Wasserkühlung | Wärmerückgewinnung

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Wasserkühlung

15. November 2022

Wir erleben ein verstärktes Interesse an einem systembasierten Ansatz für Tiefkühlschränke/Kühlschränke sowie an der Ableitung von Wärme und der Energieeinsparung durch die Nutzung überschüssiger Wärme an anderer Stelle in Anlagen.

Systembasierte Kühlung

Bei Kunden sind häufig Räumlichkeiten oder Bereiche anzutreffen, die für die Lagerung temperaturempfindlicher Präparate vorgesehen sind. Unsere Erfahrung im Markt hat uns gelehrt, dass Kühl- und Tiefkühlschränke häufig in kleinen Bereichen oder auf engstem Raum aufgestellt werden. Elektrische Ausrüstung in beengten Räumlichkeiten erzeugt Wärme, die zu einer schlechten Arbeitsumgebung für die Mitarbeiter führt, und die steigende Umgebungstemperatur hat außerdem verstärkte negative Auswirkungen auf den Gerätebetrieb.

In den letzten Jahren erleben wir ein verstärktes Interesse an einem systembasierten Ansatz für Tiefkühlschränke und Kühlschränke sowie an der Ableitung von Wärme und der Energieeinsparung durch die Nutzung überschüssiger Wärme an anderer Stelle in Anlagen. In diesem Artikel werden die Vor- und Nachteile sowohl von Luftkühlung als auch und insbesondere von wasserbasierter Kühlung erläutert – einer Kühlmethode, die potenziell einen nachhaltigeren Ansatz für die Energierückgewinnung, die Arbeitsumgebung und die Lagerbedingungen für temperaturempfindliche Präparate bietet.

Konventionelles System – Luftkühlung

Das Kühlsystem in konventionellen Kühl- und Tiefkühlschränken verwendet typischerweise Lüfter, die die Übertragung der Wärmeenergie aus dem Kondensator an die Umgebungsluft erleichtern. Dies ist eine herkömmliche und sichere Art der Kühlung von Komponenten.

Abbildung 1 zeigt ein herkömmliches Kühlsystem, bei dem die Umgebungsluft den Kondensator und den Kompressor kühlt. Die erwärmte Luft strömt in die Umgebung

Die Umgebungsluft wird durch das System geführt (siehe Abbildung 1), wodurch die Wärme abgeleitet und an die Umgebung übertragen wird. Diese Lösung ist ein einfaches, flexibles und in sich geschlossenes Plug-and-Play-System, das sofort in Betrieb genommen und an andere Standorte gebracht werden kann.

Abbildung 2: Herkömmliches Kühlprinzip

Diese theoretische Darstellung zeigt das Prinzip der herkömmlichen Kühlung; dem Gerät wird elektrische Energie zugeführt, um das Kühlsystem mit Strom zu versorgen. Das Kühlsystem wandelt im Inneren des Kompressors elektrische in mechanische Energie um und gibt dabei Energie aus dem Inneren des Kühl- oder Tiefkühlschranks an die Umgebungsluft ab, wodurch das Innere abgekühlt und Wärme an die Umgebung abgeführt wird. Da Wärme das Hauptnebenprodukt beim Betrieb ist, wirkt sich ein Kühl- oder Tiefkühlschrank auf die Raumtemperatur aus.

Die Abbildung oben ist ein isoliertes Beispiel, da andere Faktoren wie Raumgröße, Türen, Fenster, Sonnenlicht, Lüftungsanlage, andere elektrische Geräte usw. ebenfalls die Umgebungsbedingungen beeinflussen.

Vorteile der Luftkühlung

Einfaches, flexibles Plug-and-Play-System
Wartungsfreundlich
Gute eigenständige Lösung

Nachteile der Luftkühlung

Wärmeabgabe an den Lagerraum
Geräuschentwicklung
Wenn sich mehrere Geräte in einem Raum befinden, erhöht sich die Wahrscheinlichkeit negativer Auswirkungen auf die Arbeitsbedingungen infolge des Anstiegs der Umgebungstemperatur.

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Wasserkühlung zur Senkung der Umgebungstemperatur

Ein wassergekühltes Kühlsystem eignet sich besonders gut für einen Lagerbereich mit mehreren Kühl- und Tiefkühlschränken, da die Lösung mehrere Vorteile aufweist. Neben dem unmittelbaren Effekt verbesserter Arbeitsbedingungen durch niedrigere Temperaturen in den Arbeitsbereichen wirkt sich die Lösung auch positiv auf den Betrieb der Geräte selbst aus, da die zusätzliche Energie (Wärme) aus dem Raum abgeführt wird, wodurch die Geräte entlastet werden. Der große Vorteil beim Abführen überschüssiger Wärme an einen anderen Ort in der Anlage besteht darin, dass Energie gespart und die Temperatur gesenkt werden kann.

Abbildung 3: Vorderansicht des Kompressorraums. Der Wärmetauscher ist an der rechten Seite angebracht. Zwischen dem Kompressor und dem elektrischen Klemmkasten befindet sich ausreichend Platz für Rohre, Schläuche usw.

In der Praxis bedeutet Wasserkühlung, dass der luftgekühlte Kondensator durch einen wassergekühlten Kondensator und ein Einlassventil ersetzt wird. Der wassergekühlte Kondensator erfordert einen Anschluss an ein Prozesswassersystem, das die Wärmeübertragung auf das Wasser ermöglicht. Die Wärme wird dann aus dem Raum abgeführt und an anderer Stelle verwendet.

Abbildung 4: In Wärmeenergie umgewandelte elektrische Energie wird im Wasser absorbiert und aus dem Lagerraum geführt.

Abbildung 5 stellt das Prozesswassersystem zur Kühlung des Kondensators dar. Anstatt die gesamte überschüssige Wärme an die Umgebung abzugeben, absorbiert das Kühlwasser die Wärme und die Energie aus dem Kältemittel. 90 % der überschüssigen Wärme werden aus dem Lagerraum abgeführt, sodass die Wärme an anderer Stelle im Gebäude wiederverwendet werden kann. Das bedeutet, dass durch die Abführung der akkumulierten Energie (Wärme) aus dem Kondensator/Gerät die Wärmeabgabe im Lagerraum auf ein absolutes Minimum reduziert wird und 90 % der überschüssigen Wärme zurückgewonnen und für andere Zwecke verwendet werden können, z. B.:

Warmwasser
Fußbodenheizung
Raumheizung allgemein

Die Rückgewinnung von akkumulierter Energie für Heizanwendungen stellt ein enormes Energieeinsparpotenzial dar. Glücklicherweise legen Industrie und Regierungen großen Wert auf Energieeinsparungen und die Minimierung der Erderwärmung, und immer mehr Kunden bitten um Beratung zur Energieoptimierung. Die Investition in ein Wasserkühlsystem zur Wärmerückgewinnung kann kurzfristig zwar erheblich ausfallen, allerdings erzeugen alle elektrischen Geräte überschüssige Wärme, die zurückgewonnen und an anderer Stelle genutzt werden kann, was langfristig Energie und Geld spart.

Vorteile eines wasserbasierten Kühlsystems

Bessere Arbeitsbedingungen für Mitarbeiter
90 % der überschüssigen Wärme können für andere Heizanwendungen im Gebäude verwendet werden
Energie- und Budgeteinsparungen
Möglichkeit, mehrere Geräte in beengten Räumlichkeiten mit geringen Auswirkungen auf die Umgebungstemperatur unterzubringen
Besserer Betrieb der Geräte durch optimale Betriebsbedingungen
Keine Notwendigkeit eines speziellen HLK-Systems

Voraussetzungen: Wassergekühltes Kühlsystem

Ein wassergekühltes Kühlsystem benötigt eine Wasserversorgung, Rohrleitungen und einen Anschluss an das gesamte Prozesswassersystem.

Viele Krankenhäuser, Labore und Fabriken verfügen bereits über solche Systeme. Wichtig sind daher lediglich die optimale Größenbestimmung und Anbindung unserer Geräte. Gerne beraten wir Sie zu Ihrer konkreten Lösung. Fragen Sie uns, und wir helfen Ihnen weiter.

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