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Modulare Kaltwassersätze: skalierbare, redundante luftgekühlte Kälteanlagen
Modulare Kaltwassersätze von Koven Air KAFM: modulare Kühlung mit zwei entscheidenden Vorteilen. Die modularen Kaltwassersätze KAFM von Koven Air sind eine intelligente Alternative zu Kaltwassersätzen mit fester Leistung. Sie bestehen aus modularen Einheiten mit 20 RT, 30 RT und 40 RT, die zu Anlagenverbünden zusammengestellt werden, statt als einzelnes Gerät betrieben zu werden. Diese modularen Systeme decken einen großen Leistungsbereich von 65 kW bis 820 kW (19 bis 234 refrigeration tons) ab und können auf demselben Chassis mit Wärmepumpen- oder Wärmerückgewinnungsfunktionen ausgestattet werden.
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- Wichtige Merkmale der modularen Kaltwassersätze Koven Air KAFM Nennkühlleistung: 65-820 kW (19-234 TR) je Anlagenverbund
- Modulare Einheiten: erhältlich mit 20 RT, 30 RT und 40 RT, beliebig kombinierbar zu Anlagenverbünden mit bis zu 12 Modulen
- Hermetische Scrollverdichter, zwei unabhängige Kältemittelkreisläufe je Modul
- Kältemittel: R410A; beachten Sie in regulierten Märkten die Angaben im Abschnitt zur Konformität
- Betriebsbedingungen: Umgebungstemperaturbereich im Kühlbetrieb von -15C bis +43C, die Baureihe DFM für niedrige Umgebungstemperaturen arbeitet bis -30C
- Optionaler Wärmeübertrager zur Wärmerückgewinnung mit Koaxialrohren, Warmwasser bis 55°C
Warum Kaltwassersätze mit fester Leistung Kapital binden und modulare Anlagen punkten
Ein modularer Kaltwassersatz besteht aus mehreren unabhängig geregelten Kältemodulen, die an eine gemeinsame Sammelleitung angeschlossen und von einer zentralen Master-Regelung gesteuert werden. Der Kühlbedarf in den meisten Gewerbe- und Industriegebäuden schwankt im Jahresverlauf und liegt nur selten bei der Auslegungs-Spitzenlast. Ein auf den Auslegungstag dimensionierter Kaltwassersatz mit fester Leistung arbeitet daher einen Großteil seiner Lebensdauer im Taktbetrieb bei einer Last, für die er nicht ausgelegt wurde.
Die Kostenfolgen sind vielfältig. Überdimensionierte Kaltwassersätze mit fester Leistung takten ständig, was zu einem vorzeitigen Verdichterausfall führen kann. Doppelte Geräte gleicher Größe als Reserve vergrößern den Platzbedarf im Technikraum um 100 %. Muss die Anlagenleistung des Gebäudes erweitert werden, muss die gesamte bestehende Anlage ersetzt werden, statt sie zu ergänzen.
Das grundsätzliche Problem herkömmlicher Kaltwassersätze – eine einzelne Anlage mit fester Leistung, ausgelegt auf die Spitzenlast und mit stark schwankender Last betrieben – lässt sich mit einem modularen Konzept lösen. Ersetzt man die einzelne Maschine durch mehrere unabhängige Kaltwassersätze mit einer ausgefeilten gemeinsamen Regelung, lässt sich die Heiz- und Kühllast präzise in Stufen an den tatsächlichen Bedarf anpassen, ohne den Technikraum kostspielig umzubauen. Künftige Leistungserweiterungen erfordern dann nur noch eine Bestellung statt eines komplexen Bauprojekts.
Modularität ist mehr als eine gestalterische Entscheidung, sie ist eine Regelungsstrategie. Eine effiziente Anpassung der Leistung an die Last senkt den Energieverbrauch über die Lebensdauer der Anlage und wiegt meist schwerer als die Nennleistung am Auslegungstag, die bei Angebotsvergleichen im Mittelpunkt steht.
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Unabhängige Ausfallbereiche in einem Anlagenverbund mit 3 Modulen gegenüber einem bei einer einzelnen Maschine
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Maximale Modulanzahl je KAFM-Anlagenverbund, gestuft von einer Master-Regelung
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Kältemittelkreisläufe in jedem einzelnen Modul
BETRIEBLICHE VORTEILE
Die Vorteile modularer Kaltwassersätze lassen sich in vier Bereiche gliedern: effizienter Teillastbetrieb mit gestufter Leistung, integrierte Redundanz, vereinfachte Installation und zeitlich verteilte Investitionen. Auf diesen vier Säulen beruht der Nutzen modularer Lösungen. Bei der Spitzenleistung konkurrieren sie nicht um die höchste Effizienz; Anbieter, die etwas anderes behaupten, stellen die Daten falsch dar.
Die Abweichung zwischen Auslegungstag und tatsächlichen Betriebsbedingungen ist das zentrale Problem. Eine für Spitzenbedingungen ausgelegte Anlage erbringt über einen Großteil ihrer Lebensdauer deutlich weniger als ihre vorgesehene Leistung, was zu übermäßigem Verschleiß an teuren Geräten führt. Die Anlagenverbünde KAFM von Koven Air decken 65 kW bis 820 kW ab und vermeiden diesen Zielkonflikt: Jedes Modul wird nach einem standardisierten Produktionsverfahren gefertigt und vor dem Versand im hauseigenen Prüflabor für Kaltwassersätze und Wärmepumpen sorgfältig getestet. Dieser Zielkonflikt wird bei der Auswahl gelöst, nicht erst bei der Inbetriebnahme – in Gewerbegebäuden, Industrieanlagen und Rechenzentren.
DIE REALITÄT DES TEILLASTBETRIEBS
Modulare Anlagen erfüllen alle drei Anforderungen. Die Module passen ihre Leistung anhand der aktuellen Austrittstemperatur des Wassers nach oben oder unten an. So folgt die Anlage der Last, statt ihr hinterherzulaufen. Die Beschaffungsrichtlinien des US-Energieministeriums für Kaltwassersätze unterscheiden ausdrücklich zwischen Volllastwirkungsgrad und integriertem Teillastwert, denn ein Kaltwassersatz kann beim einen gut und beim anderen schlecht abschneiden.
Genau darum geht es bei modularen Geräten – und hier übertreibt die Werbung der meisten Anbieter auf subtile Weise. Darauf gehen wir weiter unten im Abschnitt zum Teillastbetrieb ausführlich ein.
Sie sind unsicher, ob ein modulares System zu Ihrer Last passt?
Wir erstellen eine detaillierte technische Auslegung, keine Broschüre.
Modulare Kaltwassersätze Koven Air KAFM: Modelle und Modulkombinationen
Kombinationsschema der KAFM-Module
Die meisten modularen Produktreihen bieten nur eine Modulgröße an und überlassen Ihnen die Berechnung der benötigten Anzahl. Die KAFM-Anlagenverbünde umfassen drei Modulgrößen, damit die Anlage exakt die benötigte Leistung erreicht, statt auf das nächste volle Modul aufzurunden. Aufrunden ist teuer: Jedes überschüssige Kilowatt bindet Kapital, beansprucht Platz und verursacht Leerlaufverluste.
Bei den Bezeichnungen modularer Kaltwassersätze herrscht unter den Herstellern Verwirrung; deshalb hier eine Klarstellung: Ein Modul ist ein einzelner Baustein eines Kaltwassersatzes in einer bestimmten Größe. Mehrere Module in einem gemeinsamen Rahmen bilden einen modularen luftgekühlten Kaltwassersatz. Eine vergleichbare Bauweise wird als wassergekühlter modularer Kaltwassersatz angeboten; bei umgekehrter Kreislaufrichtung wird daraus ein modularer Wärmepumpen-Kaltwassersatz. Im engsten Sinne handelt es sich um einen modularen Scroll-Kaltwassersatz mit zwei hermetischen Scrollverdichtern je Modul.
KAFM-Basismodule, bewertet bei 12°C Wassereintritt / 7°C Kaltwasseraustritt und 35°C Umgebungstemperatur
| Modell | Kühlleistung (kW) | Heizleistung (kW) | Kühlleistungsaufnahme (kW) | Wasservolumenstrom (m³/h) | Anschluss | Betriebsgewicht (kg) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| KAFM-020H | 65 | 73 | 20.7 | 11.2 | DN50 | 700 |
| KAFM-030H | 100 | 108 | 31.1 | 17.2 | DN65 | 950 |
| KAFM-040H | 130 | 142 | 42.5 | 22.4 | DN65 | 1180 |
| KAFM-042H | 150 | 160 | 43.0 | 25.8 | DN65 | 1185 |
Jedes Modul enthält zwei hermetische Scrollverdichter mit unabhängigen Kreisläufen. Fällt ein Verdichter aus, geht daher ein Viertel eines Anlagenverbunds mit zwei Modulen verloren, nicht die Hälfte oder die gesamte Leistung.
Die Module werden vormontiert und werkseitig verdrahtet. Die Anlagenleistung wird über den Kombinationscode festgelegt, nicht durch eine Montage vor Ort – das ist der praktische Vorteil modularer Kaltwassersatzsysteme gegenüber einer vor Ort aufgebauten Kälteanlage.
Bei Produktreihen mit nur einer Modulgröße liegt der Haken im Aufrunden. Bei einem Bedarf von 165 kW und Modulen mit 100 kW muss man 200 kW kaufen. Die überschüssigen 35 kW binden Kapital, beanspruchen Platz und verursachen über zwanzig Jahre Leerlaufverluste. Anders als bei dieser Rechnung lassen sich mit einer Mischung aus 20-, 30- und 40-RT-Modulen die benötigten Leistungswerte erreichen. Genau dieses Problem soll die Produktreihe vermeiden. Jedes Modul wird in einem nach ISO 9001 zertifizierten Prozess auf derselben rückverfolgbaren Produktionslinie mit 400 Schritten gefertigt.
So entstehen Anlagenverbünde mit 19 bis 234 Tonnen
Die Bezeichnungen der Anlagenverbünde codieren die Modulkombination direkt. Bei KAFM-050H-110 stehen die letzten Ziffern für ein 20-RT-Modul, ein 30-RT-Modul und kein 40-RT-Modul. Die zwei Module erbringen somit eine bewertete Kühlleistung von 165 kW, für die eine Produktreihe mit nur einer Modulgröße drei Module benötigen würde.
Beispielhafte Kombinationen von Anlagenverbünden. Die Endziffern geben die Anzahl der 20-/30-/40-RT-Module an.
| Modell des Anlagenverbunds | Modulkombination | Kühlleistung (kW) | TR | Kühlleistungsaufnahme (kW) | Wasservolumenstrom (m³/h) | Sammelleitung |
|---|---|---|---|---|---|---|
| KAFM-040H-200 | 2 × 20 RT | 130 | 37 | 41.4 | 24 | DN80 |
| KAFM-050H-110 | 1 × 20 + 1 × 30 | 165 | 47 | 51.8 | 30 | DN80 |
| KAFM-080H-400 | 4 × 20 RT | 260 | 74 | 82.8 | 48 | DN100 |
| KAFM-090H-030 | 3 × 30 RT | 285 | 81 | 93.3 | 54 | DN100 |
| KAFM-120H-600 | 6 × 20 RT | 390 | 111 | 130.8 | 72 | DN125 |
| KAFM-160H-800 | 8 × 20 RT | 520 | 148 | 174.4 | 96 | DN150 |
| KAFM-200H-005 | 5 × 40 RT | 650 | 185 | 207.0 | 120 | DN200 |
| KAFM-250H-034 | 3 × 30 + 4 × 40 | 820 | 233 | 258.9 | 150 | DN200 |
Modularer oder großer einzelner Kaltwassersatz: die Wahrheit über den Teillastbetrieb
Die Aussage, die die Branche vermeidet. Die Produktpalette von Koven Air selbst belegt es: Gemessen über unser Sortiment erreichen modulare Anlagenverbünde nicht die Effizienz unserer großen Einzelgeräte bei Auslegungslast. Auch die Fachpresse kommt zum selben Schluss: Consulting-Specifying Engineer stellt fest, dass modulare Kaltwassersätze typischerweise nicht so effizient sind wie große Einzelgeräte. Dieser Kommentar bestätigt unsere Daten, er trägt sie nicht. Modulare Scroll-Anlagenverbünde erreichen einen bewerteten COP von etwa 3.1 bis 3.5. Bei Zentrifugalmaschinen liegt er bei 6.31 bis 6.56, bei Maschinen mit Magnetlagerung bei 6.42 bis 6.86. Wenn für Sie nur der Spitzenwert der Leistungszahl bei Auslegungslast zählt, sollten Sie keinen modularen Kaltwassersatz kaufen.
Die Teillast-Treppe
Der Vergleich eines modularen Kaltwassersatzes mit einem herkömmlichen Gerät beginnt meist bei der Leistung. Er sollte beim Lastprofil beginnen. Bewertet wird ein Kaltwassersatz anhand der Auslegungslast, unter dieser Bedingung läuft er aber nur selten. Acht 20-RT-Module ermöglichen dazwischen Leistungsschritte von 12,5 %. Eine einzelne Maschine mit 160 RT bietet nur eine Stufe und regelt dann den Verdichter herunter, obwohl die Last nicht dazu passt.
| Gebäudelast | Laufende Module | Erbrachte Leistung (kW) | Verhalten des Anlagenverbunds | Verhalten der Einzelmaschine |
|---|---|---|---|---|
| 100% | 8 | 520 | Alle Module bei Nennleistung | Volllast, Punkt der höchsten Effizienz |
| 75% | 6 | 390 | Sechs Module bei Nennleistung | Verdichter wird heruntergeregelt |
| 50% | 4 | 260 | Vier Module bei Nennleistung | Stärkere Leistungsreduzierung, Effizienz sinkt |
| 25% | 2 | 130 | Zwei Module bei Nennleistung | Nahe der Mindeststufe, Taktgefahr |
| 12.5% | 1 | 65 | Ein Modul bei Nennleistung | Kurzzyklusbetrieb |
Das ist die Treppe – und sie ist das Produkt. Laufende Module arbeiten nahe ihrer Nennleistung, während nicht benötigte Module keinen Strom verbrauchen. Regulierungsbehörden berücksichtigen diese Aufteilung: Bei der Beschaffung von Kaltwassersätzen durch US-Bundesbehörden ist neben der Volllasteffizienz auch eine integrierte Teillasteffizienz vorgeschrieben. Dadurch kann ein auf Teillast optimiertes Gerät eine reduzierte Volllastleistung von 9.700 EER nach ASHRAE 90.1 Path B erfüllen.
Was unsere Zahlen tatsächlich aussagen
Beim Katalogwert von 3,06-3,49 CoP für die vier verschiedenen Module – oder etwa 10,4-11,9 Btu/Wh bei 12°C Wassereintritt, 7°C Wasseraustritt und 35°C Umgebungstemperatur – gibt es viel Positives, auch wenn es sich nicht um zertifizierte Leistungsangaben handelt.
Solche Leistungsangaben haben sowohl rechtliches als auch technisches Gewicht. Für die erfassten gewerblichen Geräte sind sie gemäß 10 CFR Part 431 Subpart F vorgeschrieben und dienen als Nachweis zur Erfüllung der vom Energieministerium geregelten Effizienzanforderungen. Berechnungen auf Grundlage eines Produktkatalogs können die Auslegung unterstützen, sind aber kein Nachweis; sie bilden möglicherweise nicht genau das Gerät und die Prüfkonfiguration ab, mit denen gesetzliche Effizienzstandards erfüllt werden. Wenn für das Projekt Effizienzvorschriften gelten, informieren Sie uns bitte, damit wir Ihnen zertifizierte Leistungsdaten für Ihre genau spezifizierte Konfiguration bereitstellen können.
Die Energieeffizienz einer HVAC-Anlage ist eine Eigenschaft des Gesamtsystems, nicht des Typenschilds eines Geräts. Weitere Optionen sind verfügbar: Die Wärmeabfuhr kann über ein wassergekühltes System erfolgen, meist mit Kühlturm. Das senkt den Energieverbrauch gegenüber luftgekühlten modularen Geräten, erfordert aber Wasseraufbereitung und Wartung des Kühlturms. Systeme mit ölfreien Verdichtern und Magnetlagerung steigern die Effizienz weiter. Verdichter mit variabler Drehzahl verringern den Teillastabstand von der anderen Seite. Und in Gebäuden, die bereits eine Lüftung mit Wärmerückgewinnung einsetzen, stellt sich dieselbe Frage auch auf der Wasserseite. Ein Wasserkreislauf mit Wärmequelle verlagert dieselbe Last erneut. Vergleichen Sie beliebige Kälteanlagen stets über das gesamte Betriebsjahr als HVAC-Gesamtsystem: Eine Maschine mit hoher Effizienz am Auslegungstag kann für die übrigen 364 Tage ungeeignet sein.
Integrierte Redundanz und Verfügbarkeit: der N+1-Vorteil
Eine N+1-Konfiguration umfasst eine Einheit mehr, als zur Deckung der thermischen Last erforderlich ist. In einer herkömmlichen Anlage bedeutet das eine zusätzliche Maschine gleicher Größe oder drei Maschinen, die jeweils mit halber Leistung laufen. Bei einem modularen Anlagenverbund genügt ein zusätzliches Modul.
Wir belegen die Rechnung selbst, statt sie einem Lieferanten zu überlassen. Ein zusätzliches 20-RT-Modul als Reserve für einen Anlagenverbund mit acht Modulen und 520 kW sichert dieselbe Versorgungskontinuität wie eine zweite 520-kW-Maschine – bei etwa einem Achtel der Reserveleistung. In einem Hersteller-Whitepaper, das ACHR News veröffentlicht hat, wird derselbe Punkt durch den Vergleich eines modularen Ersatz-Kaltwassersatzes mit 10 Tonnen und eines luftgekühlten Kompaktgeräts mit 100 Tonnen gemacht. Behandeln Sie dies als Herstelleraussage und überprüfen Sie die Rechnung anhand Ihres eigenen Bedarfs. Die Redundanz ist gleich. Der Kapitalbedarf nicht.
Was geschieht bei einem Modulausfall?
Jedes KAFM-Modul verfügt über einen unabhängigen Kältemittelkreislauf und ist in eine zentrale Mikroprozessor-Gruppenregelung eingebunden. Wird ein Modul abgeschaltet, wird es isoliert; die verbleibenden Module werden entsprechend dem Sollwert der Wasseraustrittstemperatur neu gestuft. Außerdem erhalten Verdichter mit den geringsten kumulierten Betriebsstunden Vorrang. So verteilt sich der Verschleiß auf mehrere Maschinen, statt sich auf das führende Gerät zu konzentrieren.
In öffentlichen Foren stellen Fachbetriebe die naheliegende Gegenfrage: Was passiert, wenn die Master-Regelung ausfällt? Das ist eine berechtigte Sorge. Eine Antwort darauf ist der verfügbare Weiterbetrieb bei Störung, den der Marktführer dieser Produktkategorie anbietet. Bitten Sie jeden Anbieter modularer Systeme – auch uns –, das Ausfallverhalten der Regelung vor Vertragsabschluss auf dem werkseitigen Prüfstand vorzuführen.
Letztlich geht es um die Berechnung des Risikos. Der Ausfall eines einzelnen 65-kW-Moduls in einem Anlagenverbund mit acht Modulen und 520 kW bedeutet einen Leistungsverlust von 12,5 %. Beim Ausfall einer einzelnen 520-kW-Maschine gehen dagegen 100 % der Leistung verloren. Der Versand eines Ersatzverdichters dauert mehrere Wochen. Für die Produktion in Krankenhäusern, Halbleiterwerken und Rechenzentren ist dies das entscheidende Argument bei der Beschaffung. Deshalb prüft Koven Air jedes Modul 24 Stunden lang im Alterungstest und bietet eine nach ISO 9001 zertifizierte Rückverfolgbarkeit über mehr als 400 Fertigungsschritte.
Redundanz ist nicht alles, worauf es im Rechenzentrum ankommt
Modulredundanz erhöht die Verfügbarkeit, aber nicht die thermische Effizienz. Beides zusammen zu betrachten, ist ein häufiger Spezifikationsfehler. Für die Kühlung von Rechenzentren sind heute die Kaltwasser-Vorlauftemperaturen, die Zahl der Stunden mit Economizer- oder freier Kühlung und die daraus resultierende Energieeffizienzkennzahl (Power Usage Effectiveness, PUE) entscheidend – nicht allein die Modulanzahl. Zweckgebundene modulare Architekturen für diesen Anwendungsfall sind im US-Patent US11240937B2 „Modular chiller for data centers“ beschrieben.
Wenn sich Ihr Rechenzentrum in einem Rechtsraum befindet, in dem die USA den Ausstieg aus bestimmten Kältemitteln vorschreiben, lesen Sie bitte vorher den Abschnitt „Konformität“.
Betriebsbereich, Baureihe für niedrige Umgebungstemperaturen und Wärmerückgewinnung
Berichte aus dem Betrieb sprechen offen über ein Ausfallverhalten, das Hersteller in ihren Datenblättern verschweigen. Ein Techniker beschrieb in einem Kälteforum einen Tag mit 104°F, an dem die Kaltwassersätze den Bedarf nicht decken konnten, und fragte, ob jemand Sprühnebelsysteme an seinen modularen Geräten installiert habe. Bei steigender Umgebungstemperatur sinkt die Leistung luftgekühlter Geräte. Systeme, die allein anhand von Katalogdaten und ohne Leistungskorrekturkurve ausgelegt werden, schneiden im entscheidenden Moment schlecht ab.
Deshalb veröffentlichen wir den Betriebsbereich statt bloßer Schlagzeilen. Keiner der fünf Anbieter, die für diesen Suchbegriff weit oben ranken, gibt auf seiner Produktseite einen Umgebungstemperaturbereich an.
Veröffentlichter Betriebsbereich
| Betriebsart | KAFM-Standardausführung (FM) | KAFM für niedrige Umgebungstemperaturen (DFM) |
|---|---|---|
| Umgebungstemperatur im Kühlbetrieb | -15°C bis +43°C | -15°C bis +43°C |
| Umgebungstemperatur im Heizbetrieb | -10°C bis +26°C | bis -30°C |
| Kaltwasser-Austrittstemperatur | Standardmäßig 5°C bis 15°C; einzelne Sollwerte von -30°C bis +65°C auf Anfrage verfügbar | |
Die obigen Bereiche entsprechen den betriebsartspezifischen Angaben in unseren Kombinationstabellen. Der Betriebsbereich variiert je nach Gerätetyp, Modulkombination und Wasseraustrittstemperatur. Lassen Sie sich deshalb vor der Spezifikation von unserer technischen Abteilung die genauen Grenzwerte Ihrer Konfiguration bestätigen.
Wärmerückgewinnung auf demselben Chassis
Ein optionaler koaxialer Rohrwärmetauscher gewinnt Verflüssigerwärme zurück und stellt während des Kühlbetriebs des Verbunds Warmwasser mit 15°C bis 55°C bereit. Bei einem KAFM-020H-Modul beträgt die Wärmerückgewinnungsleistung 73 kW bei einem Volumenstrom von 12,6 m³/h und einem Druckverlust von 22 kPa. Vierrohrvarianten in anderen Produktreihen ermöglichen gleichzeitiges Heizen und Kühlen über einen einzigen Verbund; bei mehreren Modellen wird eine Warmwasserbereitung mit 140°F angegeben. Sinkt die Umgebungstemperatur im Winter ausreichend weit, verlagert die freie Kühlung die Last von den Verdichtern weg. Dem Verdampfer wird dann Wasser zugeführt, das im Freien bereits vorgekühlt wurde. So können Anlagen in kalten Klimazonen ihre Kühlleistung ohne ein größeres Gerät aufrechterhalten. Der Einsatz umschaltbarer modularer Architekturen, die zwischen dem Kühlkreislauf des Gebäudes und der Wärmeabgabe an die Außenluft wechseln, ist in der veröffentlichten US-Patentanmeldung US20230288112A1 beschrieben.
In anderen Produktreihen bieten Vierrohrkonfigurationen mehrere Heiz- und Kühlfunktionen gleichzeitig über einen einzigen Verbund; bei mehreren Modellen wird eine Warmwasserbereitung mit 140F angegeben. Sind die winterlichen Umgebungstemperaturen niedrig genug, um den Einsatz zu rechtfertigen, übernimmt die freie Kühlung einen Teil der Arbeit. Dadurch kühlen die Verdichter das Wasser, das bereits durch die Außenluft vorgekühlt wurde. Das ist ein wichtiger Grund, warum Anlagen in kalten Klimazonen modulare Verbünde mit Economisern statt größerer Geräte einsetzen.
Planungsbüros weisen häufig darauf hin, dass es an Referenzplanungen für luftgekühlte modulare Systeme mit Wärmerückgewinnung fehlt. Deshalb veröffentlichen wir die Wärmerückgewinnungsleistung, Volumenströme und Druckverluste je Modul und nicht nur eine einzelne Kennzahl für das Gesamtsystem. Benötigt Ihre Anwendung eine Wärmepumpenfunktion statt einer Wärmerückgewinnung, ist unsere Luft-Wasser-Wärmepumpenreihe dafür ausgelegt.
Statt für ein Gerät lediglich eine einzelne Kennzahl anzugeben, nennt Koven Air den Betriebsbereich. Warum? Das Risiko ist ungleich verteilt: Ein unbemerkt leistungsgeminderter Verbund bei 43C (109F) würde seinen ersten tatsächlichen Ausfall womöglich am heißesten Tag des Jahres erleben. Keine Zertifizierung kann Sie für diesen Fall entschädigen. Mit unserem ISO-9001-zertifizierten Prozess, dem 24-Stunden-Alterungstest für jedes KAFM-Gerät und unserer umfassenden Prüfung an 36 Punkten stellen wir sicher, dass der angegebene Betriebsbereich ein verbindliches Leistungsversprechen und keine Marketingzahl ist.
Planen Sie für einen Standort mit hohen Umgebungstemperaturen oder Temperaturen unter dem Gefrierpunkt?
Senden Sie uns die Auslegungsbedingungen. Wir erstellen eine konkrete Schätzung der Leistungsminderung.
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Wasserhydraulische Einbindung: Volumenstrom, Druckverlust und Schnittstelle zur Anlage
Ob eine modulare Kaltwasseranlage funktioniert, entscheidet sich auf der Wasserseite. In einem Forum für Gebäudeautomation schilderte ein Fachbetrieb für Gebäudetechnik den tatsächlichen Aufwand: mehrere Verbünde mit unterschiedlichen Modulen, für die alle eine Stufenlogik im Gebäudemanagementsystem eingerichtet werden muss. Bei dieser Integration kommt es zu Verzögerungen im Projektzeitplan. Auf einem Datenblatt, das bei der Kühlleistung endet, ist davon nichts zu sehen.
Nur zwei Kennzahlen entscheiden darüber, ob die Stufen überhaupt funktionieren: der erforderliche Volumenstrom jedes Moduls und der Druck, den der Verteiler ausübt. Daraus ergeben sich drei Aspekte, die Sie bei einem Anbieter modularer Systeme unbedingt ansprechen sollten.
„In etwa neun von zehn Fällen, in denen ein modularer Verbund nicht wie vorgesehen funktioniert, liegt ein Problem mit der Verrohrung vor und kein Kältemittelproblem – entweder hat jemand vergessen, den Verteiler auszulegen, oder dem Gebäudeautomationssystem nicht mitgeteilt, wie es die Stufen regeln soll.“
| Konfiguration | Wasservolumenstrom (m³/h) | Druckverlust (kPa) | Modulanschluss | Sammelleitung | Wärmetauscher |
|---|---|---|---|---|---|
| Einzelmodul mit 20 RT | 11.2 | 44 | DN50 | n/a | Plattenwärmetauscher |
| Einzelmodul mit 40 RT | 22.4 | 44 | DN65 | n/a | Plattenwärmetauscher |
| Verbund aus 2 Modulen (130 kW) | 24 | 65 | DN50 | DN80 | Rohrbündelwärmetauscher mit Spiralumlenkblech |
| Verbund aus 6 Modulen (390 kW) | 72 | 90 | DN50 | DN125 | Rohrbündelwärmetauscher mit Spiralumlenkblech |
| Größter Verbund (820 kW) | 150 | 90 | DN65 | DN200 | Rohrbündelwärmetauscher mit Spiralumlenkblech |
Drei wasserhydraulische Prüfpunkte vor der Spezifikation
Mindestvolumenstrom bei gestuften Modulen
Wenn der Verbund stufenweise herunterfährt, sinkt der Volumenstrom im Verteiler. Klären Sie, was geschieht, wenn Stufen inaktiv sind und für die aktiven Stufen Mindestvolumenströme gelten. Andernfalls können Tage mit geringer Last zu unnötigen Abschaltungen führen.
Variabler Primärvolumenstrom
Der Druckverlust im Verteiler steigt von 44 kPa bei einem Einzelmodul auf 90 kPa bei Verbünden. Die Pumpenförderhöhe sollte für den Verbund und nicht für das einzelne Modul ausgelegt werden, denn eine Regelung der Kaltwasserleistung bei variablem Volumenstrom ist grundlegende, seit Langem etablierte Ingenieurpraxis. Sie wurde mit US6085532A patentiert und ist inzwischen gemeinfrei. Die Auslegung der Verteilerleitungen und die Pumpenauswahl gehören in die Systemplanungsprüfung und nicht in einen Nachtragsauftrag.
Glykol, Frostschutz und Puffervolumen
Ein Betrieb bei Umgebungstemperaturen unter 0C sowie niedrige Sollwerte für die Kaltwassertemperatur verändern sowohl die Fluideigenschaften als auch das erforderliche Anlagenvolumen. Geben Sie bei Ihrer Anfrage die erforderliche Glykolkonzentration genau an, da sie sich zugleich auf Volumenstrom, Druckverlust und Leistung auswirkt.
Anders als bei einem Standardgerät mit festem Volumenstrom schaffen modulare Verbünde jedoch einen variablen Auslegungspunkt, und der damit verbundene Zielkonflikt bleibt bei Angeboten oft unberücksichtigt. Unsere Koven Air Ingenieure prüfen Volumenstrom und Druckverlust anhand Ihrer Pumpenkennlinie, bevor sie ein Angebot erstellen. Bei dieser grundlegenden Auslegung gilt: Sie legen das System einmal für 20 Jahre aus.
Wo modulare Kaltwassersätze von Koven Air zum Einsatz kommen: Anwendungen und Ergebnisse
Meilensteine und weltweite Präsenz
- 2007: Fertigung des ersten Schrauben-Kaltwassersatzes.
- 2010: Beginn des Exports unter eigener Marke.
- Weltweit: Die Geräte sind heute in über 35 Ländern im Einsatz, darunter Indonesien, Brasilien, USA, Südafrika, Mexiko, Malaysia und weitere.
- Wichtige Projekte: Tesla-Gigafabrik, Samsung Electronics, BMW-Automobilwerk, Hilton-Hotels und die Weltausstellung in Shanghai.
Diese Anlagen kommen zum Einsatz, weil sie sich flexibel an die jeweilige Anwendung anpassen lassen. Einzelmodule benötigen wenig Platz und passen durch einen Lastenaufzug. Über einen breiten Lastbereich halten sie die Temperatur präzise ein, und bei steigender Mieternachfrage lässt sich die Leistung erweitern. Bei den meisten Projekten entscheiden Ausfallzeiten – nicht die Investitionskosten – darüber, ob das Vorhaben umgesetzt wird. Elektrische Heizleistung bringt zudem einen völlig neuen Ansatz für die Auslegung mit sich.
Rechenzentren
Gestufte Redundanz und Betriebsstunden mit freier Kühlung; prüfen Sie zuerst den Kältemittelstichtag 2027
Krankenhäuser
Dauerbetrieb, bei dem der Ausfall eines einzelnen Geräts nicht hinnehmbar ist
Industrieparks
Stufenweiser Ausbau, Leistungserweiterung je Mieter
Halbleiter und Batterien
Präzise Regelung der Austrittswassertemperatur über einen breiten Lastbereich
Gesamtbetriebskosten: Aufbau und Zusammensetzung
Da uns keine objektive Kennzahl vorliegt, versuchen wir nicht, eine „Kapitalrendite“ für modulare Geräte anzugeben – eine solche Kennzahl lässt sich ohne Angaben zu Klima, Stromtarif und Lastprofil nicht ermitteln. Der Vergleich der Gesamtbetriebskosten von Kaltwassersätzen durch YORK kehrt die Rangfolge von luft- und wassergekühlten Geräten allein aufgrund der Wasser- und Strompreise um. Das US-Energieministerium stellt für genau diese Analyse eine Software zur Berechnung der Lebenszykluskosten von Gebäuden bereit.
Was sich aus dem Anlagenaufbau ergibt und nicht vom jeweiligen Standort abhängt: Ein einzelnes Ersatzmodul kostet nur einen Bruchteil eines zweiten vollständigen Geräts; bei identischen Modulen genügt ein gemeinsamer Ersatzteilbestand für den ganzen Verbund; dafür gibt es mehr Verdichter und somit mehr Verschleißteile als in einer Anlage mit nur einem Verdichter. In der Praxis eignen sich modulare Systeme besonders bei stark schwankender Last, geplantem Ausbau oder eingeschränktem Zugang zum Technikraum. Ein großes Einzelgerät ist vorteilhaft, wenn die Last gleichmäßig und hoch ist und die Effizienz am Auslegungstag die Betriebskosten bestimmt.
Zertifizierungen, Kältemittelvorschriften und Zuständigkeiten
Bei der Beschaffung führen Zertifizierungen häufig zu unangenehmen Überraschungen. Der Fehler liegt in der Annahme, eine Zertifizierung garantiere die Leistung: ISO 9001 bezieht sich auf den Prozess, die AHRI-Leistungsbewertung auf das Gerät und die Kältemittelzertifizierung auf keines von beiden. Selbst wenn sich Effizienz verhandeln lässt, ist ein nicht zugelassenes Kältemittel an Ihrem Standort unabhängig vom Preis ungeeignet – die Rechnung wurde bereits für Sie gemacht. Koven Air verfügt über die folgenden Zertifizierungen und legt seine Position zu Kältemitteln schriftlich offen, statt den Kunden die Wahrheit erst entdecken zu lassen, nachdem sie den GWP-Wert von 700 festgestellt haben.
Das Unternehmen arbeitet nach einem zertifizierten Qualitäts-, Umwelt- und Arbeitsschutzmanagementsystem gemäß der Normenreihe ISO 9001. Die Effizienz von Kaltwassersätzen für regulierte Beschaffungen wird gemäß den Prüfverfahren AHRI 550/590 angegeben. Wer sich bei einer Ausschreibung an einen bundesrechtlichen oder gesetzlich vorgeschriebenen Effizienzmindestwert halten muss, sollte für die konkret angebotenen Konfigurationen zertifizierte Leistungsdaten anfordern.
Lesen Sie dies, bevor Sie KAFM in den Vereinigten Staaten spezifizieren
Modulare Kaltwassersätze von KAFM verwenden R410A mit einem Treibhauspotenzial von etwa 2,088. Dieses Kältemittel hat kein niedriges Treibhauspotenzial, und wir werden es auch nicht als solches bezeichnen.
Gemäß der Regelung zu Technologiewechseln der US-Umweltschutzbehörde (EPA), kodifiziert in 40 CFR Part 84, Subpart B, gilt für die Installation neuer Kaltwassersatzsysteme ein GWP-Grenzwert von 700 mit folgendem Zeitplan: Komfortkühlung ab 1. Januar 2025; industrielle Prozesskälte mit einer Austrittsfluidtemperatur über -30°C ab 1. Januar 2026; sowie Kühlung von Rechenzentren, Computerräumen und IT-Geräten ab 1. Januar 2027. R410A überschreitet diesen Grenzwert. Die zusammenfassenden EPA-Tabellen für die einzelnen Sektoren geben denselben Zeitplan wieder. Die EPA weist jedoch darauf hin, dass sie nur der Information dienen und die Verordnung selbst maßgeblich ist.
In der Praxis ist die Folge eindeutig: KAFM-Verbünde werden für Märkte spezifiziert, in denen R410A weiterhin zulässig ist, sowie für Wartung und Erweiterung bestehender R410A-Anlagen. Sie werden nicht als konforme Kältemitteloption für Neuinstallationen in den oben genannten Kategorien in den USA angeboten.
Wenn ein Kältemittel mit niedrigem GWP erforderlich ist, arbeiten die Baureihen von Koven Air mit Zentrifugal- und Magnetlager-Kaltwassersätzen mit R134a und R1234ze. Diese Geräte erreichen zudem die zuvor beschriebene höhere Effizienz bei Auslegungslast. Wenden Sie sich an unsere technische Abteilung und nennen Sie den Zuständigkeitsbereich sowie die Anwendung, bevor die Spezifikation festgelegt wird. Das Kältemittelfeld im KAFM-Modellcode ist kein nebensächliches Detail, sondern eine Entscheidung über den Marktzugang.
Zwei Entwicklungen weisen in dieselbe Richtung. Bauherren, die eine LEED-Zertifizierung anstreben, profitieren von der geringen Kältemittelfüllmenge in jedem einzelnen Modul. Zugleich rücken Dekarbonisierungsziele das Treibhauspotenzial von Kältemitteln in vielen Ausschreibungsbewertungen vor die Effizienzangabe auf dem Typenschild. Anders gesagt: Bei der Nachhaltigkeitsberichterstattung wird inzwischen zuerst das Kältemittel bewertet und dann die Kilowattstunde. Die Klimaschutzpolitik ist zu einer Randbedingung geworden, die darüber entscheidet, welches Kältemittel für die geforderte Leistung überhaupt zulässig ist.
Beschaffungsleitfaden: Auswahl, Lieferzeit und Kundendienst
Beschaffungsfachleute sagen uns, dass in dieser Produktkategorie der teuerste Fehler darin besteht, nur nach dem Anschaffungspreis zu kaufen und sich erst danach mit den Gesamtbetriebskosten auseinanderzusetzen. Bei modularen Geräten entstehen diese versteckten Kosten in zwei konkreten Bereichen: beim Ersatzteilbestand für zahlreiche identische Verdichter und beim Integrationsaufwand, der nötig ist, um dem Gebäudemanagementsystem die Stufenregelung des Verbunds beizubringen.
Eine Lebenszyklusberechnung kehrt die Rangfolge häufig um. Die Energieeinsparungen über einen Betriebszeitraum von zwanzig Jahren in gewerblich genutzten Gebäuden und die vermiedenen Ausfallzeiten einer Anlage, die nie vollständig stillsteht, übersteigen häufig den Aufpreis gegenüber den anfänglichen schlüsselfertigen Kosten. Wenn in einem zentralen Versorgungsgebäude bereits Heizkessel vorhanden sind, gilt dieselbe Stufenlogik auch für die Heizseite.
Anders als bei einer veröffentlichten Preisliste eines Händlers ergibt sich der Preis bei Koven Air aus einer Berechnung. Wir verschweigen dabei nicht, dass ein modularer Verbund mehr Verdichter und entsprechend mehr Verschleißteile umfasst als ein Einzelgerät – wer etwas anderes behauptet, hat nicht nachgerechnet. Alle unsere Geräte stammen aus einer nach ISO 9001 zertifizierten Fertigungsstätte, werden einem 24-stündigen Alterungstest unterzogen und ihre veröffentlichten Leistungsdaten werden in unserem hauseigenen Labor geprüft.
Rahmenbedingungen der Preisgestaltung
Der Preis für KAFM richtet sich nach dem Modellcode und nicht nach einem Listenpreis pro Tonne Kälteleistung. Die Kosten hängen von den Abmessungen ab. Deshalb erstellen wir Angebote auf Basis der konkreten Abmessungen statt eines pauschalen Preises, der in den meisten Fällen unzutreffend wäre.
| Kostenfaktor | KAFM-Codefeld | Auswirkung auf die Kosten |
|---|---|---|
| Anzahl und Kombination der Module | Feld 11 | Die Investitionskosten steigen mit der Modulanzahl. Ein Verbund aus 20/30/40 RT vermeidet überschüssige Leistung und unnötige Kosten. |
| Gerätetyp | Feld 5 | Geräte für reine Kühlung, als Wärmepumpe, für ganzjährige Kühlung und für die Warmwasserbereitung haben unterschiedliche Kreisläufe. |
| Wärmerückgewinnung | Feld 6 | Teilweise oder vollständige Wärmerückgewinnung erfordert je Modul einen zusätzlichen Wärmetauscher und Wasserkreislauf. |
| Verdichtermarke | Feld 7 | Danfoss, Copeland oder Daikin; die Wahl bestimmt auch die regionale Verfügbarkeit von Ersatzteilen. |
| Austrittswassertemperatur | Feld 8 | Nicht standardmäßige Sollwerte unter 5°C müssen bestätigt werden und verändern die bereitgestellte Leistung. |
| Motortyp | Feld 10 | Festdrehzahl, Hybridumrichter, Vollumrichter oder explosionsgeschützt |
| Stromversorgung | — | 380 V Standard; 415 V und 460 V verfügbar |
Die Lieferzeit richtet sich nach derselben Logik und wird für die jeweilige Konfiguration angegeben; sie ist keine pauschale Zusage. Explosionsgeschützte Motoren, nicht standardmäßige Austrittswassertemperaturen und Vollumrichter verlängern die Lieferzeit. Die kürzeste Lieferzeit bieten standardmäßige Verbünde für reine Kühlung mit Modulen aus Lagerbestand.
Wozu sich Koven Air verpflichtet
PHASE 01 VOR DER BESTELLUNG
Prüfung der Projektplanung und der Parameter auf Richtigkeit sowie fachgerechte Berechnung anhand Ihrer Last- und Hydraulikdaten.
PHASE 02 WÄHREND DER LIEFERUNG
Die Geräte werden erst nach einer Prüfung im Werk versandt. Techniker unterstützen die Installation und Inbetriebnahme vor Ort. Anpassungen am Standort werden vorgenommen, wenn sich die Gegebenheiten von den Zeichnungen unterscheiden.
PHASE 03 NACH DER INBETRIEBNAHME
Technischer Kundendienst während der gesamten Lebensdauer, umgehende Antwort während der Garantiezeit und regelmäßige Schulungen für Fachbetriebe und Ingenieure. Garantiebedingungen und -zeiträume richten sich nach Vertrag und Gebiet.
Regulierungshinweis: Die Beschaffungsleitlinien des US-Energieministeriums bieten eine nützliche neutrale Prüfbasis für jedes Kaltwassersatzprojekt im öffentlichen wie im privaten Sektor. Sie vergleichen beide Effizienzkennzahlen, berücksichtigen Lebenszykluskosten statt allein den Anschaffungspreis und beziehen den Kältemittelwechsel als Risiko samt möglichen Nachrüstungskosten ein.
Planungswerkzeuge und Ressourcen
Berechnen Sie modulare Kombinationen, simulieren Sie das Stufenverhalten und prüfen Sie die Einhaltung von Umweltvorschriften.
FAQ zu modularen Kaltwassersätzen
Was ist ein modularer Kaltwassersatz?
Ein modularer Kaltwassersatz besteht aus einer Kälteanlage mit mehreren unabhängigen Kältemittelmodulen, die parallel geschaltet sind und sich einen gemeinsamen Wasserverteiler sowie eine Stromversorgung teilen. Die Module werden über eine zentrale Regelung verwaltet. Jedes Modul verfügt über eigene Kältemittelkreisläufe und kann unabhängig von den anderen betrieben, stufenweise zugeschaltet oder abgeschaltet werden.
Was ist der Unterschied zwischen einem modularen System und einem herkömmlichen Kaltwassersatz?
Während herkömmliche Kaltwassersätze ihre Leistung mit einem einzigen Gerät bereitstellen, übernehmen in modularen Systemen mehrere separat betriebene Geräte diese Aufgabe. Modulare Verbünde können sich besser an Teillast anpassen und bieten als kostengünstige Redundanz ein Ersatzmodul. Herkömmliche Kaltwassersätze erreichen dagegen bei der vorgesehenen Volllast eine höhere Spitzenleistungseffizienz.
Sind modulare Kaltwassersätze effizienter als ein großer Einzel-Kaltwassersatz?
Bei Volllast nicht. Scrollverdichter-Verbünde erreichen einen nach dem Leistungskoeffizienten bewerteten Wert zwischen 3.1 und 3.5. Damit liegen sie unter Kaltwassersätzen mit Radialverdichter (6,31-6,56) und mit Magnetlager (6,42-6,86). Modulare Geräte bieten gegenüber herkömmlichen Geräten Vorteile bei der stufenweisen Regelung unter Teillast, den Kosten für ein Ersatzmodul, der einfachen Installation und einer gestaffelten Kapitalausgabe – nicht bei der Spitzenleistungseffizienz.
Können Module verschiedener Hersteller in einem Verbund kombiniert werden?
Nein. Kommunikationsprotokolle, Schutzgeräte für Kältemittelkreisläufe und hydraulische Eigenschaften sind markenspezifisch und lassen sich nicht zwischen Herstellern übertragen. Unterschiedliche Gerätegrößen innerhalb einer Marke, etwa KAFM-Module mit 20, 30 und 40 RT, sind auf Kompatibilität ausgelegt.
Was geschieht, wenn die übergeordnete Regelung ausfällt?
Bitten Sie um eine Vorführung. Bei modularen Anlagen ist die Gruppenregelung der zentrale Aspekt der „Ausfallsicherheit“-Garantie, denn ein einzelnes Element ist nicht redundant. Lassen Sie sich vor Vertragsunterzeichnung auf dem Prüfstand vorführen, wie unsere Regelung oder die eines anderen Anbieters auf einen Ausfall reagiert.
Was kostet ein modularer Kaltwassersatz?
Die Gerätekosten hängen von Anzahl und Kombination der Module, Gerätekonfiguration, Wärmerückgewinnung, Verdichtermarke, Austrittswassertemperatur, Motortyp und Versorgungsspannung ab. Ein Preis pro Tonne Kälteleistung ist deshalb nicht aussagekräftig. Senden Sie uns Ihre vollständige KAFM-Modellnummer oder Ihre Last- und Hydraulikdaten. Wir erstellen ein Angebot für die gewünschte Konfiguration. Bei den meisten Kaufentscheidungen empfiehlt es sich, die gesamten Lebenszykluskosten statt nur den Anschaffungspreis des Geräts zu betrachten.
Dürfen modulare Kaltwassersätze von KAFM in den Vereinigten Staaten installiert werden?
Nicht bei Neuinstallationen in den eingeschränkten Kategorien. R410A hat ein Treibhauspotenzial von ungefähr 2,088 und überschreitet damit den GWP-Grenzwert von 700, den die EPA für die Installation neuer Kaltwassersatzsysteme anwendet: für Komfortkühlung ab 1. Januar 2025; für industrielle Prozesskälte mit einer Austrittsfluidtemperatur über -30°C ab 1. Januar 2026; und für die Kühlung von Rechenzentren, Computerräumen und IT-Geräten ab 1. Januar 2027. KAFM-Verbünde werden in Märkten geliefert, in denen R410A weiterhin zulässig ist, sowie für Wartung, Reparatur und Erweiterung bestehender R410A-Anlagen, die weiterhin erlaubt sind. Wenn ein Projekt ein Kältemittel mit niedrigem GWP erfordert, werden unsere Reihen mit Radialverdichter und Magnetlager mit R134a und R1234ze betrieben und sind auch bei Auslegungsleistung effizienter. Der vollständige Zeitplan ist in 40 CFR Part 84, Subpart B festgelegt. Nennen Sie uns das Land und die Anwendung. Wir teilen Ihnen unsere Einschätzung schriftlich mit, bevor Sie die Spezifikation festlegen.
Ist bei einem modularen Kaltwassersatz mehr Wartung erforderlich?
Im Vergleich zu einem Einzelgerät gibt es mehr Verdichter und daher mehr Verschleißteile. Dem steht gegenüber, dass alle Module identisch sind. Ein Ersatzteilbestand deckt daher den gesamten Verbund ab, und kein Wartungsfall setzt das Gebäude außer Betrieb.
Einen KAFM-Verbund modularer Kaltwassersätze spezifizieren
Senden Sie unseren Vertriebsingenieuren Ihr Lastprofil, die erforderliche Austrittswassertemperatur, die Auslegungsbedingungen der Umgebung und den Standort. Wir erstellen daraufhin eine geprüfte Auswahl der Modulkombination samt Hydraulikdaten und Konformitätserklärung.
