Auf dieser Seite erhalten Sie einen Überblick über Verfahren zur Kälteerzeugung, mit denen sich Gebäude und Räume effizient kühlen und klimatisieren lassen. Beim Einsatz gasbasierter Systeme sind die jeweils einschlägigen rechtlichen und technischen Anforderungen zu beachten. Je nach Gebäudeart, Anlagenfunktion und konkreter Auslegung können dazu unter anderem Vorgaben zur Energieeffizienz, zur energetischen Bewertung, zur Gebäudeautomation, zum Kältemittelrecht sowie Anforderungen des Gebäudemodernisierungsgesetzes (GModG; ehemals GEG) gehören.
Für die Erzeugung von Kälte zur Kühlung und Klimatisierung von Gebäuden oder Räumen stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung:
Der Anstieg des Klimatisierungs- und Kältebedarfs und der Rückgang des Wärmebedarfs im industriellen und gewerblichen Bereich erfordert effiziente, flexible und an den jeweiligen Anwendungsfall angepasste Verfahren zur Klimatisierung und zur Kühlung von Räumen und Gebäuden.
Die Einsatzbereiche für Klima- und Prozesskälteerzeugung mit Kompressions- und Absorptionstechnik sind vielfältig. Als Beispiele können folgende Bereitstellungsbereiche von Kälteanlagen genannt werden:
Gasbasierte Kälteerzeuger sind zudem prädestiniert für den Einsatz von vorhandener Abwärme.
In hybriden Systemen werden gasbasierte und elektrische Technologien kombiniert, wodurch die Versorgungssicherheit und Flexibilität erhöht werden können. Zur weiteren Reduktion von Treibhausgasemissionen können gasbasierte Systeme künftig zunehmend mit erneuerbaren Gasen wie Biomethan oder anderen nachweislich geeigneten gasförmigen Energieträgern betrieben werden. Die Nutzung von Wasserstoff befindet sich für entsprechende Anwendungen noch in der Entwicklung.
Eine Kaltdampf-Kompressions-Kälteanlage besteht aus den Komponenten Verdampfer, Verdichter, Verflüssiger und Entspannungsventil. Im umgekehrten Heizfall wird die Fließrichtung des Kältemittels umgeschaltet, die Wärmezufuhr im Verdampfer erfolgt aus Umgebungswärme (Wasser, Luft, Erdreich) und die Wärmeabgabe im Verflüssiger an das Gebäude, die Maschine wird als Wärmepumpe betrieben.
Gasmotor-Wärmepumpen zum Heizen und Kühlen sind in verschiedenen Leistungsstufen marktverfügbar. Einen beispielhaften Überblick an Herstellern bzw. Anbietern enthält unsere Gerätedatenbank. Die verfügbaren Geräte sind kaskadierbar, sodass auch größere Leistungsanforderungen realisiert werden können.
Gasmotor-Wärmepumpen werden außen aufgestellt (Außenluft als Wärmequelle), sie sind damit platzsparend und benötigen in der Regel keine Abgasanlage. Der Betrieb kann monovalent erfolgen, d. h., es ist so keine Spitzenlastabdeckung im Heizbetrieb und damit kein weiterer Wärmeerzeuger notwendig.
Der Anwendungsbereich von Gasmotor-Wärmepumpen umfasst neben dem Heizen und Kühlen auch die Entfeuchtung und Trinkwassererwärmung. Mit einem Wärmerückgewinnungssystem kann bei wassergeführten Systemen die Motorabwärme im Kühlbetrieb zurückgewonnen und beispielsweise zur Trinkwassererwärmung genutzt werden.
Eingesetzt werden können die Geräte sowohl im Neubau als auch im Bestand zur Beheizung / Kühlung von:
und zur Erzeugung von Prozesswärme oder -kälte. Neben der zu empfehlenden jährlichen Wartung des Gesamtsystems ist eine Motorwartung nach 10.000 Betriebsstunden durchzuführen, was einem Zeitraum von etwa 3 bis 4 Jahren entspricht. Beim Betrieb einer Gaswärmepumpe ist zu beachten, dass das eingesetzte/geplante Wärmeversorgungssystem die Anforderungen der aktuellen Gesetzgebung im Wärmemarkt erfüllt. Hierbei ist insbesondere das GModG (ehem. GEG) zu beachten – siehe.
Für größere Nichtwohngebäude ist zusätzlich zu prüfen, ob Anforderungen an die Gebäudeautomatisierung und Gebäudesteuerung einschlägig sind. Nach § 56 GModG müssen Nichtwohngebäude mit einer Heizungsanlage, einer kombinierten Raumheizungs- und Lüftungsanlage, einer Klimaanlage oder einer kombinierten Klima- und Lüftungsanlage von mehr als 70 kW Nennleistung bis zum 31. Dezember 2029 mit einem System für Gebäudeautomatisierung und Gebäudesteuerung ausgestattet werden, soweit die Ausstattung nicht technisch unmöglich oder wirtschaftlich unzumutbar ist.
Beim Absorptions-Kälteprozess erfolgt die Verdichtung des Kältemittels mithilfe eines thermischen Verdichters. Dabei wird der physikalische Effekt der Absorption von Kältemitteldampf in einem flüssigen Lösungsmittel ausgenutzt, welches eine hohe Affinität zu Dampf besitzt.
Im Absorptions-Kälteprozess finden zwei Kreisläufe statt:
Gebräuchliche Stoffpaare aus Kältemittel & Lösungsmittel sind Ammoniak & Wasser sowie Wasser & Lithiumbromid.
Gas-Absorptionswärmepumpen zum Heizen und Kühlen sind in verschiedenen Leistungsstufen marktverfügbar. Einen Überblick an Herstellern bzw. Anbietern enthält unsere Gerätedatenbank. Die verfügbaren Geräte sind kaskadierbar, sodass auch größere Leistungsanforderungen realisiert werden können. Beim Betrieb einer Gas-Absorptions-Wärmepumpe ist zu beachten, dass das eingesetzte/geplante Wärmeversorgungssystem die Anforderungen der aktuellen Gesetzgebung im Wärmemarkt erfüllt. Hierbei ist insbesondere das GModG (ehem. GEG) zu beachten – siehe.
Marktverfügbare Gas-Absorptions-Wärmepumpen zum Heizen und Kühlen mit Luft als Wärmequelle werden außen aufgestellt. Sie sind damit platzsparend und benötigen in der Regel keine Abgasanlage. Eingesetzt werden können die Geräte sowohl im Neubau als auch im Bestand zur Beheizung / Kühlung von:
und zur Erzeugung von Prozesswärme oder -kälte.
Gasbetriebene Absorptions-Kühler (oder auch Absorptions-Kältemaschinen) finden ihre Anwendung aufgrund der großen Leistungsbreite (bis zu mehreren MW) zumeist in der Industrie oder größeren Gewerbebetrieben. Absorptions-Kühler können direkt oder indirekt durch Nutzung vorhandener Prozesswärme befeuert werden. Die Wärmeabfuhr aus dem Verflüssiger und dem Absorber ist bei Absorptions-Kälteanlagen unerlässlich. Die entstehende Abwärme ist anschließend beispielsweise zur Trinkwassererwärmung nutzbar.
Für die Rückkühlung stehen Rückkühlwerke zur Aufstellung im Freien zur Verfügung, dabei unterscheidet man grundsätzlich folgende Typen:
In Verdunstungsrückkühlanlagen wird Wasser verrieselt oder versprüht. Mit der Fortluft können unter bestimmten Voraussetzungen legionellenhaltige Aerosole im Umkreis einer Anlage (über mehrere Kilometer) verbreitet werden. Zur Besiedlung mit Legionellen können dabei Biofilme (Nährstoffe), geeignete Temperaturen sowie ungünstige konstruktive Ausführungen beitragen. In der VDI-Richtlinie VDI 2047-2 werden die Anforderungen für einen hygienisch einwandfreien Betrieb an Konstruktion, Planung und Errichtung sowie an den Betrieb und die Instandhaltung von Verdunstungsrückkühlern genannt.
Zudem schreibt der Verordnungsgeber mit der 42. BImSchV (Verdunstungskühlanlagenverordnung) einen hygienisch einwandfreien Betrieb von Verdunstungskühlanlagen vor. Daraus ergeben sich an den Betreiber solcher Anlagen folgende Pflichten:
Die Kühlung von Räumen ist dezentral oder über eine zentrale Kälteversorgung möglich. Bei zentraler Versorgung erfolgt die Verteilung der Kälte mit den Medien Kaltwasser, Kaltluft oder Kältemittel. Entsprechend der Art der Kälteversorgung und dem Verteilmedium gibt es unterschiedliche Übergabesysteme.
Zentrale Raumlufttechnische Anlagen (RLT-Anlagen) realisieren den notwendigen Luftwechsel sowie die Konditionierung der Zuluft, die über Lüftungskanäle und Luftauslässe den Räumen zugeführt wird. Mit einer zentralen Lüftungsanlage werden die gewünschten Raumluftbedingungen realisiert. Dazu sind neben der reinen Lüftungsfunktion folgende thermodynamische Luftbehandlungsfunktionen möglich:
Klimaanlagen kommen immer dann zum Einsatz, wenn besondere Anforderungen an die Raumluftqualität gestellt werden. Neben Heizen und Kühlen, z. B. in Bürogebäuden, kann im Gewerbe auch das Befeuchten und Entfeuchten der Zuluft notwendig sein. Beispiele für Nutzungen mit hohen Anforderungen an die Raumluft sind Museen, Schwimmbäder oder Lagerflächen für Produkte mit bestimmten Umgebungsanforderungen.
Die Klassifizierung der RLT-Anlagen erfolgt nach der Anzahl der gewährleisteten thermodynamischen Luftbehandlungsfunktionen in Lüftungsanlage, Teilklimaanlage und (Voll-)Klimaanlage. Darüber hinaus haben die Anlagen aufgrund der Anforderungen des GmodG (ehem. GEG) und der energetischen Bewertung nach DIN V 18599 eine zentrale Bedeutung für die Gesamtenergieeffizienz von Nichtwohngebäuden. Bei größeren Anlagen ist zudem zu prüfen, ob Pflichten zur Gebäudeautomation nach § 56 GModG sowie energetische Inspektionspflichten für Klima-, kombinierte Klima- und Lüftungsanlagen oder Lüftungsanlagen einschlägig sind.
Mithilfe von wasserführenden Raumflächensystemen kann die gewünschte thermische Behaglichkeit durch Kühlen umgesetzt werden.
Vorrangig kommen Kühldecken sowie die thermische Bauteilaktivierung (TBA) zum Einsatz. Kühldecken sind gut und schnell regelbar, es können Kühlleistungen bis 120 W / m² (Behaglichkeitsgrenze) realisiert werden. Die thermische Bauteilaktivierung nutzt die Speichermasse von Wänden oder Decken zur Temperaturregulierung, durch die Wasser führende Rohrleitungen (ggf. auch Luftleitungen) verlaufen. Wärme bzw. Kälte wird in der Bauwerksmasse gespeichert und zeitverzögert mit sehr geringer Über- bzw. Untertemperatur an die Räume abgegeben. Es können Kühlleistungen bis 40 W / m² erreicht werden.
Anwendung findet eine thermische Bauteilaktivierung z. B.:
geringe Übertemperaturen
hoher Strahlungsanteil
niedriger Geräuschpegel
geringe Luftgeschwindigkeiten
In einem System von dezentralen Inneneinheiten (Multisplitanlagen) wird Raumluft über diese angesaugt und gekühlt oder erwärmt. Der Transport der Kälte oder Wärme erfolgt durch kältemittelführende oder kälteträgerführende (wassergeführte) Rohrleitungen. Ein Vorteil ist der geringe Querschnitt der Rohrleitungen gegenüber einer zentralen Lüftungsanlage. Weitere Vorteile sind die individuelle Regelbarkeit, eine geringe elektrische Leistung für den Antrieb der Ventilatoren in den Inneneinheiten und die große Anzahl anschließbarer Geräte auch unterschiedlicher Bauart.
Bei kältemittelführenden Systemen (VRF- oder VRV-Systeme) wird das Kältemittel direkt zu den Innengeräten geführt. Beim Wärmeaustausch mit der Raumluft verdampft das flüssige Kältemittel und wird zurück zur Zentraleinheit geführt. Bei VRF-Systemen (variable refrigerant flow) oder auch herstellerspezifischen VRV-Systemen (variable refrigerant volume) ist der Kältemittelmassestrom bzw. der Kältemittelvolumenstrom variabel und damit an die jeweiligen Anforderungen anpassbar.
Wird an verschiedenen Inneneinheiten ein gleichzeitiges Heizen und Kühlen gefordert, kommen 3- oder 4-Leitersysteme zum Einsatz. Üblich sind 3-Leitersysteme, hier sind zwei Leitungen mit verschiedenen Vorlauftemperaturen und eine gemeinsame gemischte Rücklaufleitung vorhanden. Ein Umschaltventil realisiert die gewünschte Anforderung. 4-Leiter bestehen aus zwei Vor- und Rückläufen mit unterschiedlichen Temperaturen.
Alles über Kälteprozesse und den Einsatz von Gaswärmepumpen
Alles zum Energieträger Gas und der Transformation zu klimaneutralen Gasen
Moderne gasbasierte Heizsysteme bieten Gewerbe- und Geschäftskunden zahlreiche Vorteile.
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