Kälte Klima Aktuell. Sonderausgabe Großkältetechnik

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1 H Jahrgang Kälte Klima Aktuell 2014 Sonderausgabe Großkältetechnik Offizielles Organ der: ÜWG Überwachungsgemeinschaft Kälte- und Klimatechnik e.v. Kälte- und Klimatechnik-Innung Nordrhein Innung für Kälte-Klima- Technik Dortmund Innung für Kälte- und Klimatechnik Bremen-Oldenburg Innung für Kälte- und Klimatechnik Berlin-Brandenburg

2 GROSSKÄLTE GIBT ES NICHT VON DER STANGE. 3, CO 2

3 :21:32 Wärme und Kälte koppeln Bei vielen Prozessen in der Industrie und im Handel entsteht Wärme, die sehr oft ungenutzt bleibt und unter Kosten- und Energieaufwand entsorgt werden muss. Gleichzeitig besteht oftmals in den gleichen Unternehmen die Notwendigkeit Kälte für Prozesse und Gebäude zu erzeugen. Was liegt näher, als das Abfallprodukt Wärme aus dem einen Prozess zu nutzen, um daraus Kälte für einen anderen Prozess zu machen. Hierfür eignen sich in hervorragender Weise Sorptionsanlagen. Dann wieder gibt es viele Betriebe mit einem hohen Kältebedarf, bei denen die Abwärme aus dem Kälteprozess sinnvoller Weise zur Beheizung an anderer Stelle genutzt werden könnte, statt sie nur an die Umgebung abzugeben. Hierfür sind Wärmepumpen bestens geeignet. Die Potentiale für die sinnvolle Verknüpfung von Wärme und Kälte sind immens und müssen dringend gehoben werden nicht nur um unnötige CO 2 -Emissionen zu vermeiden und unsere Umwelt zu schützen, sondern auch um die Energiekosten für die Betreiber der Anlagen zu reduzieren. Die Komplexität von Systemen, bei denen Wärme- und Kältebedarf sinnvoll verknüpft werden, ist jedoch nicht zu unterschätzen gerade bei Großanlagen ist hier ein fundiertes planerisches Know-how erforderlich. In dieser Großkälte-Sonderausgabe der KKA, die übrigens schon zum 15. Mal erscheint, widmen sich mehrere Beiträge der eben geschilderten Thematik. Die Autoren zeigen auf, wie die Kopplung von Wärme und Kälte und die Planung komplexer Kältesysteme in beispielhafter Weise gelingen können. So beleuchtet der Artikel Großwärmepumpen in der Praxis auf Seite 34 das enorme Marktpotential für Großwärmepumpen und geht u.a. auf den Verbund der heiz- und kältetechnischen Anlagen für die Hamburger Vattenfall-Zentrale und eine CO 2 -Hochtemperaturwärmepumpe beim Südwestrundfunk in Baden-Baden ein. Um eine Hochtemperaturwärmepumpe mit dem Kältemittel R245fa geht es in dem Beitrag auf Seite 56. Der Prototyp wird in einer Teilereinigungsanlage zur Verdampfung von wässriger Reinigungslösung eingesetzt. Im Artikel Energiemanagement für Großmarkt auf Seite 40 wird die Kälte-Wärme-Verbundlösung für einen Großmarkt in Waldshut beschrieben, bei der zudem die Nutzung von Geothermie in das Gesamtkonzept eingebunden wurde. In dem Artikel Abwärme für Heizung und Kälte auf Seite 43 wird die Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungsanlage bei einem Hersteller von Plastik- und Aluminiumteilen vorgestellt, der mit Hilfe von drei BHKW seinen Strom erzeugt und die anfallende Abwärme der Motoren für die Heizung und den Antrieb einer Adsorptionsanlage verwendet. Aber auch die anderen, hier nicht explizit aufgeführten Artikel zeigen in hervorragender Weise auf, wie Kälte- und Klimaanlagen größerer Dimensionen in optimaler Weise geplant und installiert werden können. DIGIMON-SE Display Digital und Analog patent pending DIGIMON4 Viel Spaß bei der Lektüre wünscht Ihr Christoph Brauneis H V A C / R S e r v i c e P r o d u c t s

4 INHALT Rubriken Editorial 1 Aktuell 4-10 Inserentenverzeichnis 55 Produkte Vorschau 64 Impressum 64 Technik Kühlkonvektoren Dauerhaft unter 18 C 12 Kühltürme Die richtige Wasserqualität für Kühltürme 16 Kühlwassersysteme Effizienzsteigerung in einem komplexen Kühlwassersystem Kurzfristiger Sanierer: Mietkälte 46 Luftreiniger Staubfreie Lagerhaltung 30 Wärmepumpen Großwärmepumpen in der Praxis 34 Serverkühlung Ausgezeichnete Data Center-Klimatisierung 38 Verbundanlage Energiemanagement für Großmarkt 40 Adsorptionskälte Abwärme für Heizung und Kälte 43 Die richtige Wasserqualität für Kühltürme Mietkälte Kurzfristiger Sanierer: Mietkälte 46 Wärmepumpen Cool Heating 49 Flüssigkeitskühler Magnetgelagerte Turbo-Flüssigkeitskühler 52 Serverkühlung Europas größtes Rechenzentrum 54 Wärmepumpen Hochtemperaturwärmepumpe 56 Cool Heating Europas größtes Rechenzentrum H Jahrgang Anwendung des flexiblen Dämmstoffs Armaflex Ultima mit geringer Rauchdichte ( Kälte Klima Aktuell 2014 Online News Wer sich für Neuigkeiten aus der Kälte-Klima-Branche interessiert, findet diese täglich aktualisiert auf REINSCHAUEN LOHNT SICH! Sonderausgabe Großkältetechnik Offizielles Organ der: ÜWG Überwachungsgemeinschaft Kälte- und Klimatechnik e.v. Kälte- und Klimatechnik-Innung Nordrhein Innung für Kälte-Klima- Technik Dortmund Innung für Kälte- und Klimatechnik Bremen-Oldenburg Innung für Kälte- und Klimatechnik Berlin-Brandenburg 2 Kälte Klima Aktuell Großkälte 2014

5 Wahlweise mit Hubkolbenoder Schraubenverdichtern von namhaften Herstellern Große Auswahl optionaler Komponenten, elektrisch vorverdrahtet oder mit Schaltschrank Hochwertiges Regelungssystem Massive, kompakte Bauweise Geringer Installationsaufwand, service- und wartungsfreundlich Zwei starke Partner garantieren Qualität! Mit TEKO-Verbundanlagen erhalten Sie Spitzentechnologie in hervorragender Qualität zum besten Preis-/Leistungsverhältnis. Bei der Fertigung werden nur hochwertige Komponenten von führenden europäischen Herstellern eingesetzt. Neben unserem Standard-Angebot fertigen wir selbstverständlich Verbundsysteme auch individuell ganz nach Ihren Wünschen. Abwicklung und Service, wenn es um die Planung bzw. Fertigung Ihrer individuellen Verbundanlage geht. Anruf genügt. REISS KÄLTE-KLIMA GmbH & Co. KG Der zuverlässige Partner des KÄLTE-KLIMA-Handwerks Offenbach/Main, Reichertweg 1, Telefon +49 (0) , Telefax +49 (0) , verkauf.offenbach@kaeltereiss.de, technik.offenbach@kaeltereiss.de Niederlassungen in Deutschland: Tel.: Tel.: Niederlassungen in Österreich: Tel.: Hannover +49 (0) München +49 (0) Wien +43 (0) Dortmund +49 (0) Stuttgart +49 (0) Graz +43 (0) Köln +49 (0) Mannheim +49 (0) Linz +43 (0) Hamburg +49 (0) Zwickau +49 (0) Innsbruck +43 (0) Leipzig +49 (0) Regensburg +49 (0) Potsdam +49 (0) Freiburg +49 (0) Nürnberg +49 (0)

6 AKTUELL Kühlsimulationen für Datacenter Schneider Electric Die Schneider Electric GmbH ( hat mit Cooling for Datacenter eine neue App für das Tablet von Apple zur Verfügung gestellt. Damit erhalten Interessenten einen Überblick über das Portfolio an Kühllösungen. Interaktive Features versorgen Anwender mit umfangreichen Informationen zu den jeweiligen Systemen. Die App ist kostenlos im Apple Store verfügbar. Cooling for Datacenter gibt sowohl IT- Profis als auch -Laien einen verständlichen Überblick über das gesamte Kühlportfolio sowie über die verschiedenen Kühlkomponenten. Im Startmenü kann der Anwender zwischen zwei Gebäudelösungen wählen. Die zur Verfügung stehenden Kühlsysteme werden in den hinterlegten Grafiken interaktiv bedient. Drei Videos veranschaulichen anhand von Referenzinstallationen und Interviews, wie die Technologien funktionieren und welche Vorteile beispielsweise die freie Kühlung bietet. Über den Portfoliobutton kommt der Benutzer direkt zu den Beschreibungen der verschiedenen Produktbereiche. Zudem können verschiedene Szenarien fiktiv durchgespielt werden: Der Benutzer wählt beispielsweise zwischen der Einstellung Sommer, Übergangszeit oder Winter und eine Simulation zeigt die Interaktion zwischen Kaltwassersatz und Präzisionsklimaanlagen. Die App veranschaulicht die Funktionen der verschiedenen Kommunikationssysteme zur Erhöhung der Effizienz und Verbesserung der Flexibilität im Datacenter. HLK-System für das Musée d Orsay Trane Trane ( Anbieter von Innenraum-Komfortlösungen und -services und eine Marke von Ingersoll Rand, implementierte im Gebäude des Musée d Orsay ein Heizungs-, Lüftungs- und Klimasystem (HLK-System). Das Museum benötigte ein individuell angepasstes System, das seinen technischen und ästhetischen Anforderungen entsprach. Es wurde eine Lösung entwickelt, die über das Primärziel der Aufrechterhaltung geeigneter Raumbedingungen zum Schutz der unbezahlbaren Kunstwerke hinausging; auch eine langfristige Nachhaltigkeit und die Betriebseffizienz der Kühlinfrastruktur wurden berücksichtigt. Bei der Installation wurde besonders darauf geachtet, dass die Beeinträchtigungen durch die Arbeiten minimal waren und der Schutz der Kunstwerke sichergestellt war. Die Kühltürme beispielsweise mussten zwischen zwei Statuen transportiert werden, bevor sie auf dem Dach installiert werden konnten. Die Modernisierung der Museumsinfrastruktur, einschließlich des Austauschs von vier R22-Wasserkühlmaschinen und Kühltürmen, birgt ein großes Potential für höhere Energieeffizienz und zuverlässige Leistung. Das System umfasst vier RTWD -Hochleistungskühlmaschinen und vier nach Kundenvorgaben gefertigte Kühltürme aus Edelstahl. Eine Kälteanlagensteuerung mit Kältemittelüberwachung und Leckageprüfung sorgt genauso wie eine verbesserte Benutzerfreundlichkeit, höhere Systemeffizienz und niedrigere Betriebskosten für eine Systemoptimierung. VDMA VDMA VDMA unterstützt die Betreiber bei der Erfüllung der Betreiberpflichten und gibt Empfehlungen für einen sicheren Betrieb von Kälteanlagen mit Kältemitteln geringerer Brennbarkeit (Sicherheitsgruppe A2 gemäß DIN EN 378). Das Einheitsblatt wurde unter Federführung der Fachabteilung Kälte- und Wärmepumpentechnik im VDMA in Zusammenarbeit mit Betreibern, Berufsgenossenschaften, Bundesfachschulen, dem Handwerk, der Industrie, wissenschaftlichen Einrichtungen, Behörden und Technischen Überwachungsvereinen verfasst. Das VDMA-Einheitsblatt ist der fünfte Teil der Einheitsblattreihe Betriebliche Anforderungen an Kälteanlagen. Folgende Teile gehören zu dieser Einheitsblattreihe: Teil 1: Ammoniak-Kälteanlagen Teil 2: Kälteanlagen mit nicht brennbaren Kältemitteln (Sicherheitsgruppe A1 gemäß DIN EN 378) Teil 3: Kälteanlagen mit brennbaren Kältemitteln der Sicherheitsgruppe A3 gemäß DIN EN 378 Teil 4: Kälteanlagen mit Kohlenstoffdioxid (CO 2 R744) Teil 5: Kälteanlagen mit Kältemitteln geringerer Brennbarkeit (Sicherheitsgruppe A2 gemäß DIN EN 378) 4 Kälte Klima Aktuell Großkälte 2014

7 Das Maß der Kühltechnik. DEUTSCHER NACHHALTIGKEITSPREIS 2013 AxiCool ist die perfekte Systemlösung für Verdampfer und Kühlgeräte. Denn er steckt voller Innovationen, die im Bereich Hygiene und Warenschutz einen neuen Standard setzen. Der integrierte Strömungsgleichrichter beispielsweise sorgt für eine besonders hohe Wurfweite und damit eine optimale Kälteverteilung. Der patentierte Wandring mit Scharnier ermöglicht eine einfache Reinigung und minimiert die Abtauzeiten. Und auch in Sachen Systemeffizienz und Nachhaltigkeit liegt der AxiCool ganz weit vorne. Nehmen Sie doch schon mal Maß auf

8 AKTUELL Wärme und Kälte koppeln mit CO 2 thermea Wärmepumpen und Kältemaschinen können auch ohne fluorhaltige Kältemittel effizient arbeiten. Ein Beispiel hierfür ist die Hochtemperaturwärmepumpe thermeco 2 des Herstellers thermea ( Der Südwestrundfunk (SWR) in Baden-Baden nutzt seit Kurzem die thermeco 2 -Technologie für eine gekoppelte Wärme- und Kälteerzeugung. Durch die Anlage spart der Sender ein Drittel der Heizkosten und 45 % CO 2 -Emissionen. Die Maschine arbeitet mit dem natürlichen Kältemittel Kohlendioxid. Die Gebäude des Funkhauses in Baden-Baden haben einen kontinuierlichen und gleichzeitigen Wärme- und Kältebedarf. Das heißt, sie benötigen auch im Sommer Heizwärme und müssen auch im Winter klimatisiert werden. Die Hochtemperaturwärmepumpe des Typs HHR 360 ist das neue Bindeglied zwischen Klimakaltwassernetz und Heizungsnetz. Die technische Lösung macht es möglich, Wärme aus dem Klimakaltwassernetz direkt zu nutzen und in das Hochtemperatur-Nahwärmenetz zu transportieren. Weil die erforderlichen Kälte- und Heizleistungen gleichzeitig zur Verfügung gestellt werden, ist die Lösung wirtschaftlich sehr attraktiv. Obwohl bereits jetzt ein Drittel der Heizkosten eingespart werden, wird sich die Wirtschaftlichkeit noch weiter verbessern. Dazu sollen die Heizungsrücklauftemperaturen schrittweise durch allfällige Modernisierungsmaßnahmen abgesenkt werden. Die kompakt gebaute thermeco 2 - Maschine ist mit vier Hubkolbenverdichtern ausgerüstet. Kälte- bzw. Wärmeleistung sind stufenlos regelbar. Einbindung der Wärmepumpe in das Klima-Kaltwassernetz und das Heizungsnetz (Grafik: thermea) Das Gelände des SWR in Baden-Baden mit dem Standort der Wärmepumpe und dem Verlauf des Leitungsnetzes Auch vor dem Hintergrund der neuen F- Gas-Verordnung ist der SWF auf der sicheren Seite. Er muss weder Leckageverluste noch Anlagendichtheit nachweisen, da CO 2 mit einem Global Warming Potential (GWP) von 1,0 nicht zusätzlich zum Treibhauseffekt beiträgt. So bieten CO 2 -Wärmepumpen gleich zwei Vorteile: Sie ermöglichen hohe Vorlauftemperaturen mit höchstem Wirkungsgrad und sie schaffen langfristig Investitionssicherheit. Der SWR hat bereits eine weitere vergleichbare Maschine größerer Leistung (Typ HHR 520 ) bestellt. Sie soll einen anderen Teil der Liegenschaft in Baden-Baden mit Wärme und Kälte versorgen. Technische Daten thermeco₂ HHR 360 Heizleistung: 311 kw bei 80/40 C, stufenlos regelbar Kühlleistung: 200 kw bei 12/6 C Elektrische Leistungsaufnahme: 111 kw COP Wärme-Kälte-Kopplung: 4,6 CO2-Emissionseinsparung: 45 % Heizkostenreduzierung: 34 % Bindeglied zwischen Wärme und Kälte die Hochtemperaturwärmepumpe thermeco 2 HHR 360 (Foto: thermea) (Copyright SWR - Südwestrundfunk Baden-Baden) 6 Kälte Klima Aktuell Großkälte 2014

9 MAKING MODERN LIVING POSSIBLE Die ICF Ventilstation aus der Flexline Baureihe Eine neue Dimension in Montage und Service Die einzigartige ICF Flexline Ventilstation ermöglicht es Ihnen, einen traditionellen Ventilstrang durch die Montage einer Multifunktions-Ventilstation mit nur zwei Schweißnähten zu ersetzten. Basierend auf einem modularen Konzeptdesign, gewährleisten die Ventile der ICF Flexline Serie maximale Flexibilität. ICF Flexline bietet zeitsparende Effizienz, fortschrittliche Flexibilität und Benutzerfreundlichkeit bei Montage, Service und Wartung. 80% Schnellere Montage 50% Schnellerer Service durch minimale Kältemittelfüllmengen in der Ventilstation. Eine schnelle und effiziente Evakuierung führt zu Zeit- und Kostenersparnis. mit nur zwei Schweißnähten für eine komplette Multifunktions- Ventilstation.

10 AKTUELL Kleinteiliges Klimakonzept Ciat Im Kunstmuseum Louvre- Lens wurde ein Klimakonzept mit Zentrallüftungsgeräten, Deckenkassetten und Fancoils sowie Luftheizern und Luftkanalgeräten von Ciat ( de) umgesetzt, um optimale Voraussetzungen für den Erhalt der Kunstwerke zu schaffen. Die strengen Anforderungen bestanden in einer maximal zulässigen Schwankung von 1 C bei der Raumtemperatur sowie von 5 % hinsichtlich der relativen Luftfeuchtigkeit. Zudem durfte die Temperaturschichtung nicht mehr als 0,5 C je Meter betragen. Um die Anforderungen an die relative Luftfeuchtigkeit zu erfüllen, stattete Ciat drei der Zentrallüftungsgeräte mit speziellen Hochdruckbefeuchtern aus. In der Galerie du Temps wurden sechs Zentrallüftungsgeräte eingesetzt; vier weitere Anlagen derselben Leistungsklasse versorgen den Bereich für temporäre Ausstellungen sowie den Glaspavillon. Um in den knapp bemessenen Technik räumen für jeden Gebäudeteil die nötigen Kapazitäten zur Verfügung stellen zu können, entwarfen die Planer ein kleinteiliges Klimakonzept, das separate Zu- und Abluftgeräte vorsah. Durch den Einsatz von varia blen Volumenstromreglern lassen sich die erforderlichen Luftmengen bedarfsgerecht anpassen. Zudem wurde jedes der größeren Zentrallüftungsgeräte hinsichtlich der Abmessungen optimiert. Da einige Anlagen nur demontiert zu verbringen waren, war für die Montage ein Serviceteam vor Ort. RLT-Anlagen im tesa-entwicklungszentrum Foto: Ciat Kälte- und Klimatechnik GmbH 120 km Rohre in Skihalle Rehau Die Betreiber der Eishalle Snow Dome Bispingen setzten bei der Sanierung der Eisflächenkühlung auf Systeme des Herstellers Rehau ( Bei der Sanierung wurden etwa dreimal so viele Kühlschläuche verlegt als zuher. Die rund 120 km Rohre wurden in einem geringeren Abstand eingebracht und ermöglichen dadurch eine stärkere Kühlung des Bodens. So muss nun, um die Umgebungstemperatur von -2 bis -4 C in der Halle zu erreichen, erheblich weniger über die Deckenbelüftung gekühlt werden. Auf die komplette Bodenfläche wird ein ca. 20 cm starker Eispanzer aufgebracht, der an der Oberfläche aufgeraut wird, damit sich der Schnee besser mit dem Eispanzer verbindet und an der jeweiligen Stelle liegen bleibt. Positiver Nebeneffekt der Anlage ist, dass durch die höhere Kälte weniger im laufenden Betrieb nachbeschneit werden muss und somit Wasser gespart wird. Um den Einbau der Flächenkühlung zu vereinfachen, versendete Rehau die Rohre auf Metalltrommeln. Eine Verpackungseinheit enthielt bis zu 6000 m Rohr. Der Snow Dome Bispingen entwickelte zudem eigens eine Abrollvorrichtung sowie ein effektives System, um das Rohr zu verlegen. Die eingesetzten Rautherm -Rohre sowie die Kugelhähne weisen eine Kältebeständigkeit von bis zu -20 C auf. Caverion Die Caverion GmbH ( hat den Auftrag für das Gewerk Raumlufttechnik beim Neubau des Technologiekonzerns tesa erhalten. In Norderstedt bei Hamburg entsteht bis 2015 ein Gebäudekomplex mit Verwaltungs-, Forschungs- und Technologiebereich. Caverion wird von Januar 2014 bis ca. Mitte 2015 raumlufttechnische Anlagen in allen Gebäudeteilen installieren. Die Gesamtluftleistung wird ca. 1,2 Mio. m³/h betragen. Im Forschungsbereich ist u.a. ein sogenannter partikelarmer Raum geplant, dessen Be- und Entlüftungssystem auch von Caverion eingebaut wird. Ein Teil der Anlagen im Produktionsbereich werden mit Explosionsschutz nach Atex 2 ausgeführt. Die anfallenden Lösemitteldämpfe in der Produktion werden von den raumlufttechnischen Anlagen erfasst und einer regenerativen Nachverbrennung zugeführt. Durch die Abluftreinigungsanlage werden die gesetzlichen Grenzwerte für den Schadstoffausstoß eingehalten, die CO 2 -Emissionen vermindert und gleichzeitig Energie erzeugt. Mit der zusätzlichen Wärmerückgewinnung aller raumlufttechnischen Anlagen wird für Gebäudetechnik und Facility Services der Energieverbrauch des Gebäudes optimiert. 8 Großkälte 2014

11 Sie gestalten die Zukunft. Wir das Klima. Kaltwassersätze und Wärmepumpen von Systemair: Große Objekte und industrielle Prozesse erfordern Präzision und Wirtschaftlichkeit auch bei der Klimatisierung und Temperierung. Intelligente,

12 AKTUELL Geothermie zur industriellen Kühlung Viatherm/Europoles Bilder: Europoles Mit einem Durchmesser von 1,10 m wird in ca. 3 Stunden über 20 Meter tief durch alle Bodenklassen hindurch gebohrt. Vorbereitungen der Hochleistungsenergiepfahl wird mittels schweren Geräts in das vorbereitete Bohrloch eingelassen. Olaf Mundt, Inhaber und Geschäftsführer der OM-Klebetechnik GmbH im oberpfälzischen Seligenporten, hatte mehr als Euro jährliche Kosten für die Kühlung von Maschinen oder Gebäuden. Dies änderte sich durch die Zusammenarbeit mit Albert Vögerl, Inhaber und Geschäftsführer der Viatherm GmbH in Neumarkt ( und Europoles-Projektleiter Diplom- Ingenieur Michael Biederer. Mit einer geothermischen Lösung und dem von Europoles (www. europoles.com) hergestellten Hochleistungs-Energie-Pfahl, (HEP), reduzierten sich nun die für die Kühlung notwendigen Energiekosten auf weniger als 180 Euro im Jahr. In einem Feldversuch wurden auf dem Gelände der Seligenportener Firma sechs dieser 20 m hohen HEP direkt unter dem Firmenparkplatz eingelassen. Ein solcher HEP hat einen Durchmesser von 1,10 m und wird komplett mit Wärmetauscher und optionaler Messtechnik in über 20 m tiefe Bohrlöcher versenkt. Eine Energiekosteneinsparung von 99 % konnte erzielt werden. Der Erfinder des Terracool-Systems Albert Vögerl: Und selbst die verbleibenden 1%, die für Befahrbare Revisionsdeckel schließen nach Fertigstellung mit der Bodenfläche ebenerdig ab. die Umwälzpumpen benötigt werden, könnten wir noch mit Solarenergie abdecken. Die Investition zahlt sich schnell aus: Bei den jetzigen und weiter ansteigenden Energiepreisen geht Olaf Mundt davon aus, dass sich die Investitionskosten durch die eingesparten Energiekosten in den nächsten vier oder fünf Jahren amortisiert haben werden. Neben den früher angefallenen Euro an Energiekosten spart sein Unternehmen durch das HEP-System auch die Kosten für die Wartung der alten Kaltwasseranlage und die vorgeschriebene Dichtigkeitsprüfung. Der HEP ist, wie alle geothermischen Geräte, bei den Landrats- und Wasserwirtschaftsämtern genehmigungspflichtig. Als Kühlmedium dient Regen-, Trink- oder Salzwasser. Je nach Anwendung enthält der HEP einen Wärmetauscher zum Kühlen und/oder einen Wärmetauscher zum Heizen. Zusätzlich kann sogar ein Wärmetauscher für eine Solaranlage betrieben werden. Aufgrund seines Dichtegefüges ist der HEP auch resistent gegen aggressives Grund- oder Salzwasser und wird somit auch für Ferienhotels mit Strandlage interessant. Das Erdreich liefert dem HEP kostenlos die Temperaturen zum Kühlen oder Heizen. Bietet der Untergrund auch noch fließendes Grundwasser so erhöht sich die Leistung des HEP. Der Markt für unser HEP-System ist ein Markt mit großem Wachstumspotenzial. Nicht nur Großunternehmen, sondern auch der Mittelstand ist auf Kühlung seiner Anlagen angewiesen, so Roland Kastner, Europoles Bereichsleiter Energie. Unsere Kunden sind in der Gebäudeklimatisierung, in der IT, und hier besonders in den Rechenzentren, aber auch in der Verkehrstechnik, in Flughäfen, Krankenhäusern, in der Hotel- und Braubranche und im Kunststoffproduzierenden Gewerbe zu finden. 10 Kälte Klima Aktuell Großkälte 2014

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14 TECHNIK Kühlkonvektoren Insgesamt vier Hallen dienen bei Pfenning Logistics als Kühllager. Sie werden mit Sunline Silent Cool -Kühlkonvektoren dauerhaft auf unter 18 C gekühlt. Dauerhaft unter 18 C Kühlkonvektoren sichern Temperaturgrenze Guido Wollenberg, Frechen Die Anforderungen an ein Logistikzentrum umfassen nicht nur eine gute Verkehrsanbindung und Platzaufteilung. Besonders für Kunden aus dem Lebensmittelsektor sind Lagerflächen mit dauerhaft niedrigen Temperaturen erforderlich. Pfenning Logistics setzt für seinen neuen Standort in Heddesheim Kühlkonvektoren ein, um vier der zwölf Hallen zu kühlen. Eine Prämierung durch die DGNB zeigt, dass dieses Konzept auch unter dem Gesichtspunkt der Nachhaltigkeit aufgeht. Im neu errichteten Logistikzentrum multicube rhein-neckar spiegelt sich die klare Ausrichtung des Bauherren Pfenning Logistics wider. Nachhaltigkeit ist eine zentrale Säule der Unternehmensstrategie. Seit der Fertigstellung im Jahr 2012 wird das Logistikzentrum im nordbadischen Heddesheim als neue Zentrale genutzt. Grüne Logistik ist auch für Kunden ein entscheidender Punkt Pfenning hat das Projekt von unabhängiger Seite prüfen lassen und die Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen e.v. (DGNB) hat dem Logistikzentrum das Vorzertifikat in Gold verliehen. Wichtige Kriterien waren dabei die ökologische und technische Qualität des Projekts. Diese Strategie einer grünen Logistik wird auch vom Markt honoriert. So konnte mit Kraft Foods im Jahr 2012 ein neuer Kunde gewonnen werden, der weltweit zu den größten Nahrungs- und Genussmittelherstellern gehört. Für den Zuschlag durch Kraft Foods waren nicht nur die Lage des neuen Standorts, die Flexibilität und die Multi-User-Eignung von Bedeutung, eine große Rolle spielte für den Kunden auch die ökologische Nachhaltigkeit des Gesamtkonzepts. Der Standort ist an Straße und Schiene angebunden und verfügt über Lagerflächen von m². Insgesamt finden sich auf Die Kühlkonvektoren belegen nur 5 % der Deckenfläche. Es bleibt genug Platz für Beleuchtung und Sprinkleranlagen. 12 Kälte Klima Aktuell Großkälte 2014

15 dem Komplex zwölf Hallen mit Breiten von 97 m und Tiefen von 96 m. Die Lagerhöhen erstrecken sich zwischen 10 und 16 m. Vier Hallen des Logistikzentrums sind als sogenannte Kühllager ausgestattet. Sie müssen eine durchgehende Raumtemperatur garantieren können, die nicht über 18 C steigt. Ressourcenschonende Kühlkonvektoren Gemäß dem nachhaltigen Gesamtkonzept suchten Bauherr und das mit der Planung beauftragte Architekturbüro Krüger Consult GmbH aus Burgwedel nach einem passenden Kühlsystem. Dieses System sollte die geforderte Leistung mit einer ressourcenschonenden und zukunftsweisenden Technologie erzielen. Die Wahl fiel auf die Silent Cool -Konvektoren der Sunline Deckenstrahlungsheizungen GmbH aus Dingelstädt. Die Kühllager nehmen einen Anteil von circa m² Hallenfläche ein. Auf Basis der Berechnungen, die die Planer gemeinsam mit den Spezialisten von Sunline durchführten, wurden dafür 635 Kühlkonvektoren eingebaut. Sie stellen eine Gesamtleistung von 856 kw zur Verfügung, um die geforderte Temperatur dauerhaft sicherzustellen. Die Kühlkonvektoren werden an der Hallendecke befestigt. Da sie sehr effektiv arbeiten, reicht ihnen eine verhältnismäßig kleine Oberfläche, um die erforderliche Kühlwirkung zu entfalten. Konvektoren mit Baubreiten von 56 und 44 cm und einer Bauhöhe von 24 cm erwiesen sich für dieses Projekt als die richtige Lösung. Damit belegen die Kühlelemente nur 5 % der gesamten Deckenfläche der Kühllager. Die Installation weiterer Systeme wie Sprinkleranlagen und Beleuchtung war problemlos möglich. Herzstück der einzelnen Elemente ist ein mehrlagiger Wärmetauscher aus wasserführendem Kupferrohr mit aufgepressten Aluminiumlamellen. Das mithilfe einer Absorptions kältemaschine gekühlte Wasser dient als Transportmedium für die Kälteenergie: Der Kühlkonvektor zieht die warme Raumluft an der Oberseite der Kühlelemente an und führt sie durch die Wärmetauscher im Innern. Die warme Luft wird durch die kälteren Rippen des Wärmetauschers gekühlt und sinkt, nun schwerer geworden, von der Unterseite Silent Cool arbeitet ohne bewegliche Teile. Die Kühlkonvektoren verfügen über eine Kondensatwanne und sind mit einer Komplettisolierung versehen. Technikwissen auffrischen: Erfolgreich in Ausbildung und Studium! Egal ob Sie sich für ein Studium der Kälte-/Klimatechnik oder eine Ausbildung zum Mechatroniker für Kältetechnik entschieden haben, unsere Lehr- und Fachbücher begleiten Sie zielorientiert und praxisnah in den coolsten Job der Welt XI, 309 Seiten 49, 6. Auflage 2012 XXVIII, 570 Seiten 99, 6. Auflage 2014 XX, 828 Seiten 118, Preisänderungen und Irrtümer vorbehalten. Band 1 und 2 sind auch zum günstigen Set-Preis erhältlich: 198, Bestellen Sie jetzt: (030) oder

16 TECHNIK Kühlkonvektoren toren an den Hallendecken wurde dabei so geplant, dass in den kompletten Hallen jeweils ein konstantes Raumklima herrscht. Fazit Pfenning Logistics, Bauherr und Betreiber des Logistikzentrums, ist mit dem Ergebnis sehr zufrieden. Die Vorbereitung der Hallen für den ersten Großkunden am neuen Standort hat gezeigt, dass die erforderliche Temperatur innerhalb von zwei Tagen erreicht und dann dauerhaft aufrechterhalten werden kann. Die passive Kühlung mit den Konvektoren hält nicht nur die geforderten Temperaturgrenzen sicher ein. Die reine Wasserkühlung bringt weitere positive Faktoren mit sich: Neben der stillen Arbeitsweise und dem Fehlen von Luftverwirbelungen handelt es sich auch um ein sehr wartungs freundliches und langlebiges System. Funktionsprinzip der Elemente langsam zu Boden. Durch diese Arbeitsweise lässt sich die Anlage über die Wassertemperatur in den Rohren gut steuern und schnell auf veränderte Temperaturbedingungen anpassen. Da ausschließlich Wasser als Medium für die Kälteenergie dient, arbeitet das Silent Cool -System ohne eine maschinelle Zuluftunterstützung. Auf diese Weise kühlt das System ohne Geräuschentwicklung und ohne einen wahrnehmbaren Luftzug. Dies ist für ein Kühllager besonders unter hygienischen Gesichtspunkten ein deutlicher Vorteil, denn Staubentwicklung und -verwirbelung werden erheblich reduziert. Aber auch die Mitarbeiter des Unternehmens ziehen Nutzen aus dieser Form der Kühlung. Wenn sie bei hohen Außentemperaturen im Sommer die Hallen betreten, sind sie trotz hoher Temperaturunterschiede keinen Kühlluftströmen ausgesetzt. Gesteigerte Effizienz durch Kondensatwannen Für den multicube rhein-neckar wurden die Elemente mit den optional erhältlichen Kondensatwannen ausgestattet. Dadurch werden der Energieverbrauch und damit auch die Kosten für die Kühlung weiter gesenkt. Durch die Kondensatwannen ist es möglich, die Kühlkonvektoren weit unter die Raumtemperatur zu kühlen, ohne dass das am Wärmetauscher der Elemente anfallende Kondensatwasser in die Luft oder bis auf den Boden gelangen kann. Damit tragen die Kondensatwannen auch dazu bei, die Luftfeuchte zu senken. Zudem wurden die Kühlkonvektoren vor Ort mit einer Komplettisolierung versehen. So sind sehr niedrige Systemtemperaturen möglich (Vorlauftemperatur: T VL = 5 C, Rücklauftemperatur: T RL = 9 C). Trotz der geringen Übertragungsfläche, die nur einen kleinen Teil der Deckenfläche für sich beansprucht, werden hohe Kühlleistungen erreicht. Durch die hohe Effizienz der Kühlkonvektoren mit Kondensatwanne können insgesamt weniger Elemente verbaut werden. Demzufolge fallen auch bei hohen Kühllasten für die erforderlichen Kühlelemente nur vergleichsweise geringe Investitionskosten an. Gegenüber einer Luftkühlung sind Einsparungen von bis zu 50 % möglich. Auch auf die Betriebs- und Wartungskosten wirkt sich die Funktionsweise positiv aus: Es gibt keine beweglichen Teile innerhalb der Kühlkonvektoren, die zu erhöhtem Verschleiß oder erhöhter Fehleranfälligkeit beitragen könnten. Ein Sunline-Montageteam installierte die einzelnen Elemente in einer Höhe von circa 10 m mittels C-Montageschienen und Auslegerkonsolen. Die Anordnung der Konvek- Bautafel Objekt: Kühllager für Logistikzentrum (circa m² Hallenfläche verteilt auf vier Hallen, dauerhaft gekühlt auf unter 18 C) Bauherr: Pfenning Logistics, Heddesheim Planung: Krüger Consult GmbH, Burgwedel Ausführende Bauunternehmen: Max Bögl Bauunternehmung GmbH & Co. KG, Sengenthal bei Neumarkt Kühlsystem: Sunline Silent Cool mit Kondensatwanne, Sunline Deckenstrahlungsheizungen GmbH, Dingelstädt 14 Kälte Klima Aktuell Großkälte 2014

17 Aus Erfahrung hochwertig und ausfallsicher. Heinz Jackmann, Leiter Produktmanagement Liebe Leser, in der Industriekälte sind die Anwendungsbereiche sehr vielfältig, daher braucht man Wissen, Erfahrung und Können aus einer leistungsfähigen Hand. Güntner hat mehr als 85 Jahre Erfahrung im Bau von Wärmeaustauschern für die kältetechnische Industrie. Mit gezieltem Anwendungs-Know-how und innovativen Produkten entwickeln wir mit Planern und Anlagenbauern das optimale Konzept für jeden Anwendungsfall und liefern das geeignete Produkt. Simon Fleisch, Wittlich Gartenbauzentrale, Gundelfingen Heinz Jackmann, Leiter Produktmanagement Weitere Infomationen unter: Fischverarbeitungszentrum Sassnitz, Rügen Hochregallager Agrokor, Kroatien Kompetent. Zuverlässig. Persönlich.

18 TECHNIK Kühltürme Die richtige Wasserqualität für Kühltürme Wasserbehandlung und -aufbereitung Hartwig Gohr, Teamleiter Vertrieb, Schweitzer-Chemie GmbH, Freiberg am Neckar Kühltürme mit offener Kreislaufführung, offene Kühltürme, geschlossene Kühltürme, Hybridkühltürme, adiabate Kühlsysteme es gibt eine Fülle unterschiedlicher Kühlturmvarianten. Der folgende Fachbeitrag gibt Hinweise, welche Wasserbehandlungen und -aufbereitungen für welches Kühlsystem geeignet sind. Um einen Kühlturmkreislauf sicher und effizient zu betreiben, sind die Wasservorbehandlung (die physikalische Wasseraufbereitung), die Wasserbehandlung (der Einsatz von Produkten zur Minimierung von Korrosion, Ablagerungen und biologischem Wachstum), die behördlichen Vorgaben bezüglich der Abwasserqualität und die Wasser- und Abwasserkosten wichtige Faktoren. Jeder Betreiber wird seine eigenen Schwerpunkte in der Betrachtung der Wasserbehandlung und -aufbereitung haben. Daher sind die folgenden Vorschläge als Möglichkeiten zu sehen, die sich aber in den meisten Fällen mit den Vorgaben der Hersteller decken. Grundsätzlich gilt: Bei den Kühlturmsystemen, bei denen es zu einer Eindickung (Aufkonzentration der Wasserinhaltsstoffe) kommt, ist eine geeignete Absalzeinrichtung (in den meisten Fällen leitfähigkeitsgesteuert) vorzusehen. Kommen Wasserbehandlungsprodukte zum Einsatz, ist eine passende Dosiertechnik (Pumpe, Behälter, Auffangwanne, Dosierventil und Schläuche) einzuplanen. Kühlung ohne Kreislaufführung (Durchflusskühlung) Bei der Durchflusskühlung wird in vielen Fällen keine Behandlung oder Aufbereitung des Wassers durchgeführt, da die Wassermengen zu groß sind und die Kosten dadurch zu hoch würden. Es ist darauf zu achten, dass das Wasser möglichst feststofffrei ist, um ein Verschmutzen der Anlage zu vermeiden. Eine passende Filtertechnik (zum Beispiel Sandfilter für Flusswasser) ist hier am wichtigsten. Sollten chemische Behandlungsprodukte zum Einsatz kommen, sind die Abwasserrichtlinien einzuhalten. Ablagerungen aus Kühlturmkreislauf (Fotos: Schweitzer-Chemie) Wasseraufbereitung: passende Filtertechnik Wasserbehandlung: behördlich abgestimmte Stoßbehandlungen von Bioziden und Inhibitoren. Direktkühlung durch offenen Kühlturm Bei der Direktkühlung durch einen offenen Kühlturm sind viele Varianten möglich. Um die Wasserbehandlung und -aufbereitung entsprechend einzustellen, müssen die schwächsten Stellen im System erkannt werden. Durch die oft verzweigten Systeme spielt die mikrobiologische Behandlung eine wichtige Rolle. Zum Beispiel an schwach durchströmten Stellen können sich Biofilme schneller bilden. Die regelmäßige Kontrolle solcher Systeme auf Legionellen ist daher sehr ratsam. Die Systemvolumina sind in diesen Systemen oft relativ groß, was die Auswahl eines passenden Biozids erschweren kann. Verschiedene Biozide werden teilweise kombiniert und durch Biodispergatoren zum Lösen von Biofilmen ergänzt. Neben den schwach durchströmten Bereichen müssen auch die heißen Stellen im System berücksichtigt werden. Wasseraufbereitung: Passende Filtertechnik (zum Beispiel rückspülbarer Sandfilter im Bypass), Enthärtungsanlage/Teilentsalzung bei hoher Härte im Zusatzwasser. Wasserbehandlung: Korrosionsschutzmittel für alle Materialien im System, Härteschutz, Biozide mit Pufferwirkung für große Systeme, aktiv gegen Legionellen, Einhaltung der Umweltrichtlinien, Einsatz von Biodispergatoren kann sinnvoll sein. Geschlossener Kühlturm, auch mit Luftkühlung Die Behandlung und Aufbereitung von geschlossenen Kühltürmen unterscheiden sich 16 Kälte Klima Aktuell Großkälte 2014

19 IT Cooling Solutions CyberCool 2 der High-End-Chiller für Rechenzentren

20 TECHNIK Kühltürme Sandfilter, wie er in verschiedenen Kühltürmen zum Einsatz kommt (Foto: Schweitzer-Chemie) im ersten Moment nicht wesentlich von der Behandlung eines großen Kühlturmkreislaufs. Aber die Schwerpunkte haben sich verändert. Zum einen hat man es mit einem geschlossenen Primärkreislauf zu tun, zum anderen mit einem Kühlturmkreislauf mit kleinerem Systemvolumen. GESCHLOSSENER KÜHLKREISLAUF Da es bei einem geschlossenem System zu keinem größeren Wasseraustausch kommt, ist es wichtig, durch entsprechende Filtertechnik mögliche Störstoffe (Rostpartikel, Schmutz oder Späne) aus dem System zu entfernen, um Korrosions- und Verschmutzungstendenzen zu minimieren. Ist die Zusatzwasserqualität sehr schlecht (etwa bei hohem Salzgehalt), wird eine zusätzliche Wasseraufbereitung notwendig. Wasseraufbereitung: Bypassfilter (Gewebefilter, Schlammabscheider). Dem Wasser sollte mit der Erstbefüllung ein passendes Kalk- und Korrosionsschutzmittel zugegeben werden, damit Rost und Kalk gar nicht erst entstehen können. Da es in der Regel zu keinen großen Wasserverlusten kommt, ist die Zugabe oft nur einmalig. Desinfektionsmittel werden in der Regel nur bei Bedarf zugesetzt. Solche Systeme sollten ein- bis zweimal pro Jahr analytisch kontrolliert werden, um Tendenzen bezüglich der Korrosion und Mikrobiologie zu erkennen. Wasserbehandlung: Kalk-Korrosionsschutzmittel, eventuell Biozid KÜHLTURMSYSTEME Der Kühlturmkreislauf dieser Systeme besteht in der Regel aus dem Kühlturm mit Kühlturmwanne, einem verzinkten Rohrbündel und überschaubarer Leitungsführung inklusive Pumpe (geringe Systemvolumen). Die andere Variante sind Kühltürme mit Kunststoffeinbauten in Kombination mit einem Wärmeübertrager (Plattenwärmeübertrager oder Rohrbündelwärmeübertrager). Bei der Wahl der passenden Wasserqualität sind die Materialien des Kühlturmsystems und die zu erwartende höchste Kontakttemperatur entscheidend. Bei verzinkten Rohrbündeln (typisch beim Einsatz von Ammoniakkälteanlagen) als Verflüssiger darf der ph-wert im Wasser (max. 8,8) durch Eindickung nicht zu hoch werden, da es sonst zur Entzinkung kommt. Passivierung der Zinkoberflächen: Verzinkte Oberflächen haben direkt nach der Produktion noch keine Schutzschicht gebildet. Die blanke, glänzende Zinkschicht ist sehr empfindlich gegenüber höheren ph-werten. Daher darf in den ersten sechs bis zwölf Wochen nach der Inbetriebnahme der ph- Wert nicht über 8,3 liegen. Erst wenn sich die matte Zinkoxidschicht gebildet hat, kann der ph-wert auf 8,8 angehoben werden. Der ph-wert lässt sich durch verschiedene Maßnahmen (Eindickung, Wasservorbehandlung, Säure) beeinflussen und muss mit dem Wasserfachmann abgestimmt werden. Wasseraufbereitung: ähnlich dem Einkreissystem, Umkehrosmose bei hoher Alkalität, ph-wert-regelung Wasserbehandlung: Korrosionsschutzmittel (abgestimmt auf Zink), Härteschutz, besonders bei hohen Kontakttemperaturen, passende Desinfektionsmittel Hybridkühler auf Basis eines besprühten Luftkühlers Luftkühler haben in der Regel sehr feine Lamellen, um eine große Austauschfläche pro m² zu erzielen. Bei diesem Kühlturmtyp läuft das Wasser in der Regel nur mit geringen Fließgeschwindigkeiten an den Lamellen vorbei, was den Selbstreinigungseffekt deutlich reduziert. Dies macht sie empfindlich gegenüber Verschmutzung. Beläge können entstehen durch Dreck/Staub aus der Luft, Kalkbeläge durch Härte im Wasser und biologische Beläge durch Verschleimung und Algen. Grundsätzlich kann man sagen, dass die Anforderungen an die Wasseraufbereitung bei diesem Kühlturmtyp anspruchsvoller sind als bei klassischen Verdunstungskühlern (Nasskühltürmen). Da häufig Aluminium zum Einsatz kommt, sollte der ph-wert im Wasser in einem engen Bereich eingestellt werden. Schematische Darstellung eines hybriden Trockenkühlers (Quelle: JAEGGI) Kühlturmwanne mit Schleimablagerungen 18 Kälte Klima Aktuell Großkälte 2014

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22 TECHNIK Kühltürme Das Umlaufwasser sollte möglichst härtefrei sein, sodass eine Weichwasseranlage fast immer notwendig wird. Oft muss das Wasser auch entsalzt werden (die Hydrogenkarbonate und andere Stoffe, die im Wasser enthalten sind, müssen durch eine Umkehrosmose oder eine Vollentsalzungsanlage entfernt werden), da sonst die Korrosionstendenz zu hoch wird und besonders die empfindlichen Aluminiumlamellen angegriffen werden. Auch wenn durch verschiedene Beschichtungen der Kühlturmhersteller das Problem reduziert wird, sind die Vorgaben der Hersteller bei dieser Technologie in der Regel anspruchsvoller als bei anderen Kühlturmtypen. Filtertechnik ist sinnvoll, kommt aber konstruktionsbedingt nur selten zum Einsatz. Wasseraufbereitung: Enthärtung, Umkehrosmose, Filtertechnik, wenn möglich, ph- Wert-Regelung/-Kontrolle. Die Wasserbehandlung muss anspruchsvoller sein als bei Nasskühltürmen. Die Wasserinhalte dieser Kühler sind tendenziell nicht sehr groß, es kommt zu einer schnellen Aufkonzentration der Inhaltsstoffe, Mikrobiologie kann sich schnell vermehren. Wasserbehandlung: Passende Biozide sind sehr wichtig, ebenso die angepasste Dosiertechnik. Um Ablagerungen (Dreck oder Restkalk) zu vermeiden, ist der Einsatz von Stabilisatoren und Dispergatoren sinnvoll. Adiabate Kühler auf Basis eines Luftkühlers Bei adiabaten Kühlern auf Basis eines Luftkühlers ist zu unterscheiden, ob das Sprühwasser mit den Lamellen in Berührung kommt oder nicht. Werden die Lamellen benetzt, muss das Wasser für die Materialien geeignet sein. Es sollte härtefrei sein. Bei Aluminiumlamellen darf der ph-wert nicht zu hoch werden. Beim Besprühen kommt es zu einer starken Verdunstung, so dass es zu einer Aufkonzentration der Wasserinhaltsstoffe kommt. Ist das Wasser nicht entsalzt, wird der ph-wert während des Versprühens ansteigen und die Aluminiumlamellen können angegriffen werden. Enthärtetes oder teilenthärtetes Wasser wird in den meisten Fällen benötigt. Einige Hersteller empfehlen (oder geben vor), salzarmes Wasser (Umkehrosmose...) einzusetzen. Werden die Lamellen nicht benetzt, sind die Anforderungen in der Regel geringer. Wasseraufbereitung: Enthärtung, Umkehrosmose, wichtig: Anlagen stehen lange ohne Betrieb (Verkeimung möglich), UV- Lampe. Da in den meisten Fällen das Überschusswasser verworfen, durch die Sprühkraft ein gewisser Reinigungseffekt erzielt und das Wasser als Regenwasser entsorgt wird, findet häufig keine Wasserbehandlung statt. Auch die geringe Betriebszeit der Besprühung macht den Einsatz von Behandlungsprodukten (Haltbarkeit der Produkte) etwas problematisch. Durch die geringe Besprühungszeit im Jahr ist auf die Verkeimung der Wasseraufbereitungsanlagen und der Rohrleitungen besonders zu achten, Desinfektionen sollten eingeplant werden. Adiabater Kühler (Foto: Cabero Grafrath) Stark beschädigtes Register bei einem Hybridluftkühler Verschleimte Kühlturmeinbauten 20 Kälte Klima Aktuell Großkälte 2014

23 Geschlossener Kühlturm mit verzinktem Rohrbündel (Coil) (Foto: Evapco Meerbusch) Verzinktes Rohrregister stark korrodiert Wasserbehandlung: abgestimmte Desinfektionen (zum Beispiel vor der Saison) Zusammenfassung Der Betreiber von Kühlsystemen hat ein Interesse, die Wärmeübertragerflächen in seinem System sauber zu halten, da sonst der Vorteil der besseren Energieausnutzung schnell verpufft und sich ins Gegenteil dreht. Ablagerungen aus Kalk, biologischen Verschleimungen oder Korrosion werden dann zum Problem. Damit sich auf den Wärmeübertragerflächen keine störenden Ablagerungen bilden oder die Oberflächen durch Korrosion angegriffen werden, muss der Betreiber einer Kälteanlage oder eines Kühlsystems die passende Wasserqualität und die richtige Wasserbehandlung kombinieren. Eine optimale Kombination aus Behandlung und Aufbereitung ist aber von vielen Faktoren abhängig. Die wichtigsten sind: wasserberührte Materialien, Kontakttemperaturen, die Qualität des Zusatzwasser sowie die Konstruktion des Kühlturms, der Kältemaschine und der Wärmeübertrager. Grundsätzlich orientieren sich die Wasserbehandlung und die Wasseraufbereitung am schwächsten Glied in der Kette. Dies kann das schwächste Material (zum Beispiel Aluminium), die höchste Kontakttemperatur (zum Beispiel bei Ammoniakverflüssigern), die schlechteste Zusatzwasserqualität (hohe Härte oder hoher Salzgehalt), der empfindlichste Wärmeübertrager (zum Beispiel gelöteter Plattenwärmeübertrager) sein oder eine Mischung aus allem. Jedes der beschriebenen Kühlturmsysteme hat seine Vor- und Nachteile, die gegeneinander abzuwägen sind. Zu empfehlen ist es, den Wasserfachmann schon bei der Planung mit einzubeziehen, dadurch werden teure Nachrüstungen vermieden. Kühlturmtyp Durchflusskühlung Einkreiskühlsystem geschlossener Kühlturm Anforderung an die Wasserqualität typischer Wasserverbrauch typische Materialien Wasseraufbereitung, Enthärtung, Umkehrosmose... gering, meist Flusswasser mittel, richtet sich nach dem empfindlichsten Verbraucher mittel, richtet sich nach der Kontakttemperatur und dem Material des Kühlturms Hybridkühlturm/ Bauform Luftkühler hoch, richten sich nach den Materialien und Fließbedingungen adiabate Kühler Bauform Luftkühler sehr hoch mittel mittel niedrig sehr niedrig Normalstahl, Edelstahl, Buntmetall Mischinstallation ohne Aluminium verzinkter Stahl, Normalstahl (Edelstahl, Kunststoffe) nicht notwendig bedingt notwendig häufig notwendig (Passivierung?) alubeschichtet, Edelstahl, Buntmetalle, Kunststoffe sehr häufig notwendig Soll-pH-Werte 7 bis 9 7 bis 9 7 bis 8,8 7 bis 8,3 7 bis 8,0 Gesamthärte bis 20 d bis 60 dh bis 60 dh Soll 0 bis 4 dh 0 bis 4 dh Karbonathärte bis 20 d bis 20 d bis 20 d Soll 0 bis 4 dh 0 bis 4 dh Wasserbehandlung nicht typisch Härtestabilisierung Korrosionsschutz, Biozid Härtestabilisierung Korrosionsschutz, Biozid Härtestabilisierung Korrosionsschutz, Biozid hoch, richten sich nach den Materialien und Fließbedingungen alubeschichtet, Edelstahl, Buntmetalle, Kunststoffe sehr häufig notwendig nicht typisch 21

24 TECHNIK Kühlwassersysteme Effizienzsteigerung in einem komplexen Kühlwassersystem Einsatz von Simulationswerkzeugen Achim Brenner 1, Christoph Kausch 2, Stefan Kirschbaum 3, Helmut Lepple 4, Michael Zens 5 1 Robert Bosch GmbH, Reutlingen 2 perpendo Energie- und Verfahrenstechnik GmbH, Aachen 3 Gesellschaft zur Förderung angewandter Informatik e.v. (GFaI), Berlin 4 Robert Bosch GmbH, Reutlingen 5 perpendo Energie- und Verfahrenstechnik GmbH, Aachen Große Kühlwassersysteme bestehen zu meist aus mehreren Kältezentralen mit unterschiedlichen Arten von Kältemaschinen. Die Aufgabe, eine solche Kälteversorgungszentrale möglichst energieeffizient zu betreiben, ist sehr komplex. Simulationswerkzeuge können an dieser Stelle eine wesentliche Hilfestellung leisten. In dem konkreten Anwendungsfall ist das komplexe Kühlwassersystem der Robert Bosch GmbH am Standort Reutlingen untersucht worden, um den Energiebedarf der Kältemaschinen zu reduzieren. Der Beitrag stellt die Aufgabenstellung und die Vorgehensweise zur Optimierung mittels einer Simulation vor. 1 Einleitung Das zunehmende Streben nach nachhaltigen und Ressourcen schonenden industriellen Produktionsprozessen rückt auch immer mehr die sogenannten Querschnittstechnologien, wie beispielsweise Druckluftversorgung oder eben Wärme- und Kälteversorgung in den Fokus, da hier häufig nennenswerte Einsparpotenziale vermutet werden. Fortschritte der Hersteller zeigen sich in einer höheren Effizienz der jeweiligen Versorgungs- und Verteilungstechnologien. Die wesentlichen Aspekte, die zu mehr Energieeffizienz im Industriesektor beitragen, sind jedoch in der integrierten Bereitstellung und Nutzung der Energieströme, z. B. in Form von geeigneter Wärmerückgewinnung und der Optimierung des Betriebs von Versorgungseinrichtungen zu sehen. Gerade die zunehmend integrierten und zentralisierten Versorgungssysteme, sei es für einzelne Indus triestandorte oder ganze Industrieparks, ermöglichen höhere Leistungsdichten und so nominell höhere Wirkungsgrade und eine bessere Effizienz. Im Falle der Wärme- und Kälteversorgung führt das zu immer größeren und komplexeren wasserführenden Systemen. Ein solches Kühlwassersystem besteht üblicherweise aus mehreren Kältezentralen mit unterschiedlichen Kältemaschinentypen und unterschiedlichen Arten der Rückkühlung. Meist handelt es sich um eine gewachsene Struktur, sodass der effiziente Betrieb zu einer sehr komplexen Aufgabe wird. Die optimale Betriebsweise eines solchen Gesamtsystems ist meist mit herkömmlichen Methoden nicht mehr ohne weiteres erkennbar. Für solche Fragestellungen kommen dann Simulationswerkzeuge zum Einsatz. Das Versorgungssystem wird in detaillierten algebraischen Modellen beschrieben, um dann mittels geeigneter Lösungsalgorithmen ein mathematisches Optimum bzgl. eines oder gar mehrere Kriterien für die Betriebsweise des Gesamtsystems zu ermitteln. Mögliche Optimierungskriterien sind beispielsweise eine Minimierung des Energieeinsatzes oder eine Minimierung der Betriebskosten. Diese optimale Betriebsweise, also die Kombination und Reihenfolge der in Betrieb zu nehmenden Maschinen, hängt nicht allein vom Leistungsbedarf ab, sondern Randbedingungen wie das Teillastverhalten, die Wirkungsgrade, hydraulische Anforderungen, die Rückkühlsituation, Witterung und Wärmerückgewinnungspotenzial müssen berücksichtigt werden. Diese Faktoren bestimmen und beeinflussen wesentlich die Effizienz des Gesamtsystems und müssen in den Simulationsmodellen in geeigneter Form abgebildet werden. Bisherige wissenschaftliche Erkenntnisse und Vorhaben, die sich mit komplexen Versorgungssystemen beschäftigen, beschränken sich zumeist auf die optimale Auslegung der Versorgungsstrukturen bei festen Randbedingungen und bestenfalls einigen wenigen Zeitschritten. Hier kommen häufig auf Grund der Problemkomplexität evolutionäre Algorithmen zur Anwendung. Die Optimierung im Betrieb beschränkt sich in der Literatur eher auf die detaillierte Betrachtung einzelner Anlagen, beispielsweise für Klimaanlagen. Auch hier werden oft evolutionäre Algorithmen oder künstliche neuronale Netze eingesetzt, da nicht-lineare Zusammenhänge der relevanten Parameter eine rigorose Optimierung deutlich erschweren oder sogar unmöglich machen können. Augenstein [1] beschreibt Ansätze zur Betriebsoptimierung von Kältezentralen und schlägt unterschiedliche Möglichkeiten vor, unter anderem eine Zerlegung des Optimierungsproblems in einen linearen und einen nicht-linearen Anteil. In diesem Beitrag wird ein Verfahren zur Optimierung von Großkälteanlagen im Bestand anhand eines konkreten Anwendungsfalles vorgestellt. Es handelt sich hier um das komplexe Kühlwassersystem mit mehreren Kältezentralen, unterschiedlichen Kältemaschinen und Rückkühlsystemen zur Versorgung des Technologiestandortes der Robert Bosch GmbH in Reutlingen, an dem unter anderem Halbleiter und Sensoren gefertigt werden. Die installierten 13 Kältemaschinen mit einer Gesamtkälteleistung von 27 MW sollen in Zukunft so eingesetzt werden, dass sich für den Energieaufwand ein Minimum ergibt und Stromverbrauch und CO 2 -Emissionen reduziert werden. Hier wird die Vorgehensweise bei der simulationsbasierten Optimierung erläutert. Die Schwierigkeiten, die sich bei der Modellierung solch komplexer Systeme ergeben, werden besprochen und die erarbeiteten Lösungen dargestellt. 22 Kälte Klima Aktuell Großkälte 2014