegenüber einer Kaskadenanlage, in der auch die Kühlung des Normalkühlkreislaufes ständig über einen Zusatzkreislauf erfolgen würde, hat die beschriebene Anlage den Vorteil, dass die Verluste infolge der zusätzlichen Temperaturdifferenz im Wärmeübertrager zwischen Verflüssiger des Normalkühlkreislaufes und Verdampfer des Zusatzkühlkreislaufes der Kaskade nur auftreten, wenn die Wärmeabgabe der Anlage über den Zusatzkühlkreislauf erfolgt, d.h. wenn die Umgebungstemperatur oberhalb des Umschaltbereiches der Umgebungstemperatur von 5°C bis 20°C liegt und Sommerbetrieb gefahren wird. Unterhalb dieses Umschaltbereiches also beim Winterbetrieb treten diese Verluste nicht auf, da die Wärmeabgabe ohne Nutzung des Zusatzkreislaufes erfolgt.
  • Anstelle von Kältemitteln mit Verflüssigungsdrücken unter 40 bar bei hohen Umgebungstemperaturen aber mit hohem Treibhauspotential bzw. hoher Brennbarkeit oder Giftigkeit könnte im Zusatzkreislauf auch das Kältemittel CO2 eingesetzt werden. Die beschriebenen Probleme aufgrund der hohen Drücke könnten durch Anwendung einer industriell vorgefertigten Baueinheit, die nur auf hohe Umgebungstemperaturen ausgelegt ist, reduziert werden.
  • Der Wirkungsgrad des Zusatzkühlkreislaufes der beschriebenen Anlage mit dem Kältemittel CO2 könnte zukünftig durch eine Expansions-Kompressionsmaschine verbessert werden. Gegenüber einstufigen Schaltungen hätte die Nutzung dieser Baueinheit bei dieser Kaskadenschaltung den Vorteil, dass diese Einrichtung auf einen wesentlich kleineren Umgebungstemperaturbereich abgestimmt werden müsste.
  • Nachfolgend wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    Supermarktkälteanlage mit Wärmeabgabe über zusätzliche luftgekühlte Wärmeübertrager
    Fig. 2
    Supermarktkälteanlage mit Nutzwärmekreisläufen
  • Da gerade im Supermarktbereich weit verzweigte Rohrleitungssysteme auftreten und der Druck zur Ablösung von Kältemitteln mit hohem Treibhauspotential in diesem Bereich besonders groß ist, wurden in beiden Ausführungsbeispielen Kälteanlagen für Supermärkte betrachtet.
  • In einem ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird eine Supermarktkälteanlage mit Wärmeabgabe über zusätzliche luftgekühlte Wärmeübertrager beschrieben.
  • Diese Variante mit relativ geringen Investitionskosten ist besonders für den Discountbereich ohne größeren Warmwasserbedarf geeignet.
  • Die Kälteanlage ist eine Kaskadenkälteanlage, die aus einem Normalkühlkreislauf B und einem Zusatzkreislauf C besteht. Beide sind über einen Wärmeübertrager 7, der im Ausführungsbeispiel ein Plattenwärmeübertrager ist, miteinander verbunden.
  • Das im Normalkühlkreislauf B zirkulierende Kältemittel CO2 wird in einem Verbund, der aus mehreren Verdichtern besteht und als Verdichter 3 symbolisiert ist, auf einen höheren Druck verdichtet.
  • Die Verflüssigung des Kältemittels erfolgt entweder im Verflüssiger 4 unter Wärmeabgabe an den Verdampfer 11 des Zusatzkreislaufes C oder im zusätzlichen luftgekühlten Wärmeübertrager 13.1 unter Wärmeabgabe an die Umgebungsluft.
  • Die Expansionseinrichtung 5 besteht aus mehreren Expansionsventilen, die sich an den Kühlmöbeln befinden und als eine Expansionseinrichtung 5 symbolisiert sind. Hier erfolgt die Expansion des Kältemittels auf den Verdampfungsdruck.
  • Die Kühlung der Waren erfolgt über Verdampfer in den einzelnen Kühlmöbeln, die als ein Verdampfer 6 symbolisiert sind. Hier wird der Luft im Inneren des Kühlregals Wärme entzogen, die vom Kältemittel CO2 aufgenommen wird.
  • Zwischen Verdichter 3 und Verflüssiger 4 des Normalkühlkreislaufes B zweigt eine Leitung 12 ab, die über einen luftgekühlten Wärmeübertrager 13.1 geführt wird und vor und nach dem Verflüssiger 4 wieder eingebunden ist.
  • Das im Zusatzkreislauf C zirkulierende Kältemittel R134a wird in einem Verdichter 8, der in diesem Beispiel drehzahlgeregelt ist, auf einen höheren Druck verdichtet, der im Gegensatz zum Kältemittel CO2 unterhalb von 15 bar liegt.
  • Die Abkühlung bzw. Verflüssigung des Kältemittels R134a erfolgt in einem luftgekühlten Wärmeübertrager 15.1 und/oder 9, wobei die entstehende Wärme an die Umgebungsluft abgegeben wird.
  • Die Expansionseinrichtung 10 ist hier ein elektronisch geregeltes Expansionsventil. Hier erfolgt die Expansion des Kältemittels auf den Verdampfungsdruck des Zusatzkühlkreislaufes C.
  • Das Kältemittel R134a nimmt im Verdampfer 11 des Wärmeübertragers 7 die im Verflüssiger 4 des Normalkühlkreislaufes B entstehende Verflüssigungswärme auf.
  • Zwischen Verdichter 8 und luftgekühltem Wärmeübertrager 9 des Zusatzkühlkreislaufes C zweigt eine Leitung 14 ab, die über einen zusätzlichen luftgekühlten Wärmeübertrager 15.1 geführt wird und vor und nach dem luftgekühlten Wärmeübertrager 9 wieder eingebunden ist. Je nach Auslegung des luftgekühlten Wärmeübertragers 15.1 kann auf den luftgekühltem Wärmeübertrager eventuell auch verzichtet werden.
  • Die luftgekühlten Wärmeübertrager 13.1 und 15.1 befinden sich in einem gemeinsamen Gehäuse 16 mit gemeinsam genutzten Luftventilatoren und werden nacheinander von der Umgebungsluft durchströmt. Im Ausführungsbeispiel liegt der luftgekühlte Wärmeübertrager 13.1 des Normalkühlkreislaufes B in Strömungsrichtung der Luft vor dem luftgekühlten Wärmeübertrager 15.1 des Zusatzkühlkreislaufes C. Auf diese Weise durchströmt die Umgebungsluft erst bei einem niedrigen Temperaturniveau den Wärmeübertrager 13.1 des Normalkühlkreislaufes B und dann bei einem höheren Temperaturniveau den Wärmeübertrager 15.1 des Zusatzkühlkreislaufes C.
  • Nachfolgend wird die grundsätzliche Regelung der Anlage dargestellt:
  • Bei Verflüssigungsdrücken des Normalkühlkreislaufes B ab ca. 50 bar, die bei Umgebungstemperaturen oberhalb von ca. 10 °C auftreten, wird die Anlage in Sommerbetrieb gefahren. Dabei wird die im Normalkühlkreislauf B entstehende Wärme über einen Wärmeübertrager 7 der gleichzeitig Verflüssiger 4 des Normalkühlkreislaufes B und Verdampfer 11 des Zusatzkühlkreislaufes C ist, an den Zusatzkühlkreislauf C übertragen. Diese Wärme wird dann über den zusätzlichen luftgekühlten Wärmeübertrager 15.1 und den luftgekühlten Verflüssiger 9 des Zusatzkühlkreislaufes C an die Umgebung abgegeben. Die Leitung 12 und der luftgekühlte Wärmeübertrager 13.1 wird dabei nicht oder kaum durchströmt.
  • Bei Verflüssigungsdrücken des Normalkühlkreislaufes B unterhalb von ca. 45 bar, die bei Temperaturen unterhalb von ca. 5°C auftreten, wird die Anlage in Winterbetrieb gefahren. Dabei wird die Anlage ohne Nutzung des Zusatzkühlkreislaufes C betrieben. Das Kältemittel wird nach Durchströmung der Leitung 12 zum luftgekühlten Wärmeübertrager 13.1 transportiert. Dort wird die Verflüssigungswärme direkt an die Umgebung abgegeben. Der Verflüssiger 4 wird in dieser Betriebsart nicht oder kaum durchströmt.
  • Bei Verflüssigungsdrücken des Normalkühlkreislaufes B im Bereich von 45 -50 bar, die bei Umgebungstemperaturen von ca. 5 -10°C auftreten, wird die Anlage im Übergangsbetrieb gefahren. Nach der Verdichtung durchströmt das Kältemittel CO2 zuerst die Leitung 12 und den zusätzlichen luftgekühlten Wärmeübertrager 13.1 und gibt einen Teil der Verflüssigungswärme ab. Danach durchströmt das Kältemittel den Verflüssiger 4 des Wärmeübertragers 7. Über den Verflüssiger 4 wird die Wärme entweder an das Speichermedium im Wärmeübertrager 7 oder an den Verdampfer 11 des Zusatzkühlkreislaufes C übertragen. Erst wenn das Speichermedium keine Wärme mehr aufnehmen kann, muss der Zusatzkühlkreislauf C in Betrieb gehen.
  • Fig. 2 zeigt in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Supermarktkälteanlage mit Nutzwärmekreisläufen.
  • Die Kälteanlage ist eine Kaskadenkälteanlage, die aus einem Tiefkühlkreislauf A mit dem Kältemittel CO2, einem Normalkühlkreislauf B mit dem Kältemittel CO2 und einem Zusatzkreislauf C mit dem Kältemittel Isobutan besteht.
  • Das Kältemittel Isobutan hat kein Treibhauspotential, ist aber brennbar. Die Anwendung ist jedoch möglich, da es nur im Maschinenraum und außen und nicht innerhalb des Supermarktes eingesetzt wird.
  • Der Tiefkühlkreislauf A ist über den Wärmeübertrager 2, der im Ausführungsbeispiel ein Plattenwärmeübertrager ist, mit dem Normalkühlkreislauf B verbunden. Der Normalkühlkreislauf B ist über den Wärmeübertrager 7, der im Ausführungsbeispiel ein Plattenwärmeübertrager ist, mit dem Zusatzkühlkreislauf C verbunden.
  • Zwischen Verdichter 3 und Verflüssiger 4 des Normalkühlkreislaufes B zweigt eine Leitung 12 ab, die über einen flüssigkeitsgekühlten Wärmeübertrager 13.2 geführt wird und vor und nach dem Verflüssiger 4 wieder eingebunden ist.
  • Zwischen Verdichter 8 und Verflüssiger 9 des Zusatzkreislaufes C zweigt eine Leitung 14 ab, die über einen flüssigkeitsgekühlten Wärmeübertrager 15.2 geführt wird und vor und nach dem luftgekühlten Wärmeübertrager 9 wieder eingebunden ist.
  • Die im Tiefkühlkreislauf entstehende Verflüssigungswärme des Kältemittels CO2 wird über den Verflüssiger 1 des Tiefkühlkreislaufes A im Wärmeübertrager 2 an den Verdampfer 6.1 des Normalkühlkreislaufes B abgeführt. Der Verdampfer 6.1 im Wärmeübertrager 2, ist eine Kühlstelle, die parallel zu den Verdampfern in den Kühlregalen, die als Verdampfer 6 des Normalkühlkreislaufes symbolisiert sind, geschaltet.
  • Das im Normalkühlkreislauf B zirkulierende Kältemittel CO2 wird in einem Verbund, der aus mehreren Verdichtern besteht und als Verdichter 3 symbolisiert ist, auf einen höheren Druck verdichtet.
  • Die Verflüssigung des Kältemittels erfolgt entweder im Verflüssiger 4 unter Wärmeabgabe an den Verdampfer 11 des Zusatzkreislaufes C oder im flüssigkeitsgekühlten Wärmeübertrager 13.2 unter Wärmeabgabe an einen Solekreislauf D. Im Ausführungsbeispiel wird die Wärme über den Solekreislauf D zu einem Parkplatz geführt und dort, wenn notwendig, zur Eisfreihaltung genutzt.
  • Die Expansionseinrichtung 5 besteht aus mehreren Expansionsventilen, die sich an den Kühlmöbeln befinden und als eine Expansionseinrichtung 5 symbolisiert sind. Parallel zu dieser Expansionseinrichtung 5 befindet sich eine Expansionseinrichtung 5.1. Hier erfolgt die Expansion des Kühlmittels auf den Verdampfungsdruck. Das Kühlmittel wird dann zum Verdampfer 6.1. geleitet, der sich im Wärmeübertrager 2 befindet.
  • Die Kühlung der Waren erfolgt durch Wärmeabgabe über Verdampfer in den einzelnen Kühlmöbeln, die als ein Verdampfer 6 symbolisiert sind. Parallel dazu ist der Verdampfer 6.1 geschaltet, der die Wärme aus dem Tiefkühlkreislauf A aufnimmt.
  • Das im Zusatzkreislauf C zirkulierende Kältemittel Isobutan wird in einem Verdichter 8, der in diesem Beispiel drehzahlgeregelt ist, auf einen höheren Druck verdichtet, der im Gegensatz zum Kältemittel CO2 unterhalb von 15 bar liegt.
  • Die Abkühlung bzw. Verflüssigung des Kältemittels Isobutan erfolgt im flüssigkeitsgekühlten Wärmeübertrager 15.2, wenn Wärmebedarf für einen Flüssigkeitskreislauf E besteht, der in diesem Fall ein Brauchwasserkreislauf ist. Wird keine oder nur ein Teil der Verflüssigungswärme benötigt, wird die verbleibende der Wärme über in einem luftgekühlten Wärmeübertrager 9 an die Umgebungsluft abgegeben.
  • Die Expansionseinrichtung 10 ist in diesem Fall ein elektronisch geregeltes Expansionsventil. Hier erfolgt die Expansion des Kältemittels auf den Verdampfungsdruck des Zusatzkühlkreislaufes C.
  • Nachfolgend wird die grundsätzliche Regelung der Anlage dargestellt:
  • Bei Verflüssigungsdrücken des Normalkühlkreislaufes B ab ca. 50 bar, die bei Umgebungstemperaturen oberhalb von ca. 10 °C auftreten, wird die Anlage in Sommerbetrieb gefahren. Dabei wird die im Normalkühlkreislauf B entstehende Wärme über einen Wärmeübertrager 7 der gleichzeitig Verflüssiger 4 des Normalkühlkreislaufes B und Verdampfer 11 des Zusatzkühlkreislaufes C ist, an den Zusatzkühlkreislauf C übertragen. Diese Wärme wird dann über den zusätzlichen flüssigkeitsgekühlten Wärmeübertrager 15.2 an einen Flüssigkeitskreislauf E zur Wärmenutzung, in diesem Fall einen Brauchwasserkreislauf übertragen. Wird vom Brauchwasserkreislauf nicht die gesamte Wärme benötigt, erfolgt die Abgabe der Restwärme über den luftgekühlten Wärmeübertrager 9 des Zusatzkühlkreislaufes C an die Umgebung. Die Leitung 12 und der flüssigkeitsgekühlte Wärmeübertrager 13.2 wird dabei nicht oder kaum durchströmt.
  • Bei Verflüssigungsdrücken des Normalkühlkreislaufes B unterhalb von ca. 45 bar, die bei Temperaturen unterhalb von ca. 5°C auftreten, wird die Anlage in Winterbetrieb gefahren. Dabei wird die Anlage ohne Nutzung des Zusatzkühlkreislaufes C betrieben. Das Kältemittel wird nach Durchströmung der Leitung 12 zum flüssigkeitsgekühlten Wärmeübertrager 13.2 transportiert. Dort wird die Verflüssigungswärme mittels eines Solekreislaufes D zur Wärmenutzung zu einem Parkplatz geführt, über dessen Oberfläche die Wärme an die Umgebung abgegeben wird. Der Verflüssiger 4 wird in dieser Betriebsart nicht oder kaum durchströmt.
  • Bei Verflüssigungsdrücken des Normalkühlkreislaufes B im Bereich von 45 -50 bar, die bei Umgebungstemperaturen von ca. 5 -10°C auftreten, wird die Anlage im Übergangsbetrieb gefahren. Nach der Verdichtung durchströmt das Kältemittel CO2 zuerst die Leitung 12 und den zusätzlichen flüssigkeitsgekühlten Wärmeübertrager 13.2 und gibt einen Teil der Verflüssigungswärme ab. Danach durchströmt das Kältemittel den Verflüssiger 4 des Wärmeübertragers 7. Über den Verflüssiger 4 wird die Wärme entweder an das Speichermedium im Wärmeübertrager 7 oder an den Verdampfer 11 des Zusatzkühlkreislaufes C übertragen. Erst wenn das Speichermedium keine Wärme mehr aufnehmen kann, muss der Zusatzkühlkreislauf C in Betrieb gehen.
  • Sollte bei niedrigen Umgebungstemperaturen Nutzwärmebedarf zur Brauchwassererwärmung vorhanden sein, geht der Zusatzkühlkreislauf C in Betrieb, obwohl aufgrund der Umgebungsbedingungen eigentlich nicht notwendig. Die Betriebsweise ist dann analog der im Winter- bzw. Übergangsbetrieb.
    • Bezugszeichenaufstellung
    • A
    Tiefkühlkreislauf
    B
    Normalkühlkreislauf
    C
    Zusatzkühlkreislauf
    D
    Solekreislauf
    E
    Flüssigkeitskreislauf
    1
    Verflüssiger
    2
    Wärmeübertrager
    3
    Verdichter
    4
    Verflüssiger
    5
    Expansionseinrichtung
    5.1
    Expansionseinrichtung
    6
    Verdampfer
    6.1
    Verdampfer
    7
    Wärmeübertrager
    8
    Verdichter
    9
    luftgekühlter Wärmeübertrager
    10
    Expansionseinrichtung
    11
    Verdampfer
    12
    Leitung
    13.1
    luftgekühlter Wärmeübertrager
    13.2
    flüssigkeitsgekühlter Wärmeübertrager
    14
    Leitung
    15.1
    luftgekühlter Wärmeübertrager
    15.2
    flüssigkeitsgekühlter Wärmeübertrager
    16
    Gehäuse

Claims (7)

  1. Kälteanlage mit folgenden Merkmalen:
    - mindestens zwei Kältekreisläufe, ein Normalkühlkreislauf (B) und ein Zusatzkühlkreislauf (C), bestehend aus jeweils mindestens einem Verdichter (3,8), mindestens einem Verflüssiger (4) im Normalkühlkreislauf und einem luftgekühlten Wärmeübertrager (9) im Zusatzkühlkreislauf(C), jeweils mindestens einer Expansionseinrichtung (5,10) und jeweils mindestens einem Verdampfer (6,11), sind in Kaskadenschaltung mit einem Wärmeübertrager (7), der gleichzeitig Verflüssiger (4) des Normalkühlkreislaufes (B) und Verdampfer (11) des Zusatzkühlkreislaufes (C) ist, miteinander verbunden,
    - mindestens im Normalkühlkreislauf (B) ist als Kältemittel CO2 enthalten,
    - zwischen dem Verdichter (3) und dem Verflüssiger(4) des Normalkühlkreislaufes (1) zweigt eine Leitung (12) ab, die über einen zusätzlichen Wärmeübertrager (13.1, 13.2) geführt wird, der geeignet ist, mindestens einen Teil der Wärme bei niedrigen Umgebungstemperaturen direkt an die Umgebung abzugeben, und vor und/oder nach dem Verflüssiger (4) des Normalkühlkreislaufes (B) wieder einmündet.
  2. Kälteanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Wärmeübertrager ein luftgekühlter Wärmeübertrager (13.1) ist.
  3. Kälteanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Wärmeübertrager ein flüssigkeitsgekühlter Wärmeübertrager (13.2) ist, der an einen Solekreislauf (D), der zu einer Wärmenutzungsstelle führt, angeschlossen ist.
  4. Kälteanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verdichter (8) und dem luftgekühlten Wärmeübertrager (9) des Zusatzkühlkreislaufes (C) eine Leitung (14) abzweigt, die über einen zusätzlichen Wärmeübertrager (15.1,15.2) geführt wird und vor und/oder nach dem luftgekühlten Wärmeübertrager (9) des Zusatzkühlkreislaufes (C) wieder einmündet.
  5. Kälteanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche luftgekühlte Wärmeübertrager (13.1) des Normalkühlkreislaufes (B) sich im selben Gehäuse (16) wie der luftgekühlte Wärmeübertrager (15.1) des Zusatzkühlkreislaufes (C) befindet.
  6. Kälteanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (7) zwischen dem Normalkühlkreislauf (B) und dem Zusatzkühlkreislauf (C) als Wärmespeicher ausgeführt ist.
  7. Verfahren zum Betrieb einer Kälteanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
    - im Sommerbetrieb die Wärme über den Verflüssiger (4) des Normalkühlkreislaufes (B) an den Verdampfer (11) des Zusatzkühlkreislaufes (C) übertragen wird und dann über den luftgekühlten Wärmeübertrager (9) des Zusatzkühlkreislaufes (C) an die Umgebung abgegeben wird, und
    - im Winterbetrieb die Wärme über den zusätzlichen Wärmeübertrager (13.1 oder 13.2) ohne Nutzung des Zusatzkühlkreislaufes (C) an die Umgebung abgegeben wird.
    - im Übergangsbetrieb die Wärme zu einem Teil über den zusätzlichen Wärmeübertrager (13.1 oder 13.2) an die Umgebung und zu einem Teil über den Verflüssiger (4) des Normalkühlkreislaufes (B) an den Verdampfer (11) des Zusatzkühlkreislaufes (C) übertragen wird und dann über den luftgekühlten Wärmeübertrager (9) des Zusatzkühlkreislaufes (C) an die Umgebung abgegeben wird.
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