Kältetechnik
Kältetechnik im Detail
Die Kühlung in Gebäuden wird zunehmend wichtiger. Eine gute Konzeption muss dabei nicht nur auf kurze Sicht wirtschaftlich, nachhaltig und funktional sein, sondern auch über viele Jahre die optimale Lösung bieten. Vor allem das Zusammenspiel mit anderen Gewerken, wie Heizungs- und Klimatechnik muss gut durchdacht sein.
Zuerst eine kurze Definition zur Kältetechnik. Man unterscheidet zwischen
- Gewerbekälte wie z.B. Kühl- oder Gefriertheken im Supermarkt
- Kälteanlagen im Fahrzeug, umgangssprachlich meist als Klimaanlage bezeichnet
- Mobile Anlagen zur temporären Kühlung in Räumen
- Stationäre Kälteanlagen für Gebäude oder Prozesse
Die Kälteerzeugung wurde mit dem Kreisprozess von Carnot 1824 formuliert. Ohne auf den Kreislauf im Einzelnen einzugehen, hat das zirkulierende Medium eine kalte und eine warme Seite. Zum Erreichen der warmen Seite ist eine Energiezufuhr notwendig. Daraus folgen ganz konkret für unsere Planungen zwei Aspekte. Erstens der Temperaturhub muss möglichst klein sein um die notwendige Energie zu minimieren und zweitens die beste Effizienz erreicht man, wenn neben der kalten auch die warme Seite genutzt wird. Dadurch wird für die Kälte- und Wärmeerzeugung nur eine Maschine benötigt anstatt zwei. Energetisch ist es ebenfalls am sinnvollsten gleichzeitig die warme als auch die kalte Seite des Mediums zu nutzen. Die warme Seite wird begrifflich als Wärmepumpe bezeichnet.
Kommt Luft als Energieträger zum Einsatz ergeben sich folgende Nachteile: In der Regel ist der größte Bedarf an Kälte im Sommer, wenn die Luft am wärmsten ist. Umgekehrt verhält es sich im Winter. Ebenso werden große Rückkühler für die Kältemaschinen benötigt, welche die Wärme an die Umgebung abgeben. Das bedeutet einen sehr großen Temperaturhub und damit eine geringe Anlageneffizienz. Die von uns konzipierten Anlagen verwenden daher wenn irgend möglich nicht Luft als Umweltenergie, sondern Grundwasser, Erdwärme oder Bach- bzw. Flusswasser wo das Temperaturniveau deutlich näher an der benötigten Temperatur liegt.
Das Arbeitsmittel in der Kältemaschine ist das so genannte Kältemittel. Wobei es aufgrund der verschiedensten Nutzungen nicht das „eine“ Kältemittel gibt. Wir unterstützen die weltweiten Bemühungen und setzen möglichst umweltfreundliche Kältemittel ein. Darum werden die Verteilsysteme in unseren Planungen immer mit Wasser betrieben, um den Kältemitteleinsatz so gering wie möglich zu halten. An die Verteilsysteme werden dann die verschiedenen Verbraucher angeschlossen. Das sind im wesentlichen Kühler in Klimaanlagen, Bauteilaktivierungssysteme oder Umluftkühlgeräte. Die Systemtemperaturen werden so ausgelegt, dass die Temperatur möglichst nah am Niveau der Umweltenergie liegt, um die höchst mögliche Effizienz zu erreichen.
Weitere Informationen zur Kältetechnik
Bei der Erzeugung der Kälte kommt es nicht immer nur auf die Effizienz an. Bei vielen unserer Projekte ist das Design äußerst wichtig oder es handelt sich um Gebäude die unter Denkmalschutz stehen. Bei den klassischen Kälteerzeugungsanlagen ist ein Rückkühler zur Abgabe der Wärmeenergie auf dem Dach des Gebäudes oder an anderer exponierter Stelle erforderlich. Diese Rückkühler sind relativ groß und aufgrund der hohen erforderlichen Luftmengen letztendlich im äußeren Erscheinungsbild nicht gewünscht. Mit der Umweltenergie aus dem Boden über Erdwärme oder Grundwasser/Oberflächengewässer kann für diese speziellen Gebäude eine Kälteerzeugung realisiert werden sie von außen unsichtbar ist.
Häufig gestellte Fragen zur Klimatechnik (FAQ)
Kältetechnik bezeichnet in der Technischen Gebäudeausrüstung die Erzeugung und/oder Nutzung eines kalten Mediums, das zur Kühlung von Räumen verwendet wird. Dies umfasst beispielsweise die Kühlung von:
- Theatern – aufgrund der Personenanzahl und der Theatertechnik
- Museen – aufgrund der notwendigen Klimastabilität für die Exponate
- Laboren – aufgrund der notwendigen Temperaturstabilität um Ergebnisse unter bestimmten Randbedingungen zu erhalten
- Industriegebäuden – bei Prozessen mit hohen thermischen Lasten
In diesem Zusammenhang ist nicht die Gewerbekühlung von Lebensmitteln im Supermarkt oder in Gaststätten gemeint. Auch Klimaanlagen in Fahrzeugen oder Privathaushalten, die in der Regel lediglich zur Raumkühlung dienen, sowie der heimische Kühlschrank zählen systembedingt nicht zur Kältetechnik im Sinne der Technischen Gebäudeausrüstung.
Eine Kühlanlage arbeitet physikalisch gesehen nach einem Kreisprozess, dem sogenannten Carnot-Prozess. Ein kaltes Medium nimmt die Wärme aus dem Raum auf und wird anschließend auf einen höheren Druck verdichtet. Dadurch steigt das Temperaturniveau, und die Wärme kann über eine Rückkühlung an die Umwelt abgegeben werden. Danach wird das Medium entspannt und kühlt dabei wieder ab. Dieser Prozess kann von vorne beginnen.
Ganz wesentlich für den Kreislauf ist das Kältemittel. Es gibt verschiedene Kältemittel, die je nach erforderlichem Temperaturniveau zum Kühlen, der Rückkühlmöglichkeit an die Umwelt und der Größenordnung der Kühlanlage ausgewählt werden. Zusätzlich spielen Umweltverträglichkeit (Stichwort Treibhauspotenzial – GWP = Global Warming Potential) sowie weitere Eigenschaften wie Brennbarkeit eine wichtige Rolle.
In der Klimatechnik werden vorwiegend Kälteanlagen mit Maschinen eingesetzt, die einen relativ kleinen internen Kältekreislauf haben. Die Verteilung der Kälte erfolgt dabei meist über das Medium Wasser.
Eine Klimaanlage ist ein System zur Raumluftkonditionierung. Sie sorgt für Luftaustausch und kann die Luft kühlen, heizen sowie – je nach Ausführung – auch befeuchten oder entfeuchten.
Im Gegensatz dazu ist eine Kühlanlage eine technische Anlage, die ausschließlich kühlen kann. Beispiele hierfür sind der Kühlschrank, die Gefriertruhe im Supermarkt oder die Klimaanlage im Auto.
Wichtig ist, dass das gewählte System zum Lastprofil und zur benötigten Leistung des konkreten Einsatzfalls passt und dass die einzelnen Komponenten technisch aufeinander abgestimmt sind.
Im Betrieb treten die häufigsten Probleme durch Undichtigkeiten im Kältekreislauf und Verschmutzungen auf. Eine regelmäßige Wartung kann solche Störungen in der Regel vermeiden oder frühzeitig erkennen.
Die größten Einsparungen lassen sich durch eine integrale Konzeption erzielen – insbesondere durch die Nutzung der Abwärme aus dem Kälteprozess sowie durch Kälterückgewinnung.
Zudem trägt eine fein abgestimmte Auswahl der Temperaturniveaus und des Kältemittels maßgeblich zu einer hohen Energieeffizienz bei.
