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Gute-Praxis-Beispiel: Wasser als Kältemittel

17. März 2021

In der Regel werden in Kältemaschinen umweltschädliche Kältemittel als Arbeitsmedium verwendet. Diese befinden sich überall dort, wo Klimaanlagen, Kühlschränke, Kaltwasseranlagen und Wärmepumpen zum Einsatz kommen. Sie sind wegen ihrer hohen Umweltbelastung weltweit reguliert. Neue Kältemittel (Low-GWP) weisen zwar eine geringere CO2-Belastung aus, sind jedoch mit ihren Zersetzungsprodukten in der Umgebungsluft und im Grundwasser nachteilig messbar. Die Efficient Energy GmbH hat die Bluezero®-Technologie entwickelt und ermöglicht mit der Kältemaschine eChiller eine Kühlung mit reinem Wasser als Arbeitsmedium.

Wie funktioniert das Prinzip?

Das Grundprinzip entspricht dem herkömmlicher Kälteanlagen und Kühlschränken. Hier wird das Kältemedium verdampft. Dabei entzieht es seiner Umgebung die hierfür benötigte Wärmeenergie. Um dieses Prinzip auch mit Wasser als Kältemedium nutzen zu können, muss zunächst ein Unterdruck erzeugt werden, da Wasser bei normalem Umgebungsdruck von 1013 mbar erst bei 100 °C verdampft. Dies würde einen hohen Energiebedarf erfordern. Bei einem absoluten Druck von 16 mbar (Unterdruck) dagegen, verdampft Wasser bereits bei einer Temperatur von 14 °C. Der Unterdruck wird durch einen Turbokompressor erzeugt wie er ähnlich auch im Auto eingesetzt wird. Die für die Verdampfung benötigte Wärme entnimmt der eChiller aus einem Kaltwassernetz des Gebäudes oder aus einem Industrie-Prozess und kühlt diesen somit ab.

Effizient ist die Nutzung von Wasser, weil es für den Verdampfungsvorgang die besten Eigenschaften bietet: Wasser hat die größte Verdampfungswärme (Wärmekapazität) aller Kältemittel. Neue Technologien wie die Bluezero®-Technologie machen es möglich, den notwendigen hohen Unterdruck zu erzeugen und mit einer stufenlosen Leistungsregulierung Kaltwassertemperaturen ohne Temperaturschwankungen bereitzustellen. Diese Kaltwassertemperatur wird zur Gebäudekühlung, in Industrieprozessen und bei der Kühlung von Rechenzentren genutzt.

Was wird gespart?

Für den eChiller bietet sich bei unseren mitteleuropäischen Temperaturverläufen die freie Kühlung über einen Wärmetauscher an. D.h. bei geringen Außentemperaturen werden die Verdichter komplett abgeschaltet und gekühlt wird ohne Verdampfung über die Zirkulation des Wassers. Lediglich Energie zum Betrieb der Ventilatoren am Wärmetauscher wird benötigt. Anders als bei herkömmlichen Kältesystemen mit „Free Cooling“ setzt die interne passive Kühlung bei diesem System bereits bei minimal niedrigeren Außentemperaturen ein als die Kaltwassereintrittstemperatur. Durch die Verbindung von freier Kühlung mit der Verdichterarbeit erreicht der eChiller Wirkungsgrade, die gemittelt über ein ganzes Jahr über 20 % liegen können. Gegenüber konventionellen Anlagen können so 50 % und gegenüber Altanlagen teilweise bis zu 80 % elektrischer Energie eingespart werden (nach Herstellerangaben). Darüber hinaus entfallen das Nachfüllen, Lagern, Überwachen und Entsorgen der konventionellen Kältemittel.

Weiterführende Literatur:
Deutsche Umwelthilfe: Hintergrund zur TFA-Belastung
DGNB-Report zu Kältemitteln

Weitere Gute-Praxis-Beispiele finden Sie hier.

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