Hallenkühlung mit Daikin Kaltwassersätzen: EWAT-B und EWAT-CZ im Fokus

Große Industriehallen, Logistikflächen und weitläufige Fertigungsgebäude erfordern maßgeschneiderte Kältekonzepte. Im Sommer kumulieren sich hohe solare Wärmeeinträge über Dachflächen mit erheblichen internen Wärmelasten von Produktionsmaschinen, Beleuchtung und Fördertechnik. Für eine verlässliche Temperaturführung kommen zunehmend indirekte Systeme zum Einsatz. Ein zentraler Kaltwassersatz bereitet das Kaltwasser auf und leitet es über ein hydraulisches Netz an Umluftkühlgeräte, Deckeninduktionsdurchlässe oder zentrale Lüftungsanlagen (RLT-Anlagen). Daikin setzt in diesem Anwendungssegment verstärkt auf die luftgekühlten Baureihen EWAT-B und EWAT-CZ mit dem Kältemittel R-32.

Thermodynamische Grundlagen und der Carnot-Prozess in der Hallenkühlung

Jede Kompressionskältemaschine arbeitet auf Basis des linkslaufenden Kreisprozesses. Ein flüssiges Kältemittel verdampft bei niedrigem Druck und geringer Temperatur in einem Verdampfer (beispielsweise einem Platten- oder Rohrbündelwärmetauscher). Hierbei entzieht es dem rücklaufenden Hallenkühlwasser Wärme. Der Verdampfungsenthalpieunterschied bestimmt die transportierbare Kälteleistung je Kilogramm Kältemittelmassenstrom.

Der nachgeschaltete Verdichter hebt den Kältemitteldampf polytrop auf ein höheres Druck- und Temperaturniveau. Das theoretisch erreichbare Effizienzmaximum eines solchen Prozesses orientiert sich am Carnot-Gütegrad:

$$\text{COP}_{\text{Carnot}} = \frac{T_0}{T_c - T_0}$$

Hierbei beschreibt $T_0$ die Verdampfungstemperatur und $T_c$ die Kondensationstemperatur in Kelvin. Jedes Kelvin, um welches die Kondensationstemperatur bei hohen sommerlichen Außentemperaturen steigt, erhöht die benötigte Verdichterarbeit und verringert den Energy Efficiency Ratio (EER). Umgekehrt führt eine Anhebung des Kaltwasserniveaus – etwa von klassischen 7/12 °C auf 12/18 °C bei reiner sensibler Hallenkühlung – zu einer deutlich verbesserten Arbeitszahl des Gesamtsystems.

Kältemittel R-32 und der normative Rahmen

Vor dem Hintergrund der novellierten europäischen F-Gase-Verordnung (EU) 2024/573 gewinnt das Treibhauspotenzial (Global Warming Potential, GWP) der verwendeten Stoffe massiv an Bedeutung. Während bisherige Standardkältemittel wie R-410A einen GWP-Wert von 2088 aufweisen, reduziert R-32 (Difluormethan) diesen Wert auf 675.

| Kältekreiskriterium | R-410A (Referenz) | R-32 (Daikin EWAT-Reihe) | Differenz / Auswirkung | | :--- | :--- | :--- | :--- | | Treibhauspotenzial (GWP) | 2088 | 675 | -68 % Treibhauswirkung | | Füllmengenbedarf | 100 % | ca. 70 % | Geringere Systemfüllung | | Kälteleistungsdichte | Standard | Höher | Kompaktere Verdampfer/Kondensatoren | | Sicherheitsklasse (ISO 817) | A1 (nicht brennbar) | A2L (schwer entflammbar) | Spezifische Aufstellvorgaben | | EU F-Gas Phase-Down | Stark beschränkt | Langfristig nutzbar | Hohe Zukunftssicherheit |

Da Kaltwassersätze wie die Daikin EWAT-B und EWAT-CZ im Außenbereich auf Hallendächern oder Betriebshöfen installiert werden, vereinfacht sich der Umgang mit der Einstufung nach DIN EN 378 und ISO 817 maßgeblich. Da das Kältemittel vollständig in der Außeneinheit verbleibt und ausschließlich Wasser oder ein Wasser-Glykol-Gemisch in die Halle geführt wird, müssen im Gebäudeinneren keine Kältemittelsensoren oder Absaugungen installiert werden. Die untere Zündgrenze (LFL) von R-32 mit 0,306 kg/m³ stellt bei fachgerechter Freiluftaufstellung kein Hindernis dar.

Verdichter- und Inverter-Technologie für schwankende Hallenlasten

Produktionshallen weisen oft stark variable Lastprofile auf. Schichtbetrieb, Abwärme wechselnder Maschinenbelegungen und tageszeitliche Außentemperaturschwankungen machen den Volllastbetrieb zur Ausnahme. Ein wirtschaftlicher Betrieb entscheidet sich daher fast vollständig im Teillastbereich, bewertet über den Seasonal Energy Efficiency Ratio (SEER nach EN 14825).

Daikin stattet die Baureihe EWAT-CZ vollständig mit drehzahlgeregelten Scroll-Verdichtern aus, die über integrierte Inverter stufenlos moduliert werden. Konventionelle Stufen-Verdichter takten bei sinkender Hallenlast häufig ein und aus. Das führt zu Druckstößen, instabilen Vorlauftemperaturen und hohen Einschaltströmen. Die Inverterregelung passt das Kältemittelvolumen kontinuierlich exakt an die Wärmemenge an, die über den Kaltwasserkreislauf herangeführt wird. Zudem reduzieren elektronische Expansionsventile (EEV) die Überhitzung am Verdampferausgang auf ein minimales, stabiles Maß, wodurch der Verdampfer optimal mit Kältemittel benetzt bleibt.

Beispielrechnung: Kälteleistungsbedarf einer Fertigungshalle

Für eine Fertigungshalle mit einer Grundfläche von 2.500 m² und einer lichten Höhe von 6,5 Metern ergibt sich bei Auslegung nach VDI 2078 an einem Sommertag (Außentemperatur 34 °C, Innensolltemperatur 24 °C) folgendes Lastprofil:

• Transmissions- und Strahlungslast über Hüllflächen und Oberlichter: ca. 65 kW
• Interne Lasten (Maschinenantriebe, Prüfstände, Steuerungsschränke): ca. 120 kW
• Personenlast (40 Mitarbeiter) und Beleuchtung (LED): ca. 15 kW
• Außenluft-Kühllast (mechanische Be- und Entlüftung): ca. 50 kW
• Gesamte Kühllast: $\dot{Q}_K = 250\text{ kW}$

Soll diese Kälteleistung über ein Kaltwassernetz mit einer Spreizung von $\Delta T = 6\text{ K}$ (Vorlauf 10 °C, Rücklauf 16 °C) abgeführt werden, berechnet sich der erforderliche Volumenstrom für reines Wasser ($c_p = 4,18\text{ kJ}/(\text{kg}\cdot\text{K})$, $\rho \approx 1000\text{ kg}/\text{m}^3$) wie folgt:

$$\dot{V} = \frac{\dot{Q}_K}{\rho \cdot c_p \cdot \Delta T} = \frac{250\text{ kW}}{1000\text{ kg}/\text{m}^3 \cdot 4,18\text{ kJ}/(\text{kg}\cdot\text{K}) \cdot 6\text{ K}} \approx 0,00997\text{ m}^3/\text{s} \approx 35,9\text{ m}^3/\text{h}$$

Ein Kaltwassersatz der Serie EWAT-B oder EWAT-CZ deckt diesen Kältebedarf bei sehr hoher saisonaler Leistungszahl ab, während geregelte Hocheffizienzpumpen im Wasserkreislauf den hydraulischen Druckverlust der Rohrleitungen ausgleichen.

Hydraulische Einbindung und Gebäudeautomation (iCM)

Ein Kaltwassersatz kann seine bauartbedingte Effizienz nur ausspielen, wenn Hydraulik und Gebäudeleittechnik optimal abgestimmt sind. Typische Fehler in Halleninstallationen sind hydraulische Kurzschlüsse oder zu geringe Umlaufmengen bei schließenden Regelventilen an den Hallenluftkühlern. Um dem zu begegnen, kommen hydraulische Entkopplungen mittels Pufferspeichern oder drucklosen Verteilern zum Einsatz. Das Puffervolumen verhindert ein Takten bei extrem niedrigen Lasten und garantiert den vom Hersteller geforderten Mindestwasservolumenstrom.

Auf der Steuerungsebene binden moderne Schnittstellen (wie Modbus RTU/TCP oder BACnet/IP) den Kaltwassersatz an die übergeordnete Gebäudeautomation an. Daikin bietet mit dem intelligent Chiller Manager (iCM) ein Werkzeug, das mehrere Kaltwassersätze im Verbund koordiniert. Das System analysiert fortlaufend die Kaltwasseranforderung, passt Sollwerte gleitend an die Außentemperatur an und schaltet Maschinen je nach individuellem Teillast-Wirkungsgrad kaskadiert zu oder ab. Dies schont die Betriebsstunden der Verdichter und verhindert ineffiziente Betriebszustände.

Praxisanforderungen und Taupunktkontrolle im Hallenraum

Bei der Kühlung von Gewerbehallen muss besonderes Augenmerk auf die Raumluftfeuchte und den Taupunkt gelegt werden. Werden Deckenstrahlplatten oder Umluftkühler ohne Tropfenabscheider unterhalb der Taupunkttemperatur betrieben, droht Kondensatbildung. Dies kann in Lagerhallen zu Schäden an Kartonagen oder in metallverarbeitenden Betrieben zu Korrosion an Werkstücken führen.

Die Regelung muss daher kontinuierlich die relative Feuchte und Raumtemperatur überwachen und den Kaltwasservorlauf so anheben, dass die Oberflächentemperaturen der Übergabekomponenten mindestens 1 bis 2 K über dem errechneten Taupunkt verbleiben. Müssen im Prozess jedoch Entfeuchtungslasten bewältigt werden, sind Kaltwasser-Umluftgeräte mit Kondensatwannen, Kondensathebepumpen und Tropfenabscheidern zwingend einzuplanen.

Für die Planung, Auslegung und Beschaffung moderner Kaltwassersatz-Systeme, Wärmepumpen und Klimalösungen bietet Klimacorner.de Fachplanern, Handwerksbetrieben und Gewerbekunden kompetente technische Beratung sowie ein breites Sortiment führender Kältetechnik-Hersteller.

Hersteller-Videos und Social Media

Passende Videos des Herstellers:

• Daikin Applied Europe - Air cooled chillers
• Daikin R-32 Commercial Solutions

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