Kaltwassersätze werden unter anderem bei der Klimatisierung von Gebäuden, vor allem aber in der Industrie benötigt. Sie setzen warmgewordene Kühlflüssigkeiten wieder auf ein kaltes, brauchbares Temperaturniveau herab. Die Kälteleistung solcher Geräte liegt je nach Anfroderungen zwischen zwei und mehreren Hundert kW (Kilowatt). Auch wenn solche Anlagen im Wesentlichen auf dieselbe Art funktionieren, gibt es doch unterschiedliche Typen: wassergekühlt, luftgekühlt, geeignet zur Kühlung oder gleichzeitg auch als Wärmepumpe. Hier erhalten Sie einen Überblick über die Funktion von Kaltwassersätzen und bekannte Hersteller der Klima- und Kältebranche.
Alles auf einen Blick:
- Ein Kaltwassersatz ist ein Gerät, das erwärmte Kühlflüssigkeiten, in der Regel Kühlwasser, auf eine kalte Temperatur herunterkühlt. Er wird auch Prozesskühler Chiller genannt.
- Dadurch stellt er laufend Kaltwasser zur Verfügung, ohne dass er einen Anschluss ans Leitungswasser braucht.
- Er wird vor allem zur Klimatisierung von Gebäuden und in der Industrie für Maschinen, die während des Betriebs viel Wärme produzieren, benötigt.
- Zum Kühlen kommt ein Kältemittel zum Einsatz, das die Wärme der Kühlflüssigkeit aufnimmt und woanders wieder abgibt. Dafür eignen sich natürliche Stoffe, aber auch fluorierte Treibhausgase, sogenannte F-Gase.
- Für Kaltwassersätze im Freien eignet sich die luftgekühlte Variante, für die Montage in Gebäuden die wassergekühlte. Die Kälteleistung liegt je nach Anforderungen und Größe zwischen zwei kW und einigen Hundert kW.
- Kaltwassersätze sind kostenintensive Anschaffungen. Für eine zeitlich begrenzte Nutzung bieten einige Hersteller der Klima- und Kältebranche Leihgeräte an.
Begriff und Anwendung
Kaltwassersätze stellen Kaltwasser bereit, ohne dass dafür ein Anschluss ans Leitungswasser nötig ist. Sie kommen überall dort zum Einsatz, wo Kaltwasser zum Kühlen eines anderen Prozesses, zum Beispiel bei industriellen Maschinen, gebraucht wird.
Was ist ein Kaltwassersatz?
Ein Kaltwassersatz ist ein Gerät, das einer Flüssigkeit Wärme entzieht. Bei dieser Flüssigkeit handelt es sich meist um Kühlwasser, das zuvor bereits ein anderes System oder eine Maschine gekühlt und dabei dessen Wärme aufgenommen hat. Im Kaltwassersatz gibt das warme Kühlwasser die aufgenommene Wärme an spezielle Kältemittel ab und ist somit anschließend wieder in der Lage zum Kühlen.
Kaltwassersätze bieten den großen Vorteil, dass das Kühlwasser im Kühlkreis permanent genutzt werden kann und nicht durch frisches, kaltes Leitungswasser ersetzt werden muss. Dadurch steht, auch ohne Anschluss ans Leitungswasser, immer Kaltwasser zur Verfügung. Zudem reduziert das den Wasserverbrauch auf ein Minimum.
Andere Bezeichnungen für Kaltwassersätze sind Prozesskühler, Water-Chiller, Chiller oder Process-Cooler.
Wofür wird ein Kaltwassersatz benötigt?
Kaltwassersätze haben ein vielfältiges Anwendungsgebiet. Unter anderem kommen sie hier zum Einsatz:
- Kühlung von industriellen Maschinen und Geräten mit hoher Wärmelast
- Klimatisierung von Gebäuden, Hallen und Zelten
- Kühlung von Magnetresonanz- und Computertomographen in der Medizintechnik
- Kühlen von Lasern in der Industrie und Forschung
Das Funktionsprinzip von Kaltwassersätzen ist übrigens dasselbe wie von Wärmepumpen. Bei der Bezeichnung des Geräts geht es im Grunde nur darum, ob es primär um die Nutzung der Kühlung oder der Erwärmung geht. Moderne Geräte können gleichzeitig oder zeitversetzt zum Kühlen und als Wärmepumpe zum Heizen genutzt werden.
Funktion und Typen
Um erwärmtes Kühlwasser zu kühlen, wird die Wärme des Kühlwassers in einem separaten Kreislauf auf ein Kältemittel übertragen. Dieses wiederum gibt die aufgenommene Wärme an anderer Stelle ab.
Wie funktioniert ein Kaltwassersatz?
Kaltwassersätze funktionieren, weil sie sich zweier physikalischer Prinzipien bedienen:
- Die Temperatur zwischen zwei unterschiedlich warmen beziehungsweise kalten Stoffen gleicht sich mit der Zeit immer aus, wenn diese miteinander in Kontakt kommen.
- Die Temperatur eines Gases steigt, wenn sich der Druck erhöht, und sinkt, wenn der Druck nachlässt.
- Das erwärmte Kühlwasser, das auf ein niedrigeres Temperaturniveau gebracht werden soll, fließt aus dem Kühlwasserkreislauf in den Verdampfer des Kaltwassersatzes. Darin umspült es die sogenannten Kühlrippen. Durch die Kühlrippen fließt in zunächst flüssiger Form das Kältemittel. Sein Druck und seine Temperatur sind zu diesem Zeitpunkt noch niedrig.
- Das warme Kühlwasser gibt nun seine Wärme an die kalten Kühlrippen ab. Das Kältemittel nimmt diese Wärme auf und verdampft, wird also gasförmig.
- Der Kältemitteldampf wird nun vom Verdichter angesaugt und verdichtet. Es steigen also der Druck und folglich das Temperaturniveau des Gases an. In der Regel handelt es sich beim Verdichter um einen Kompressor.
- Der Kältemitteldampf gelangt nun in die Kühlrippen des Verflüssigers. Diese Kühlrippen werden – je nach Modell – von kaltem Wasser oder kalter Luft umströmt.
- Im Verflüssiger kommt es zum erneuten Wärmeaustausch. Der Kältemitteldampf gibt nun die zuvor aufgenommene Wärme an das kalte Wasser beziehungsweise die kalte Luft ab. Durch das Abkühlen verflüssigt er sich. Die abgegebene Wärme wird nach außen geleitet.
- Die Kältemittelflüssigkeit wird zum Verdampfer weitergeleitet, wo der Kältekreislauf von neuem beginnt. Vor dem Verdampfer befindet sich in der Regel ein sogenanntes Expansionsventil, das durch eine Verengung im Rohr den Druck im Kältemittel verringert.
Luftgekühlt oder wassergekühlt: Was ist der Unterschied?
Um den Kältemitteldampf im Verflüssiger abzukühlen, kommen entweder kaltes Wasser (wassergekühlt) oder kalte Luft (luftgekühlt) infrage. Für welches System Sie sich entscheiden, hängt dabei vor allem vom Aufstellort des Kaltwassersatzes und Ihren Anforderungen an das System ab. So kann ein Kaltwassersatz beispielsweise, je nach Typ, auch als Wärmepumpe eingesetzt werden.
Generell haben beide Ausführungen diese Eigenschaften:
| Wassergekühlt | Luftgekühlt |
|---|---|
| ideal für mittelgroße und große Anwendungen | ideal für kleine bis große Anwendungen |
| wird in Innenräumen installiert | wird im Freien installiert |
| hohe Energieeffizienz | kann entweder kühlen oder heizen |
| kann kühlen oder gleichzeitig kühlen und heizen |
Kompressor oder Absorption: Was ist der Unterschied?
Die meisten Kaltwassersätze haben einen Kompressionskältekreislauf. Es gibt aber auch Typen mit einem sogenannten Absorptionskältekreislauf. Gemeint ist damit, auf welche Art und Weise der Kältemitteldampf verdichtet wird, bevor er im Verflüssiger landet.
Ein Kompressor macht sich den physikalischen Effekt der Verdampfungswärme zu Nutze. Dieser Effekt tritt auf, wenn sich der Aggregatzustand eines Stoffs von flüssig zu gasförmig ändert.
Beim Absorptionskältekreislauf handelt es sich um einen thermischen Verdichter. Hierbei kommt neben dem Kältemittel ein zweiter Stoff zum Einsatz. Bei geringer Temperatur wird das Kältemittel von diesem zweiten Stoff aufgenommen, absorbiert, und bei höherer Temperatur wieder abgegeben, desorbiert. Zu den Vorteilen zählen unter anderem der geringe, elektrische Energieverbrauch, die geringe Störanfälligkeit und die gute Abwärmenutzung anderer Prozesse zur Kühlung. Dem gegenüber stehen die hohen Anschaffungskosten, der große Platzbedarf und das meist hohe Gewicht.
Kaltwassersatz kaufen: Hersteller, Kosten und Kauftipps
Kaltwassersätze sind eine kostspielige Investition. Die Preise für Anlagen, die für industrielle Zwecke geeignet sind, liegen Sie sehr schnell im mittleren, fünfstelligen Bereich. Benötigen Sie einen Chiller nur für eine kurze Zeit, ist das Mieten einer solchen Anlage meist die sinnvollere Variante. Einige Hersteller bieten daher neben dem Verkauf auch Leihgeräte an.
Welche Hersteller gibt es?
Zu bekannten Herstellern in der Klima- und Kältebranche gehören unter anderem:
- Bergcold
- Efficient Energy
- GCM Kältesysteme
- MTA Deutschland
- Schwämmle
- Secon
- Skadec
- Swegon
- Thermo-Tec Klimageräte
- Trane Roggenkamp
Wie viel kostet ein Kaltwassersatz?
Kaltwassersätze haben ihren Preis: kleine, weniger leistungsstarke Geräte beginnen kostentechnisch bei mindestens 3.000 Euro. Hierbei handelt es sich oft um Anlagen, deren Kälteleistung zwischen 2 und 5 kW (Kilowatt) liegt. Allerdings steigen die Anschaffungskosten mit der Leistung der Anlage schnell an und liegen damit in der Regel weit über 3.000 Euro. So liegt beispielsweise ein Chiller mit einer Kälteleistung von ungefähr 30 kW bei 10.000 Euro, ein Chiller mit 45 kW bei rund 17.000 Euro, eine Anlage mit 90 kW bei 26.000 Euro und ein großer Industrie-Kaltwassersatz mit über 100 kW bei mehr als 30.000 Euro.
Allerdings hängen die Kosten solcher Geräte größtenteils auch von der Marke und vielen weiteren Details zur technischen Ausstattung ab. Die oben aufgezählten Beispiele können daher nicht als Pauschalpreise, sondern nur als Orientierung gesehen werden.
Worauf sollten Sie beim Kauf achten?
Aufgrund der großen Produktbreite von Kaltwassersätzen, die alle unterschiedlichen Typen entsprechen, ist es nicht immer so einfach, das für sich passende Produkt zu finden.
Die wichtigsten Fragen, die Sie sich vor einer Kaufentscheidung stellen sollten sind:
- Welche Kälteleistung benötigen Sie für Ihre Zwecke?
- Welche Art von Kühlmitteln möchten Sie nutzen?
- Wird der Kaltwassersatz im Freien oder in einem Gebäude stehen?
- Welche Kühlmitteltemperatur herrscht am Eingang und Ausgang des Kühlers?
- Was ist die maximale und die minimale Umgebungstemperatur, bei der der Kaltwassersatz funktionieren soll?
Da Kaltwassersätze eine hohe Investition darstellen, sollten Sie sich vor einem Kauf jedoch unbedingt von einem Experten beraten lassen. Dieser analysiert die Standortbedingungen und die Anforderungen an die kühlende Anlage und findet so das für Sie passende Gerät.
Fazit
Ein Kaltwassersatz, auch Water-Chiller oder nur Chiller genannt, stellt kaltes Wasser zur Verfügung.
In der Praxis kommen Chiller dort zum Einsatz, wo Kühlwasser oder andere Kühlflüssigkeiten gebraucht werden. Das kann bei der Kühlung von industriellen Maschinen oder bei der Klimatisierung von Gebäuden der Fall sein. Damit beispielsweise Kühlwasser eine Maschine kühlen kann, nimmt dieses zuerst deren Wärme auf. Warmes Kühlwasser kann aber nicht mehr kühlen. Ein Kaltwassersatz kühlt das Kühlwasser oder auch andere Kühlflüssigkeiten wieder auf eine brauchbare Temperatur herunter. Dafür kommen spezielle Kältemittel zum Einsatz, die die Wärme des Kühlwassers aufnehmen und woanders wieder abgeben. Moderne Anlagen entlassen die Wärme nicht ungenutzt in die Umgebung, sondern nutzen sie zum Heizen. Solche Geräte sind dann Kaltwassersatz und Wärmepumpe in einem.
Kaltwassersätze gibt es luftgekühlt und wassergekühlt. Dabei geht es darum, ob der Wärmeaustausch im Kaltwassersatz mithilfe von kalter Luft oder kaltem Wasser geschieht. Wichtiges Kriterium, ob für Sie eine luftgekühlte oder wassergekühlte Anlage infrage kommt, ist der Aufstellort: So sind erste für eine Aufstellung im Freien vorgesehen, letztere für die Installation in Innenräumen.
