Berechnen Sie die Kälteleistung eines Wasser- oder Glykolkreislaufs aus Volumenstrom und Temperaturdifferenz oder den Volumenstrom für eine bestimmte Leistung, mit Stoffwerten bei der tatsächlichen Temperatur.
Kälteleistung aus Volumenstrom und Temperaturdifferenz
Stoffwerte bei mittlerer Temperatur, aus CoolProp. Glykolkonzentrationen als Volumenanteil und näherungsweise.
Die Formel
Die Leistung, die ein Wasser- oder Glykolkreislauf transportiert, ergibt sich aus einer Wärmebilanz:
Q = V x rho x cp x dT
Q ist die Leistung in kW, V der Volumenstrom in m³/s, rho die Dichte in kg/m³, cp die spezifische Wärmekapazität in kJ/(kg K) und dT die Differenz zwischen Rücklauf- und Vorlauftemperatur in Kelvin. Für Wasser bei etwa 10 °C ist rho x cp ungefähr 4.190 kJ/(m³ K). Daraus folgt die Faustformel, die viele Techniker auswendig kennen: Leistung in kW gleich Volumenstrom in m³/h mal dT mal 1,163. Ein Chiller, der 17,2 m³/h Wasser mit 7/12 °C liefert, arbeitet mit etwa 100 kW.
Der Rechner verwendet Dichte und spezifische Wärmekapazität bei der mittleren Mediumtemperatur. Er funktioniert daher auch für Glykolgemische und für wärmere Prozesskreisläufe, bei denen der einfache Faktor 1,163 nicht mehr gilt.
So nutzen Sie den Rechner
- Wählen Sie, ob Sie die Leistung aus einem bekannten Volumenstrom oder den Volumenstrom für eine bestimmte Leistung ermitteln möchten.
- Wählen Sie das Medium. Bei Glykol wählen Sie die Konzentration als Volumenanteil, gemessen mit einem Refraktometer.
- Geben Sie Vor- und Rücklauftemperatur ein. Am Chiller ist der Vorlauf das kalte Wasser, das die Anlage verlässt, der Rücklauf das warme Wasser, das zurückkommt.
- Geben Sie den Volumenstrom in m³/h, l/s oder l/min ein oder die erforderliche Leistung in kW.
Glykol senkt die Leistung pro m³
Glykolgemische haben eine geringere spezifische Wärmekapazität als Wasser. Ein Gemisch mit 30 % Ethylenglykol transportiert pro Kubikmeter und Kelvin etwa 9 % weniger Wärme als Wasser, ein Gemisch mit 40 % etwa 13 % weniger. In der Praxis bedeutet das einen höheren Volumenstrom für dieselbe Leistung, einen höheren Druckverlust, weil das Gemisch zähflüssiger ist, und einen geringeren Wärmeübergang im Verdampfer. Ein für Wasser ausgelegter Chiller verliert mit Glykolfüllung einige Prozent Leistung, was bei einer Umstellung des Systems geprüft werden muss.
| Medium bei 10 °C | Dichte (kg/m³) | Spezifische Wärmekapazität (kJ/(kg K)) | Gefrierpunkt (°C) |
|---|---|---|---|
| Wasser | 1000 | 4,19 | 0 |
| Ethylenglykol 20 % | 1030 | 3,84 | -9 |
| Ethylenglykol 30 % | 1045 | 3,64 | -16 |
| Ethylenglykol 40 % | 1060 | 3,42 | -25 |
| Propylenglykol 20 % | 1018 | 3,95 | -7 |
| Propylenglykol 30 % | 1029 | 3,82 | -13 |
| Propylenglykol 40 % | 1038 | 3,67 | -22 |
Typische Werte
Komfortkühlung arbeitet meist mit 7/12 °C oder 6/12 °C, also einem dT von 5 bis 6 K. Prozesskreisläufe arbeiten mit 2 K bei der Kühlung von Lasern und Werkzeugmaschinen bis zu 10 K bei manchen Industrielasten. Viele Chiller erlauben über den Verdampfer ein dT zwischen etwa 3 und 8 K. Außerhalb dieses Bereichs ist der Volumenstrom entweder so hoch, dass Druckverlust und Erosion zum Problem werden, oder so gering, dass der Wärmeübergang im Verdampfer sinkt und die Frostgefahr steigt.
Die Berechnung für die Störungsdiagnose nutzen
Die Formel ist der schnellste Weg zu prüfen, ob ein Chiller noch seine Leistung bringt. Messen Sie die Wassertemperaturen an den Anschlüssen des Chillers mit kalibrierten Fühlern und entnehmen Sie den Volumenstrom einem Durchflussmesser oder der Pumpenkennlinie zusammen mit dem gemessenen Differenzdruck der Pumpe. Liegt die berechnete Leistung bei gleichen Bedingungen deutlich unter den Auslegungsdaten, suchen Sie nach einem verschmutzten Wärmeübertrager, Kältemittelmangel oder einem Verdichterproblem.
- Verwenden Sie für Vor- und Rücklauf dasselbe Thermometer oder zwei, die Sie im selben Wasserbad verglichen haben. Ein Fehler von 0,3 K bei 5 K Differenz ergibt 6 % Leistungsfehler.
- Achten Sie darauf, dass die Anlage während der Messung stabil unter Volllast läuft und nicht gerade Stufen schaltet.
- Prüfen Sie zuerst die Glykolkonzentration. Eine falsche Konzentration verfälscht sowohl den Volumenstrom als auch die Leistung.
- Vergleichen Sie gleichzeitig die elektrische Leistungsaufnahme, um die tatsächliche Effizienz zu sehen.
Um die Rohrnennweiten für den berechneten Volumenstrom zu prüfen, nutzen Sie unser Werkzeug zur Kaltwasser Rohrdimensionierung. Vermuten Sie einen Leistungsverlust, zeigt eine Kälteanlagen Inspektion mit Messungen, wo die Leistung geblieben ist.
Häufige Fragen
Warum erhalte ich ein anderes Ergebnis als mit dem Faktor 1,163?
Der Faktor 1,163 gilt für Wasser bei etwa 10 bis 20 °C. Der Rechner verwendet die tatsächliche Dichte und spezifische Wärmekapazität bei mittlerer Temperatur, bei Glykolgemischen beträgt der Unterschied 10 % oder mehr.
Kann ich den Rechner auch für Heizkreise verwenden?
Ja. Die Formel ist für Heizen und Kühlen gleich, das Werkzeug verwendet die absolute Temperaturdifferenz. Stoffwerte sind bis etwa 60 °C hinterlegt.
Wie ermittle ich den Volumenstrom ohne Durchflussmesser?
Messen Sie den Differenzdruck über die Pumpe und lesen Sie den Volumenstrom aus der Pumpenkennlinie ab, oder messen Sie den Druckverlust über den Verdampfer und vergleichen Sie ihn mit den Herstellerdaten. Beide Methoden sind Näherungen, reichen aber aus, um eine große Abweichung zu erkennen.
Welche Konzentration gebe ich ein, wenn ich sie nicht kenne?
Messen Sie sie. Ein Refraktometer für Glykol kostet wenig und liefert in einer Minute einen Wert. Wer die Konzentration schätzt, macht sowohl die Leistung als auch den Frostschutz unsicher.
Verliert Ihr Chiller an Leistung?
Wir messen Leistung, Effizienz und den Kältekreis vor Ort und sagen Ihnen, was sich verändert hat.