Kältemaschine & Kälteanlage: Funktion, Anwendung, Miete und Kosten

Kälteanlagen erfüllen in der Praxis der Unternehmen vielfältige Aufgaben. Sie kühlen Lebensmittel und machen diese haltbarer, sie dienen der Klimatisierung von Räumen und erzeugen Eis oder finden für technische Prozesszwecke Verwendung. Für jeden Anwendungszweck stehen passende Maschinen für den Kauf oder die Miete bereit.

Die Themen im Überblick

Definition

Der Begriff Kältemaschine ist irreführend, denn strenggenommen lässt sich Kälte nicht erzeugen. Dennoch findet ein Einsatz in der Industrie oder im Handel statt, als ließe sich Kälte am gewünschten Ort in der gewünschten Menge produzieren. Das geschieht, indem die Kältemaschine der Umgebung ihre Wärme entzieht. Damit ähnelt die Kälteanlage der Wärmepumpe. Hier geht es jedoch nicht um die Nutzung der Wärme, sondern um deren Entfernung. Ziel ist es, die Temperatur unter das Niveau der Umgebungstemperatur zu bringen.

Aufbau & Funktionsweise

Kältemaschine & Kälteanlage

Die Funktionsweise der Kältemaschinen basiert auf einem einfachen Prinzip, bei dem die Maschine Wärmeenergie von der zu kühlenden Stelle an eine andere Stelle in der Umgebung transportiert. Den meisten Maschinen liegen dabei thermodynamische Kreisprozesse zugrunde. Hierbei handelt es sich um periodisch ablaufende Zustandsänderungen in einem Arbeitsmedium wie zum Beispiel einer Flüssigkeit. Diese Kreisprozesse machen sich auch Kühlschränke und Wärmepumpen zunutze.

Kältemaschine

Ein gewisser Energieaufwand ist bei diesen Systemen immer erforderlich, um den Kompressor zu betreiben. Dieser ist notwendig, um die Wärmemenge vom niedrigen Temperaturniveau des Wärmeentzugs auf das hohe Niveau für die Wärmeabgabe zu bringen. Bei der Kältemaschine ist dabei die entzogene Wärme der gewünschte Nutzen, während bei der Wärmepumpe die abgegebene Wärmemenge den Nutzen darstellt. Zum weiteren Aufbau der Maschinen gehören Komponenten wie Zwischenbecken, die Wasseraufbereitung und der Schaltschrank.

In der Praxis lassen sich verschiedene Typen unterscheiden. Dazu gehören ein luftgekühlter Kaltwassersatz und die wassergekühlten Flüssigkeitskühler. Die Kälteerzeugung erfolgt entweder per Kompressionskälteprozess unter Zufuhr mechanischer Energie, mittels Sorptionskälteprozess unter Zufuhr von Wärme-Energie oder per thermoelektrischem Kälteprozess unter Zufuhr elektrischer Energie.

Für die Funktionsweise spielt es keine Rolle, um welchen Typ von Maschine es sich handelt. Entscheidend ist vielmehr, für jeden Einsatzbedarf eine effiziente Lösung zu finden, die den Kühlbedarf deckt.

Anwendungsbereiche & Einsatzbereiche der Technik

Die Kühlmaschinen finden in den folgenden Bereichen Verwendung:

Medizin

Labore im medizinischen Bereich stellen besonders hohe Anforderungen an die Eigenschaften von Kühlgeräten. Hier entscheiden winzige Temperaturabweichungen im laufenden Betrieb darüber, ob eine Anlage einsetzbar ist oder nicht. Dabei ergeben sich viele Anwendungsmöglichkeiten zum Beispiel für die Kühlung von High-Tech-Bauteilen bei bildgebenden Verfahren, für die Schaltschrankkühlung oder die Kühlung von empfindlichen Laseranlagen sowie die Herstellung kontrollierter Umgebungsbedingungen durch direkte Kühlung im Labor.

Industrie

In der Industrie wie zum Beispiel dem metallverarbeitenden Gewerbe ist Prozesskühlung gefragt. Hier kommt es darauf an, die Kühllösung präzise auf den jeweiligen Prozess abzustimmen und zum Beispiel hochbelastete Maschinenteile zu kühlen. Zu den verschiedenen Aufgaben gehören hier die Werkzeugkühlung, die Spindelkühlung und die Hydraulikkühlung. In der Verfahrenstechnik kommt es vor allem darauf an, die Temperaturen dem zu kühlenden Verfahren und den verwendeten Materialien bestmöglich anzupassen.

In der Stahlproduktion wiederum kommen die Maschinen für die Temperaturkontrolle zum Einsatz. Nur mit leistungsfähigen Anlagen ist es möglich, die extrem hohen Temperaturen in Stahlwerken unter Kontrolle zu halten.

Lebensmittelkühlung

Die Kühlung ist eines der einfachsten und effizientesten Verfahren zur Haltbarmachung von Lebensmitteln. Kühlzellen, Kühlschränke und Kühlräume entziehen den Lebensmitteln und deren Umgebung Wärme, sodass chemische Reaktionen langsamer ablaufen. Das schränkt das Wachstum von Bakterien ein und die verderblichen Güter sind länger haltbar. Der Einsatz erfolgt in Lagerhallen, in Supermärkten und im Weinbau und der Weinproduktion sowie in Brauereien.

Planung, Bau und Wartung

Die Kühlspezialisten übernehmen für ihre Kunden die Planung, den Bau und die Wartung neuer Anlagen für die Umsetzung einer funktionierenden Kühltechnik, die allen gestellten Anforderungen genügt.

Planung

Für jede Branche und jeden individuellen Bedarf entwerfen Fachplaner passende Anlagen. Sie nehmen eine eingehende Berechnung des Wirkungsgrads und der Wirtschaftlichkeit einer Maschine vor und stellen fest, ob ein bestimmtes System für den jeweiligen Einsatzzweck geeignet ist. Sie spielen dabei den Einbau verschiedener Anlagen und Anlagen-Kombinationen für ihre Kunden durch.

Bei der Auswahl geeigneter Anlagen spielen die Kosten eine entscheidende Rolle. Zu einer gründlichen Planung gehört daher eine Betrachtung der Betriebskosten, die voraussichtlich durch den Einsatz einer bestimmten Maschine entstehen. Die Fachplaner prüfen wiederholt, wo sich Einsparpotentiale ergeben.

Zur Wirtschaftlichkeitsberechnung gehört auch die Berücksichtigung der Total Cost of Ownership (TCO). Diese umfassen alle im Zusammenhang mit dem Investitionsgut anfallenden Kosten. Neben den Anschaffungskosten für die Kältegeräte gehören dazu die Betriebskosten und Wartungskosten. Der Fachbetrieb plant für einen langen Zeitraum zum Beispiel bis zu zehn Jahre, damit dessen Kunden eine hohe Planungssicherheit bei ihren Kosten erhalten. Anhand der Rechenbeispiele stellt der Kühlspezialist fest, ob sich die Investition in eine teurere Anlage mit besseren Einsparsystemen im gegebenen Szenario lohnt. Die Berechnung der Wirtschaftlichkeit erfolgt immer mit verschiedenen Alternativen, aus denen die Kunden auswählen.

Bau

Nach der Planung erfolgt der Bau der Anlage. Hier stehen eine hohe Kosteneffizienz, Zuverlässigkeit und ordnungsgemäße Durchführung des Projekts im vorgegebenen Zeitrahmen im Vordergrund. Dabei sind zwei Szenarien zu unterscheiden: Die Lieferung im Container oder der Aufbau von Einzelteilen vor Ort.

Wenn es der Kunde wünscht, baut der Fachbetrieb die Kälteanlage direkt vor Ort in allen ihren Einzelteilen auf. Dabei kann es zu Einschränkungen des Betriebsablaufs kommen und die Montage vor Ort erfordert einen gewissen zeitlichen Aufwand. Diese kann man mit Mietkälte kurzfristig überbrücken. Alternativ lassen sich die Systeme anschlussfertig in einem Container vormontieren und bereitstellen. Es ist dann nur noch der Transport des Containers an den gewünschten Einsatzort erforderlich. Das nimmt deutlich weniger Zeit in Anspruch als die Montage vor Ort, der Anschluss ist schnell bewerkstelligt.

Wartung

Nach der Investition in eine Kühlmaschine ist es für den Kunden entscheidend, diese Investition so lange wie möglich zu erhalten. Dazu ist eine regelmäßige und sachgemäße Wartung durch einen Fachbetrieb erforderlich. Die typischen Services der HLK-Betriebe umfassen daher auch solche Wartungen. Die Unternehmen begleiten den Kunden während der gesamten Laufzeit der Anlagen und stehen bei Fragen rund um den ordnungsgemäßen Betrieb beratend zur Seite.

Mietkälte für temporären Bedarf

Wer die Maschine nicht dauerhaft, sondern für einen bestimmten Zeitraum benötigt, der kann passende Anlagen mieten. In diesem Fall ist auch von Mietkälte die Rede. Die Vorteile liegen klar auf der Hand. Der Betrieb, der die Kälte benötigt, erhält schnellen Zugriff auf die Maschinen, plant die Kosten für den festgelegten Zeitraum und muss keine anfänglichen hohen Investitionen vornehmen. Benötigt das Unternehmen die Mietkälte nicht mehr, beendet es den Mietvertrag wieder und der Fachbetrieb holt die bereitgestellten Maschinen ab. Die Flexibilität steht bei diesem Vertragsmodell im Vordergrund.

Folgende kurzfristige Einsätze sind denkbar:

Schaffung zusätzlicher Kühlkapazität

Saisonales Kühlen z.B. im Sommer in Lagerhallen

Notfallkühlung etwa bei einem Kaltwassersatz Ausfall

Kühlen bei besonderen Outdoor-Veranstaltungen

Überbrückung bei Austausch oder Wartung im Haupt-HLK-System

Mietkälte bietet sich weiterhin für alle Unternehmen an, die zwar die laufenden Kosten für eine Kälteanlage tragen können, nicht aber die Mittel für eine Investition zur Verfügung haben. Auf diese Weise profitiert eine viel größere Zielgruppe von Unternehmen von den Einsatzmöglichkeiten der Kühlmaschinen.

Vorteile bietet das Mietmodell auch in Hinblick auf die Umrüstung der Anlagen. Stehen neue und energiesparendere Modelle zur Verfügung, kann der Fachbetrieb die Maschinen beim Kunden direkt gegen die neuen Modelle austauschen. Ansonsten wäre es erforderlich, erst die alten Maschinen zu veräußern und dann in die neuen Geräte zu investieren. In dieser Hinsicht profitieren die Nutzer ebenfalls von einer höheren Flexibilität.

Kälteanlage kaufen

Wer seine Kältemaschinen für die Kälteproduktion dauerhaft nutzen möchte, entscheidet sich meistens für das Kaufmodell. Nach Bewältigung der anfänglichen Investitionskosten fallen für die Maschine nur die Kosten für den laufenden Betrieb und eventuell für Reparaturen und Wartungen an. Der Kauf von Kälteanlagen bietet Vorteile, wenn das Unternehmen wie etwa ein industrieller Betrieb den dauerhaften Einsatz plant.

Einmal angeschaffte Maschinen sind überall im Betrieb einsetzbar. So besteht die Möglichkeit, die Anlagen in einer Lagerhalle abzumontieren und in einer anderen Halle aufzubauen, sobald sich Änderungen im Produktionsprozess ergeben. Am Ende der Laufzeit ist die Veräußerung der Kältemaschine zum Restwert möglich. Wer dauerhaft auf die Kälte angewiesen ist, für den lohnt es sich meistens, eine Kälteanlage zu kaufen.

Typische Vor- und Nachteile

Durch den Einsatz der Kälteanlagen ergeben sich typische Vorteile, die auch vom konkreten Einsatzbereich abhängen. Moderne Anlagen besitzen zum Beispiel eine hohe Laufruhe und reduzieren Reibungs- und Verschleißeffekte erheblich. Das ist wichtig beim Einsatz in empfindlichen Umgebungen wie zum Beispiel Krankenhäusern. Die fortschrittlichen Anlagen vermeiden Stromspitzen beim Einschalten und tragen damit zu einer stabilen Versorgung bei.

Moderne Anlagen sind zudem bei ordnungsgemäßem Betrieb wenig anfällig für Störungen, nur in den seltensten Fällen sollten Reparaturen an defekten Maschinen erforderlich sein. Zu den Nachteilen gehört, dass eine Kälteanlage für einen optimalen Betrieb eine regelmäßige Wartung erfordert. Diese führen Facharbeiter vor Ort durch, hierdurch entstehen Kosten in gewisser Höhe.

Worauf muss man achten & Top Tipps

Der Nutzer sollte auf einige Punkte achten, wenn er eine Kälteanlage mieten oder eine Kältemaschine kaufen möchte. Folgende Punkte sind besonders wichtig:

  • Ökodesign- oder ErP-Richtlinie: Diese EU-Richtlinie regelt die Mindestanforderungen an die Energieeffizienz von energieverbrauchsrelevanten Produkten. Der Nutzer sollte darauf achten, dass die gewünschten Kältegeräte den hier getroffenen Anforderungen genügen. Alle Unternehmen, die in der EU produzieren, verpacken, verarbeiten oder verkaufen, sind davon betroffen.
  • Kombination mit Freikühler: Häufig lohnt sich eine Kombination der Maschinen mit einem sogenannten Freikühler. Freikühler, auch Rückkühler genannt, helfen bei der Reduktion von Kühlkosten durch drastische Energieeinsparungen. Die Freikühler funktionieren nach dem Konvektionsprinzip, entziehen Wärme mittels der Umgebungsluft und erhöhen den thermischen Wirkungsgrad der Anlage deutlich.
  • Vorhandene Kühlanlagen optimieren: Nicht in jedem Fall ist die Neuanschaffung die beste Lösung. Häufig reicht es aus, bestehende Anlagen aufzurüsten bzw. zu optimieren.
  • Platzbedarf: Steht für die Aufstellung der Anlage nur wenig Platz zur Verfügung, lohnt sich die Investition in eine wasserrückgekühlte Maschine. Diese geben die Abwärme an ein Kühlwasser und nicht an die Luft ab und benötigen weniger Platz.

Kosten & Preise

Wer eine Kältemaschine kaufen oder einen Kaltwassersatz mieten möchte, findet passende Anlagen in verschiedenen Leistungsklassen. Davon und von der individuellen Planung hängt es ab, wie hoch die Kosten letztlich ausfallen. Dazu ist es erforderlich, zuerst den Bedarf zu ermitteln und zu entscheiden, ob eine Anschaffung für den dauerhaften Einsatz oder der Einkauf von Mietkälte besser ist. Wer eine Kälteanlage mieten möchte, profitiert von klar strukturierten Preisen und Kosten, deren Höhe weniger von den individuellen Voraussetzungen des Einsatzbereichs abhängig sind. Die Mietkosten hängen insbesondere von folgenden Faktoren ab:

Saisonale Schwankungen; Nachfrage und damit der Preis ist im Sommer höher

Regionale Abhängigkeit von den Kostenstrukturen der lokalen Anbieter

Auslastung; der Preis steigt bei höherer Gesamtnachfrage

Eventuelle Rabattgewährungen durch die Anbieter

Für die Kostenplanung benötigt der Anbieter Informationen über das zu versorgende Objekt, über die Höhe der benötigten Kühlleistung und über den gewünschten Zeitpunkt der Lieferung. Erst dann ist es möglich, ein konkretes Angebot auf Grundlage der jeweiligen Anlagenkonfiguration zu erstellen.

Author: Marc Bode

Marc ist Geschäftsführer bei Deutsche Thermo. Er arbeitet seit 2009 in der Energiebranche und hat seine Ausbildung bei einem Anbieter für Flüssiggas gemacht. Seitdem war der Experte für Wärme- und Kältetechniken in vielen verschiedenen Funktionen tätig und hat 2020 Deutsche Thermo gestartet.