Tiefkühlraum Backshop im Supermarkt: eine Herausforderung im Betrieb durch Eis- und Schneebildung und hohem Energieverbrauch

Tiefkühlraum Backshop im Supermarkt: eine Herausforderung im Betrieb durch Eis- und Schneebildung und hohen Energieverbrauch. Betriebsstörungen sind hier keine Seltenheit, da hohe Temperaturen und Luftfeuchtigkeit im Backshop regelmäßig eine hohe Belastung im nahe gelegenen Tiefkühlraum darstellen. Hohe Betriebskosten und das Risiko von Ausfällen für den Tiefkühlraum Backshop ist die Folge.

Tiefkühlraum Backshop – mittlerweile dreht sich fast jedes zweite unserer Projekte um die Behebung sehr starker Eis- und Schneebildungen in dieser Anwendung, welche hauptsächlich für die Lagerung von Backwaren genutzt werden. Da stellt sich selbstverständlich die Frage nach der Ursache. Was ist der Unterschied zu gewöhnlichen Kühlräumen und welche Faktoren verursachen die Herausforderungen in so einem Tiefkühlraum? Um diese Thematik zu bewerten, schauen wir uns zunächst an, wie ein Kühlraum in der Regel funktioniert, welche Einflussfaktoren eine Rolle spielen, welche Kosten verursacht werden und wie das Problem gelöst werden kann.

Wie funktioniert ein Tiefkühlraum

Die Funktionsweise lässt sich im Groben wie folgt erklären: zum einen muss die Temperatur im inneren des Raumes dauerhaft reduziert werden. Zum Anderen muss die im Raum befindliche Feuchtigkeit aus dem Tiefkühlraum entfernt werden.

▶ Kühlen:

Im Verdampfer wird das flüssige Kältemittel durch Entspannung verdampft, wodurch es Wärme aus dem Kühlraum aufnimmt und dadurch die Luft abkühlt. Der Kompressor zieht das gasförmige Kältemittel ab, verdichtet es und erhöht dadurch Druck und Temperatur. Das heiße Kältemittel wird dann im Verflüssiger abgekühlt und kondensiert wieder zu Flüssigkeit. Durch das Expansionsventil fließt das Kältemittel zurück in den Verdampfer, wobei der Druck reduziert und das Kältemittel stark abgekühlt wird. Die Temperatur wird durch ein Thermostat oder eine elektronische Steuerung überwacht und geregelt, die den Kompressor je nach Bedarf ein- und ausschaltet.

▶ Entfeuchten:

Die Luftfeuchtigkeit im Kühlraum wird hauptsächlich durch den Verdampfer reguliert. Wenn die warme, feuchte Luft über die kalten Oberflächen des Verdampfers strömt, kondensiert die Feuchtigkeit und schlägt sich als Eis nieder. In regelmäßigen Abständen wir der Verdampfer abgetaut, wodurch das auf seiner Oberfläche angelagerte Eis schmilzt und dann durch ein spezielles Ablaufsystem aus dem Kühlraum abgeleitet wird.

Welche negativen Einflussfaktoren auf einen Tiefkühlraum gibt es?

Zusammenfassend können wir festhalten, wir benötigen in unserem Tiefühlraum Backshop lediglich die richtige Temperatur und müssen die Luftfeuchtigkeit schnell genug aus dem Raum entfernen. Und genau hier fängt das Problem an. Jedes Aggregat in Ihrem Markt kann lediglich eine bestimmte Leistung erzielen und selbstverständlich benötigt es mehr Energie einen Raum von 40°C auf -20°C zu kühlen als von 20°C auf -20°C. Dasselbe gilt für die Luftfeuchtigkeit. Habe ich eine höhere Luftfeuchtigkeit in meinem Kühlraum benötige ich mehr Leistung, um diese abzuführen als bei geringerer Luftfeuchtigkeit.

Genau hier kommen wir zu der Herausforderung.

Backshop-Kühlräume stehen in der Regel, wie der Name schon sagt, in der Nähe eines Backshops. Das bedeutet, in der Nähe unseres Tiefkühlraums befindet sich eine Maschine welche kontinuierlich hohe Temperaturen und eine hohe Luftfeuchtigkeit verursacht. Nennen wir dieses Gemisch aus hoher Temperatur und hoher Luftfeuchtigkeit für unsere weitere Ausführung ab jetzt „belastete Luft“.

Aber wie gelangt die belastete Luft in unseren Kühlraum? Die Antwort ist ganz einfach. Durch Türöffnungen.

Die Mitarbeiter des Backshops müssen kontinuierlich in den Kühlraum eintreten und neue Ware herausholen, welche dann gebacken und an die Kunden verkauft wird. Da in unserem Backshop-Kühlraum aufgrund der Temperaturunterschiede zur Außenluft niedrigere Drücke herrschen, wir die belastete Luft bei jeder Türöffnung in den Kühlraum gezogen und muss erneut gekühlt und entfeuchtet werden.

Natürlich ist ein Kühlraum so gebaut, dass er im Normalfall die belastete Luft auch wieder in den Bedarfszustand kühlt und entfeuchtet. Dies kann allerdings nur bis zu einem bestimmten Feuchtigkeitsgehalt sowie einer bestimmten Temperatur der eintretenden Außenluft erreicht werden. In der Regel wird seitens der Hersteller angegeben, dass bis zu Parametern von 25°C und 60%rH (relativer Luftfeuchtigkeit) mit keinen Fehlfunktionen zu rechnen ist. Dies ist jedoch in unserem Beispiel aufgrund der durch die Backöfen belastete Luft eher die Ausnahme als die Regel. Zudem kommt noch, dass der besagte Raum irgendwann leer ist und neu mit Ware befüllt werden muss. Hier kommt es nicht nur zu deutlich längeren Öffnungszeiten der Kühlraumtür, sondern auch zu einer zusätzlichen Belastung durch die neu eingelagerte Ware. Ab dem Zeitpunkt der Abladung der Ware vom LKW bis hin zur Einlagerung in den Kühlraum, bleibt genug Zeit für Feuchtigkeitsbildung an den Waren, welche dann selbstverständlich auch in den Kühlraum gelangt.

Im Endeffekt kann es durch oben genannte Aspekte zu mehreren Konsequenzen führen.

Zum einen kann hierdurch der Tiefkühlraum Backshop nicht schnell genug auf die geforderte Zieltemperatur kommen.  Eventuell werden sogar die durch den Gesetzgeber geforderten Mindesttemperaturen überschritten werden, was zum Verfall der gesamten im Raum befindlichen Ware führt. Des Weiteren sind starke Eisbildungen im Raum zu erwarten, welche die Arbeit des Kühlraumes zum einen negativ beeinflussen können, aber auch ein Unfallrisiko für Mitarbeiter und Mitarbeiterinnern hervorrufen.

Aus diesem Grund muss der Raum in so einem Fall, meist im laufenden Betrieb, enteist werden. Dies erfordert nicht nur zusätzliche Mitarbeiterstunden, welche während dieser Zeit wertschöpfende Aufgaben hintenanstellen müssen. Im schlimmsten Fall resultieren die negativen Einflüsse in technischen Beschädigungen oder gar einem Totalausfall der Kältetechnik. In diesem Fall folgt nicht nur eine teure Reparatur der Technik sondern im Fall eines Totalausfalls kann der Raum womöglich für einige Tage nicht weiter genutzt werden. Neben dem Verlust der Ware kommt in diesem Fall noch der Entfall des potenziellen Umsatzes innerhalb der Ausfallzeit hinzu.

In folgender Anschauung können wir betrachten, wie hoch die Kosten bei oben genannten Resultaten bei einem einzigen Ausfall der Kältetechnik anwachsen können.

Da in den meisten Fällen nichts an den baulichen Gegebenheiten geändert werden kann und eine Erweiterung des Tiefühlraums nicht möglich ist, stellt sich die Frage wie diese Herausforderung gelöst werden kann?

Am Anfang dieses Beitrages haben wir uns die Funktionsweise eines Tiefkühlraums angesehen. Kühlen und Entfeuchten, die zwei hauptsächlichen Aufgaben der Kühltechnik innerhalb eines Raumes. In allen konventionellen Kühlkonzepten werden diese beiden Aufgaben simultan ausgeführt. Da wir nicht nur eine Leistungsgrenze bei unsere Aggregaten haben, welche bei der Bearbeitung von belasteter Luft schnell an Ihre Kapazitätsgrenze gelangen, beeinflusst sich die Durchführung beider Aufgaben gleichzeitig zusätzlich noch negativ in Ihrer Funktion. Als kleines Beispiel, um die Luftfeuchtigkeit abtransportieren zu können, setzt sich diese in Form von Eis auf der Oberfläche des Verdampfers ab. Schlecht nur, dass Eis sehr gute isolierende Eigenschafften aufweist, was zu einer schlechteren Temperaturübertragung am Verdampfer führt. Und genau diese ist hauptverantwortlich für das Herabsenken der Temperatur. Das führt zu längeren Laufzeiten des Kompressors, mehr Verschleiß und letztlich zu einem höheren Risiko für Betriebsstörungen.

Schauen wir uns zudem auch noch ein modellhaften Tagesablauf eines Tiefkühlraums an, kommen wir langsam auf unsere Lösung dieser Problematik. Tagsüber wird der Kühlraum ca. 12 Stunden lang stark benutzt und belastet. Nachts bzw. in den Schließzeiten des Marktes bleibt dieser dauerhaft geschlossen und daher auch von jeglichen Belastungseinflüssen verschont. Hier kommt unser Molekularfilter ins Spiel. Der Molekularfilter kann aufgrund von in der Umgebungsluft herrschenden Druckunterschieden Wassermoleküle zwischenspeichern aber auch wieder abgeben.

Wenn wir uns nun unser modellhaftes Beispiel nochmals unter der Berücksichtigung unserer Molekularfilter anschauen, kommen wir zu einem anderen Ergebnis:

Tagsüber, in der extremen Belastungsphase des Tiefühlraum Backshop, wird Feuchtigkeit im Molekularfilter zwischengespeichert. Hierdurch kann sich unser Verdampfer vollständig auf das Herabsenken der Temperatur fokussieren und seine volle Kapazität dieser Funktion widmen. Nachts, wenn die Temperatur stabil ist und der Raum von Belastungen unberührt bleibt, gibt der Molekularfilter die Wassermoleküle wieder an seine Umgebungsluft ab. In diesem Zeitraum kann sich der Verdampfer gänzlich auf die Abführung der Feuchtigkeit fokussieren. Unsere Schlussfolgerung aus diesem Thema: Nacheinander ist besser als gleichzeitig!

Regenerative Prozesse zur Feuchtigkeitskontrolle

Adsorptions- und Desorptionsprozesse laufen immer gleichzeitig ab bis sich ein Gleichgewichtszustand, der sich aus den Umgebungsbedingungen ergibt, eingestellt hat. Aufgrund von Temperatur- und Druckunterschieden kann dieses Gleichgewicht stärker in Richtung Adsorption oder Desorption verschoben werden. Das Sorptionspotenzial des jeweiligen Systems wird häufig in Diagrammen dargestellt, die das Energiepotenzial eines Moleküls im Abstand zur Oberfläche zeigen. Kurvenverläufe setzen sich aus abstoßenden und anziehenden Wechselwirkungen zusammen und sind abhängig vom Molekül sowie der Oberflächengeometrie; diese können z. B. über quantenchemische Berechnungen und Molekulardynamiksimulationen bestimmt werden.

Sie können deutlich erkennen, wie sich der Einsatz unseres Molekularfilters auf die Gesamtperformance des Kühlsystems auswirkt. Oberhalb in orange erkennen Sie die relative Luftfeuchtigkeit, die vor der Installation regelmäßig die 100% erreichte und somit zu unerwünschter Kondensation führte. Unterhalb erkennen Sie die Temperatur in blau, die nach Installation eine deutlich geringere Schwankungsbreite aufwies. Stabilere Temperaturen führen zu einer besseren Produktqualität und geringeren Belastungen des Kompressors.

Tiefkühlraum Backshop – durch den Einsatz unserer Molekularfilter erreichen Sie weniger:

Betriebskosten

Betriebsstörungen

Food Waste

Eis- und Schnee

Reparaturen

Energieverbrauch

Die Gefahren von zu hoher Luftfeuchtigkeit in Supermärkten, insbesondere im Tiefkühlraum Backshop, werden oft übersehen, doch ihre Auswirkungen auf den Betrieb, die Rentabilität und das Kundenerlebnis sind unbestreitbar. Indem Sie die revolutionäre Kraft eines Molekularfilters nutzen, nehmen Sie das Schicksal Ihres Supermarktes in die Hand. Ununterbrochene Abläufe, minimierte Lebensmittelabfälle, reduzierte Kosten, ein verbessertes Kundenerlebnis und langfristige Rentabilität warten auf diejenigen, die es wagen, den Status quo in Frage zu stellen.