Im Fokus: Adiabate Kühlung

Steigender Bedarf, Umweltverschmutzung und ganz besonders der Klimawandel tragen in vielen Regionen der Welt zu Wassermangel bei. Das erhöht den Druck auf Unternehmen, sowohl durch Vorschriften als auch ethisch, alles in ihrer Macht Stehende zu tun, um ihren Wasserverbrauch einzuschränken. Doch es besteht auch eine finanzielle Notwendigkeit: Das Gesetz von Angebot und Nachfrage gilt ebenso für die wertvollste Ressource der Erde, denn für viele Akteure steigen die Wasserpreise.

Auch bei der Energie gibt es wichtige Gründe für eine Senkung des Verbrauchs. Zwar versuchen Länder weltweit, auf dem Weg zu Netto-Null-Emissionen auf erneuerbare Quellen zur Energieerzeugung umzusteigen, doch nur eine Handvoll kann sich gegenwärtig allein auf die Erneuerbaren verlassen. Fossile Brennstoffe wie Kohle, Öl und Erdgas decken nach wie vor rund 80% des weltweiten Energiebedarfs und sind für mehr als 75% aller Treibhausgasemissionen verantwortlich. Zudem haben die jüngsten geopolitischen Ereignisse die Energiepreise deutlich steigen lassen, was viele Staaten trifft. Sogar Regionen wie Brasilien, die sich in hohem Maße auf Wasserkraft stützen, haben als Folge von Wasserknappheit Preissteigerungen erlebt. Es ist sehr wahrscheinlich, dass in den kommenden Jahren der Druck sowohl auf die Wasser- als auch die Energieressourcen hoch bleiben wird.

Die Technologie

Konventionelle Kühlturm- und Verdunstungssysteme verbrauchen große Wassermengen. Ein adiabates Kühlsystem läuft hingegen die meiste Zeit als trockenes Rückkühlsystem und verbraucht nur dann Wasser, wenn die Umgebungstemperaturen oder die Anforderungen an die Kühlanlage insgesamt besonders hoch sind.

Güntner ist seit mehr als drei Jahrzehnten Anbieter adiabater Technologie. Ein adiabatisches Kühlsystem mit „hydroBLU“-Technologie beinhaltet Wärmeübertrager- und Regelungstechnik auf dem neuesten Stand, mit der sich der Wasserverbrauch gegenüber einem herkömmlichen System mit Wasserkühlung um 90% senken lässt. Die Geräte sind in einem breiten Leistungsspektrum von 40 kW bis über 2.500 kW erhältlich. „hydroBLU“ läuft bei Bedarf im Nass- und ansonsten im Trockenbetrieb und kombiniert dabei die Zuverlässigkeit und den Bedienkomfort eines Rückkühlers/Verflüssigers mit einer Systemeffizienz, die typischerweise mit wassergekühlten Wärmeübertragern assoziiert wird.

„Am bedeutendsten ist, dass wir dies als ein Gesamtsystem entwickelt haben“, sagt Herbert Schupfer, Leiter Future Solutions bei Güntner. „Wir haben nicht einfach nur Benetzungsmatten angebracht und angefangen, Wasser zu sprühen, wie das bei vielen frühen Lösungen der Fall war. Unser GHM Controller verfügt über einen patentierten Algorithmus, mit dem die eingesetzte Wassermenge optimiert wird, wobei Umgebungsdaten wie Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit ebenso berücksichtigt werden wie die verfügbare Wassermenge und wie viel davon verdunsten kann. Anschließend liegt es an den Kunden zu entscheiden, wie viel Wasser verbraucht oder wie viel Leistung gewonnen oder Energie eingespart werden soll.“

Die Fachleute von Güntner konfigurieren das Kühlsystem speziell auf die jeweiligen Präferenzen der Kunden in Bezug auf die Optimierung von Wasser- oder Energieverbrauch und berücksichtigen dabei auch die langjährigen Wetterdaten am Aufstellort. Sobald das System in Betrieb ist, überwacht die eingebaute Steuerung kontinuierlich sämtliche signifikanten Parameter und passt den Betriebsmodus automatisch an die herrschenden Anforderungen an. So wird sichergestellt, dass die Betriebskosten niedrig gehalten und die einzelnen Geräte optimiert werden.

Das Unternehmen hat seine „hydroBLU“-Technologie vor kurzem weiterentwickelt und neue, dickere Befeuchtungsmatten eingeführt, die die Effizienz des adiabaten Prozesses erhöhen. Das Befeuchtungssystem wurde ebenfalls überarbeitet, sodass sämtliche Bauteile noch einfacher zu erreichen sind, wodurch die Aufstellung und Instandhaltung erleichtert wird. An einem Standort im kalifornischen Montague (USA) evaluierte Güntner den jährlichen Energie- und Wasserverbrauch mit „hydroBLU“ im Vergleich zu einem herkömmlichen Gerät mit Verdunstungskühlung. Das Gerät mit „hydroBLU“ brachte jährliche Einsparungen bei den kombinierten Energie- und Wasserkosten von 45% und senkte den Wasserverbrauch um 80%: Verbrauchte der Verdunstungskühler im Jahr schwindelerregende 4,9 Mio. l Wasser, so waren es beim Rückkühler rund 984.000 l.

Neben der Reduzierung des Wasser- und Energieverbrauchs bietet die Nutzung der adiabaten Technologie von Güntner weitere Vorteile: Die Instandhaltungsanforderungen sind gering, weil keine Wasseraufbereitung oder Chemikalien erforderlich sind. Auch die Gefahr eines bakteriellen Befalls wird minimiert, da es weder zu Aerosolbildung noch zu Wasseransammlungen kommt. Der Wärmeübertragerblock bleibt vollkommen trocken, Ablagerungen an den Lamellen werden so vermieden.

Retrofitting

In Europa bietet Güntner einen Service zur nachträglichen Montage an, bei dem „hydroBLU“ in vorhandene Kälte- und Kühlsysteme eingebaut wird. „Es ist unkompliziert, dauert nur wenige Tage, und die vorhandene Anlage kann während der Installation weiterlaufen“, so Marco Baumann, Service-Leiter bei Güntner. „Wir können im Voraus berechnen, wie die Vorteile aussehen werden und wie lange es dauern wird, bis sich die Investition der Kunden rentiert.”

Dabei ist der nachträgliche Einbau nicht nur eine Möglichkeit, beim eigenen Wasser- und Energieverbrauch zu sparen, sondern lässt sich auch als Risikomanagementstrategie einsetzen. Steigen die weltweiten Temperaturen weiter wie vorhergesagt, können Anlagen, die vor fünf oder zehn Jahren geplant wurden, möglicherweise schon bald nicht mehr die Leistung bieten, um Spitzenlasten zu bewältigen. Das Retrofitting mit „hydroBLU“ bietet hier eine preisgünstige Möglichkeit, eine Anlage zukunftssicher zu machen.

Eine der führenden europäischen Supermarktketten hat diesen Weg bereits beschritten: Als es in einer der Filialen in Frankreich während mehrerer Hitzewellen im Jahr 2021 zu Schwierigkeiten mit der Kühlanlage kam, löste man das Problem durch eine Nachrüstung mit „hydroBLU“. Beeindruckt vom Ergebnis rüstete das Unternehmen daraufhin viele weitere Standorte in Frankreich, Ungarn, Deutschland und Zypern nach. Nachdem sie sich von den Vorteilen eines adiabaten Systems selbst überzeugen konnte, installiert die Kette für neue Projekte oder Umbauten in warmen Regionen „hy­droBLU“ als Standard.

Das Retrofitting mit diesem System kann auch dann eine praktische, kostengünstige Lösung sein, wenn die Vorschriften des jeweiligen Landes eine Senkung des Energieverbrauchs fordern. „Es gab kürzlich gesetzliche Änderungen in Frankreich, die Unternehmen dazu verpflichten, die Gesamtenergieeffizienz ihrer Gebäude zu verbessern“, so Schupfer. „Viele Unternehmen hatten bereits aus finanziellen und Nachhaltigkeitsgründen Energiesparmaßnahmen eingeführt und suchten daher nun nach einer Möglichkeit, weitere Einsparungen vornehmen zu können. Das Retrofitting bot ihnen eine nichtinvasive und relativ preisgünstige Lösung.”

Adiabatik in der Praxis

Adiabate Systeme können in einer Vielfalt von Branchen genutzt werden, insbesondere in der Klimatisierung, Prozesskühlung, Kältetechnik sowie Anwendungen für Rechenzentren. Nachfolgend einige Beispiele:

Klimatisierung, USA

Als sich ein amerikanischer Discounter entschloss, die Klimatisierung in seinen 24 US-weiten Distributionszentren zu erneuern, war die Senkung des Wasserverbrauchs ein entscheidender Faktor. Daher entschied sich das Unternehmen für den Einsatz von High Density Ammoniak-Verflüssigern mit „hydroBLU“. „Der Kunde erkannte, dass er seinen Wasserverbrauch gegenüber herkömmlichen Kühltürmen um 60-90% senken konnte“, sagt Neil Boucher, Vertriebsleiter national für Güntner in den USA. „Wir sprechen von Millionen und Abermillionen eingesparten Litern Wasser.”

Prozesskälte, Mexiko

Einer der führenden Hersteller von Haushaltsgeräten in Mexiko stand vor der Aufgabe, landesweit den Wasserverbrauch seiner Fertigungsstätten zu reduzieren und entschied sich für V-shape VARIO Rückkühler mit „hydroBLU“ von Güntner als optimale Lösung für das Kühlsystem seiner Kompressorräume. Ausschlaggebend waren die einfache Aufstellung, die Geräteleistung und die Vielfalt an Konfigurationen.

Rechenzentrum, China

In Zhangjiakou in Nordchina kommt in einem Rechenzentrum für eines der größten chinesischen E-Commerce-Unternehmen eine neue Technologie zum Einsatz, die in letzter Zeit in der Branche auf dem Vormarsch ist – die Immersionskühlung. Dabei werden die Server hermetisch von einer besonderen, nicht-leitfähigen Flüssigkeit eingeschlossen, die verdampft und anschließend an einer Kühlschlange an der Decke der Kammer wieder kondensiert. Die Ableitung der Wärme erfolgt durch vier V-shape VARIO Rückkühler mit „hydroBLU“ an der Außenseite des Gebäudes. Mit diesem System spart das Rechenzentrum etwa 95% der Kühlenergie und 80% der Kosten für die Kühlung gegenüber Rechenzentren mit herkömmlichen Kühlsystemen ein.

Rechenzentrum, USA

Das Schürfen von Kryptowährungen verbraucht gewaltige Energiemengen, sodass Unternehmen dorthin abwandern, wo die Kosten am geringsten sind. Für eines dieser Unternehmen bedeutete das einen entlegenen Standort in Texas – doch Wasser war dort nicht in großen Mengen verfügbar. Das Unternehmen entschied sich ebenfalls für eine adiabatische Lösung aus 40 V-shape VARIO Rückkühlern mit „hydroBLU“ von Güntner, die den Betrieb mit maximaler Effizienz bei minimalem Wasserverbrauch ermöglichen.

Adiabatik und natürliche ­Kältemittel

Güntner setzt sich bereits seit langer Zeit für den Einsatz natürlicher Kältemittel ein, insbesondere von Kohlendioxid, Ammoniak und Kohlenwasserstoffen. Die adiabate Kühlung hat Vorteile für alle Systeme, die natürliche Kältemittel nutzen, doch ganz besonders ermöglicht sie den effizienteren Betrieb von CO₂-Systemen im transkritischen Modus in warmen und heißen Klimazonen. Auch hierzu einige Anwendungsbeispiele:

Großmarkt, China – CO₂

Die deutsche Großhandelskette Metro plant in den weltweiten Filialen bis 2030 den Einsatz natürlicher Kältemittel, wo dies wirtschaftlich machbar ist. Dazu gehört auch Chinas erste transkritische CO₂-Anlage im Pekinger Markt des Unternehmens. Die Höchsttemperaturen in der Stadt können im Sommer bis zu 40°C erreichen, doch dank eines V-shape VARIO Gaskühlers mit „hy­droBLU“ ist die Temperatur der Luft, die den Lamellenblock erreicht, erheblich niedriger und verbessert den COP um bis zu 50%.

Eishalle, China – CO₂

Erklärtes Ziel der Olympischen und Paralympischen Winterspiele 2022 in China war es, das Großereignis so umweltverträglich wie möglich zu gestalten. Dazu wird die 12.000 m² große Eisfläche der neuen Nationalen Eisschnelllaufhalle in Peking, auch als „Ice Ribbon“ bekannt, mithilfe eines transkritischen CO₂-Kühlsystems auf konstanter Temperatur gehalten. Für dieses größte CO₂-Projekt in China lieferte Güntner sechs große adiabatische Gaskühler vom Typ V-Shape VARIO.

Distributionszentrum, Mexiko – CO₂

Der Betrieb der größten transkritischen CO₂-Kälteanlage in Mexiko wird von zwei adiabatischen V-shape VARIO Gaskühlern unterstützt. Für ein Distributionszentrum in Mexico City mit Kühllagerflächen und Bereichen für die Lebensmittelverarbeitung wurde ein System benötigt, das einen niedrigen Wasserverbrauch mit einem natürlichen Kältemittel mit geringem Treibhauspotenzial kombinierte – und mit maximaler Effizienz.

Industriekälte, Mexiko – Ammoniak

Wasserknappheit ist in Mexico City ein häufiges Problem: Der gewaltige Grundwasserleiter, der die Stadtbevölkerung versorgt, wird schneller entleert, als er sich wieder auffüllen kann. Als der lokale Infrastrukturlösungsanbieter Arcosa eine neue Kühllager- und Schnellgefrieranlage für eine der führenden mexikanischen Fast-Food-Ketten plante, entschied man sich ebenfalls für einen Güntner-Verflüssiger mit „hydroBLU“ in einem integrierten Kühlsystem. Als Kältemittel dient Ammoniak, das sowohl für die alte als auch die neue Anlage genutzt werden konnte und Wasser- und Stromkosten spart.

Fleischverarbeitung, USA – Ammoniak

Ein Fleischverarbeiter in den USA war daran interessiert, nicht nur die Geschmacksansprüche seiner Kunden zu erfüllen, sondern auch die höchsten Qualitäts- und Sicherheitsstandards in der Branche. Das Unternehmen entschied sich für ein Ammoniaksystem mit geringer Füllmenge in Kombination mit V-shape VARIO Verflüssigern. So sanken nicht nur die Betriebskosten, auch die Instandhaltung wurde vereinfacht.