Die Folge dieser Anforderungen: Man benötigt ganzjährig möglichst niedrige Rückkühltemperaturen. Allein mit einem Trockenrückkühler kann das oftmals nicht erreicht werden. Daher werden weitere oder alternative Rückkühlsysteme notwendig.
Anhand eines Planungs- und Auslegungsbeispiels möchten wir dies verdeutlichen. Vorgegeben ist eine Kälteleistung von 780 kW und eine Kaltwassertemperatur von 18 °C ein sowie 12 °C aus. In Auslegung 1 findet sich eine Kältemaschine 30XW-P0862 mit Trockenrückkühler und einer Mediumtemperatur 45 °C ein/40 °C aus. Die Leistungsaufnahme wird mit 193 kW (EER: 4,0) angegeben. In Auslegung 2 leistet eine Kältemaschine 30XW-P0812 mit Adiabatik- oder Hybridrückkühler und Mediumtemperatur 33 °C ein/28 °C aus ihren Dienst. Und das bei einer Leistungsaufnahme von 129 kW (EER: 6,1)1.
In Auslegung 2 zeigt sich die Wirtschaftlichkeit und Effizienz, die sich durch das adiabatische Rückkühlsystem ergibt. In diesem Beispiel kann der Kaltwassersatz eine ganze Stufe kleiner gewählt werden. Das Gesamtsystem arbeitet dadurch so effizient, dass im Volllastbereich 33 Prozent der Antriebsenergie am Verdichter der Kältemaschine eingespartwerden. Im Vergleich zu Auslegung 1 spart man damit 64 kW je Betriebsstunde, das sind knapp 7,70 Euro2 weniger Stromkosten Stunde für Stunde.
Daher wählt man Rückkühlsysteme entsprechend für ihre typischen Anwendungen und Temperaturbereiche aus. Für diesen jeweiligen Einsatz ist vor allem auch die Auswahl des richtigen Lamellenmaterials entscheidend, denn die Auswahl ist groß. Trotzdem birgt jede Lamelle Vor- und Nachteile, die man abwiegen sollte. Wir möchten mit nachfolgender Betrachtung der unterschiedlichen Rückkühlsysteme einen kleinen Einblick in die unterschiedlichen Lamellen und deren Vor- und Nachteile geben.
Der eingangs erwähnte Trockenrückkühler
Ein typischer Einsatzbereich für einen Trockenrückkühler kann so aussehen:
- Außentemperatur: 35 °C
- Mediumstemperatur ein/aus: 45 °C/40 °C
Der nach wie vor produzierte Trockenrückkühler wird in den allermeisten Anwendungen mit einer Reinaluminiumlamelle produziert. Diese Lamelle ist für den normalen Gebrauch bei nicht aggressiven Luftverhältnissen optimal. Diese wird kraftschlüssig mit dem Kupferrohr verbunden, um einen idealen Wärmeübergang zu erreichen. Unterschiede gibt es hier allerdings auch beim Aufbau der Lamelle. Unterschiedlichste Formen wie z. B. geprägte oder geschlitzte (sogenannte Turbolamellen ) oder glatte Lamellen sind erhältlich. Wo liegen hier die Unterschiede? Ein Rückkühler mit geprägter oder geschlitzter Lamelle weist bei der Luftführung höhere Turbulenzen gegenüber einer Ausführung mit glatter Lamelle auf. Dadurch lassen sich mit sogenannten Turbolamellen in der Leistungsprüfung höhere Leistungen darstellen. Dies hat zur Folge, dass Rückkühler mit glatter Lamelle bei gleichem Auslegungspunkt größer und schwerer sind, als solche, die mit geprägter oder geschlitzter Lamelle ausgestattet sind. Jedoch habe ich gerade bewusst das Wort Leistungsprüfung gewählt, da der Rückkühler im normalen Betrieb mit geprägter oder geschlitzter Lamelle deutlich schneller und stärker verschmutzt. Durch Leistungsmessungen wissen wir heute, dass schon ein geringer, leicht sichtbarer Belag an Blütenpollen bei einem Gerät mit Glattlamelle ca. 3 Prozent Leistungsverlust bringt. Bei einem Gerät mit einer geschlitzten Lamelle hingegen, bei dem die Oberfläche und die Schlitze nur leicht zugesetzt sind, bedeutet dies schon einen Leistungsverlust im Bereich von 10 bis 12 Prozent. Zudem kann dieser Fall oft schon nach wenigen Betriebsstunden eintreten. Dies bringt einen hohen Wartungsaufwand und damit auch Kosten mit sich, wohingegen unsere Erfahrung zur Wartung der Rückkühler mit glatten Lamellen zeigen, dass diese glatten Lamellen sehr selten gereinigt werden müssen.
Die adiabatischen Rückkühler
LPSS3: Typischer Einsatzbereich
- Außentemperatur: 35 °C
- Umschalttemperatur: 27 °C (trocken/besprüht) Mediumtemperatur ein/aus: 37 °C/32 °C
HPSS4: Typischer Einsatzbereich
- Außentemperatur: 35°C
- Umschalttemperatur: ab 20 °C (trocken/besprüht)
- Mediumtemperatur ein/aus: 33 °C/28 °C
Auch bei all unseren adiabatischen Systemen setzen wir eine Glattlamelle ein. Hier handelt es sich um eine Aluminiumlamelle mit einer hydrophilen Beschichtung. Diese Beschichtung verhindert Spaltkorrosion, die durch die Verdunstung von Wassertröpfchen im adiabatischen Sprühbetrieb entstehen könnte. Mit dieser Lamelle haben wir bereits seit 14 Jahren sehr gute Ergebnisse erzielt und viele Anlagen der ersten Stunde laufen heute noch tadellos.
Heute unterscheiden wir zwei adiabatische Systeme LPSS (Low Pressure Spray System) und HPSS (High Pressure Spray System). Das LPSS wird meistens für die Spitzenlastabdeckung eingesetzt, während dass HPSS in den meisten Fällen aufgrund der Anforderung hinsichtlich der Effizienz der Kältemaschine zum Einsatz kommt.
Der hybride Rückkühler
Typischer Einsatzbereich:
- Außentemperatur: 35 °C
- Umschalttemperatur: ca. 10 bis 18 °C (trocken/benetzt)
- Mediumtemperatur ein/aus: 32 °C/26 °C
Durch immer weniger Platz für technische Gebäudeausrüstung, gerade auch in Innenstädten und einen deutlich gestiegenen Leistungsbedarf bei Klimaanlagen, wurde es notwendig, in kompakter Bauform eine möglichst große Leistung abfahren zu können. Dies erklärt die dauerhaft ansteigenden Stückzahlen bei hybriden Rückkühlern, die besonders Planungsbüros und Architekten überzeugen, da hier auf einer kleinen Aufstellfläche eine effiziente Anlage entstehen kann. Die Aufstellfläche unterscheidet sich zu einem Adiabaten um etwa die Hälfte.
Der hybride Rückkühler wird heute mit einer zweifachlackierten AlMg2,5-Lamelle (Aluminium-Magnesium-Lamelle), welche eine garantierte dauerhafte UV-Beständigkeit aufweist, gefertigt. Bei diesen Rückkühlern haben wir uns bei der Beschichtung der Lamellen bewusst gegen eine katalytische Tauchlackierung entschieden. Wir haben in Tests herausgefunden, dass die katalytische Tauchlackierung weder UV-beständig ist, noch eine gleichmäßige und durchgängige Auftragung der Beschichtung beim Prozess sichergestellt werden kann.
Die AlMg2,5-Lamelle ist außerordentlich robust und übersteht in den meisten Fällen auch Wartungsmängel und Verunreinigungen ohne dauerhafte Schädigung. Was den Kunden nicht von der Wartung und der Einhaltung der Wasserqualität entbindet, aber eine zusätzliche Sicherheit darstellt. Daher wird diese Lamelle bei hybriden Rückkühlern serienmäßig eingesetzt und, wie bei all unseren anderen Wärmeübertragern, auch hier in glatter Ausführung. Da dieses Lamellenmaterial sehr hart ist, kann die Oberfläche auch mit einem Hochdruckreiniger gereinigt werden. Der Anspruch an die Qualität der Lamelle ergibt sich natürlich durch die permanente Verdunstung von Umlaufwasser sobald der Trockenumschaltpunkt überschritten ist. Für alle diese Punkte ist die zweifachlackierte AlMg2,5-Lamelle das ideale Material für eine hohe Lebensdauer.
Fazit
Die Anforderung an immer effizientere Kältemaschinen machen Rückkühlsysteme notwendig, die kleine Rückkühltemperaturen auch unterhalb der Lufttemperatur das ganze Jahr über ermöglichen. Dadurch werden an der Kältemaschine die Kondensationstemperatur und die Kondensationsleistung gesenkt. So kann man über die Jahreslaufzeit der Kältemaschine und der möglichen Jahreslaufzeit für freie Kühlung, das ideale Rückkühlsystem zur Kältemaschine auswählen und der Nutzer kann sich darauf verlassen, dass er eine Anlage mit dem genau richtigen Lamellenmaterial bekommt. Damit haben er eine effiziente Gesamtanlage mit hoher Lebensdauer. -
1 Energy Efficiency Ratio
2 Bei 12 Cent / kWh
3 Low Pressure Spray System
4 High Pressure Spray System
Martin Ugi
Senior Product Manager bei Cabero, Grafrath
