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14. Dezember 2016 Autor: Dr. Jürgen Süß/Dr. Manfred Stahl

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Grundlagen: So funktioniert Wasser als Kältemittel

Die Technik, Wasser als Kältemittel in kompakten Wasserkühlsätzen zu verwenden, ist schon alt. Sie ist aber technisch aufwändig und wird daher bis heute kaum umgesetzt. Bis auf wenige Installationen, meist mit sehr großen Kälteleistungen, hat die Technik „Wasser als Kältemittel“ im Vergleich zum Betrieb von Wasserkühlsätzen mit synthetischen (R134a, R410A, R407C) und natürlichen Kältemitteln (Ammoniak, Propan, Butan, CO2) bislang keine Marktbedeutung. Daher werden die Grundlagen zur Nutzung von Wasser als Kältemittel (Funktionen, Leistungen) nachfolgend anhand des Systems „eChiller“ beschrieben, das seit einigen Jahren in kleinen Stückzahlen kommerziell angeboten wird.

Der "eChiller" (Abbildung 1) arbeitet auf Basis der Direktverdampfung von Wasser in einem vakuumdichten System und einem geschlossenen Kreislauf, der über Plattenwärmeübertrager hydraulisch vom externen Kalt- und Kühlwasserkreis getrennt ist. Diese standardisierten Wasserkühlsätze werden mit Nennkälteleistungen von 35 kW angeboten.

Abbildung 1: Ansicht des eChillers mit den beiden Kältemodulen (silberne Zylinder) und der Hydraulik Abbildung 1: Ansicht des eChillers mit den beiden Kältemodulen (silberne Zylinder) und der Hydraulik
Die Verwendung von Wasser als Kältemittel beruht auf der Umsetzung des thermodynamischen Kreisprozesses im Nahezu-Vakuum. Im Gegensatz zu herkömmlichen Wasserkühlsätzen wird dabei das Kältemittel Wasser nicht durch Wärmeeintrag, sondern durch Absenken des Systemdrucks auf Sattdampfdruckniveau zum Verdampfen gebracht. Wird im Verdampfer der Druck beispielsweise auf 26,5 mbar abgesenkt, verdampft das Wasser bereits bei 22 °C (17 mbar = 15 °C; Verluste nicht berücksichtigt).

Der eChiller benötigt keine synthetischen Kältemittel, kommt ohne Öle und Fette im System aus und soll laut Hersteller – auch aufgrund einer optimierten Nutzung der freien Kühlung (Abgabe der Wärme an die kühlere Außenluft) – deutlich höhere Wirkungsgrade und Arbeitszahlen als herkömmliche Systeme aufweisen. Eine Kernkomponente der eChiller ist der von der Efficient Energy entwickelte Turboverdichter für Wasserdampf.

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