Pufferspeicher Rechner für Chiller

Ermitteln Sie das Mindestwasservolumen, das ein Chiller gegen häufiges Takten braucht, und die Größe des Pufferspeichers, aus Leistungsstufen, zulässigen Starts pro Stunde und Schaltdifferenz.

Warum ein Chiller ein Mindestwasservolumen braucht

Ein Verdichter darf nicht zu oft starten. Jeder Start zieht einen hohen Anlaufstrom, erwärmt die Motorwicklungen und läuft in den ersten Sekunden mit schlechter Ölversorgung. Die Hersteller begrenzen daher die Starts, typischerweise auf 6 bis 12 pro Stunde, und fordern eine Mindestlaufzeit. Ist das Wasservolumen im Kreislauf klein, kühlt das Wasser innerhalb einer Minute nach dem Verdichterstart ab, der Regler schaltet ab, das Wasser erwärmt sich genauso schnell und der Zyklus beginnt von vorn. Die Folge sind Takten, eine instabile Vorlauftemperatur und frühe Verdichterschäden.

Das Wasser in den Rohren, im Verdampfer und in den Verbrauchern wirkt als thermischer Speicher. Reicht dieses Volumen nicht aus, ergänzt ein Pufferspeicher das fehlende Volumen.

Die Formel

Der ungünstigste Fall für das Takten ist eine Last, die der Hälfte der kleinsten Leistungsstufe entspricht. Der Verdichter läuft und steht dann jeweils gleich lang. Erlaubt der Regler N Starts pro Stunde und schaltet er über eine Schaltdifferenz dT, ergibt sich das Mindestvolumen zu:

V = Q_Stufe x 3600 / (4 x N x rho x cp x dT)

Q_Stufe ist die kleinste Leistungsstufe in kW, rho x cp die volumetrische Wärmekapazität des Mediums in kJ/(m³ K) und V das Ergebnis in m³. Der Faktor 4 stammt aus der Zyklusbetrachtung: Bei halber Last erwärmt und kühlt sich das Wasser einmal pro Zyklus über die Schaltdifferenz, in einer Periode von 3600/N Sekunden.

Beispiel: Ein Chiller mit 100 kW, zwei gleichen Verdichtern, 6 Starts pro Stunde, 3 K Schaltdifferenz und Wasser ergibt 50 x 3600 / (4 x 6 x 4.190 x 3) = 0,60 m³, also etwa 600 Liter oder 6 l/kW. Fassen Rohre, Verdampfer und Register bereits 200 Liter, braucht der Pufferspeicher 400 Liter.

Annahmen und Grenzen

• Das gesamte Anlagenwasser nimmt an der Speicherung teil. Ein ungünstig angeschlossener Speicher, bei dem die Strömung den Großteil des Volumens umgeht, speichert weniger, als seine Größe vermuten lässt.
• Die Schaltdifferenz ist die Temperaturspanne zwischen Verdichterstart und -stopp. Regler mit enger Schaltdifferenz oder schneller Regelung auf die Vorlauftemperatur brauchen mehr Volumen.
• Inverterverdichter brauchen deutlich weniger Volumen, weil sie herunterregeln, bevor sie abschalten. Geben Sie ihre Mindestlast als kleinste Stufe ein.
• Mindestlaufzeiten oder Wiedereinschaltsperren des Herstellers sind nicht Teil der Formel. Maßgeblich ist die Herstellerdokumentation.

Typische Werte

Anwendung	Typisches Mindestvolumen
Komfortkühlung, mehrere Verdichter oder Inverter	3 bis 5 l/kW
Komfortkühlung, ein Ein/Aus-Verdichter	6 bis 10 l/kW
Prozesskühlung mit enger Temperaturtoleranz	6 bis 10 l/kW oder mehr
Kleine Prozesskühler mit einem Verdichter	oft 10 l/kW und mehr

Anzeichen für zu wenig Volumen

Takten ist leicht zu erkennen, wenn man weiß, wo man hinschauen muss. Der Startzähler des Verdichters im Regler steigt schneller, als es die Betriebsstunden erklären, die Vorlauftemperatur schwankt innerhalb von Minuten um mehrere Kelvin, und das Störmeldeprotokoll zeigt bei Teillast Wiedereinschaltsperren oder Niederdruckstörungen. Bei Geräten ohne Startzähler protokollieren Sie eine Stunde lang den Zustand des Verdichterschützes. Startet der Verdichter in Frühjahr und Herbst öfter, als der Hersteller zulässt, müssen Wasservolumen oder Reglereinstellungen angepasst werden.

Praxistipps

Setzen Sie den Speicher in den Rücklauf, wenn ein stabiler Verdichterbetrieb das Ziel ist, denn dann glättet er die Temperatur, die der Chiller sieht. Setzen Sie ihn in den Vorlauf, wenn eine stabile Vorlauftemperatur an den Verbrauchern das Ziel ist. Ein Speicher mit vier Anschlüssen wirkt zugleich als hydraulische Weiche zwischen Chillerpumpe und Sekundärkreis. Achten Sie dann auf die Volumenstrombilanz, damit kein warmes Rücklaufwasser in den Vorlauf gemischt wird.

Dämmen Sie den Speicher genauso wie die Rohre, mit geschlossenzelligem Material und Dampfbremse. Ein Pufferspeicher mit 7 °C in einer warmen Technikzentrale sammelt innerhalb weniger Tage Kondensat, wenn die Dämmung eine Lücke hat. Unser Taupunkt Rechner zeigt, wann das passiert. Mehr zur wasserseitigen Auslegung finden Sie auf der Seite Kaltwasserinstallationen.

Häufige Fragen

Braucht ein Inverter-Chiller einen Pufferspeicher?

Oft einen kleineren, manchmal keinen. Ein Inverterverdichter kann bis auf 20 bis 30 % herunterregeln, bevor er abschaltet, die maßgebliche Stufe ist also klein. Prüfen Sie das Mindestvolumen in der Herstellerdokumentation, das auch Abtauung und Regelstabilität berücksichtigt.

Ist das Pufferspeichervolumen gleich dem Mindestvolumen?

Nein. Das Mindestvolumen ist der gesamte nötige Wasserinhalt. Der Pufferspeicher muss nur ergänzen, was Rohre, Verdampfer und Verbraucher nicht bereits fassen.

Welche Schaltdifferenz soll ich eingeben?

Verwenden Sie die Differenz zwischen Einschalt- und Ausschalttemperatur des Verdichters im Regler. Typisch sind 2 bis 4 K. Wenn Sie unsicher sind, lesen Sie Sollwert und Schaltdifferenz im Reglermenü ab oder geben Sie 2 K ein, um auf der sicheren Seite zu bleiben.

Kann ein Pufferspeicher zu groß sein?

Technisch macht ein größerer Speicher die Regelung nur träger und den Anlauf länger. Die praktischen Grenzen sind Kosten, Platz, Wärmeeintrag durch die Dämmung und die Zeit, bis die Anlage nach einem Stillstand wieder abgekühlt ist.