Kühlanlage mit zwei hydraulischen Weichen

Altes Gebäude neu gedacht

Bauvorhaben im Bestand bringen andere Herausforderungen mit sich als Neubauten. Dies galt auch für das denkmalgeschützte Gebäude, in das der „denn’s Biomarkt“ Ende 2020 einzog. Die Märkte sind Teil der dennree Gruppe, die als Bauherr auftrat. In dem 1905 errichteten Bau war früher einmal das städtische Elektrizitätswerk II untergebracht. Es wurde ein Konzept entwickelt, um Denkmalschutz und neue Nutzung zu vereinen. Rund 920 m² Nutzfläche für Verkauf und Lager waren zu planen. Für alle Aspekte rund um Kühlen, Heizen und Klimatisierung stand der Spezialist Cool Expert aus Allendorf (Eder) zur Seite.

Das Gebäude wurde im Innern in zwei Hauptzonen unterteilt, den Verkaufsbereich und die Lagerfläche inklusive Verwaltung und Sozialräume. Um dafür zwei Ebenen zu erhalten, zog man im hinteren Teil ein Zwischengeschoss ein. Im Verkaufsraum sind an den seitlichen Säulen nur die Klimageräte zu sehen, die ca. 6 m über dem Boden zwischen den großen Fenstern angebracht wurden. Die Geräte werden für die Temperierung des Verkaufsbereichs genutzt, sie können heizen und kühlen.

Technik draußen

Die gesamte kälte-, klima- und wärmetechnische Erzeugung wurde außerhalb platziert, in einer wetterfesten Einhausung direkt neben dem Gebäude. Diese steht zusammen mit dem luftgekühlten Rückkühler auf einem eingezäunten Bereich des Grundstücks. Die Versorgung der Gewerbekälte wird über eine Propankälteanlage realisiert, deren Abwärme zur Beheizung des Biomarktes eingesetzt wird. Weiterer Wärmebedarf im Winter wird durch die integrierte Propan-Wärmepumpe gedeckt.

Das neuartige, integrale, klimaneutrale Kühl-, Heiz- und Klimatisierungssystem versorgt je einen Kalt- und Warmsolekreislauf. Dazu wird ein Glykol-Wasser-Gemisch eingesetzt, das den Gefrierpunkt weiter absenkt. Dementsprechend führen zwei Rohrnetze vom Erzeuger in den Biomarkt. „Das wichtigste Ziel ist die Qualitätssicherung des Kühlgutes bei gleichzeitiger Energiekosteneinsparung“, erklärt Simon Hast, Abteilung Systementwicklung bei Cool Expert. „In umweltfreundlichen Systemen haben sich diese Zweikreissysteme bewährt. Erstens aufgrund des Einsatzes des Kältemittel Propan mit einem GWP von 3, zweitens wegen der geringen Füllmenge– je Kreislauf werden maximal 1,45 kg benötigt.“

Kälte- und Wärmetechnik für den Biomarkt

Im Zentrum der Anlage steht das Blue-Cool-Concept mit dem wassergekühlten Kältemodul Kompaktchiller CHANGE IT aus dem Hause Cool Expert. Das System ist modular aufgebaut und kann so exakt an die Erfordernisse des Objekts angepasst werden. Auch eine Erweiterung ist möglich. Der Kälte- und der Wärmepumpenverdichter sind leistungsgeregelt und werden im Bedarfsfall durch einen Switchverdichter unterstützt. Dieser Verdichter kann sowohl den Kälte- als auch den Wärmebetrieb übernehmen. Hierdurch ist eine erhöhte Anlagenredundanz gegeben. Herzstücke der CHANGE-IT-Einheiten sind Mehrkanal-Wärmeübertrager, bestehend aus Verdampfer, Verflüssiger und innerer Wärmeübertrager und Verdichter.

Einsatz der SpiroCross

Um alle Verbraucher bedarfsgerecht zu versorgen, sind im Zulauf der Wärmeübertrager Zirkulationspumpen installiert. Die Verbraucher sind in einem Sekundärkreis zusammengefasst. Im hydraulischen Aufbau des CHANGE IT sitzt jeweils eine leistungsgeregelte zentrale Pumpe im Vorlauf und versorgt damit den Primärkreis.Zwei hydraulische Weichen der neuen Generation aus dem Hause Spirotech wurden jeweils zwischen Vor- und Rücklauf eingesetzt. Damit werden Primär- und Sekundärkreislauf hydraulisch entkoppelt. Die SpiroCross verbinden die außen aufgestellten Kältemodule und die Verbraucher im Innenraum. Sie fanden ihren Platz auf dem Zwischengeschoss. Von dort wurden auch die Verrohrungen zu allen Abnehmern geführt.

Grundsätzlich kommen hydraulische Weichen immer dann zum Einsatz, wenn die benötigten Wasservolumina im Primärkreis und in den Sekundärkreisen voneinander abweichen können. Dies ist häufig bei größeren und großen Heizungs- und Kühlanlagen der Fall, auch im neuen Biomarkt. In einem solchen System sind die benötigten Volumenströme auf der Erzeuger- und der Verbraucherseite, dem Primär- und dem Sekundärkreis, unterschiedlich groß. Die hydraulische Weiche entkoppelt sie, indem sie zwischen diese beiden Systembereiche installiert wird. Dabei wird jeweils der Vor- und Rücklauf an die Weiche angebunden. Es entsteht eine hydraulische Trennung im Bereich der Volumenströme, jedoch keine reine Trennung der Glykol-/Wasserkreisläufe. Hier wird sich zunutze gemacht, dass durch die unterschiedlichen Temperaturen im Innern eine Schichtung entsteht: Bei der Kühlanlage fließt das wärmere Rücklaufwasser durch die oberen Anschlüsse, das kältere Vorlaufwasser durch die unteren. An dieser Stelle die richtige Balance herzustellen, übernimmt die SpiroCross-Einheit.

Drei Funktionen in einem Bauteil

Im runden Baukörper der hydraulischen Weiche ist das Spirorohr integriert. Es bildet das Herzstück und wird mit sehr geringem Druckverlust vom Systemwasser komplett durchströmt. An dieser Stelle findet der erste Schritt zur Balance statt, denn durch die feine Gitterstruktur des Spirorohrs beruhigt sich das Wasser. Die Turbulenzen nehmen ab und werden zu einer laminaren Strömung. Das führt dazu, dass die Vermischung des Vor- und Rücklaufwassers weitgehend unterbunden wird. Stattdessen entsteht eine stabile Temperaturschichtung, die Vermischungszone bleibt gering. Dies entspricht exakt der Zone der Entkopplung. Gleichzeitig wirkt sich die Beruhigung des Systemwassers durch das feine Geflecht auf die Inhaltsstoffe Luft und Schlamm aus: Luft und Mikroblasen steigen auf und werden über das Ventil entfernt. Schmutzpartikel sinken nach unten in einen Auffangbereich ab. Dieses Verfahren ist bewährt und wird bei den Luft- und Schlammabscheidern aus dem Hause Spirotech schon lange äußerst erfolgreich eingesetzt. Wie wichtig die konsequente Luft- und Schlammabscheidung für jedes Heiz- und Kühlsystem ist, ist hinlänglich bekannt. In der hydraulischen Weiche sind diese Funktionen kombiniert.

Neue Gerätegeneration mit Magnet

Die beiden eingesetzten SpiroCross in DN 65 verfügen zudem über einen integrierten Magneten. Er stellt sicher, dass die magnetischen Partikel zuverlässig aus dem Systemwasser entfernt werden. Das beugt Verunreinigungen und Störungen in sensiblen Bauteilen vor. Das Prinzip entspricht dem in den SpiroTrap Schlammabscheidern mit Magnet: Das Bauteil sitzt sicher und geschützt im Innern, es muss weder zusätzlich integriert noch für Wartungen ausgebaut werden. Ebenso gilt für die hydraulische Weiche, dass ein Ablassen des verschmutzten Wassers schnell und einfach im laufenden Betrieb erfolgen kann. Betriebsunterbrechungen, die mit sehr viel mehr Aufwand und Kosten verbunden sind, entstehen gar nicht erst. Neben der Magnettechnologie wurde die neue Generation um einen drehbaren Ablasshahn ergänzt. Unabhängig von der Einbausituation lässt er sich flexibel in die beste Position bewegen, um das Abschlammen leicht zu machen. Die regelmäßige Kontrolle des Systemwassers und das Ablassen des gesammelten Schmutzes werden damit noch einfacher.

Positive Erfahrungen

Der Biomarkt eröffnete im November 2020. Seitdem arbeitet die komplette Anlage stabil mit der prognostizierten Effizienz. Das bedeutet für den Betreiber niedrige Kosten in Verbindung mit einem ressourcenschonenden Betrieb durch den Einsatz von Propan. Die hydraulischen Weichen SpiroCross unterstützen dies, indem sie die Volumenströme ausbalancieren und durch Schlamm- und Luftabscheidung beste Bedingungen schaffen. So werden die Kühl- und Klimageräte optimal versorgt.

Eine Information der Spirotech BV, Düsseldorf