Wassergekühlter Kaltwassersatz: Funktion und Vorteile

Wassergekühlte Kaltwassersätze (auch water cooled chiller) sorgen effizient und zuverlässig für kühles Wasser. Sie lassen sich im frostfreien Bereich oder in Innenräumen aufstellen und erreichen hohe Leistungswerte. Die Abfuhr der überschüssigen Wärme erfolgt dabei anders als bei luftgekühlten Anlagen nicht direkt, sondern über frei aufstellbare Rückkühler.

wassergekühlter Kaltwassersatz

Wer einen wassergekühlten Kaltwassersatz mieten möchte, kann diesen dabei an vorhandene Rückkühlsysteme anschließen oder Letztere flexibel als Zubehör wählen. Was die Technik auszeichnet und wann die Anlagen zum Einsatz kommen, erklären wir in den folgenden Abschnitten.

Die Themen im Überblick

Typische Einsatzbereiche wassergekühlter Kaltwassersätze

Ob zur Komfortkühlung oder zum Temperieren von Prozesswasser: Arbeitet ein Kaltwassersatz wassergekühlt, lässt er sich in verschiedensten Bereichen aufstellen. Möglich ist das durch geringste Schallemissionen und ein großes Leistungsspektrum der kompakten Geräte. Infrage kommen wassergekühlte Systeme dabei, wenn es um die Aufstellung in Innenräumen (Technik- oder Maschinenräume) oder in frostfreien Bereichen geht. Einen wassergekühlten Kaltwassersatz mieten lohnt sich darüber hinaus vor allem dann, wenn bereits ein Rückkühlkreis oder eine Kühlwasserquelle (Grundwasser etc.) vorhanden ist, woran sich die Geräte anschließen lassen. Zu den wichtigsten Gründen, aus denen Anlagenbetreiber einen Kaltwassersatz (wassergekühlt) mieten, gehören daher folgende:

Ersatz bestehender Anlagen bei Reparatur, Wartung oder Umrüstung

vorübergehende Steigerung der Kühlleistung bei kurzzeitigen Lastspitzen

Vorhalten der Miettechnik als redundantes Kühlgerät für den Störungsfall

schnelles Umrüsten auf ein klimafreundlicheres Low-GWP-Kältemittel

Einbau effizienter Kühltechnik zur Langzeitmiete bei niedrigen Investitionen

Typische Einsatzbereiche finden sich wie bereits erwähnt in der Komfort- und Prozesskühlung bei Wassertemperaturen von minus 15 bis plus 20 Grad Celsius (abhängig von der Ausführung der Chiller). Beispiele dafür sind:

Prozess- und Maschinenkühlung im industriellen Bereich

Komfortkühlung zusammen mit Konvektoren (Fan Coils)

Kühlung von Messeständen und Demonstrationsanlagen

effiziente Kälteversorgung von Testanlagen und Laboren

Wärmepumpenbetrieb zum flexiblen Heizen und Kühlen

Mit einer verfügbaren Kälteleistung von etwa 5 kW bis zu 2 MW pro Gerät findet sich für nahezu jede Anwendung der passende Chiller – ganz gleich, ob Anlagenbetreiber den wassergekühlten Kaltwassersatz mieten oder kaufen.

Wassergekühlter Kaltwassersatz: Funktion einfach erklärt

Geht es bei einem Kaltwassersatz (wassergekühlt) um die Funktion, unterscheidet sich diese im Grunde wenig von anderen Kälteanlagen. Wichtig zu wissen ist jedoch, dass die Anlagen selbst Kühlwasser aus einer Quelle (Grundwasser) oder einer technischen Anlage (Rückkühler) benötigen, um Wärme an die Umgebung abführen zu können, wie die Grafik zeigt.

Kaltwassersatz Prinzipschema

Im Folgenden erklären wir die Funktionsweise in vier Schritten:

01

Aufnahme von Wärme am Verdampfer:

Im ersten Schritt nimmt der Kaltwassersatz Wärme vom Kühlwasser auf. Letzteres zirkuliert dabei zwischen verschiedenen Wärmeübertragern in Gebäuden oder Prozessen und dem wassergekühlten Kaltwassersatz. Die Wärme geht am Verdampfer auf das Kältemittel über, welches dabei verdampft.

02

Temperaturerhöhung im Kaltwassersatz:

Das dampfförmige Kältemittel strömt nun durch einen Verdichter. Dieser ist abhängig vom Einsatzgebiet und der gewünschten Leistung in verschiedenen Bauarten erhältlich und für die Druckerhöhung zuständig. Letztere bewirkt auch einen Anstieg der Temperatur des Kältemitteldampfes.

03

Abgabe thermischer Energie an Rückkühler:

Dieser Temperaturanstieg ist nötig, um die enthaltene thermische Energie im nächsten Schritt über den sogenannten Verflüssiger abzuführen. Während die Wärme bei luftgekühlten Chillern direkt an die Außenluft übergeht, führt ein Rückkühlkreis die Energie vom wassergekühlten Kaltwassersatz ab. Das Rückkühlwasser kommt dabei entweder aus einer kühlen Quelle (Bsp. Grundwasser) oder einem Rückkühlwerk. Der Vorgang führt zum Abkühlen des Kältemittels, welches dadurch allmählich in den flüssigen Aggregatzustand übergeht.

04

Regeneration des Kältemittels im Kühlgerät:

Im letzten Schritt passiert das Medium ein Expansionsventil. Es dehnt sich aus, nimmt seinen Ausgangszustand (Druck, Temperatur, Aggregatzustand) wieder ein und der Prozess beginnt von vorn.

Rückkühler übertragen thermische Energie an die Umgebung

Besonders wichtig für die Funktion wassergekühlter Kaltwassersätze ist das sogenannte Rückkühlwasser. Das Medium nimmt Wärme am Verflüssiger auf, um diese zuverlässig an die Umgebung abzuführen. Möglich ist das mit natürlichen Kühlwasserquellen (Brunnen- oder Grundwasser) sowie trockenen oder feuchten Rückkühlsystemen. Klassische Kühltürme, bei denen Wasser von oben nach unten rieselt, kommen aus Hygienegründen heute weniger zum Einsatz.

Natürliche Kühlwasserquellen für wassergekühlte Kaltwassersätze

Ist Grund- oder Brunnenwasser in ausreichender Menge und Qualität vorhanden, eignet sich dieses zum Abnehmen der Verflüssigungswärme. Das Medium hat ganzjährig relativ gleiche Temperaturen und ermöglicht dadurch konstant eine effiziente und zuverlässige Kühlung. Hitzeperioden, bei denen die Außentemperaturen anhaltend hoch ansteigen, beeinflussen den Prozess kaum. Allerdings sind meist spezielle Genehmigungen nötig, um das Grund- oder Brunnenwasser als Kühlmedium einsetzen zu können.

Trockene Rückkühlsysteme sind günstig und wartungsarm

Geht es um technische Rückkühler für den wassergekühlten Kaltwassersatz, punkten sogenannte Trockenrückkühler mit einem einfachen Aufbau, geringen Investitionskosten und einem überschaubaren Wartungsaufwand. Denn die Anlagen bestehen aus Wärmeübertragern mit Ventilatoren. Letztere blasen Außenluft über die Wärmeübertrager, welche vom Kühlwasser durchflossen werden. Die Luft nimmt überschüssige Wärme auf und das Kühlmedium lässt sich maximal auf Umgebungstemperatur herunterkühlen.

Feuchte Rückkühlsysteme für besonders niedrige Temperaturen

Feuchte- oder hybride Rückkühler sind ähnlich aufgebaut. Sie nutzen ebenfalls Ventilatoren, um Außenluft über einen Wärmeübertrager zu führen. Anders als Trockenrückkühler verrieseln diese Anlagen jedoch Wasser im Luftstrom, bevor er die Wärmeübertrager trifft. Das senkt die Außenlufttemperatur ab und ermöglicht es, die Kühlwassertemperatur unter die Umgebungstemperatur zu bringen. Das in den Luftstrom eingesprühte Wasser sammelt sich in einer Wanne und lässt sich mehrmals zum Verrieseln nutzen. Feuchte- bzw. Hybrid-Rückkühler für wassergekühlte Kaltwassersätze erreichen dabei niedrige Kühlwassertemperaturen. Außerdem kommen sie mit einem sehr geringen Wasserverbrauch aus.

Übrigens: Alternativ zu den hier beschriebenen Rückkühlern lässt sich ein Kaltwassersatz (wassergekühlt) auch mit einem Kühlturm ausstatten. Die Anlagen sind in unterschiedlichen Ausführungen erhältlich, hygienisch allerdings nicht immer unbedenklich, wie wir im Beitrag „Kühlturm, Hybridkühlturm, Nasskühlturm: Funktion, Vergleich & Hersteller“ erklären.

Wassergekühlter Kaltwassersatz: Vorteile und Nachteile

Arbeitet ein Kaltwassersatz wassergekühlt, führt er die Verflüssigungswärme über einen Rückkühlkreis nach außen ab. Genau wie der vergleichsweise leise Betrieb erlaubt das die Aufstellung der Geräte in Innenräumen (Technik- oder Maschinenräume) oder in frostfreien Außenbereichen. Konstante Kühlwassertemperaturen ermöglichen darüber hinaus eine hohe Zuverlässigkeit.

Nachteilig ist der höhere Aufwand bei der Installation. Währen luftgekühlte Chiller frei aufstellbar sind, müssen Monteure bei einem wassergekühlten Kaltwassersatz immer auch das Rückkühlsystem installieren oder anschließen. Letzteres ist teilweise nachteilig für Mietgeräte, sofern die Rückkühllösungen noch nicht vorhanden sind. Die folgende Tabelle zeigt die Vor- und Nachteile im Vergleich.

VorteileNachteile
Innenaufstellung möglichteilweise höherer Installationsaufwand
niedrige Verflüssigertemperaturmehr Bauteile nachteilig für Mietgeräte
zuverlässiger Kühlbetrieb 
kompakte Ausführung 

Wassergekühlte Chiller samt Zubehör mieten

Auch der wassergekühlte Kaltwassersatz ist zum Mieten erhältlich. Die Geräte, welche eine Kühlleistung von 5 kW bis über 2 MW erreichen, eignen sich dabei vor allem dann, wenn bereits ein Rückkühlsystem vorhanden ist. Aber auch, wenn Anlagenbetreiber die Kühltechnik in Innenräumen aufstellen möchten/müssen, kommen wassergekühlte Systeme infrage. Verschiedene Rückkühler sowie flexible Schläuche mit Schnellverschlüssen sind dabei als Zubehör zum Mieten erhältlich.

Wie viel die Lösungen kosten, hängt im Allgemeinen von der Ausführung, dem gewünschten Zubehör und der Mietdauer ab. Während die Preise mit zunehmender Leistung steigen, führen längere Mietzeiten in der Regel zu besseren Konditionen. Ein Grund, aus dem sich auch die Langzeitmiete wassergekühlter Kaltwassersätze lohnen kann, wenn die eigentlichen defekt oder veraltet sind. Wie hoch die Preise im Detail ausfallen, verrät jedoch nur das individuelle Angebot eines Verleihers.

FAQ: Häufig gestellte Fragen

Was zeichnet einen wassergekühlten Kaltwassersatz aus?

Setzen Chiller auf Kühlwasser, um die Verflüssigungswärme abzuführen, erreichen sie niedrigere Temperaturen am Verflüssiger. Sie lassen sich kompakter ausführen, leiser betreiben und sogar in Innenräumen aufstellen. Die Geräte arbeiten sehr effizient, sind zuverlässig und für viele Einsatzbereiche geeignet.

Wie führen water cooled Chiller Verflüssigungswärme ab?

Die Wärme geht am Verflüssiger auf das Kühlwasser über, wobei es sich auch um Brunnen- oder Grundwasser handeln kann. Lassen sich die natürlichen Quellen nicht anzapfen, ist ein Rückkühlwerk nötig. Dabei handelt es sich um technische Anlagen, die Wärme an die Außenluft abgeben. Arbeiten Rückkühler adiabatisch (mit Verdunstungskühlung der Außenluft) lassen sich dabei niedrigere Verflüssigertemperaturen erreichen. Trocken (ohne Verdunstung) arbeitende Geräte, können Kühlwasser maximal auf Umgebungstemperatur herunterkühlen.

Wann sollte man einen wassergekühlten Kaltwassersatz mieten?

Die Miete kommt vor allem dann infrage, wenn ein bestehendes Kühlgerät defekt ist. Aber auch bei Wartungs- oder Umrüstarbeiten lohnt es sich, wenn Anlagenbetreiber einen wassergekühlten Kaltwassersatz mieten und an einen bestehenden Rückkühlkreis anschließen. Ist Letzteres nicht möglich, gibt es Rückkühler sowie flexible Verbindungsschläuche mit Schnellverschlüssen ebenfalls zum Mieten.

Autor: Johannes Partz

Johannes Partz

Johannes ist hier Geschäftsführer. In der Energiebranche ist er seit 2013. Er war in verschiedenen Positionen in Technik und Vertrieb bei Energieversorgern tätig. Seine technische Expertise hat er aus den 3 Jahren als Geschäftsführer bei der Hampel GmbH - einem Gebäudetechnik Unternehmen mit Fokus auf Heizungstechnik, Sanitär, Lüftung und Klima.