Rückkühlung

Kühlturm im Praxistest
© Fraunhofer ISE
Kühlturm im Praxistest.
© Fraunhofer ISE
Ausschnitt eines Musterwärmeübertragers.

Rückkühlung – das Abführen von nicht genutzter Wärme zumeist an die Außenluft - spielt bei zahlreichen Anwendungen und industriellen Prozessen eine wichtige Rolle. Alljährlich fallen allein bei der deutschen Industrie ca. 700-800 TWh Abwärme an. Zur Rückkühlung dieser Abwärme, sind Schätzungen zufolge neben Trocken- und Hybridrückkühlern auch über 30.000 Verdunstungskühlanlagen im Einsatz. Diese Technologie hat den Vorteil, dass die Geräte relativ kompakt und energieeffizient sind und Kühlwassertemperaturen unterhalb der Umgebungstemperatur ermöglichen. Nachteile sind der Aufwand für die erforderliche Wasseraufbereitung sowie die Einhaltung von Hygieneanforderungen. Trockenkühler dagegen verbrauchen kein Wasser und sind wartungsarm. Allerdings haben sie eine höhere Stromaufnahme und können die Abwärme lediglich auf Umgebungstemperatur herunter kühlen. Zusätzlich gibt es auch Mischvarianten wie Hybridkühler oder Rückkühler mit adiabater Vorbefeuchtung der Luft. Diese verfolgen das Ziel, die Vorteile beider Grundtechnologien zu kombinieren.

Ziel des Anlagenbetriebs ist es, die Rückkühlung auf die Wunschtemperatur mit möglichst wenig Hilfsenergie und geringem Wartungsaufwand durchzuführen. Das reduziert den Stromverbrauch, spart Kosten und schont die Umwelt. Das Fraunhofer ISE hat allerdings in Betriebsanalysen festgestellt, dass bei den im Einsatz befindlichen Rückkühlsystemen häufig deutlich mehr Strom verbraucht wird als erforderlich. Die Gründe hierfür können in fehlerhafter Planung und Dimensionierung der Anlagen oder in einer nicht vorhandenen oder ungünstigen Regelung insbesondere unter Teillastbedingungen liegen. Verschmutzung und Korrosion reduzieren zusätzlich die Effizienz und führen zu Hygieneproblemen. 

Wahrscheinlichkeitsverteilung
© Fraunhofer ISE
Vorhergesagte Wahrscheinlichkeitsverteilung des täglichen Energieverbrauchs im Vergleich zum gemessenen Wert.

Anlagenplaner fokussieren oft auf die Investitions- und nicht ausreichend auf die Lebenszykluskosten von Rückkühlern. Zudem wird eine kontinuierliche Betriebsüberwachung von Rückkühlern bisher nur in wenigen Anwendungsfeldern automatisiert (z.B. in großen verfahrenstechnischen Anlagen wie Erdöl-Raffinerien) durchgeführt. In anderen Anwendungsfeldern wird der Betrieb häufig nicht oder höchstens regelbasiert aufgrund des Expertenwissens von Betreibern überwacht. 

Dem Fraunhofer ISE ist die Energieeffizienz von Anlagen im Betrieb ein wichtiges Anliegen, das wir mit unseren Forschungs- und Entwicklungskompetenzen unterstützen. Das Fraunhofer ISE bietet Herstellern, Planern und Betreibern von Rückkühlern daher Forschungs- und Entwicklungsleistungen zur Analyse und Optimierung von Design, Auslegung und Betrieb. 

Unsere FuE-Aktivitäten zum Thema »Rückkühlung« umfassen: 

  • Entwicklung neuartiger Rückkühlverfahren, Herstellung und messtechnische Untersuchung von Demonstratoren
  • Optimierung von Rückkühlern durch die kombinierte Analyse von Wärmedurchgang und Druckverlust
  • Bewertung von Rückkühlkonzepten (Trocken/Nass/Hybrid) auf Basis von Simulationen, Labor- oder Feldmessungen
  • Analyse und Bewertung des Einflusses verschiedener Verschmutzungen auf Wärmeübergang und Druckverlust
  • Verfahren der automatisierten Betriebsüberwachung und -optimierung
  • Schalltechnische Bewertung von Rückkühlanlagen, schwingungstechnische Analyse und Optimierung von Komponenten

Das Fraunhofer ISE verfügt über umfangreiche Kompetenzen entlang der gesamten Wertschöpfungskette von Rückkühlsystemen. Für die Entwicklung innovativer Wärmeübertragerstrukturen, deren Integration in das Gesamtgerät bis zu dessen optimaler Auslegung und Betrieb stehen uns umfangreiche simulationsbasierte und experimentelle Verfahren zur Verfügung.

Weitere Informationen zu diesem Forschungsthema:

Forschungsprojekt »SolaRück«

Effiziente Rückkühlung für die solarthermisch angetriebene Kälteerzeugung

Forschungsprojekt »WCS-energy«

Energetische Betriebsüberwachung von Nasskühltürmen durch Online-Monitoring

Forschungsprojekt »MinWaterCSP«

Minimierter Wasserverbrauch in CSP-Anlagen