Ein echter Kalt„wasser“satz
Der „eChiller“ ist weltweit der erste großserientaugliche Kaltwassersatz, der mit der Direktverdampfung von Wasser in einem vakuumdichten System und einem geschlossenen Kreislauf arbeitet. Nach Angaben des Herstellers efficient energy (www.efficient-energy.de) kann mit dem System je nach Anwendung bis zu 50 % Strom gespart werden. Durch die Verwendung von Wasser als Kältemittel entfällt das Handling mit konventionellen fluorhaltigen Kältemitteln. Die Anforderungen aus der F-Gase-Verordnung sind somit kein Thema. Der „eChiller“ kann in Kombination mit allen bekannten Rückkühlsystemen betrieben werden – etwa in Rechenzentren, der Prozesskühlung, der Lebensmittelkühlung und der Gebäudekühlung. Kurz: Überall, wo Kälte über 0 °C gebraucht wird. Bei geänderter Anforderung können die Anlagen auch als Wärmepumpen zur Erzeugung von Wärme betrieben werden.
Die Technik
Das Prinzip der Technologie basiert auf der Direktverdampfung, Verdichtung, Kondensation und Entspannung von Wasser bzw. Wasserdampf in einer geschlossenen Einheit. Der Prozess findet anforderungsbezogen statt im Vakuum bei niedrigen Drücken zwischen 10 und 100 mbar und damit in einem Temperaturbereich von 5 bis 50 °C. Für die Verdichtung sorgt ein eigens entwickeltes Verdichtersystem – der ct-turbo – das aus einer hochfesten Microturbine und einer besonders effizienten Antriebseinheit aus Motor und Elektronik besteht. Damit werden Drehzahlen von bis zu 100 000 U / min realisiert. Außerdem werden keinerlei umweltschädliche Schmiermittel eingesetzt.
Neu entwickelte Komponenten für Wasser als Kältemittel
Wasser als Kältemittel unterscheidet sich so grundsätzlich von konventionell eingesetzten Stoffen, dass sämtliche Maschinen-Komponenten des „eChiller“ neu entwickelt werden mussten, um den hohen Anforderungen, besonders an die Energie-Effizienz, gerecht zu werden. Herzstücke sind der effiziente, elektronisch geregelte Turboverdichter und die neuartigen Verdampfer und Verflüssiger.
Integrationskonzept der Komponenten
Die Prozesskomponenten sind so kompakt ausgeführt und aufeinander abgestimmt, dass sie auf kleinstem Raum in einem hermetischen Modul integriert werden konnten. Durch dieses Integrationskonzept ist es gelungen, die bisher bei der Verwendung von Wasser als Kältemittel auftretenden Verluste vernachlässigbar werden zu lassen.
Eine kompakte Bauweise weisen besonders Verflüssiger und Verdampfer des „eChiller“ auf, da sie eine sehr hohe Wärmestromdichte haben. Zudem kommen sie ohne Mediumtrennung aus: Im Verdampfer ist das Kältemittel gleichzeitig das Kühlmedium und im Verflüssiger entspricht das Kältemittel dem Wärmeabfuhrmedium. Dadurch werden die Temperaturdifferenzen zwischen Verdampfungs- und Kaltwassertemperatur einerseits und zwischen Verflüssigungs- und Wärmeabfuhrtemperatur andererseits vernachlässigbar, wodurch die Wärmeübertragungsverluste marginal werden. Auch die kompakte Konstruktion des Ansaugkanals ist Teil des neuartigen Integrationskonzept: Sie leitet das Sauggas überhitzungs- und fast druckverlustfrei zum Verdichter. Und selbst beim Ein- und Austritt des Gases in den Verdichter treten keine Druckverluste auf, wodurch der Verdichtungsprozess optimal an die Prozessdrücke angepasst ist.
Bedarfsgerechte Regelung der Kälteleistung
Die Kälteleistung des „eChiller“ stellt sich stufenlos von 0 bis 100 % ein und ist damit an den jeweils bestehenden Kältebedarf exakt angepasst. So erzeugt der Kaltwassersatz selbstständig und reaktionsschnell immer leistungs- und temperaturgenau die Kälte, die dem Kundenbedarf entspricht. Dies ist im Wesentlichen durch den Einsatz von stufenlos drehzahlgeregelten ölfreien Verdichtern möglich.
Intelligente Anlagenschaltung
Der zu erbringende Temperaturhub einer Kälteanlage ändert sich mit den wechselnden Außentemperaturen am Standort. Die intelligente Schaltung des „eChiller“ geht hier neue Wege: Bei sinkenden Außentemperaturen ist sie in der Lage, von zweistufiger zur einstufigen Betriebsweise übergangslos zu modulieren. Minimale Verflüssigungsdrücke müssen nicht eingehalten werden.
Bei Außentemperaturen geringfügig unterhalb der gewünschten Kaltwasservorlauftemperatur arbeitet das System im einstufigen Betriebsmodus der partiellen Freien Kühlung: Die Turboverdichter laufen nur noch mit signifikant abgesenkter Drehzahl, der Energieverbrauch fällt deutlich ab. Bei weiter sinkenden Außentemperaturen schaltet auch die erste Verdichterstufe vollständig ab. Der „eChiller“ liefert die nominale Kälteleistung im reinen Pumpenbetrieb, wodurch sich eine maximal mögliche Stromersparnis ergibt. Der COP-Wert steigt auf 75 und darüber.
Auch die Umschaltung von mechanischer zur Freien Kühlung und zurück in den Kompressionsbetrieb erfolgt gleitend und ohne jegliche Leistungssprünge und Temperaturschwankungen gegenüber eingestellten Sollwerten. Die Freikühlfunktion erfolgt in Ausnutzung der serienmäßigen Funktionselemente der mechanischen Kühlung. Ein separater, normalerweise erforderlicher Freikühlkreislauf mit zusätzlichen Wärmetauschern entfällt, die hydraulische Verschaltung bleibt einfach, der Wirkungsgrad wird weiter gesteigert.
