In diesem Artikel möchten wir Ihnen einen kleinen Überblick über Chiller, auch bekannt als Prozesskühler, Kaltwassersatz oder Kältemaschine geben.
Lernen Sie in diesem Artikel alles über
Viel Spaß beim Lesen.
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Chiller sind das Herzstück der industriellen Prozesskühlung. Sie liefern im Kühlkreislauf präzise temperiertes Prozesswasser – in der Regel im Bereich von -5 °C bis +25 °C und gewährleisten so eine zuverlässige Kühlung. Damit schützen so z.B. Maschinen und Produkte während des Produktionsprozesses vor Überhitzung und tragen entscheidend zur Effizienz und Prozesssicherheit bei.
Der Chiller entzieht dem im Prozess erwärmten Prozesswasser die Wärme und bringt es auf das gewünschte Temperaturniveau:
Die Temperatur in industriellen Prozessen wird oftmals mit Kaltwasserkreisläufen gesteuert. In diesem Kreislauf wird kaltes Wasser dort zur Kühlung verwendet, wo im Produktionsprozess zu viel Wärme entsteht. Das dann erwärmte Wasser wird innerhalb des Kreislaufs durch den Einsatz von Chillern wieder runtergekühlt und der Prozess beginnt erneut.
Das Kühlwasser wird in Kreisläufen, die sehr niedrige Temperaturen erfordern mit Glykol als Frostschutzmittel versetzt. Das Funktionsprinzip des Chillers bleibt dabei jedoch bestehen.
Wie auch ein haushaltsüblicher Kühlschrank basiert ein Chiller auf einem Kältemittelkreiskauf. Er besteht aus einem Verdampfer, einem Kompressor, einem Kondensator und einem Expansionsventil.
1. Im Verdampfer wird das erwärmte Prozesswasser auf die gewünschte Temperatur abgekühlt, indem es die Wärme auf das kalte flüssige Kältemittel überträgt, welches daraufhin verdampft.
2. Im Kompressor wird das Kältemittel verdichtet, neben der Druckerhöhung steigt die Temperatur des Kältemittels stark an und strömt weiter in Richtung Kondensator.
3. Im Kondensator gibt das heiße Kältemittel seine Wärme an die Umgebungsluft ab, das Kältemittel kühlt ab und kondensiert.
4. Das Expansionsventil lässt das Kältemittel wieder entspannen, was mit einer deutlichen Temperaturreduzierung einhergeht, bevor es zurück zum Verdampfer fließt und der Kreislauf von vorne beginnt.
Abbildung: Schema des Kältekreislaufs eines Chillers
Es gibt zwei Haupttypen von Chillern: luftgekühlte und wassergekühlte.
Die Auswahl des richtigen Chillers hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter die spezifischen Anforderungen des Prozesses, die verfügbare Infrastruktur und die Umgebungsbedingungen. Es ist wichtig, die Vor- und Nachteile der verschiedenen Chiller-Typen zu berücksichtigen, um die beste Wahl für die jeweilige Anwendung zu treffen.
Anforderungen des Prozesses:
Jede industrielle Anwendung stellt spezifische Anforderungen an den Chiller. Diese sollten detailliert analysiert werden, um eine optimale Leistung und Energieeffizienz zu gewährleisten.
Die Kälteleistung des Chillers muss möglichst genau an die Anforderungen des Prozesses angepasst werden. Bei Unterdimensionierung wird spätestens bei hohen Umgebungstemperaturen die benötigte Kälteleistung nicht erreicht und die Prozesswassertemperatur steigt. Bei Überdimensionierung kann es passieren, dass der Chiller taktet, das heißt wiederholt ein- und ausgeschaltet wird, anstatt kontinuierlich zu laufen.
Der Chiller muss die erforderlichen Wassertemperaturen konstant und präzise halten können. Dabei ist auch die Hysterese (Temperaturschwankungsbereich) zu berücksichtigen, um kritische Prozesse nicht zu gefährden.
Einige Anwendungen erfordern den Einsatz von Wasser-Glykol-Gemischen, insbesondere bei niedrigen Prozesstemperaturen oder wenn Frostschutz notwendig ist. Die Kompatibilität der zu kühlenden Anwendung mit Glykol ist ebenfalls zu berücksichtigen.
Verfügbare Infrastruktur
Die vorhandene Infrastruktur vor Ort beeinflusst maßgeblich die Auswahl des geeigneten Chillers. Eine genaue Analyse der bestehenden Gegebenheiten erleichtert die Integration in bestehende Systeme.
Wenn bereits eine zentrale Kühlwasserversorgung existiert, kann dies die Auswahl des Chillers und dessen Ausführung (z. B. wassergekühlter Chiller) beeinflussen.
Falls keine Prozesswasser-Pumpe oder kein Pufferspeicher vorhanden ist, muss der Chiller entsprechend ausgestattet sein, um diese Funktionen zu übernehmen.
Die verfügbare Stromversorgung – wie Spannung, Frequenz und Absicherung – spielt eine entscheidende Rolle bei der Auswahl des Chillers. Je nach Region und Anwendung müssen auch bestimmte Normen eingehalten werden.
Die Umgebungsbedingungen am Aufstellort können die Leistung und Effizienz des Chillers erheblich beeinflussen. Daher müssen diese genau evaluiert werden.
Letztendlich ist die korrekte Installation eines industriellen Chillers entscheidend, um eine effiziente Kälteerzeugung und einen störungsfreien Betrieb sicherzustellen. Neben der Auswahl des passenden Modells gibt es bei der Installation einige zentrale Punkte, die unbedingt beachtet werden sollten:
Die Wahl des geeigneten Standorts ist einer der ersten und wichtigsten Schritte bei der Installation eines Chillers. Luftgekühlte Chiller benötigen einen gut belüfteten Platz, um eine ungehinderte Luftzirkulation sicherzustellen. Achten Sie darauf, dass keine Hindernisse wie Wände, Maschinen oder andere Wärmequellen die Luftzufuhr blockieren oder es zur Rezirkulation der erwärmten Umgebungsluft kommt. Bei der Außenaufstellung empfiehlt es sich, den Chiller auf der Nordseite des Gebäudes zu installieren. Falls dies nicht möglich ist, sollte der Chiller zumindest nicht an der südlichen Seite des Gebäudes platziert werden, da die intensive Sonneneinstrahlung dort zu höheren Umgebungstemperaturen führen kann, was die Effizienz des Chillers negativ beeinflussen würde.
Der fachgerechte Anschluss des Chillers an die Wasserkreisläufe ist essenziell für den effizienten Betrieb. Je nach Typ – luft- oder wassergekühlter Chiller– unterscheiden sich die Anforderungen.
Kaltwasserkreislauf: Alle Chiller müssen in den Kaltwasserkreislauf integriert werden. Es ist wichtig, dass die Rohrleitungen passend dimensioniert sind, damit der erforderliche Volumenstrom und Druck gewährleistet werden kann. Hochwertige Verbindungen sind entscheidend, um Leckagen zu vermeiden und die Betriebssicherheit zu erhöhen. Zudem sollten die Leitungen, insbesondere bei niedrigen Wassertemperaturen, isoliert werden, um Energieverluste und Kondenswasserbildung effektiv zu verhindern.
Kühlwasserkreislauf: Wassergekühlte Chiller benötigen zusätzlich einen Anschluss an den Kühlwasserkreislauf, um die aufgenommene Prozesswärme abzuführen. Dabei spielt die Wasserqualität eine zentrale Rolle, da nur gereinigtes Wasser Korrosion und Ablagerungen im System verhindern kann. Ebenso ist sicherzustellen, dass die Leitungen einen ausreichenden Volumenstrom und Druck bieten, um eine stabile und effektive Wärmeübertragung zu gewährleisten.
Falls Ihr Chiller ein Wasser-Glykol-Gemisch verwendet und Öle enthält, ist der Schutz des Grundwassers gemäß der Anlagenverordnung für wassergefährdende Stoffe (AwSV) von größter Bedeutung. Glykol und Öl sind als wassergefährdende Stoffe eingestuft, und ein Austritt in den Boden oder das Grundwasser muss unbedingt vermieden werden.
Eine bewährte Lösung sind sogenannte Glykol- und Öl-Protektoren, die speziell dafür entwickelt wurden, das Eindringen dieser Stoffe ins Grundwasser zu verhindern. Glykol-Protektoren bestehen häufig aus Auffangsystemen, die austretende Flüssigkeiten sicher zurückhalten. Diese Auffangwannen oder Behälter sind aus chemikalienbeständigen Materialien gefertigt und unterhalb des Chillers installiert, um Leckagen effektiv aufzufangen.
Chiller können während des Betriebs erhebliche Geräusche erzeugen, vor allem durch Kompressoren, Ventilatoren und Pumpen. Um die Schallemissionen zu minimieren, sollte der Standort des Chillers sorgfältig geplant werden. Platzieren Sie den Chiller möglichst weit entfernt von lärmsensiblen Bereichen wie Büroräumen oder Wohngebieten. Falls dies nicht möglich ist, können zusätzliche Maßnahmen wie Schallschutzgehäuse installiert werden.
Neben den genannten Parametern spielt die Energieeffizienz, der Anschaffungspreis und vor allem die Betriebsweise (Betriebsdauer und durchschnittlich benötigte Kälteleistung) von Chillern eine entscheidende Rolle für die Lebenszykluskosten. Eine höhere Energieeffizienz kann sich so im Laufe der Jahre schnell bezahlt machen. Moderne Chiller sind mit Technologien ausgestattet, die ihre Energieeffizienz verbessern und die Betriebskosten senken.
Stichworte sind hier zum Beispiel die freie Kühlung und adiabatische Vorkühlung, die den Energieverbrauch in der Prozesskühlung weiter reduzieren können.
Falls Sie Fragen zur Auswahl des optimalen Chillers für Ihre Prozesse haben, stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung. Kontaktieren Sie uns einfach per Formular, per E-Mail an web.kompressoren@atlascopco.com, telefonisch unter 0201/21779 18 oder über den Chat unten rechts.