Ein Kaltwassersatz ist eine Maschine, die Wärme aus Wasser entfernt und gekühltes Wasser an Geräte, Prozesse oder Gebäude sendet. In einem HVAC-System fließt das gekühlte Wasser durch Spulen in Luftaufbereitungs- und Ventilatorkonvektoreinheiten. Luft strömt über diese Spulen und kühlt ab. Das wärmere Wasser kehrt zum Kaltwassersatz zurück und der Zyklus wiederholt sich.

Man verwechselt Kaltwassersätze manchmal mit Klimaanlagen. Beide dienen der Kühlung, funktionieren aber unterschiedlich. Eine Klimaanlage kühlt die Luft direkt. Ein Kaltwassersatz kühlt Wasser, das dann die Luft kühlt. Dieser zusätzliche Schritt bietet Flexibilität.

Ein einziger Kaltwassersatz kann mehrere Zonen versorgen. Er kann größere Lasten bewältigen und mit Prozessanlagen verbunden werden. Deshalb dominieren Kaltwassersätze in gewerblichen und industriellen HVAC-Systemen.

Wie funktioniert ein Kaltwassersatz in einem HVAC-System?

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Der Kältekreislauf eines Kaltwassersatzes

• Verdampfer
Im Zentrum eines mechanischen Kaltwassersatzes steht ein Kältekreislauf. Er besteht aus vier Hauptphasen, die sich ständig wiederholen. Die erste ist der Verdampfer. Warmes Wasser aus dem Gebäude fließt durch eine Spule im Verdampfer. Das Kältemittel in der Spule nimmt Wärme auf und verdampft. Dieser Prozess kühlt das Wasser.

• Kompressor
Als Nächstes saugt der Kompressor diesen Dampf an und erhöht seinen Druck und seine Temperatur. Kompressoren gibt es in verschiedenen Typen. In realen Systemen sieht man Scroll-, Schrauben- und Zentrifugalkompressoren. Jeder Typ hat unterschiedliches Teillastverhalten und verschiedene Wartungsanforderungen.

• Kondensator
Nach der Verdichtung strömt das Kältemittel in den Kondensator. Der Kondensator gibt Wärme an die Umgebung ab. In einer luftgekühlten Einheit bewegen Ventilatoren Umgebungsluft über die Kondensatorspulen. In einer wassergekühlten Einheit transportiert das Kondensatorwasser die Wärme zu einem Kühlturm. Nachdem das Kältemittel die Wärme abgegeben hat, kondensiert es wieder zu einer Flüssigkeit.

• Expansionsventil
Die letzte Phase ist das Expansionsventil. Dieses Gerät senkt den Druck des Kältemittels. Die kühlere, druckreduzierte Flüssigkeit kehrt in den Verdampfer zurück, um den Zyklus erneut zu starten.

Wie der Kaltwassersatz in HVAC-Systeme integriert wird

Der Kaltwassersatz wird in einen Kühlwasserkreislauf und die Anordnung des Technikraums eingebunden. Pumpen bewegen das gekühlte Wasser vom Kaltwassersatz zu Luftaufbereitungs- und Fan-Coil-Einheiten. Ventile und Thermostate steuern, wohin dieses kalte Wasser fließt und wie viel Durchfluss jede Zone erhält.

In größeren Anlagen findet man primär-sekundäres Pumpen. Dies trennt den Kaltwassersatzfluss vom Verteilfluss. Das Ergebnis ist ein stabiler Betrieb des Kaltwassersatzes und eine bessere Regelung bei wechselnden Lasten. In kleineren Systemen kann ein einziger Pumpenkreis gut funktionieren und Kosten senken.

Controller binden den Kaltwassersatz in das Gebäudeautomationssystem ein. Sollwert-Rücksetzungen, Führungs-Nachfolgereihenfolge und Fehlererkennung helfen der Anlage, auf wechselnde Lasten zu reagieren. Zum Beispiel kann die Senkung der Kaltwassertemperatur in Zwischensaisons Energie sparen und gleichzeitig den Komfort aufrechterhalten.

Die Integration umfasst auch Wartungsaspekte. Die Wasserqualität ist wichtig. Ablagerungen und Korrosion verringern die Wärmeübertragung und erhöhen den Energieverbrauch. Kühlttürme für wassergekühlte Kaltwassersätze benötigen regelmäßige Behandlung und Inspektion. Luftgekühlte Kaltwassersätze benötigen freien Luftstrom und saisonale Ventilatorprüfungen.

Arten von Kaltwassersätzen in HVAC

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Luftgekühlte Kaltwassersätze

Luftgekühlte Kaltwassersätze geben die Wärme direkt an die Umgebungsluft ab. Sie stehen normalerweise auf Dächern oder neben Gebäuden. Ventilatoren bewegen Außenluft über die Kondensatorspulen. Diese Einheiten sind einfacher zu installieren, da sie keinen Kühlturm oder Kondensatorwasserkreislauf benötigen.

Sie eignen sich gut für mittelgroße Gebäude und wenn der Wasserzugang begrenzt ist. Nachteile sind geringere Effizienz bei sehr heißem Klima und höhere Geräuschentwicklung am Aufstellort.

Wassergekühlte Kaltwassersätze

Wassergekühlte Kaltwassersätze geben Wärme in einen Kondensatorwasserkreislauf ab, der einen Kühlturm speist. Der Turm gibt Wärme durch Verdunstung ab und macht wassergekühlte Kaltwassersätze effizienter. Diese Einheiten sind üblich in Krankenhäusern, Einkaufszentren und Hochhäusern, wo die Kühllasten groß und konstant sind.

Sie benötigen zusätzliche Anlagenausrüstung wie Türme, Pumpen und Wasseraufbereitung. Das erhöht die Kosten, zahlt sich jedoch oft durch niedrigere Energiekosten und leiseren Betrieb aus.

Absorptionskaltwassersätze

Absorptionskaltwassersätze verwenden Wärme anstelle eines mechanischen Kompressors, um das Kältemittel zu bewegen. Sie arbeiten mit Dampf, Heißwasser oder direkt befeuertem Gas. Innerhalb der Maschine nimmt eine absorbierende Lösung Kältemittel-Dampf auf und gibt ihn bei Erwärmung wieder ab.

Diese Kaltwassersätze sind nützlich, wo Abwärme verfügbar ist oder Strom teuer ist. Sie haben einen geringeren Stromverbrauch, aber einen niedrigeren Leistungskoeffizienten im Vergleich zu mechanischen Kaltwassersätzen. Absorptionssysteme findet man in Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen und Industrieanlagen.

Schlussfolgerung

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Die Wahl des richtigen Kaltwassersatzes in HVAC bedeutet, das Lastprofil, das Klima, die Betriebskosten und die Wartungskapazität abzuwägen. Ein luftgekühlter Kaltwassersatz hält die Installation einfach. Ein wassergekühlter Kaltwassersatz überzeugt durch Effizienz in großen Anlagen. Absorptionskaltwassersätze sind sinnvoll, wenn thermische Energie bereits vorhanden ist.

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