Das Header-Bild zeigt einen Monteur bei der Montage einer Kälteanlage der SILOXA Cooling GmbH

Rück­kühler – inno­vati­ve Prozess­küh­ler

Wenn es im in­dustriellen Um­feld um die groß­flächi­ge Küh­lung mit ganz­jäh­rigem Be­darf geht, sind Frei­kühler – auch Rück­kühler oder Trockenkühler genannt – eine Form der Prozess­kühlung, mit der sich er­hebliche An­teile an Kosten und Energie einsparen lassen. Ins­beson­dere in Mittel­europa lohnt der Ein­satz von Rückkühlung, und das wegen des technischen Prinzips: Rückkühlung funktioniert, wenn die Außen­luft­tempe­ratur unter der Tempe­ratur der Kühl­flüssig­keit liegt. Das ist in unseren Brei­ten meist der Fall.

Frei­kühler: Eine Begriffs­bestimmung

Frei­kühler, beziehungs­weise Rück­kühler, sind Aggre­gate, die die umge­bende Luft als Basis für den Kühl­prozess ein­setzen. Die Kühlung erfolgt dabei durch die Nutzung der Um­gebungs­temperatur – das erspart in vielen Fällen den Einsatz einer kost­spieligen und ressourcen­inten­siven Kälte­maschine.

Es gibt unter­schied­liche Me­thoden, wie die Rück­kühlung ver­läuft. Die wesent­lichen Bau­typen sind:

  • Ver­dunstungs­kühler
  • Hybrid­kühler
  • Trocken­kühler
  • Adiabate Kühler
  • Glykol-Rück­kühler
  • Tisch­kühler

Trocken­kühler finden ihren Einsatz haupt­sächlich als Rück­kühler in wasser­gekühlten Kälte­maschinen. Ein weiteres Einsatz­gebiet ist die Flüssig­keits­kühlung in der Klima– und Kälte­technik.

Glykol-Rück­kühler kommen vielfach in Außen­bereichen und un­beheizten Räumen zum Einsatz. Bei diesem Bau­typ des Frei­kühlers wird dem Wasser­kreislauf Glykol als Frost­schutz bei­gemischt.

In Tisch­form ausge­führte Frei­kühler – die Tisch­kühler – sind ins­beson­dere für den Ein­satz auf Flach­dächern vor­gesehen. Die Luft­führung ist bei dieser Bau­form hori­zontal ange­ordnet.

Was genau sind Rück­kühler?

Rück­kühler arbeiten nach dem physi­kalischen Prin­zip der Ver­lust­wärme. Dabei geht es darum, über­schüssige Wär­me aus Flüssig­keiten (meist Wasser), Glykol-Lö­sungen oder Ölen abzu­führen. Um dieses Ziel zu erreichen, er­folgt die Küh­lung der Flüssig­keit durch Umgebungsluft. Dieses Prinzip der Rückkühlung entlastet die mecha­nische Leis­tung bei der Küh­lung durch eine Kälte­maschine spürbar.

Rück­kühlung kann nach unter­schied­lichen techni­schen Prinzi­pien er­folgen. Eine Me­thode ist beispiels­weise die Kombi­nation aus Venti­latoren und Wärme­tauschern mit La­mellen, durch die beim Ab­kühlen der er­hitzten Kühl­flüssig­keit hohe Effekti­vität ent­steht.

Frei­kühlung lässt sich in zwei Kate­gorien ein­teilen:

  • Di­rekte Frei­küh­lung
  • Indi­rekte Frei­kühlung

Direkte Frei­kühlung senkt die Tem­peratur durch Nutzung der Umgebungs­luft. Indi­rekte Frei­kühlung gibt es in den Aus­führungen als ein­stufige oder zwei­stufige Rück­kühler: Bei ein­stufi­gen Rück­kühlern kommen Luft-Luft-Wärme­tauscher zum Ein­satz. Zwei­stufige Rück­kühler funktionie­ren durch die Ver­wendung von Flüssig­keiten, die über Rohr­leitungen nach au­ßen ge­leitet wer­den. Hier ge­ben sie ihre Wärme über Wärme­tauscher an die Um­gebung ab.​​​

Wie funktio­nieren Frei­kühler?

Funktions­weise von Kälte­maschi­nen mit freier Küh­lung (Rück­kühler oder Trocken­kühler)

Der Betrieb von Kälte­maschi­nen erfor­dert für die Ab­gabe der Wärme aus der Kühl­flüssig­keit an die Um­gebungs­luft erheb­liche Energie­mengen. Das ist nicht nur öko­logisch be­denklich, son­dern verur­sacht da­rüber hinaus auch hohe Kos­ten. Hier kann die Kombi­nation mit ei­nem Rück­kühler spür­bar zur Kosten­senkung und Energie­effizienz bei­tragen.

In diesem Fall ge­langt die Kühl­flüssig­keit erst nach dem Durch­laufen des Rück­küh­lers in die Kälte­maschine. Die kosten­günstige Erst­kühlung im Rück­kühler lie­fert Kühl­flüssig­keit mit mä­ßiger Tempe­ratur an die Kälte­maschine. Durch die effi­ziente Rück­kühlung ist erheb­lich weni­ger Energie nötig, um die Rest­kühlung durch­zu­führen.

Je kälter die Um­gebungs­luft, desto effek­tiver arbei­tet der Rück­kühler, und desto geringer ist der Arbeits­anteil der Kälte­maschine. Im Winter kann der Rück­kühler sogar bis zu 100 Prozent der Kühl­leistung über­nehmen, was ein Optimum an Ein­sparung ermög­licht. Damit der Frost­schutz gewährt ist, kommen in solchen Anwendungsfällen Gly­kol-Rück­kühler zum Einsatz.

Doch auch im Sommer lassen sich mit Trocken­kühlern noch gute Ein­spar­ergeb­nisse erzie­len, ins­beson­dere bei der Ver­wendung von adiaba­tischen Rück­küh­lern, wenn der Stand­ort des Systems gut ge­wählt ist. Gerade im mittel­euro­päischen Raum herr­schen auch in der warmen Jahres­zeit oft Ver­hält­nisse vor, die den ren­tablen Ein­satz einer Rückkühlung er­lauben.

Glykol-Kühler können auf zwei Arten mit der Kälte­maschi­ne kombi­niert werden. Zum einen gibt es Bau­typen, die die Installa­tion des Frei­kühlers in die Kälte­maschine er­lauben. Bei Modellen, die das nicht zu­lassen, er­folgt die ex­terne Auf­stellung.

Un­abhängig von der Jahres­zeit gilt für Rück­kühler: Der Ein­satz freier Küh­lung im Vor­lauf der Kälte­maschine lohnt in den meis­ten Fällen. Sie führt fast immer dazu, dass die Kompresso­ren der Kälte­maschine weni­ger oft aktiv sind. Das führt zu spür­bar ge­ringerem Strom­ver­brauch und einer ent­spreche­nden Kosten­erspar­nis – abhängig von der Jahres­zeit meist zwischen 30 und 50 Pro­zent.

Funktions­weise von Rück­kühlern

Wie bereits er­wähnt, er­fordert der Be­trieb von Rück­kühlern, dass die Tempe­ratur der Umgebungs­luft nie­driger ist als die der Kühl­flüssig­keit. Auf dem Weg durch einen Wärme­tauscher, der mit La­mellen aus­gestat­tet ist, entzieht die Um­gebungs­luft der Kühl­flüssig­keit Wär­me. Die La­mellen sind so aus­gestal­tet, dass die Kühl­flüssig­keit auf eine mög­lichst gro­ße Kontakt­fläche trifft, um die Effi­zienz des Wärme­tauschers zu opti­mie­ren.

Auch die Anzahl der Lamellen spielt für den Wirkungs­grad des Wärme­tauschers eine Rolle: Je länger die Flüssig­keit in Kontakt mit der kühleren Um­gebung ist, desto mehr Wär­me kann sie abgeben, und desto besser ist der Kühl­effekt.

Eine Inten­sivie­rung des Effekts erfolgt durch Venti­latoren. Sie trans­portieren ein Maxi­mum an Um­gebungs­luft an den La­mellen vor­bei und stei­gern damit die Abgabemenge warmer Luft. Eine zu­sätz­liche Effi­zienz­steige­rung erzielen adiaba­tische Frei­kühler. Bei ihnen erfolgt eine zu­sätz­liche Ab­kühlung der Um­gebungs­luft durch Ein­sprühen von Wasser. Bei Freikühlern, die in Außen­berei­chen oder in einer un­beheizten Umge­bung zum Einsatz kommen, erfolgt als Frost­schutz die Zu­gabe von Glykol. Das macht den Ein­satz der adia­batischen Frei­kühler auch bei star­kem Frost mög­lich.
 

Spezielle Bau­typen für indi­viduelle Anfor­derungen

Je nach Aufgaben­stellung und ört­liche Gegeben­heiten gibt es unterschiedliche Bautypen von Frei­kühlern, die für den jeweili­gen Einsatz am besten geeignet sind. Hier einige Bei­spiele:

Mit Hilfe von Sonder­baufor­men lassen sich wei­tere Leis­tungs­stei­gerungen er­zie­len:

  • Ist für die ge­wünschte Kühl­leis­tung nicht ge­nügend Stand­fläche vor­handen, lässt sich über die Stei­gerung der Bau­höhe Aus­gleich schaffen.
  • Be­findet sich der Aufstell­ort in einer windreichen Umgebung, kann der Einsatz von Be­rieselungs­matten zu spür­baren Leistungs­stei­gerungen füh­ren.

Wei­tere Steige­rungen an Leis­tung und Betriebs­sicher­heit ermög­lichen Anla­gen mit Selbst­entlee­rung, schräg po­sitionier­ten Wärme­tauschern und Wasser­leitungen aus Edel­stahl.

Ty­pische Anwendungs­fälle mit Trocken­kühlern

Rückkühlung eignet sich in den unter­schied­lichsten Einsatz­szenarien. Hier ei­nige Bei­spiele:

  • Rechen­zentren: Die hohe Wärme­entwick­lung von Servern er­fordert für den fehler­freien Be­trieb hohe Kühl­leistung. Die hohen Strom­kosten lassen sich mit Frei­kühlern spür­bar senken. Das gilt auch bei klei­neren Server­räumen.
  • Klima­anlage: In Fabrik­anlagen, Büro­gebäuden, In­dustrie­hallen, Kranken­häusern und anderen Ein­rich­tungen kommen große Klima­anlagen mit hohem En­ergie­bedarf zum Einsatz. Frei­kühler können hier nicht nur Kos­ten sparen, sondern auch die Öko­bilanz ver­bessern.
  • Me­tall– und glas­verarbei­tende Indus­trie: Diese Industrie­zweige wei­sen bei den Pro­duktions­pro­zessen eine be­sonders hohe Wärme­entwick­lung auf. Effek­tive Küh­lung ist hier un­abdingbar. Frei­kühler können massiv zur Energie– und Kosteneinsparung beitragen.
  • Weitere geeignete An­wendungs­fälle sind die Kunst­stoff­indus­trie, größere Tele­kommuni­kations­anlagen und Papier­fabri­ken.

Allgemein ge­sprochen eignen sich Frei­kühler, Rück­kühler und Trocken­kühler vor allem in Industrie­anlagen, die ganz­jährigen, gleich­mäßigen Kühl­bedarf haben. Dabei wird der Ein­satz von Frei­kühlung umso ren­tabler, je höher die Wärme­ent­wicklung vor Ort ist.

Wesent­lich für den sinn­vollen Einsatz von Rückkühlern ist die Tem­peratur des Kühl­wassers. Sie muss zwischen 10 und 25 Grad Celsius betragen, soll die Frei­kühlung effi­zient ver­laufen. Das macht das aus­gewogene mittel­europäische Kli­ma zur idealen Voraus­setzung für einen effekti­ven Betrieb. Nach Her­steller­angaben amor­tisieren sich die Aus­gaben für die Inves­tition durch die Ein­sparungen bei den Energie­kosten oft schon nach einem Jahr.

Fazit: Vorteile von Rück­kühlern

Frei­kühler sind eine effi­ziente Alter­native oder Er­gänzung zu Kälte­maschinen, wenn es um Ein­sparungen bei Kos­ten und Ener­gie­bedarf geht. Freikühler, Rück­kühler und Trocken­kühler können sowohl im Allein­betrieb als auch in Ver­bindung mit Kälte­maschinen zum Ein­satz kommen.

Bei ent­sprechen­den klima­tischen Ver­hältnissen wie in Mittel­europa können sie ins­beson­dere als Vor­stufe von Kälte­maschinen durch die kosten­günsti­ge Rück­küh­lung mittels Umgebungs­luft den Energie­bedarf und damit die lau­fenden Kosten von Kälte­maschinen spür­bar senken.

Wir sind gerne für Sie da!

Un­sere Frei­kühler las­sen sich opti­mal an Ihre indi­­­viduellen Kunden­­bedarfe an­passen. Wir freuen uns Sie zum Kauf Ih­­res neuen Rück­küh­lers be­­raten zu dürfen.

Ihr Ansprechpartner für industrielle Kältetechnik