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Grundlagen Freikühler

Ein Freikühler funktioniert nach dem Konvektionsprinzip. Dabei wird dem zu kühlenden Medium mittels Umgebungsluft Wärme entzogen. Um diesen Vorgang möglichst effektiv zu gestalten, strömt das Wasser dabei durch einen Lamellenwärmetauscher.

Durch die große Kontaktfläche (Lamellen) und die lange Aufenthaltszeit der Wasserteilchen im kühlenden Bereich wird erreicht, dass möglichst viel Wasser möglichst viel Wärme abgibt. Weiterhin haben solche Freikühler einen Ventilator, welcher einen hohen Luftdurchsatz erzeugt, damit genügend Wärme abtransportiert werden kann. Da die Kühlung durch Umgebungsluft erfolgt kann nur eine Vorlauftemperatur knapp über dieser erreicht werden (Umgebungstemperatur plus ca. 3°C). Abhilfe kann hier die adiabatische Besprühung schaffen. Dabei wird beim Lufteintritt im Bedarfsfall (i.d.R. bei zu hoher Austrittstemperatur des zu kühlenden Mediums) eine gewisse Menge Wasser zerstäubt. Aufgrund der feinen Tropfen verdunstet das Wasser, noch bevor es mit dem Luftstrom in das Lamellenpaket gelangt. Beim Übergang vom flüssigen Aggregatzustand in den gasförmigen entzieht das Wasser der Umgebungsluft überproportional viel Energie und somit Wärme. Damit kann die Vorlauftemperatur auf Umgebungstemperatur gesenkt werden.

Adiabatische Besprühung

Um die Leistung eines Luft-Wasser-Kühlers zu erhöhen, kann dieser mit einer adiabatischen Besprüheinrichtung ausgestattet werden. Dabei wird beim Lufteintritt im Bedarfsfall (i.d.R. bei zu hoher Austrittstemperatur des zu kühlenden Mediums) eine gewisse Menge Wasser zerstäubt. Aufgrund der feinen Tropfen verdunstet das Wasser, noch bevor es mit dem Luftstrom in das Lamellenpaket gelangt. Bei korrekter Funktion bleibt das Lamellenpaket also trocken.

Selbstentleerende Kühler

Bei selbstentleerenden Kühlern sind die Rohre des Wärmetauscherblockes mit Gefälle verlegt. Damit der Kühler leerläuft, müssen auf der Anlagenseite geeignete Be-/Entlüftungsmöglichkeiten vorhanden sein, damit das Kühlmedium frei abfließen kann. Wird nun die hydraulische Versorgung abgeschaltet, läuft das Kühlmedium restlos aus dem Kühler. Zur Verwendung kommt dies vor allem, wenn kein Frostschutzzusatz im Kühlmedium sein darf und aufwendige Entleerungsmaßnahmen im Winter (z.B. bei Anlagenstillstand übers Wochenende) vermieden werden sollen.

Vergleichstabelle

Art der KühlungKältemaschineKühlturmFreikühler
theoretisch erreichbare Vorlauftemperaturunter -10°CFeuchtkugeltemperatur
+3°C
Außentemperatur
+ 3°C
Vorlauftemperatur unter ungünstigen Umständenca -10°C23°Cje nach Wetter meist
35°C
Kreislaufgeschlossenoffengeschlossen
verbrauchtes MediumStromWasser (+ Aufbereitung)Strom
Abhängig von Umgebungstemperaturneinmittelstark
Betriebskostenhochmittelgering
Vorteileniedrigste erreichbare Vorlauftemperaturgeringe Stromkostensehr geringe Betriebskosten
 von Außentemperatur unabhängigerreichbare Vorlauftemperatur meist ausreichendkein Frischwasser, welches aufbereitet werden muss
   keine Überwachung der Wasserqualität notwendig
Nachteilesehr hohe StromkostenWasserverbrauchhohe Vorlauftemperatur
  ständige Überwachung und Konditionierung des Kühlturmkreislaufs