Kaltwasseranlagen

Eine Kaltwasseranlage verteilt die Kälte von einem oder mehreren Kaltwassersätzen über einen geschlossenen Rohrkreis an RLT-Anlagen, Gebläsekonvektoren oder Prozessmaschinen. Ein stabiler Betrieb hängt von den richtigen Temperaturen, ausreichendem Durchfluss, genügend Wasservolumen und einem zuverlässigen Frostschutz ab.

Wenn ein Chiller immer wieder abschaltet, liegt die Ursache oft gar nicht im Chiller, sondern im Wasserkreis um ihn herum. Dieser Leitfaden behandelt die hydraulische Seite der Anlage: die Parameter, die wir messen, typische Auslegungswerte und die Fehler, die wir bei Serviceeinsätzen am häufigsten finden.

Hauptkomponenten einer Kaltwasseranlage

• Chiller mit Verdampfer als Kältequelle.
• Umwälzpumpen, oft mit Reservepumpe und in neueren Anlagen mit Frequenzumrichter.
• Pufferspeicher, der Wasservolumen ergänzt und die Regelung stabilisiert.
• Ausdehnungsgefäß und Sicherheitsventil, die die Wärmeausdehnung aufnehmen und den Kreis absichern.
• Schmutzfänger und Filter, die Verdampfer und Pumpen schützen.
• Verbraucher: Kühlregister in RLT-Anlagen, Gebläsekonvektoren, Plattenwärmeübertrager oder Maschinenkühlkreise.
• Armaturen: Strangregulierventile, Zwei- oder Dreiwege-Regelventile, Absperrarmaturen und Entlüfter.

Vorlauf- und Rücklauftemperaturen

Das Auslegungstemperaturpaar legt fest, wie viel Wasser bei einer bestimmten Kühllast fließen muss. In der Klimatechnik ist 7/12 °C verbreitet. Moderne Anlagen, die auf höhere Effizienz oder auf Kühlbalken und Kühldecken ausgelegt sind, arbeiten mit 10/15 °C, 14/18 °C oder sogar 16/19 °C. In der Prozesskühlung hängt es von der Maschine ab: Spritzgießwerkzeuge, Druckmaschinen, Laser und Hydraulikölkühler haben jeweils eigene Anforderungen.

Die Temperaturdifferenz zwischen Rücklauf und Vorlauf, die Spreizung (Delta T), ist einer der aussagekräftigsten Werte der Anlage. Ist eine Auslegungsspreizung von 5 K auf 2 K gesunken, ist entweder die Last gering oder, häufiger, fließt zu viel Wasser an den Verbrauchern vorbei. Eine geringe Spreizung zwingt den Chiller zum Takten und die Pumpen dazu, mehr Wasser als nötig zu fördern.

Volumenstrom und Druckverlust

Der Volumenstrom ergibt sich direkt aus Kühllast und Spreizung. Für Wasser gilt näherungsweise: Volumenstrom in Kubikmetern pro Stunde gleich Kälteleistung in kW mal 0,86, geteilt durch die Spreizung. Die Tabelle zeigt typische Werte für 5 K Differenz.

Glykolgemische haben eine geringere spezifische Wärmekapazität und eine höhere Viskosität. Für dieselbe Leistung ist daher ein etwas höherer Volumenstrom nötig, und der Druckverlust steigt. Der Kälteleistung Rechner berücksichtigt das.

Vor Ort prüft man den Durchfluss durch den Verdampfer am besten, indem man den Druckverlust über dem Verdampfer misst und mit der Herstellerkurve vergleicht. Ein Druckverlust unter dem Erwartungswert bedeutet zu geringen Durchfluss. Ursache kann ein verstopfter Schmutzfänger, ein Luftpolster, ein verschlissenes Pumpenlaufrad oder ein teilweise geschlossenes Ventil sein. Die meisten Chiller haben einen Strömungswächter oder einen Differenzdruckschalter, der das Gerät abschaltet, wenn der Durchfluss unter einen sicheren Grenzwert fällt. Ein Durchflussalarm darf niemals überbrückt werden: Zu geringer Durchfluss ist die häufigste Ursache für Frostschäden am Verdampfer.

Strömungsgeschwindigkeit in Rohren

Typische Auslegungsgeschwindigkeiten liegen bei 0,5 bis 1,0 m/s in kleinen Rohren und 1,0 bis 2,0 m/s in Hauptleitungen. Höhere Geschwindigkeiten verursachen Geräusche und Erosion, niedrigere lassen Luft und Schlamm sich ansammeln. Die Regeln zur Dimensionierung finden Sie auf unserer Seite zur Rohrdimensionierung für Kaltwasser.

Pufferspeicher und Wasservolumen

Ein Chillerverdichter sollte nicht häufiger starten, als der Hersteller zulässt, je nach Verdichterbauart und Größe typischerweise 6 bis 12 Starts pro Stunde. Enthält die Anlage zu wenig Wasser, durchläuft die Kaltwassertemperatur das Regelband innerhalb von ein bis zwei Minuten, der Verdichter schaltet ab und kurz darauf wieder ein. Dieses Kurztakten überhitzt die Motorwicklungen, verursacht Probleme bei der Ölrückführung und verschleißt die Schütze.

Hersteller geben meist ein Mindestwasservolumen je kW Kälteleistung an. Für Klimaanwendungen mit mehreren Verdichterstufen sind 3 bis 5 Liter pro kW üblich. Prozessanwendungen mit enger Temperaturtoleranz und nur einem Verdichter benötigen oft 6 bis 10 Liter pro kW oder mehr. Wenn Rohrnetz und Verbraucher dieses Volumen nicht bereitstellen, wird ein Pufferspeicher eingebaut, meist im Rücklauf, damit er zugleich Temperaturspitzen aus dem Prozess ausgleicht.

Glykol und Frostschutz

Jeder Teil des Kreises, der Temperaturen unter 0 °C ausgesetzt sein kann, muss geschützt werden. Das betrifft Chiller und Rohrleitungen im Freien, Trockenkühler, Freikühlregister und Anlagen mit Vorlauftemperaturen unter etwa 4 °C. Möglich sind ein Wasser-Glykol-Gemisch, eine Rohrbegleitheizung an exponierten Abschnitten oder eine hydraulische Trennung mit Wärmeübertrager, bei der nur der Außenteil Glykol enthält.

Die Glykolkonzentration sollte für die niedrigste zu erwartende Temperatur mit Reserve gewählt und regelmäßig geprüft werden, denn Nachfüllungen mit reinem Wasser verdünnen sie mit der Zeit. Auch die Inhibitoren verbrauchen sich, sodass ein Gemisch mit korrektem Gefrierpunkt trotzdem korrosiv sein kann. Mehr dazu in unserem Leitfaden zu Frostschutzmitteln.

Typische Fehler auf der Wasserseite

• Luft im Kreis nach dem Nachfüllen, die Geräusche, instabilen Durchfluss und Durchflussalarme verursacht.
• Verstopfte Schmutzfänger nach Arbeiten an der Anlage oder durch Korrosionsprodukte.
• Druckverlust durch ein defektes Ausdehnungsgefäß oder kleine Undichtigkeiten an Armaturen und Pumpendichtungen.
• Offen hängende Regelventile, die eine geringe Spreizung und verschwendete Pumpenenergie verursachen.
• Kondensat an schlecht gedämmten Rohren, wenn die Vorlauftemperatur unter dem Taupunkt der Umgebungsluft liegt.
• Schlamm und Magnetit in alten Stahlanlagen, die mit unbehandeltem Wasser befüllt wurden.

Was wir bei einem Einsatz messen

Eine Prüfung der Wasserseite dauert nicht lange und erklärt oft Chilleralarme, die zufällig wirkten. Wir erfassen Vor- und Rücklauftemperaturen am Chiller und an ausgewählten Verbrauchern, den Druckverlust am Verdampfer, den statischen und dynamischen Anlagendruck, die Pumpenströme und gegebenenfalls die Glykolkonzentration. Die Ergebnisse fließen zusammen mit den Messwerten der Kältemittelseite in den Bericht ein, sodass das Instandhaltungsteam ein einheitliches Bild der Anlage erhält.

Häufige Fragen

Welcher Druck ist in einer Kaltwasseranlage normal?

Einen einheitlichen Wert gibt es nicht: Der statische Druck hängt von der Gebäudehöhe ab. Als Faustregel sollte der Druck am höchsten Punkt mindestens 0,5 bis 1 bar über dem Atmosphärendruck liegen. Wichtig ist, dass der Fülldruck im kalten Zustand über die Zeit stabil bleibt.

Warum zeigt der Chiller nach dem Nachfüllen der Anlage einen Durchflussalarm?

Meist ist Luft in der Pumpe oder an Hochpunkten des Kreises eingeschlossen. Entlüften an allen Hochpunkten und an der Pumpe sowie die Reinigung des Schmutzfängers lösen die meisten dieser Fälle.

Brauche ich einen Pufferspeicher?

Nur wenn das Wasservolumen der Anlage unter dem Mindestwert des Herstellers für Ihren Chiller liegt. Das Volumen von Rohren und Verbrauchern lässt sich aus den Zeichnungen abschätzen. Unser Pufferspeicher-Rechner liefert eine erste Schätzung.

Wie oft sollte das Kaltwasser geprüft werden?

Bei Glykolanlagen empfehlen wir mindestens einmal jährlich, vor dem Winter. Auch reine Wasseranlagen mit Anzeichen von Korrosion oder Schlamm sollten geprüft werden, einschließlich pH-Wert und Aussehen einer Probe.

Kann ich den Kaltwasser-Sollwert anheben, um Energie zu sparen?

Oft ja, sofern die RLT-Anlagen oder der Prozess die erforderliche Wärme und Feuchte weiterhin abführen können. Jedes Kelvin mehr spart typischerweise einige Prozent Chillerenergie. Testen Sie die Änderung schrittweise und beobachten Sie die Raum- oder Prozessbedingungen.