Trockenkühler

Ein Trockenkühler (Rückkühler) gibt die Wärme eines Wasser- oder Glykolkreises über ein Lamellenregister und Ventilatoren direkt an die Außenluft ab, ohne Wasser zu verdunsten und ohne Kältekreis. Er dient als Wärmesenke für wassergekühlte Kaltwassersätze, als Gerät für Freie Kühlung und als direkter Kühler für Prozesse, die eine wärmere Flüssigkeit vertragen.

Trockenkühler wirken einfach, und gerade deshalb werden sie oft vernachlässigt, bis der nachgeschaltete Chiller auf Hochdruckstörung abschaltet. Dieser Leitfaden erklärt, wie sie funktionieren, wie die Freie Kühlung Energie spart und was wir beim Service prüfen.

So funktioniert ein Trockenkühler

Warme Flüssigkeit aus dem Verflüssiger des Chillers oder aus dem Prozess tritt in das Register ein, strömt durch Kupferrohre mit Aluminiumlamellen und verlässt es abgekühlt. Ventilatoren saugen Außenluft über die Lamellen. Da der Wärmeübergang ausschließlich auf der Temperaturdifferenz zwischen Flüssigkeit und Luft beruht, kann die Austrittstemperatur eines Trockenkühlers nie unter der Außentemperatur liegen. In der Praxis liegt sie im Auslegungspunkt meist 4 bis 8 K über der Außentemperatur. Diese Differenz nennt man Grädigkeit.

Da die Flüssigkeit in der Regel ganzjährig im Freien bleibt, werden Trockenkühlerkreise mit einem Wasser-Glykol-Gemisch befüllt. Das Register ist der Teil, der am stärksten durch Frostschäden gefährdet ist, wenn die Glykolkonzentration sinkt.

Aufbau von Register und Ventilatoren

Bauform

Trockenkühler gibt es in horizontaler Bauform mit liegendem Register und nach oben blasenden Ventilatoren oder in vertikaler Bauform mit stehendem Register. Große Geräte verwenden eine V-förmige Registeranordnung, um mehr Wärmeübertragungsfläche auf kleiner Aufstellfläche unterzubringen. Die Bauform bestimmt, wie das Register verschmutzt: Horizontale Register sammeln Laub, Samen und Staub auf der Oberseite, V-Register setzen sich vor allem an den Lufteintrittsflächen zu.

Ventilatoren und Drehzahlregelung

Ältere Trockenkühler haben AC-Ventilatoren, die stufenweise geschaltet oder über Phasenanschnittregler gesteuert werden. Neuere Geräte nutzen EC-Ventilatoren mit integrierter Elektronik und einem 0 bis 10 V oder Modbus-Signal, die eine stufenlose Drehzahlregelung und eine geringere Leistungsaufnahme ermöglichen. Da die Ventilatorleistung ungefähr mit der dritten Potenz der Drehzahl steigt, ist es deutlich effizienter, alle Ventilatoren mit reduzierter Drehzahl zu betreiben als die Hälfte der Ventilatoren mit voller Drehzahl.

Lamellenabstand

Üblich ist ein Lamellenabstand von etwa 2 bis 3 mm. Ein engerer Abstand bietet mehr Fläche, setzt sich in staubiger Umgebung aber schneller zu, zum Beispiel in Gießereien, Sägewerken, in der Kunststoffverarbeitung und in der Nähe landwirtschaftlicher Flächen.

Freie Kühlung

Die Freie Kühlung (Free Cooling) nutzt kalte Außenluft, um das Kaltwasser ohne Betrieb der Chillerverdichter oder mit reduzierter Verdichterlast zu kühlen. Sie lohnt sich bei Prozessen und Serverräumen mit ganzjährigem Kühlbedarf und funktioniert im Klima Mittel- und Nordeuropas besonders gut.

In einer typischen Schaltung durchläuft das Rücklaufwasser zuerst ein Freikühlregister oder einen separaten Trockenkühler. Ist die Außenluft einige Kelvin kälter als das Rücklaufwasser, wird die Flüssigkeit vorgekühlt und der Chiller deckt nur noch den Rest. Liegt die Außentemperatur weit genug unter dem Vorlauf-Sollwert, übernimmt der Trockenkühler die gesamte Last und die Verdichter schalten ab.

Die genauen Umschaltpunkte hängen von der Last, der Registergröße und der erreichten Grädigkeit ab. Höhere Kaltwassertemperaturen verlängern die Zeit mit Freier Kühlung erheblich. Ein weiterer Grund, das Kaltwasser nicht kälter als nötig zu fahren. Typische Probleme bei der Freien Kühlung sind defekte Dreiwegeventile, in der Sonne montierte Temperaturfühler und Regelungseinstellungen, die die Verdichter weiterlaufen lassen, obwohl die Außenluft die Arbeit übernehmen könnte.

Frostschutz

Ein eingefrorenes Trockenkühlerregister bedeutet in der Regel an vielen Stellen aufgeplatzte Rohre und meist den Austausch des Registers. So beugen Sie vor:

• Wählen Sie eine Glykolkonzentration, deren Gefrierpunkt mindestens 5 K unter der niedrigsten zu erwartenden Außentemperatur am Standort liegt.
• Messen Sie die Konzentration jedes Jahr vor dem Winter und nach jeder Nachfüllung.
• Füllen Sie den Kreis nach einer Leckage oder Reparatur niemals mit reinem Wasser nach.
• Prüfen Sie, ob die Pumpen im Winter auch ohne Kühlbedarf weiter umwälzen oder ob die Regelungslogik stehende Register schützt.
• Kontrollieren Sie Entleerungs- und Entlüftungspunkte, denn dort sammelt sich Wasser in schlecht entleerten Abschnitten.

Prüfung und Wechsel von Glykol beschreiben wir ausführlich auf unserer Seite zu Glykol Prüfung und Wechsel.

Typische Fehler und was wir prüfen

Verschmutztes Register

Schmutz auf den Lamellen ist die häufigste Ursache für eine schlechte Leistung des Trockenkühlers. Anzeichen sind eine steigende Grädigkeit und, bei einem angeschlossenen Chiller, ein steigender Verflüssigungsdruck mit Hochdruckalarmen an warmen Tagen. Eine Reinigung mit Niederdruckwasser oder Schaum von der Luftaustrittsseite, also entgegen der normalen Luftrichtung, stellt die Leistung wieder her. Hochdruckreiniger verbiegen die Lamellen und sollten nicht verwendet werden.

Ventilatorausfälle

Verschlissene Lager, defekte EC-Elektronik, Wassereintritt in Motorklemmkästen und beschädigte Kabel kommen häufig vor. Wir messen die Ventilatorströme, prüfen das Steuersignal und achten auf Lagergeräusche. Ein ausgefallener Ventilator in einem großen Gerät löst nicht immer einen Alarm aus, verringert aber die Leistung und erzeugt eine Rückströmung warmer Luft.

Leckagen und Korrosion

Undichtigkeiten treten an Sammlern, Rohrbögen und an Stellen auf, an denen Rohre an Halterungen scheuern. Küsten- und Industrieatmosphäre beschleunigen die Lamellenkorrosion. Beschichtete Lamellen oder regelmäßiges Waschen helfen.

Luft im Kreis und niedriger Druck

Trockenkühler sind oft der höchste Punkt der Anlage. Automatische Entlüfter, die klemmen oder undicht sind, verursachen Druckverlust und Geräusche. Der statische Druck am Trockenkühler sollte bei jedem Einsatz geprüft werden.

Service-Checkliste

Bei einem geplanten Einsatz erfassen wir Ein- und Austrittstemperatur der Flüssigkeit, Außentemperatur und die daraus resultierende Grädigkeit, Ventilatorströme und Drehzahlen, den Zustand des Registers, Glykolkonzentration und pH-Wert, den Anlagendruck sowie die Funktion der Ventile und Fühler der Freien Kühlung. Den Service von Trockenkühlern, Rooftop-Anlagen und RLT-Anlagen fasst unsere Seite Rückkühler, Rooftop-Anlagen und RLT-Anlagen zusammen.

Häufige Fragen

Was ist der Unterschied zwischen einem Trockenkühler und einem Kühlturm?

Ein Kühlturm verdunstet einen Teil des Wassers, um den Rest zu kühlen, und kann Temperaturen nahe der Feuchtkugeltemperatur erreichen. Ein Trockenkühler nutzt nur die sensible Wärmeübertragung an die Luft. Er verbraucht daher kein Wasser und braucht keine Wasseraufbereitung für die Verdunstung, seine Austrittstemperatur bleibt aber immer über der Trockenkugeltemperatur.

Wie oft sollte ein Trockenkühler gereinigt werden?

Mindestens einmal jährlich vor der warmen Jahreszeit. Standorte mit Pappelsamen, Staub oder Ölnebel benötigen oft zwei Reinigungen pro Jahr.

Kann ein Trockenkühler mit reinem Wasser betrieben werden?

Nur wenn der Kreis zuverlässig gegen Frost geschützt ist, zum Beispiel durch Entleeren im Winter oder durch einen innen aufgestellten Wärmeübertrager. In den meisten Anlagen ist ein Glykolgemisch die sicherere Wahl.

Warum funktioniert die Freie Kühlung nicht, obwohl es draußen kalt ist?

Häufige Ursachen sind ein klemmendes Dreiwegeventil, ein defekter Außen- oder Medientemperaturfühler, falsche Umschalteinstellungen im Regler oder ein verschmutztes Register, das die erforderliche Grädigkeit nicht erreicht.

Was bringt eine adiabate Vorkühlung?

Adiabate Trockenkühler befeuchten an heißen Tagen Matten oder sprühen Wasser in die Zuluft und senken so die Lufttemperatur in Richtung Feuchtkugeltemperatur. Das erhöht die Leistung im Sommer, das Wassersystem braucht dann aber Hygienemaßnahmen und regelmäßige Wartung.