Die meisten bestehenden Grosskälte-Anlagen-Systeme werden nicht dynamisch geregelt und damit energetisch und bzgl. Energiekosten nicht optimal betrieben. Viele Kälteanlagen fördern Wasser mit konstanten Volumenströmen und verfügen über einen Bypass, welcher zu einem hohen Pumpenergieverbrauch führt. Die einzelnen Teilsysteme arbeiten üblicherweise nur zu einem sehr geringen Anteil der Betriebszeit bei den energetisch optimalen Auslegungsbedingungen. Aufgrund zu geringer Temperaturdifferenzen verursacht durch zu hohe Wasserdurchflüsse wird die Nennleistung der Teilsysteme oft nicht erreicht, was zu Überdimensionierungen, vor allem bei der Kältemaschine), und zusätzlich die Effizienz reduziert. Diese Charakteristika der heutigen Betriebsweise führen zu hohen energetischen Ineffizienzen.
Häufig führen Massnahmen, welche mit dem Ziel der Energieeffizienzsteigerung durchgeführt werden, lediglich zu einer Verschiebung des Energieverbrauchs zwischen den Teilsystemen. Eine Reduktion der Temperaturdifferenzen (Anhebung des Temperaturniveaus) beispielsweise erhöht zwar den COP der Kältemaschine im engeren Sinn, reduziert aber die Kälteleistung des Systems und erhöht den Stromverbrauch der Pumpen und Rückkühlventilatoren. Ohne eine gesamtheitliche Systembetrachtung können Einsparungen bei einem Teilsystem zu Mehrverbrauch bei anderen Teilsystemen führen.
Gegenüber dem heute üblichen Betrieb bestehen also beträchtliche physikalische, technische und betriebliche Möglichkeiten, diese Grosskältesysteme energie- und vor allem strom-effizienter zu betreiben. Dies wird beispielsweise durch folgende technische und betriebliche Massnahmen erreicht:
- Etablierung eines optimierten Wasserkreislaufs, um den Bypass von Wasser mehr oder weniger ganz zu vermeiden. Dies bedingt einen variablen Wasservolumenstrom im ganzen System zwischen Verdampfer und Kondensator.
- Dies wird über einen frequenzgesteuerte Betrieb der Teilsysteme erreicht und bedingt in den meisten Fällen die Installation von Frequenzumrichtern (FU) an allen Kalt- und Kühlwasserpumpen und sowie an den Kühlturmventilatoren. Ein Installation von FU an den Kältemaschinen-Kompressoren, was Implikationen auf die Garantieleistung der Hersteller hätte, ist jedoch nicht erforderlich.
- Bei geeigneter dynamischer Regelung können damit im Betrieb optimale dynamische Temperatur- und Druck-Sollwerte für Kalt- und Kühlwasserkreisläufe erreicht werden, dies basierend auf dem jeweils aktuellen Lastprofil.
- Voraussetzung dafür ist die Messung der Betriebsparameter der verschiedenen Teilsysteme in Echtzeit, was die Installation von entsprechender Sensorik bedingt. Dies kann gleichzeitig mit der Installation der FU erfolgen.
Mit diesen Massnahmen erhöht sich die effektive Kälteleistung der Kältemaschine (Betrieb der Kältemaschine mit einer grossen Temperaturdifferenz über die Kältemaschine betrieben, am besten bei oder in der Nähe der Auslegungstemperatur) und es werden Probleme mit der Kältemittelförderung bei Teillast verhindert. Zudem wird die Leistung des Kältemittelkreislaufs bei allen Last- und Umweltbedingungen verbessert.