Kältetechnik für den zarten Schmelz

Bei der Produktion von Schokoladen ist die Einhaltung von exakt definierten Produktionsbedingungen in Verbindung mit besonderen Anforderungen an die Hygiene äußerst wichtig. Die Schokoladenherstellung ist ein hoch technisierter Vorgang, bei dem die Kältetechnik eine wichtige Rolle spielt – so auch im Aachener Werk von Lindt & Sprüngli. Vier R134a- und drei Ammoniakanlagen (NH3) ausgestattet mit BITZER Schraubenverdichtern sorgen dort für optimale Bedingungen.

Exakte Temperaturen erforderlich

Der Kälte- und Klima-Fachbetrieb HSV Kälte-Klima-Lüftungstechnik aus Baesweiler bei Aachen beschäftigt 55 Mitarbeiter und bietet das komplette Spektrum der Gebäudetechnik an – von der klassischen Kältetechnik über Lüftungstechnik und Klimatechnik bis hin zur Königsdisziplin Reinraumtechnik. Der Kundenstamm besteht fast ausschließlich aus Industrieunternehmen, die Geschäftsführer Heinz-Josef Lentzen mit seinem Team durch Kompetenz und Qualität zu überzeugen sucht: „Perfektion ist unser Anspruch. Durch Know-how, jahrzehntelange Erfahrung und den Einsatz kompetenter Mitarbeiter können wir höchsten Qualitätsansprüchen gerecht werden.“ Die Firma HSV betreut das Aachener Lindt-Werk schon seit vielen Jahren und kennt durch einen Vollwartungsvertrag für alle Kälte-, Klima- und Lüftungsanlagen das Werksgelände wie die eigene Westentasche. Die allermeisten dieser Anlagen wurden auch von den Baesweiler Kältespezialisten geplant und installiert. 2013 und 2014 wurde der Umfang der zu betreuenden Anlagen noch einmal deutlich erweitert. Im Zuge des Neubaus einer Produktionshalle entstand auch eine neue Kältezentrale, in der Kälteanlagen mit einer Gesamtleistung von fast 5 MW errichtet wurden. Denn es besteht ein hoher Kältebedarf sowohl für die Kühlung der Produktionsmaschinen als auch für die Klimatisierung der Produktionsräume und die Lagerung. Veränderungen der Luftfeuchte und -temperatur in der Halle sind genauso wenig zu tolerieren wie Schwankungen bei der Kaltwassertemperatur und -menge, die für die Produktionsmaschinen benötigt werden.

Kälte auf engstem Raum

Als die Firma HSV im Jahr 2013 die erste Planung für die neu zu errichtende Werkshalle vornahm, stand für die Kältezentrale ein Raum zur Verfügung, in dem eine R134a-Kältemaschine mit einer Leistung von 600 kW für die Erzeugung von Kaltwasser (+8 °C/+14 °C) zur Klimatisierung der Halle und eine NH3-Anlage für die Solekühlung
(–3 °C/+2 °C) mit 500 kW zur Maschinenkühlung untergebracht werden sollten. Infolge einer Aufstockung der Halle ergab sich ein Kälteleistungsbedarf von 3.400 kW Kaltwasserbedarf und 1.800 kW Solebedarf. Dass eine Erhöhung der Kälteleistung erforderlich werden könnte, wurde schon zu einem frühen Zeitpunkt der Planung erkannt. Die Firma HSV entwickelte deshalb ein modulares Kältekonzept, bei dem die Anlage mitwachsen konnte. Was hingegen nicht mitwachsen konnte, war das Platzangebot für die Kältezentrale. Es musste eine Lösung gefunden werden, wie vier R134a-Kälteanlagen mit je 850 kW und drei NH3-Kälteanlagen mit je 600 kW mit den dazugehörigen Pumpen, Pufferspeichern, hydraulischen Weichen etc. auf der gleichen Fläche untergebracht werden konnten wie bei der Erstplanung.

Die R134a-Maschinen stellten hinsichtlich des Platzbedarfs keine größeren Probleme dar, bei den NH3-Anlagen ergab sich jedoch ein enormes Platzproblem wegen der großen Abscheider- und Verdampferabmessungen. Zudem wurden durch die Toxizität von Ammoniak höchste Anforderungen an die Betriebssicherheit der Maschinen gestellt. Aufgrund der besonderen Herausforderungen wird daher im weiteren Bericht ein besonderer Fokus auf die Kältetechnik rund um die Ammoniakanlagen gelegt.

Als langjähriger Partner beauftragte die Firma HSV das Unternehmen compact Kältetechnik aus Dresden als Spezialisten für qualitativ hochwertigen Anlagenbau mit dem Bau der sieben Kältemaschinen. Sehr ambitioniert war insbesondere der Zeitplan, den es zu realisieren galt. War der Ausbau ursprünglich auf drei Jahre angesetzt, wurde dieser schließlich auf ein Jahr reduziert. Baubeginn für die Gebäudetechnik war Februar 2013, im Mai wurden die Kältemaschinen bei compact geordert und bereits im Oktober 2013 war das Allermeiste fertig gestellt, sodass Lindt & Sprüngli mit der Einrichtung der Produktionsstraßen beginnen konnte.

R134a-Klimakaltwassersätze und Ammoniakanlagen

Die vier luftgekühlten Klimakaltwassersätze mit dem Kältemittel R134a bestehen aus je zwei halbhermetischen Schraubenverdichtern (BITZER CSH9573-180Y), zwei Kältemittelsammlern mit je 228 l Inhalt, einem Zweikreisverdampfer in Rohrbündelbauart und einem Schaltschrank zur Leistungsversorgung und Steuerung der Kältemaschine.

Bei der NH3-Kälteanlage handelt es sich um drei separate, leistungsgeregelte, luftgekühlte, einstufige Ammoniakkälteanlagen (je 600 kW Kälteleistung) mit je zwei offenen Schraubenverdichtern (BITZER OSKA 8571-K). Die Ammoniakanlagen arbeiten in Verbundschaltung, haben eine Verdampfungstemperatur von -6 °C und eine Kondensationstemperatur von +42 °C. Die installierten Schraubenverdichteraggregate sind jeweils auf einem Stahlgrundrahmen montiert. Die beiden Schraubenverdichter saugen das verdampfte Ammoniakgas aus den Verdampfern ab und fördern es in die Verflüssigungssysteme. Die Verflüssigung des komprimierten Ammoniakgases erfolgt in den auf dem Dach aufgestellten luftgekühlten Verflüssigern. Die Schraubenverdichter sind mit einem zweistufigen Ölabscheider und einem Ölkühler verbunden und haben ein theoretisches Fördervolumen von je 410 m³/h pro Verdichter. Zur Kühlung des Kältemaschinenöls ist auf dem Schraubenverdichteraggregat ein Ölkühler mit 90 kW Leistung installiert. Dieser Ölkühler wird durch Kühlsole, die vom Glykolkreislauf mittels einer Pumpe dem Ölkühler zugeführt wird, gekühlt. Als Kälteträger dient Wasser mit 30 Prozent Propylenglykol (Eintritt +2 °C). Die Verdichter werden nach der Verdampfungstemperatur geregelt. Die Verdichter und Leistungsstufen werden elektronisch über einen eingebauten elektronischen Verbundregler zu- und abgeschaltet. Die Verflüssigungsdruckregelung erfolgt ebenfalls elektronisch. Bei steigendem Kondensationsdruck werden stufenlos die EC-Motoren der Lüfter des Verflüssigers hoch- oder heruntergeregelt. Ist der maximal zulässige Kondensationsdruck erreicht, wird die Verdichterleistung automatisch zurückgefahren, um einer Notabschaltung vorzugreifen. Erst wenn diese Maßnahmen keinen Erfolg bringen, erfolgt die Notabschaltung über den Sicherheitsdruckbegrenzer.

Sicherheit und Vermeidung von Kältemittelemissionen

Jeder Maschinensatz ist mit maximaler Sicherheitstechnik ausgerüstet, um einen Austritt von Kältemittel oder Öl zu vermeiden. Jeder Kältekreislauf besitzt hierfür Sensoren zur Druckmessung, jeweils auf der Hoch- und Niederdruckseite mit Weiterleitung an den Zentralregler. Im Zentralregler sind alle maximalen Betriebsdrücke im Normalbetrieb hinterlegt. Werden unzulässige Drücke erreicht, wird die Anlage kontrolliert, abgeschaltet und der Betreiber mittels Störmeldung informiert. Sollte dieses System versagen, so schalten mechanische Druckschalter (Pressostate) die Anlage ebenfalls ab. Hierbei befindet sich auf der Niederdruckseite ein ND-Wächter und auf der Hochdruckseite ein HD-Wächter. Sollten auch diese Einrichtungen versagen, ist auf der Hochdruckseite als dritte Überwachungsstufe ein HD-Begrenzer installiert. Dieser ist nur mit einem Werkzeug zurücksetzbar, wodurch sichergestellt ist, dass beim Ansprechen der dritten Sicherheitsstufe nur eine befähigte Person eine erneute Inbetriebsetzung erreichen kann.

Dass bereits die gelieferten Kältemaschinen den höchsten Sicherheitsanforderungen in Bezug auf Material und Verarbeitung genügen, dafür steht die Firma compact als Lieferant gerade. Und da compact als anerkannter Schweißfachbetrieb über die erforderlichen Zulassungen verfügt, wurden die R717-Kaltsolesätze auch schon mit CE-Kennzeichnung geliefert. Die R134a-Anlagen wurden mit den gleichen hohen Anforderungen wie die NH3-Anlagen gebaut. „Sowohl die NH3– als auch die R134a-Anlagen sind absolut dicht“, ist sich Heinz-Josef Lentzen sicher.

Neben den beschriebenen anlagentechnischen Möglichkeiten entwickelte die Firma HSV zusätzlich eine ausführliche Gefährdungsbeurteilung für den Maschinenraum, in dem die NH3-Anlagen untergebracht sind.

Fazit

Der Werksneubau der Firma Lindt & Sprüngli konnte durch ein frühzeitiges und enges Zusammenspiel aller Beteiligten trotz mehrfacher Umplanungen fristgerecht realisiert werden. Die Anlage mit 5 MW Kälteleistung, bestehend aus vier R134a- und drei NH3-Kältemaschinen, wurde dank intensiver Vorplanung und Optimierungsarbeit durch die Firmen HSV und compact Kältetechnik so verdichtet gebaut, dass sie in einem eigentlich viel zu kleinen Technikraum Platz finden konnte. Die gesamte Kälte- und Lüftungstechnik erfüllt die Vorgabe des Betreibers nach größtmöglicher Energieeffizienz, Betriebs- und Anlagensicherheit. Dank modernster Kältetechnik kann die Firma Lindt & Sprüngli auch in Zukunft mit Produkten überzeugen, mit denen sie sich in den fast 170 Jahren ihrer Firmengeschichte einen Namen gemacht hat: Premiumschokoladen mit dem besonders zarten Schmelz.