Was ist Freie Kühlung / Free Cooling?
Kaltwassersätze mit Freier Kühlung
FAQ 06.06.2023Der englische Begriff „Free Cooling“ wird etwas missverständlich übersetzt mit „Freie Kühlung”. Richtig übersetzt müsste es eigentlich „kostenlose“ Kühlung heißen. Denn beim Free Cooling wird die kostenlose Außenluft – der Temperaturunterschied zwischen der Innen- und der Außenumgebung – dazu genutzt, Räume zu kühlen. In Anwendungen, bei denen der Kühlbedarf das ganze Jahr über konstant ist, wie z. B. in Rechenzentren oder Prozessanwendungen, bietet die Freikühlung daher erhebliche Energieeinsparungsmöglichkeiten.
Dank dieser Technologie werden neben dem jährlichen Energieaufwand auch die lokalen CO₂-Emissionen und die Wartungskosten als direkte Folge des geringeren Einsatzes von mechanischer Kühlung reduziert. Das Ergebnis ist eine schnelle Amortisierung der Investition und eine Verlängerung der Nutzungsdauer der Kältemaschine sowie deren Werterhaltung im Laufe der Zeit.
Wie funktionieren Kaltwassersätze mit Freier Kühlung?
FunktionsweiseFree-Cooling-Geräte
Kaltwassersätze mit Free-Cooling-Funktion besitzen im Vergleich zu anderen Kaltwassersätzen einen zusätzlichen luftgekühlten Wärmetauscher, der luftseitig vor dem Verflüssiger montiert ist. In diesem Wärmetauscher wird das Medium im Verbraucherkreislauf über die Außenluft gekühlt, sofern es die Umgebungstemperaturen zulassen. Bei einer Temperaturdifferenz zwischen Wassereintrittstemperatur und Außenlufttemperatur von ca. 2 K kann bereits mit dem Free-Cooling-Betrieb gestartet werden. Die volle Leistung der Freikühlung wird bei einer Temperaturdifferenz von ca. 10 K erreicht. Dadurch sind erhebliche Energieeinsparpotenziale mit kurzen Amortisationszeiten möglich.
Mechanische Kühlung
SommerKaltwassersätze mit Freier Kühlung im Sommerbetrieb
Im Sommer ist der Freikühl-Betrieb deaktiviert und das Medium im Verbraucherkreislauf wird nur über den Kältekreislauf gekühlt. In diesem Fall arbeitet das Gerät wie ein traditioneller luftgekühlter Kaltwassersatz mit mechanischer Kühlung. Bei der mechanischen Kühlung wird immer ein Verdichter bzw. Kompressor benötigt. Die daraus resultierende Leistungsaufnahme bewirkt einen Stromverbrauch.
Hybridkühlung
ÜbergangKaltwassersätze mit Freier Kühlung im Übergangsbetrieb
In der Übergangszeit zwischen Sommer und Winter wird das Medium teilweise über den Free-Cooling-Wärmetauscher und teilweise über den Verdichterbetrieb gekühlt. Wenn die Außenlufttemperatur geringfügig niedriger als die Wassereintrittstemperatur des Kaltwassersatzes ist, wird das 3-Wege-Ventil aktiviert, welches das Wasser in den zusätzlichen Freikühl-Wärmetauscher leitet. Wie hoch dabei der Anteil der freien Kühlung ist, hängt von der Differenz zwischen Außenluft- und Eintrittstemperatur des Mediums ab. Im Übergangsbetrieb können bereits erhebliche Einsparpotenziale realisiert werden. Maßgeblich hierfür sind die Systemtemperaturen und der Standort des Gerätes.
100% Freie Kühlung
WinterKaltwassersätze mit Freier Kühlung im Winterbetrieb
Wenn die Temperaturdifferenz zwischen Außenluft und Mediumseintrittstemperatur ausreichend groß ist, wird das Medium nur noch über den Free-Cooling-Wärmetauscher gekühlt. Der Kältekreislauf ist deaktiviert. Im reinen Free-Cooling-Betrieb ist die Geräteeffizienz am höchsten, da nur die Antriebsenergie der Ventilatoren benötigt wird. Um ein Unterschreiten der Mediumaustrittstemperatur unter den Sollwert des Gerätes bei niedrigen Außentemperaturen zu verhindern, wird die Drehzahl der Ventilatoren bei Erreichen des Sollwertes sukzessive reduziert. Wird das Gerät auch bei sehr niedrigen Außentemperaturen bzw. bei einer großen Differenz zwischen der minimalen Außentemperatur und den Systemtemperaturen betrieben, empfiehlt es sich, ein modulierendes 3-Wege-Ventil zu verwenden. In diesem Fall wird das Medium am Geräteeintritt dem Austritt des Free-Cooling-Wärmetauschers beigemischt, sodass ein Unterschreiten des Sollwertes sicher verhindert wird.
Wann lohnen sich Kaltwassersätze mit Freier Kühlung?
Planung & AuslegungHinweise zur Planung und Auslegung
Geräte mit Freier Kühlung sind immer dann sinnvoll, wenn ganzjährig oder auch während der Übergangszeit intensiv gekühlt werden muss.
Beispiele:
- Rechenzentren
- Produktionsprozesse
- Telefonzentralen
- Gebäude mit hohem Glasanteil / mit hohen internen Lasten
Um eine maximale Energieeinsparung zu erreichen, ist es erforderlich, die Systemtemperaturen so weit wie möglich anzuheben. Eine zusätzliche Möglichkeit, den Free-Cooling-Betrieb zu optimieren, ist, die Temperaturdifferenz des Mediums zu erhöhen. Dies spart nicht nur Antriebsleistung der Pumpe, sondern eröffnet auch die Möglichkeit, früher mit dem Free-Cooling-Betrieb beginnen zu können. Ein weiterer Vorteil der optimierten Systemtemperaturen ist, dass das Free-Cooling-Gerät kleiner gewählt werden kann. So werden nicht nur Investitionskosten reduziert, sondern auch der Platzbedarf des Gerätes minimiert.
Beispiel:
- Kältebedarf: 500 kW
- Energiekosten: 0,2 €/kWh
- Betriebszeit: 24/7, ganzjährig
- Standort: Frankfurt am Main
Hinweise zur Planung und Auslegung
Aufgrund der geänderten Systemtemperaturen können in Bezug auf die Investitionskosten und den Betrieb des Kaltwassersatzes in 10 Jahren bei den oben genannten Parametern bis zu 10.000 Euro eingespart werden. Eine angepasste Auslegung der Verbraucher auf geänderte Systemtemperaturen und -differenzen ist zu beachten. Auch die Grenzen in Bezug auf eine eventuell geforderte Entfeuchtung sind zu berücksichtigen.
Freikühler - Produkte
ProdukteKaltwassersätze von Mitsubishi Electric, Climaveneta und RC IT Cooling
Vom Geschäfts- und Hotelbereich bis hin zu IT-, Industrie- und Prozessanwendungen – mit unseren Kaltwassersätzen finden wir für jedes Projekt die passende Lösung. Egal ob Sie nur kühlen, ob Sie heizen und kühlen oder nur heizen möchten – in jedem Fall können Sie eine passgenaue entwickelte, energieeffiziente und zukunftsfähige Lösung erwarten. Zahlreiche Ausstattungsoptionen ermöglichen eine individuelle Anpassung der Produktlösung an Ihr Projekt.
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