Prozesskühlung in der Industrie: Einsatz und Lösungen

Bei der Prozesskühlung geht es darum, Wärme von Maschinen und Anlagen abzuführen. Auch das Einstellen optimaler Reaktionstemperaturen und das Temperieren von Produkten sind Aufgaben, die sich mit Prozesskälte bewältigen lassen. Fällt die eigene Technik aus, planen Sie Umbauarbeiten oder sind Lastspitzen abzufedern? Dann können Sie die Technik zur Prozesskühlung mieten.

Doch welche Anlagen sind dazu nötig und wie hilft Mietkälte dabei, die Prozesskühlung unter allen Umständen sicherzustellen? Wir geben Antworten!

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Aufgaben und Einsatzbereiche der Prozesskühlung

Die Prozesskühlung kommt in nahezu allen Bereichen der Industrie zum Einsatz: Angefangen bei der Lebensmittelherstellung über das Kühlen von Maschinen und Anlagen bis hin zum Betreiben chemischer Reaktionen. Die wichtigsten Aufgaben sind dabei:

• Produktkühlung: Bei der Herstellung von Waren verschiedenster Art geht es um das Halten oder Kühlen im Produktionsprozess. Das ist wichtig, um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen (Bsp.: Lebensmittel, Chemikalien und verschiedene Werkstoffe).
• Maschinen- und Anlagenkühlung: Bei der Produktion von Waren und Produkten entsteht häufig Abwärme, die mit der industriellen Kühlung abzuführen ist (Bsp.: Kunststoffformung, Metallbearbeitung, Lasertechnik etc.).
• Reaktionszubereitung: In der Pharmazie sowie in der Chemietechnik sind vorgegebene Temperaturen zu halten. Die Kühlung ermöglicht das und ist damit Voraussetzung für den optimalen Ablauf der chemischen Reaktionen.

Typische Branchen, in denen die Prozesskühlung zum Einsatz kommt, sind die Chemie- und Pharmaindustrie, die Lebensmittel- und Getränkeproduktion, die Metallverarbeitung und -bearbeitung, die Energieerzeugung und -verteilung sowie der Maschinenbau und die Maschinenproduktion.

Prozesskälte aus Kaltwassersatz und Rückkühler

Realisieren lässt sich die Prozesskühlung in der Regel mit einem Kaltwassersatz. Dieser kühlt das Prozesswasser technisch herunter, welches die Prozesskälte dann zu Anlagen und Reaktionsräumen transportiert. Bekannt sind die technischen Kälteerzeuger unter anderem auch als Chiller oder Wasserkühlsätze.

Rückkühler senken die Kaltwassertemperatur sparsamer

Kühlkreis verteilt Kaltwasser mit Prozesskälte in der Anlage

Das von der Kälteerzeugung heruntergekühlte Kaltwasser strömt anschließend zur Anlage. Hier nimmt es abzuführende Wärme ab, die es anschließend zum Kaltwassersatz und/oder zum Rückkühler transportiert. Diese regenerieren das Medium und sorgen damit für einen funktionierenden Kreislauf. Abhängig von den jeweiligen Temperaturanforderungen lässt sich die Verteilung der Prozesskälte dabei dezentral oder gemeinsam realisieren. Die gemeinsame oder zentrale Prozesskühlung funktioniert dabei wie ein Heizungssystem: Das Kaltwasser strömt in einem Kreislauf zu verschiedenen Punkten, an dem es Wärme aufnimmt. Experten sprechen dabei auch von der Ringkühlung. Sind die individuellen Anforderungen zu unterschiedlich, bieten sich dezentrale Anlagen an. Hierbei versorgt ein Kälteerzeuger nur eine Maschine oder einen Prozess mit Kaltwasser. Die Leistung der Kühlung ist dann deutlich kleiner.

Kaltwassersatz für die Prozesskühlung: Funktion erklärt

Die Kältetechnik für die Prozesskälte in der Industrie besteht aus den vier Hauptkomponenten:

• Verdampfer
• Verdichter
• Verflüssiger
• Expansionsventil

Am ersten Wärmeübertrager (dem Verdampfer) treffen erwärmtes Wasser aus dem angeschlossenen Kühlkreislauf und Kältemittel aufeinander, ohne dass sie sich vermischen. Die vorhandene Wärme geht dabei vom höheren zum niederen Temperaturniveau – also vom Kaltwasser auf das Kältemittel über. Dadurch kühlt sich die Kühlflüssigkeit ab und die Prozesskälte lässt sich in die Anlage transportieren.

Kältemittel als Arbeitsmedium im Kaltwassersatz

Das Kältemittel nimmt thermische Energie auf und verdampft. In einem gasförmigen Aggregatzustand strömt es weiter zum Verdichter. Dieser erhöht mit dem Druck auch die Temperatur, um Wärme an die Umgebung abgeben zu können. Letzteres geschieht am Verflüssiger. Dabei handelt es sich um einen zweiten Wärmeübertrager, an dem thermische Energie an die Umwelt übergeht. Das Kältemittel kühlt sich dabei ab. Es geht wieder in den flüssigen Aggregatzustand über, baut Druck ab und strömt zurück zum Verdampfer. Hier beginnt der Kreislauf von vorn.

Carnot-Prozess ist Grundlage der Prozesskühlung

Ihren Ursprung hat die Prozesskühlung im sogenannten Carnot-Kreisprozess. Dieser wurde bereits in den 1820er-Jahren entdeckt und nach seinem Erfinder, dem französischen Physiker und Ingenieur Nicolas Léonard Sadi Carnot, benannt. Die folgende Abbildung zeigt, wie sich der Prozess im pV-Diagramm darstellen lässt.

Planung & Bau, Wartung und Pflege der Prozesskühlung

Grundlage für die Auslegung der Prozesskühlung ist die Kühllastberechnung nach VDI 2078. VDI steht für den Verein Deutscher Ingenieure als ein technisch-wirtschaftlicher Verein mit Sitz in Düsseldorf. Eine bedarfsorientierte und auch individuelle Planung des Prozesskühlers hat maßgeblichen Einfluss auf den effizienten sowie energiesparenden Betrieb der Kühlanlage.

Die wichtigsten Kennwerte für Planung und Bau:

• Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen
• thermischen Lasten wie die el. Anschlussleitung
• Feuchtelasten durch Stoffströme und Personen
• Gleichzeitigkeit von Kühl- und von Feuchtelast
• Häufigkeit von Temperaturüberschreitungen
• Genauigkeit der Regelung der Prozesskühlung

Voraussetzungen für die Inbetriebnahme der Kühlung

Nach der Auslegung erfolgt die Integration der Kühltechnik in die zukünftige oder bestehende Gebäudearchitektur. Voraussetzung für die Inbetriebnahme sind Dokumente wie:

• Betriebsanleitung des Anlagenherstellers
• Fachunternehmererklärung inklusive aller Prüfnachweise
• Konformitätserklärung gemäß der internationalen Norm ISO/IEC 17000

Wartung und Inspektion: Bei Mietkälte meist integriert

Damit die Prozesskälte während der gesamten Nutzungsdauer sicher und zuverlässig zur Verfügung steht, sind Wartungs- und Inspektionsarbeiten unverzichtbar. Details dazu enthält die Anlagendokumentation. Wenn Sie Anlagen für die Erzeugung von Prozesskälte mieten, bieten Fachunternehmen zusätzlich die Option der Fernüberwachung der Mietkälteanlagen an. Hier sendet das Gerät dauerhaft seinen Betriebsstatus und kann aus der Ferne nachjustiert werden, wenn der Bedarf besteht.

Oberste Priorität hat eine in der Regel einmal jährliche Dichtheitsprüfung. Darüber hinaus sollte der Prozesskühler in regelmäßigem Abstand ein- oder zweiwöchig gesichtet und geprüft werden. Das geschieht ausschließlich durch geschultes Personal. Es erkennt offenkundige Beschädigungen auf Anhieb und sorgt für die Einhaltung von Sollwerten der Kälteanlage. Fehler und sonstige Probleme lassen sich auf diese Weise zuverlässig verhindern.

Prozesskälte mieten: Kühltechnik nach Bedarf leihen

Prozesskälte mieten, sprich das zeitlich begrenzte Benutzen eines mobilen Prozesskühlers, möchten meistens Unternehmen, die mit dem Ausfall der installierten Prozesskühlung konfrontiert sind. Das Problem ist in der Regel groß: Denn die Produktion steht im Havariefall still und Lagerware kann verderben. In beiden Fällen ist der zu erwartende wirtschaftliche Schaden immens. Um das zu verhindern, muss die Kühltechnik nach einem Defekt schnell wieder anlaufen.

Mietkälte als Lösung bei Havarien, Bauarbeiten und Spitzenlasten

Die Lösung ist ein mobiler Prozesskühler, der mit leistungsstarken Pumpen auf einem Maschinenrahmen verrohrt und fest installiert ist. Die sogenannte Mietkälte erspart Bestellzeiten und Lieferzeiten. Die Pumpen müssen lediglich auf die spezifischen Anforderungen des Mietkunden hin nachjustiert werden.

Doch Mietkälte ist nicht unbedingt eine Notlösung, sie kann durchaus auch eine Dauerlösung sein. Zum Prozesskälte Mieten gehört in den meisten Fällen ein Wartungsservice als Rundum-sorglos-Paket. Als Mieter müssen Sie sich um nichts kümmern. Der Vermieter ist in der Verpflichtung und Verantwortung, dass die Prozesskälte 24h/365 problemlos funktioniert. Wer von beiden auf seine Kosten welche Risiken versichert, sollte untereinander abgestimmt werden. Entscheidend ist, dass die zentrale Einheit der Prozesskühlung als Mietobjekt durchgängig versichert ist.

Prozesskühlung kaufen: Industriekühlung langfristig nutzen

Geht es um langfristige Einsätze am gleichen Ort, lohnt es sich für Sie in der Regel mehr, wenn Sie eine Anlage zur Prozesskühlung kaufen. Ein Prozesskühler kann wie anderweitiges Firmenvermögen sowohl neu als auch gebraucht erworben werden. Um für die jeweilige Anwendung die passende Prozesskälte auszuwählen, sollte das angeschlossene Kaltwassersystem im Vorfeld berücksichtigt und die Betriebsbedingungen definiert werden.

Wartungsvertrag und Versicherungsschutz bei den Kosten einplanen

Die Prozesskühlung kaufen oder mieten ist vielfach auch eine finanzielle Frage. Wenn die Prozesskälte gekauft und so zum Bilanzvermögen des Käufers wird, dann ist der zusätzliche Abschluss eines Wartungs- und Reparaturvertrages unerlässlich. Darüber hinaus gehört zum Prozesskühlung Kaufen auch ein umfänglicher Versicherungsschutz.

Achtung: Hohes Ausfallrisiko beim Kauf gebrauchter Prozesskühlung

Vergleichbar mit dem anderweitigen Kauf von Gebrauchtgeräten, ist auch das gebrauchte Prozesskühlung-Kaufen risikobehaftet. Im Gegensatz zu Neugeräten mit der dazugehörigen Herstellergarantie ist für eine gebrauchte Kühlanlage die Garantieleistung, sofern überhaupt vorhanden, deutlich reduziert. Da jede der Prozesskühlungen reibungs- und lückenlos arbeiten muss, sollte das Risiko Alt gegen Neu individuell abgewogen werden.

Vor- und Nachteile von Anlagen zur Prozesskühlung

Jeder Hersteller bietet für seine Modelle der Prozesskühlung ganz spezifische Vorteile. Aus der speziellen Bauweise des einzelnen industriellen Prozesskühlers ergeben sich mehrere Vorzüge. Zum einen kann die Kältemittelfüllmenge vergleichsweise gering sein. Installation, Wartung und Reparatur werden dadurch erleichtert, dass die Montage auch durch den Anlagenmechaniker für Heizung und Klimatechnik zulässig ist. Möglich wird das durch eine weitgehende Vormontage der Module und Komponenten.

Wichtige Punkte, die Sie bei Ihrer Entscheidung beachten sollten:

• Wenn eine Prozesskühlung mit Direktverdampfung aufgrund des langen Leitungsweges nicht möglich ist, dann ist der industrielle Prozesskühler die richtige Lösung. Das zwischengeschaltete Kaltwassernetz überbrückt auch größere bis große Entfernungen
• Ein Nachteil für die Kühlung mit Kaltwassersatz ist der relativ hohe Platzbedarf. Diese Form der Prozesskälte stößt bei Alt- oder bei Bestandsimmobilien, gerade in städtischen Lagen, schnell an ihre Grenzen
• Ein wichtiges Kriterium ist die Abtauzeit der Prozesskühlung. Gewünscht und notwendig sind eine möglichst kurze Abtauzeit sowie die schnelle Rückkehr in den Normalbetrieb

Bei Abnahme der installierten Prozesskühlung geht die Verantwortung gemäß der Betriebssicherheitsverordnung BetrSichV auf den Eigentümer als Arbeitgeber über. Ungeachtet dessen können Sie als Bauherr oder Auftraggeber davon ausgehen, dass dem Kältefachmann als Auftragnehmer alle gesetzlichen Rahmenbedingungen geläufig sind. Zu denen gehören die Druckgeräte-Richtlinie, Ökodesign-Richtlinie, F-Gas-Verordnung sowie normative Anforderungen wie die DIN EN 378.

Kosten und Preise der Prozesskälte im Überblick

Jede Anlage zur Prozesskühlung ist eine maßgeschneiderte Lösung. Neugeräte werden sowohl verkauft als auch vermietet, der gebrauchte Prozesskühler hingegen üblicherweise verkauft. Kosten und Preis richten sich nach der jeweiligen Leistungsklasse und Ausführung des ausgewählten Modells. Insofern arbeiten Hersteller und Handel nicht mit festen Preisen, sondern eher mit Preisspannen. Der Sockelpreis für den Kauf eines neuen Prozesskühlers liegt im unteren bis mittleren vierstelligen Bereich bei steigender Tendenz.

Detaillierter Preis- und Angebotsvergleich ist empfehlenswert

Anhand von konkreten technischen Vorgaben können Sie als Kunde ein genau kalkuliertes Angebot erwarten, und zwar sowohl für die Kauf- als auch für die Mietkälte. Bei der Investition einer Prozesskühlung richtet sich der kritische Blick nicht nur auf die einmaligen Anschaffungspreise, sondern auch auf die laufenden Betriebskosten. Der Energieverbrauch ist in der Industriekühlung naturgemäß recht hoch. Der zu kaufende oder zu mietende Prozesskühler sollte daher sowohl energieeffizient arbeiten als auch mit der generierten Energie eine möglichst hohe Leistung erzielen. Die Leistungszahl Energy Efficiency Ratio, kurz EER zeigt die Relation zwischen erzeugter Kälteleistung und eingesetzter elektrischer Leistung an. Je höher der EER-Wert ist, umso weniger Energie wird verbraucht.

Fazit und Tipps zur industriellen Prozesskühlung

In der Industriekühlung ist, auch für die Betriebssicherheit, meistens eine individuelle Sonderlösung gefragt

Die optimale Prozesskühlung ist energieeffizient, gibt eine 99,99-prozentige Fertigungssicherheit und reduziert die Betriebskosten

Die jederzeit stabile Temperatur des leistungsstarken industriellen Prozesskühlers gewährleistet die Aufrechterhaltung aller Produktionsabläufe sowie die Sicherstellung sämtlicher Qualitätsstandards

Das gleichbleibende Temperaturniveau ist auch bei hohen Temperaturen, bei Produktionsspitzen, Wartungsarbeiten und Störungen bis hin zu Ausfällen garantiert

Die Prozesskühlung kann gekauft, geleast oder gemietet werden, und zwar sowohl neu als auch gebraucht

Zusammenfassend kann gesagt werden: Achten Sie, wenn es um Prozesskälte in der Industrie geht, auf hohe Qualität zu angemessenen Preisen. Gern beraten wir Sie unverbindlich und anbieterneutral dazu. Stellen Sie hier mit wenigen Klicks eine Anfrage.