Rückkühler, Freikühler und Trockenkühler für Kältemaschinen

Seit vielen Jahren wächst in der Industrie der Bedarf an Kühlung dauerhaft. Dazu kommt, dass die Anforderungen an die Technik steigen und im produzierenden Gewerbe immer vielfältiger und komplexer werden. Egal ob Prozesskühlung, Prüfstandskühlung oder Maschinenkühlung, Nahrungsmittelproduktion oder Tiefkühllager. Für eine gute Beratung und Ausrüstung sind nicht nur Fachwissen, sondern auch viel Erfahrung notwendig. Rückkühler machen sich die Umgebungstemperaturen zu Nutze und sorgen so für besonders energieeffiziente Kühlung. Die auch Freikühler genannten Kälteanlagen sind so besonders umweltschonend und sparen gleichzeitig Energiekosten.

Rückkühler in V Form auf Dach montiert

Die Themen im Überblick

Was ist ein Rückkühler?

Rückkühler oder Wasserrückkühler führen Abwärme, die bei den industriellen Prozessen in Form von heißem Wasser, Thermalöl oder Dampf entstehen, besonders effizient aber dennoch umweltschonend an die Umgebungsluft ab. Rückkühler werden auch Freikühler oder Trockenkühler genannt. Die modernen Rückkühlanlagen arbeiten mit Standard AC-Ventilatoren und bieten eine adiabatische Vorkühlung als Option. Die Wärmetauscher können entweder waagerecht, senkrecht oder in V-Form angebracht werden, damit die maximale Flexibilität bei der Aufstellung garantiert werden kann. In der horizontalen Form spricht man auch von Tischkühlern, da diese mit 60 – 100 cm Abstand zum Boden auf Beinen stehend und den Ventilatoren auf der Oberseite wie Tische aussehen.

Kombination von Rückkühler mit Kaltwassersatz

Rückkühler können in Mitteleuropa mit der Umgebungsluft gerade im Winter schon kostengünstig eine Menge Wärme abtransportieren. Hat das Medium Beispielweise 28 Grad kann der Rückkühler schon 15 Grad erreichen. Durch die Kombination mit einem Kaltwassersatz werden dann die benötigten 6 Grad Vorlauftemperatur erzeugt.

Rückkühler führt oft Prozesswärme ab

Rück- bzw. Freikühler werden in vielen unterschiedlichen Bereichen der Industrie eingesetzt. Der am häufigsten vorkommende Verwendungszweck ist die Abfuhr von Prozesswärme, die in einem Produktionsprozess entstehen. Hier ist es notwendig, die richtige Menge Kühlleistung auf einem angepassten Temperaturniveau zur Verfügung zu stellen. Daher ist es vor dem Kauf eines Kühlsystems immer wichtig, sich ausreichend über das Thema zu informieren.

Rückkühler mit und ohne adiabatische Kühlung

Die Rückkühler bzw. Wasserrückkühler geben die Wärme in den meisten Fällen über leistungsstarke Ventilatoren an die Umwelt ab. Die modernen Geräte sind des Weiteren über eine adiabatische Vorkühlung ausgestattet. Diese Kühlung bezeichnet die beim Verdunsten einer Flüssigkeit entstehende Abkühlung. Um diesen Effekt zu erzielen, wird der Wärmetauscher zusätzlich mit Wasser benässt.

Rückkühler Aufbau & Funktionsweise

Adiabate Rückkühler werden teilweise auch als Hybrid-Rückkühler bezeichnet. Diese stellen eine optimale Lösung dar, wenn es darum geht, niedrige Temperaturen zu erreichen und den Bedarf an Wasser und Strom möglichst gering zu halten. Mit dem adiabaten Rückkühler wurde ein besonders effizientes und hochwertiges System entwickelt. Im Gegensatz zu vielen anderen Systemen am Markt werden die Lamellen nicht direkt besprüht, sondern es findet eine Erhöhung der Feuchte der angesaugten Luft statt. Dank diesen Effekt wird die Luft vor dem Eintritt in den Wärmetauscher abgekühlt und führt zu einer erheblichen Leistungssteigerung.

Einsatzbereiche von Kälteanlagen für die Entstehung von Kälte

Eine Kälteanlage wird in den zahlreichen Bereichen verwendet. Sie dient allen voran der Kühlung von Waren in Lagerhäusern, verbessert Anwendungen in der Labortechnik, kühlt Serverräume und wird auch innerhalb industrieller Produktionsprozesse verwendet. Aber auch einfache Haushaltsgeräte können als Kälteanlagen bezeichnet werden.

Wie wird Kälte erzeugt?

Kälte ist ein Niveau von Energie, welches unterhalb dem Energieniveau seiner Umgebung liegt. Damit gekühlt wird, muss man die Wärmeenergie wegnehmen. Allerdings kann sich die Energie nicht einfach so auflösen, daher muss die entzogene Wärmeenergie an eine andere Stelle gebracht werden, und zwar auf ein höheres Niveau. In Form des thermodynamischen Prozesses wird für die Wärmeabgabe die Wärmemenge von niedrigeren Temperaturniveau auf ein höheres Temperaturniveau gebracht. Dieser Prozess findet in einer Kälteanlage statt.

Wie funktioniert die Erzeugung von Kälte?

Um den Kreislauf und die Vorgänge in einer Anlage verstehen zu können, sind grundsätzliche Kenntnisse der wichtigsten Grundlagen der Physik unerlässlich. Dazu kommt, dass der Betrieb und der Erhalt solcher Anlagen immer mit einem Kältemedium verbunden ist. Das Kältemittel wirkt sich beim Austreten aus dem System oder in die Atmosphäre meist negativ auf die Umwelt aus.

Welche Arten von Rückkühlern gibt es?

Auf dem Markt gibt es eine ganze Reihe von etablierten Systemen zur Rückkühlung. Wer für eine gegebene Anwendung die optimale Wahl treffen möchte, hat die Qual der Wahl. Doch es ist von großer Bedeutung sich für das beste System zu entscheiden, da es sich um eine langjährige Investition handelt.

Vorauswahl der Rückkühlanlage mit technischen Daten

Eine Vorauswahl kann durch Parameter wie Kühlwassertemperatur, verfügbare Aufstellfläche und vieles mehr erfolgen. Kommen gleich mehrere Systeme infrage, ist die Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit eine wichtige Entscheidungshilfe. In Folge kann auch die Bewertung der CO2-Bilanz zur Entscheidung beitragen. Aus dieser Motivation ergab sich das Erfordernis, eine Möglichkeit zu entwickeln, das die unterschiedliche Rückkühlsysteme in Hinblick auf Wirtschaftlichkeit und CO2-Bilanz untereinander zu vergleichen.

Offener Nasskühlturm

Bei einem offenen Nasskühlturm wird das Wasser auf die Oberfläche von Füllelementen mit einem Luftstrom in Kontakt gebracht, dabei verdampft ein Teil des Wassers und die erforderliche Enthalpie wird aus dem Wasser entzogen. Das Wasser kühlt dadurch ab. Anstelle des Systems mit Druckbelüftung und Radventilatoren kommen bei größeren Kühltürmen Axialventilatoren zum Einsatz. Die erreichbaren Temperaturen liegen unterhalb von 27 Grad Celsius.

Geschlossener Nasskühlturm

Bei einem geschlossenen Nasskühlturm ist anstatt der Füllelemente ein Bündel aus Rohren verbaut, durch das das zu kühlende Medium durchfließt. Das Verdampfungswasser wird in einem sekundären Kreislauf umgepumpt, wodurch eine Systemtrennung ohne weitere Wärmeüberträger erreicht wird.

Trockenkühler (Freikühler)

Dieses System ist zwar relativ simpel aufgebaut, welches zugleich besonders preiswert im Einkauf und einfacher in der Wartung ist. Auf der anderen Seite lassen sich in der Regel mit dem Trockenkühler das ganze Jahr nur Temperaturen von mehr als 40 Grad Celsius realisieren.

Trockenkühler (Freikühler) mit Adiabatik

Die Trockenkühler mit Adiabatik sind im Grunde genommen ein Kühler, bei dem die Temperatur der Zuluft durch Versprühen von Wasser in den Luftstrom einmalig abgesenkt wird. Auf diese Weise sind Kaltwassertemperaturen von unter 30 Grad Celsius in der Regel ganzjährig möglich.

Hybridrückkühler

Die Weiterentwicklung vom Trockenkühler mit Adiabatik ist der Hybridrückkühler. Bei diesem System werden die Lamellen befeuchtet, sodass das Wasser auf der Oberfläche verdunstet. Das System ist in mehreren Stufen aufgebaut, was die notwendige Oberfläche und die notwendige Luftmenge gegenüber einem Trockenkühler mit Adiabatik reduziert. Mit diesem System können üblicherweise ganzjährig Kaltwassertemperaturen unter 27 Grad Celsius erreicht werden.

Funktionsschema eines Hybrid-Trockenkuehlers
Funktionsprinzip eines Hybrid-Trockenkühlers

Rückkühler und Tischkühler oftmals in der Industrie

Die Einsatzgebiete sind in sämtlichen Marktsegmenten der industriellen Produktion und Verarbeitung, aber auch im Bereich der technischen Infrastruktur von Wohn- und Geschäftsgebäuden angesiedelt. Mobile Geräte werden zur Komfort-Klimatisierung bei Veranstaltungen eingesetzt. Die große Produktpalette ermöglicht individuelle Lösungen zur Klimatisierung und Prozesskühlung für die Industrie. Auch Blockheizkraftwerke (BHKW) benötigen häufig eine zusätzliche Wärmeabfuhr, um die benötigten Betriebstemperaturen zu gewährleisten. In diesem Anwendungsfall sind Tischkühler sehr kosteneffizient.

Anwendungsbereiche für Rückkühlsysteme

KlimaanlageProzesskühlungIndustriekälte
KrankenhäuserInduktionsöfenBrauereien
BürogebäudeStahlwerkeKühlhäuser
ComputerräumeSchweißmaschinenMolkereien
HotelsKunststoffformungNahrungsmittelindustrie
FlughäfenDrucklufterzeugerGetränkeindustrie
AutoklavenEisbahnen
WalzwerkeSkihallen
Hochöfen
Papierfabriken

Planung, Bau und Wartung

In der Planungsphase entscheidet sich, ob die Anlage betriebssicher, wirtschaftlich, effizient und umweltfreundlich arbeiten kann. Die Planung sollte sich immer nach den aktuellen Stand der Technik orientieren. Die Kühllastberechnung ist dabei besonders wichtig.

Rückkühler senkt die laufenden Kosten

Rückkühlanlagen bieten eine wirksame, seit Jahrzehnten bewährte und preiswerte Lösung zur Abfuhr von Wärme. Für Kalt- und Kühlwassersysteme stehen dem Anwender eine Vielzahl von Systemen zur Verfügung. Die richtige Wahl zu treffen ist nicht leicht, da jede Anwendung andere Anforderungen an das Kühlsystem stellt.

Kaltwassertemperatur entscheidend

Als erster Schritt wird eine Auswahl der Systeme getroffen. Mögliche Ausschluss-Kriterien wie die notwendige Kaltwassertemperatur, die vorhandene Fläche oder die Zulässigkeit sortieren die ersten Systeme aus. Im zweiten Schritt wird die Wirtschaftlichkeit der Systeme verglichen und im dritten Schritt die CO2-Bilanz ermittelt. Der Auftraggeber kann auf diese Weise die Kosten und die CO2-Bilanz der nächsten Jahre ermitteln. Die wirtschaftliche und ökologische Betrachtung zeigt, dass jedes System seine Berechtigung hat, aber das richtige System stark von der Anwendung abhängt.

Genaue Bauplanung des Rückkühlers wichtig

Der Wirkungsgrad eines außen aufgestellten Rückkühlers hängt vom störungsfreien Lufteintritt und Luftaustritt ab. Nur bei einem optimalen Temperaturverhältnis und Mengenverhältnis der zugeführten kühlen Außenluft und den ungehinderten Austritt der Luft und Abtransport der warmen Luft kann das Gerät die angegebene Leistung erbringen. Umso wichtiger ist es, vor dem Bau einen genauen Plan zu haben. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen zwei Einflussgrößen, welche die Leistung eines Wärmeübertragers negativ beeinflussen. Die zusätzlichen luftseitige Druckverluste und die Rezirkulation.

Luftseitigen Druckverlust beachten

Der zusätzliche luftseitige Druckverlust resultiert aus mehreren Einflussgrößen. Einerseits spielt die Konstruktion des Wärmeübertragers eine große Rolle. Die Größe ist dabei die freie Anströmfläche. Andererseits haben die baulichen Gegebenheiten einen großen Einfluss auf die Strömungsverhältnisse. In der Praxis herrschen meist ungünstige Aufstellsituationen für außen aufgestellte Rückkühler vor. Besonders bei innerstädtischen Vorhaben ist das Platzangebot auf Dächern sehr eingeschränkt. Der dritte Einflussfaktor ist der Wind, der bei exponierten Lagen oder in Küstennähe zu einem großen zusätzlichen luftseitigen Druckverlust führen kann, welchen der Ventilator überwinden muss.

Wartung der Rückkühler

Die Wartung wird in der Regel von einer hausverwalteten Dienstleistung bzw. dem Eigentümer beauftragt. Mit eigenem Personal, vom Produkthersteller oder von Dritten kann die Wartung ebenfalls ausgeführt werden, sofern diese über die notwendigen Qualifikationen und Sachkenntnisse verfügen. Wichtig ist, dass die notwendigen Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten entsprechend den Vorgaben des Herstellers durchgeführt werden. Bei der Vergabe sollte das AMEV-Vertragsmuster genutzt werden.

Arbeitskarten sehr hilfreich

Ratsam ist das Anlegen von Arbeitskarten für jede Anlage, die auf die Belange des Betriebes abgestellt sind. Die Arbeitskarten werden nach den gültigen Betriebsanleitungen oder nach dem AMEV-Verfahren angefertigt, die spätestens zur Inbetriebnahme vorliegen müssen. Dabei werden alle Wartungen wie Ölwechsel bei Verdichtern, Kältemittelstand, Lagerwechsel, Reinigung und viele andere Arbeiten mit Datum eingetragen.

Rückkühler mieten oder kaufen?

Einen Rückkühler möchten die meisten in Kombination mit einem Kaltwassersatz mieten. Für beide Produkte muss man nur aus verschiedenen Leistungsstufen auswählen. Diese Mietkälte wird von verschiedenen Anbietern in Deutschland angeboten. Wir empfehlen immer einen Angebotsvergleich zu machen, wenn man einen Rückkühler mieten möchte.

Für die genaue und kundenspezifische Auslegung von Rückkühlanlagen sind mehrere Faktoren entscheidend. Je mehr Informationen der Hersteller hat, desto besser kann das System an die Gegebenheiten vor Ort angepasst werden. Umso wichtiger ist es, wenn Sie einen Rückkühler kaufen möchten, sich mit dem Hersteller genau abzusprechen und eine Besichtigung vor Ort zu vereinbaren. Nur auf diese Weise kann das beste System für die individuellen Ansprüche und Wünsche gefunden und installiert werden.

Vorteile der Miete

Die Rückkühler Miete empfiehlt sich üblicherweise, wenn sich der Betrieb um saisonale Produktionsspitzen dreht, bzw. die Kühlanlage im Jahresverlauf unterschiedliche Betriebslasten aufweist. Braucht man die Rückkühlanlage nicht ganzjährig, kann es sich durchaus lohnen, den Freikühler saisonal zu mieten. Auch wenn technisches Know-How in der Firma fehlt, ist die Miete mit inbegriffener Wartung und 24/7 Serviceleistungen vorteilhaft.

Vorteile des Kaufs

Der Rückkühler Kauf lohnt sich vor allem für Betriebe, deren Kühlanlagen ganzjährig laufen und konstante Kühlleistung benötigen. Bei richtiger Auslegung und Planung lassen sich so große Mengen Energie sparen, so dass sich die Investitionen in Rückkühlanlagen recht schnell amortisieren. Voraussetzung sind ausreichende finanzielle Mittel, um die Investitionskosten

Vorteile und Nachteile der unterschiedlichen Rückkühler-Arten

Jedes System hat seine eigenen Vor- und Nachteile, die nun näher betrachtet werden.

Der Trockenrückkühler

Vorteile

Geringer Wartungsaufwand

Kein Wasserverbrauch

Keine „Wasserthemen“

Niedrige Investitionskosten

Große Varianz in den Ausführungen

Nachteile

Mediumaustrittstemperatur stets oberhalb der Außentemperatur

Hoher Platzbedarf

Hoher Energiebedarf im Auslegungspunkt

Der besprühte Wasserrückkühler

Vorteile

Kühlt Medium unter die Umgebungstemperatur ab

Intelligentes und patentiertes Wasseraufgabesystem

Niedriger Wasserverbrauch

Günstiges Benetzungssystem

Kein Umlaufsystem

Nachteile

Wärmeübertrager wird nass

Wasseraufbereitung notwendig

Begrenzung für Nassbetrieb

Fällt unter die 42. BlmSchV

Der adiabate Rückkühler

Vorteile

Kühlt das Medium unter die Umgebungstemperatur ab

Keine Wasseraufbereitung notwendig

Wärmeübertrager bleibt trocken

Lange Benetzungsdauer

Zertifizierte Aerosolfreiheit

Nachteile

Fällt unter die VDI 2047 u.ä.

Matten sind Verschleißteile

Der Hybridrückkühler

Vorteile

Sehr hohe Leistungsdichte

Geringer Platzbedarf

KTL-Beschichtung

Niedriger Stromverbrauch

Niedriger Umschaltpunkt

Zertifizierte Aerosolfreiheit

Hygienezertifikat VDI 2047

Nachteile

Investitionskosten

Fällt unter die 42. BlmSchV

Rel. Hohe Anforderung an die Wasserqualität

Autor: Marc Bode

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.