Thermosyphon – Freie Kühlung ohne Frostschutzmittel und Öl
Bei ölfreien Flüssigkeitskühlern, Kaltwassersätzen und Kältemaschinen mit magnetgelagerten und drehzahlgeregelten Turboverdichtern und der Technik mit überflutetem Verdampfer wurde von der opk Kälte- und Klimatechnik – heute – Smardt – OPK als weltweit erstes Unternehmen bei den luftgekühlten Anlagen mit ölfreien Turboverdichtern, sowohl in Kompaktbauweise als auch mit getrennt aufgestellten luftgekühlten Verflüssigern, der Betrieb bei kühleren Außentemperaturen mit “Freier Kühlung” ohne Verdichterbetrieb entwickelt ⇒ die Thermosyphon – Freikühlung (mit HFO R1234ze, R515B, R513A und R134a verfügbar). Thermosyphon Freikühlung ist seit 2008 im Lieferprogramm.
Beispiele: Rechentrum, Maschinenbau, Automobilzulieferer, Krankenhaus, Oberflächentechnik (Galvanik), Pharma
(Fast alle Betreiber haben sich mehrfach für Smardt OPK Thermosyphon entschieden. Wir mußten nur einmal Überzeugungsarbeit leisten, beim zweiten Mal war’s die Stromrechnung und die Zuverlässigkeit)
Zusätzliche Bauteile und Komponenten wie Glykol-Rückkühler, Wasser/Glykol Wärmetauscher, Regelventile und Umwälzpumpen, wie bei anderen Kaltwassererzeugern mit konventioneller Freikühlung, sind nicht erforderlich.
Der Kernpunkt dieser Technik besteht darin, daß bei einem Temperaturgefälle zwischen dem zu kühlenden Medium (Flüssigkeit oder Gas/Luft) und der Außentemperatur das erforderliche Verdampfen des Kältemittels und die Verflüssigung unter Abgabe der Wärme stattfinden können. Eine Kältemittelpumpe wird nicht verwendet.
Thermosyphon Funktionsweise
Bei Thermosyphon-Freikühlung ist der drehzahlgeregelte Turboverdichter bis zu einer definierten Außentemperatur in Betrieb. Wird diese Temperatur unterschritten, schaltet der Turboverdichter ab und die beiden Spezial-Motorventile (1) + (2) öffnen. Das Kältemittel verdampft durch die Wärme, die aus dem Kühlmedium (Kaltwasser) im Verdampfer entnommen wird. Das Kältemittelgas strömt dann über das Motorventil (1) am Verdichter vorbei zum Verflüssiger. Dort kondensiert das Kältemittelgas an den kalten Rohren und läuft als Flüssigkeit über Motorventil (2) durch den statischen Flüssigkeitsdruck zurück zum Verdampfer.
- Smardt–OPK Thermosyphon – Funktionsprinzip
Voraussetzungen für Freie Kühlung mit Thermosyphon
- Geringste Druckverluste bei der Konstruktion der einzelnen Komponenten.
- Spezial-Umschaltventile für den Thermosyphon-Betrieb ohne jeden Druckverlust im vollen Querschnitt und umschaltbar ohne externen Differenzdruck.
- Leckagemenge bei vollem Differenzdruck gleich 0,00
- Leitungsführung vom Verflüssiger zum Verdampfer mit Gefälle
Die bisher ausgeführten Anlagen haben gezeigt, dass bei Ganzjahresbetrieb eine Temperaturdifferenz von ca. 7-8 K zwischen dem Flüssigkeitsaustritt und der Außentemperatur bei einer Kälteleistung von ca. 65-70 % der mechanischen Kälteleistung (Auslegung) optimal ist. Bei geringerer Temperaturdifferenz ist die Leistung bei Freier Kühlung (Thermosyphon) entsprechend geringer. Die Thermosyphon Freikühlleistung ist nicht von der Kaltwasseraustrittstemperatur oder Außentemperatur abhängig, sondern ausschließlich von der o.g. Temperaturdifferenz.
Bei gesplitteten Kälteanlagen oder Split-Kältemaschinen (Verdichter und Verdampfer im Gebäude und luftgekühlter Verflüssiger auf dem Dach) ist die Leistung bei Freier Kühlung bei fachgerechter Auslegung und Verlegung der Kältemittelrohrleitungen (geringer Druckverlust und Gefälle) schon bei geringerer Temperaturdifferenz erreichbar. Bei entsprechender Auslegung der Rohrleitungen sind Entfernungen vom 50m oder mehr möglich, wie bereits mehrfach realisiert.
100% Freikühlleistung
Bei besonderer und spezieller Auslegung mit vergrößerter Verflüssigerfläche ist eine 100%ige Kälteleistung im Freikühlbetrieb möglich. Das gilt gleichermaßen für Kompakt- und Split-Flüssigkeitskühler. Eine größere Verflüssigerfläche ist auch im normalen Verdichterbetrieb wegen der dann geringeren Verflüssigungstemperaturen vorteilhaft, weil ein hoher Wirkungsgrad EER in allen Betriebszuständen erreicht wird, was zur Senkung der Betriebskosten führt.
Bei IT-Anwendungen (Rechenzentren / Data Center) mit Redundanzkältemaschinen (n+1) können im Freikühlbetrieb alle installierten Maschinen mit Thermosyphon-Freikühlung betrieben werden, um den erforderlichen Kühlbedarf zu decken.
Bei Thermosyphon Kälteanlagen und Flüssigkeitskühlern mit 2 separaten Kältemittelkreisläufen kann die Umschaltung sequentiell erfolgen, d.h. ein gleichzeitiger Betrieb von Verdichter- und Freikühlung ist möglich.
Vorteile ölfreie Kältemaschinen mit Thermosyphon Freie Kühlung
Besonderes Augenmerk ist bei der Bewertung oder im Vergleich mit üblicher Freier Kühlung auf die nur im Thermosyphon-Betrieb möglichen Vorteile zu legen. Diese sind im Einzelnen
- Flüssigkeitskühler Betrieb ohne Frostschutzmittel möglich, also kein Glykol (Ethylenglykol) o.ä. im Kreislauf
- Es wird kein zusätzlicher Wärmetauscher benötigt, dadurch kein zusätzlicher Verlust durch Temperaturdifferenzen bei der Übertragung in den Wasserkreislauf
- Keine zusätzlichen Rückkühler bei möglichst kleinen Temperaturdifferenzen erforderlich
- Keine Rückkühl-Wasserpumpen (Kühlwasserpumpen) erforderlich = hoher Jahresenergieverbrauch
- Keine Wasserrohrsysteme für die Rückkühlung (Kühlwasserkreislauf) erforderlich
- Keine Umwelt-Schutzmaßnahmen (Auffangsysteme) wie für Glykol-Betrieb erforderlich
Derzeit sind über 165 ölfreie Kälteanlagen, Flüssigkeitskühler und Kältemaschinen mit über 330 ölfreien Turboverdichtern bei einer Gesamtkälteleistung von mehr als 100 MW mit Thermosyphon – Freikühlung in Betrieb. (Stand Dezember 2022)
Thermosyphon Freikühlung mit den Kältemitteln R134a, R513A, R515B und HFO R1234ze verfügbar.
 Kompaktbauweise mit Thermosyphon
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Split Bauweise mit Thermosyphon
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Anwendungsbereiche für Thermosyphon Freie Kühlung z.B.: Automotive, IT und Rechencenter (Data Center), Kunststoffindustrie, Chemie, Pharma, Metallbearbeitung, Oberflächentechnik (Galvanik), u.v.m.
Smardt OPK – Thermosyphon Freie Kühlung ohne Frostschutzmittel / ohne Öl – energiesparend und umweltfreundlich – seit 12 Jahren erfolgreich im Einsatz. Kaltwassererzeugung für: Rechenzentrum / Data Center, Krankenhaus, Automobil, Maschinenbau, Pharma, Kunststoffindustrie, Chemie, Metallbearbeitung, Oberflächentechnik (Galvanik), u.v.m. – Turbo Kältemaschinen mit Freier Kühlung – Thermosyphon – aus Deutschland seit 2004