Druckluft-Fachbuch › Kapitel 6: Kompressorraum & Installation › Kühlwassersysteme
Kapitel 6 · Thema 6.4
Kühlwassersysteme: Wann sich Wasserkühlung lohnt und worauf es ankommt
Ein Kompressor wandelt fast seine gesamte aufgenommene Energie in Wärme um. Schon mit einem 15-kW-Kompressor ließe sich im Winter ein Einfamilienhaus heizen. Bei kleinen Anlagen bringt man diese Wärme am günstigsten mit Luft aus dem Raum. Je größer der Kompressor, desto eher lohnt sich Wasser: keine riesigen Luftkanäle, gleichmäßig niedrige Temperaturen und eine kleinere, zuverlässigere Aufbereitung.
Die Richtwerte auf einen Blick
| Punkt | Richtwert | Warum? |
|---|---|---|
| Kleine Kompressoren | Luftkühlung | Die Kanäle haben überschaubare Maße. Ein kurzes Stück Kanal, ein paar Klappen oder nur ein Wetterschutzgitter sind meist die günstigste Lösung. |
| Wassergekühlt erhältlich | ab ca. 50 kW | Ab dieser Größe gibt es wassergekühlte Kompressoren. Sie passen auch dort hin, wo keine Kanäle möglich sind, zum Beispiel in einen Keller. |
| Kühlwasser-Eintritt | 20 °C | Damit gibt es in der Regel keine Probleme. Ab 8 °C ist möglich, dann bildet sich aber an einigen Bauteilen Kondensat. Sie müssen gegebenenfalls isoliert werden. |
| Kühlwasser-Austritt | 40 °C | Bei 20 °C rein und 40 °C raus laufen die Kompressoren perfekt. |
| Wasserqualität | sauber, ohne Partikel | Aggressives oder verschmutztes Wasser zerstört Kühler. Genaue Werte und Freigabe immer vom Hersteller. |
| Kühlwasserpumpen | redundant | Fällt die einzige Pumpe aus, steht die ganze Druckluftanlage und damit die Produktion. |
| Kompressor im Stillstand | automatisch absperren | Sonst fließt kaltes Wasser ungenutzt durch und senkt die Rücklauftemperatur zum Rückkühler. |
Warum ab einer gewissen Größe Wasser besser ist
Bei einem 200-kW-Kompressor mit Luftkühlung kommt man schnell auf Luftkanäle von 2 × 2 m und Kühlluftmengen von mehreren 10.000 m³/h. Das braucht viel Platz im Raum und große Öffnungen in den Wänden. Im Betrieb entsteht eine starke Strömung im Raum. Weil sich die Luft schlecht vermischt, wird es an manchen Stellen zu kalt, an anderen zu warm. Das erfordert eine detaillierte Planung.
Mit Wasserkühlung schrumpft die Zuluft auf die Luft, die verdichtet wird, plus etwas Abstrahlungswärme. Die führt ein im Verhältnis kleiner Abluftventilator ab.
- Keine großen Kanäle, der Kompressor kann auch in Räume ohne Außenwand.
- Übers Jahr gleichmäßig niedrige Drucklufttemperaturen. Das verbessert den Wirkungsgrad des Kompressors.
- Kleinere, effizientere und zuverlässigere Aufbereitung, weil hohe Temperaturspitzen wegfallen.
Der Preis dafür: Die Wasserkühlung selbst ist aufwendiger und muss sauber geplant werden.
Wie wird das Kühlwasser wieder kalt?
| Variante | So funktioniert's | Worauf achten? |
|---|---|---|
| Warmwasser für den Prozess | Der Betrieb braucht ständig erwärmtes Frischwasser. Es fließt kalt in den Kompressor und warm in den Prozess. | Die einfachste Variante, wenn der Bedarf dauerhaft da ist. |
| Freikühler (geschlossenes System) | Mit 40 °C in den Freikühler, mit 20 °C zurück. Das funktioniert die meiste Zeit im Jahr, denn auch im Sommer gibt es nur wenige Tage, an denen es 24 Stunden über 20 °C hat. Nachts kühlt es meist ab, und die Jahresdurchschnittstemperatur in Deutschland liegt bei rund 10 °C. | Etwa ¾ des Jahres lässt sich so gut kühlen. Für die heißen Tage braucht es eine Zusatzkühlung. |
| Freikühler mit Besprühung | Über Verdunstung wird das Wasser weiter heruntergekühlt. | Senkt den Frischwasserverbrauch an heißen Tagen deutlich. |
| Zusatzkühlung: Kältemaschine | Kühlt den Rücklauf weiter herunter, wenn der Freikühler nicht reicht. | Zusätzliche Investition und Strom. |
| Notkühlung mit Leitungswasser | Frisches Leitungswasser kühlt, wenn alles andere nicht reicht. | Funktioniert zuverlässig, wird bei großen Kompressoren aber schnell teuer. |
| Offener Kühlturm | Das Wasser wird verrieselt und kühlt durch Verdunstung. | Hoher Frischwasserbedarf, Gefahr von Legionellen (ständig prüfen), viel Schmutz aus der Umgebungsluft im System. |
Woher kommt das Wasser?
- Stadtwasser ist meist gut, aber teuer.
- Fluss- und Seewasser enthält oft Schmutz und muss erst gereinigt werden. Zum Teil wachsen sogar Muscheln in den Kühlern.
- Viel Kalk ist problematisch: Er fällt aus, setzt die Kühler zu, verschlechtert den Wärmeübergang und kann die Kühler durchfressen.
Was in der Praxis am häufigsten schiefgeht
- Kein hydraulischer Abgleich. Ein Kompressor bekommt das ganze Kühlwasser, der andere nichts oder zu wenig.
- Nur eine Kühlwasserpumpe. Fällt sie aus, steht die gesamte Druckluftanlage und damit die Produktion.
- Stillstehende Kompressoren werden nicht abgesperrt. Kaltes Wasser fließt durch und mischt sich mit dem warmen Wasser der laufenden Maschinen. Die Mischtemperatur ist zu niedrig, der Freikühler arbeitet nicht effizient.
- Luft beim Befüllen. Gelangen beim Befüllen mit Wasser-Glykol Luftblasen ins Netz, werden sie im Betrieb von den Pumpen zusammengedrückt. Schaltet die Pumpe ab, dehnt sich die Luft aus und schiebt das Wasser in den Ausgleichsbehälter. Bei viel Luft läuft er über.
- Wasserqualität nicht geprüft. Aggressives Kühlwasser beschädigt die Kühler. Ohne Freigabe des Herstellers bleibst du auf den Kosten sitzen.
So rechnest du die Kühlwassermenge aus
Wie viel Wärme ins Kühlwasser geht, steht im Datenblatt des Kompressors. Die wichtigste Formel dafür:
| Kühlmedium | cp | Was heißt das? |
|---|---|---|
| Wasser | 4,19 kJ/(kg·K) | Bezugswert: nimmt mehr Wärme auf als Wasser-Glykol. |
| Wasser-Glykol | ca. 3,9 kJ/(kg·K) | Je nach Frostsicherheit. Es muss mehr Flüssigkeit umgepumpt werden. |
Mit dieser einen Formel kannst du in alle Richtungen rechnen, du stellst sie nur um:
- Kühlwassermenge: ṁ = Q ÷ (cp × ΔT)
- Wärmeleistung: Q = ṁ × cp × ΔT
- Erwärmung: ΔT = Q ÷ (ṁ × cp)
Beispiel: Das Datenblatt nennt 180 kW Wärmeleistung ins Kühlwasser, das Wasser erwärmt sich von 20 °C auf 40 °C, also um 20 K.
- Wasser: 180 ÷ (4,19 × 20) = 2,15 l/s, das sind rund 7,7 m³/h
- Wasser-Glykol: 180 ÷ (3,9 × 20) = 2,31 l/s, das sind rund 8,3 m³/h, also gut 7 % mehr
- Probe: 2,15 l/s × 4,19 × 20 K = 180 kW
Frostschutz mit Glykol
Für den Winterbetrieb ist Frostschutz unumgänglich. Wasser-Glykol nimmt aber weniger Wärme auf als reines Wasser. Um dieselbe Wärmemenge abzuführen, muss mehr Flüssigkeit durch das Netz gepumpt werden. Pumpen, Rohrquerschnitte und Kühler müssen von Anfang an dafür ausgelegt sein.
Worauf du außerdem achten solltest
Wärmerückgewinnung und Sommerbetrieb
Bei Kompressoren mit Wärmerückgewinnung kann man im Sommer, wenn die Wärme nicht gebraucht wird, wärmer zum Freikühler fahren, zum Beispiel mit 60 °C. Dann gibt der Freikühler auch an heißen Tagen viel Leistung ab, und das spart Frischwasser. Das System muss aber von Anfang an dafür ausgelegt sein, und heiße Teile müssen isoliert sein, damit sich niemand verbrennt.
→ Wärmerückgewinnung am KompressorGlykol richtig mischen
Mischungsverhältnis, Frostschutz und wie viel mehr Durchfluss du brauchst.
→ Glykol im KühlkreislaufLuftgekühlt: Lüftung richtig auslegen
Bleibt es bei Luftkühlung, entscheiden Kanal und Gitter, ob die Wärme aus dem Raum kommt.
→ Lüftung im KompressorraumAnsaugluft nicht vergessen
Auch ein wassergekühlter Kompressor braucht kühle, saubere Luft zum Verdichten.
→ Ansauglufttemperatur und EnergieverbrauchPraxistipp
Wenn Kühlwasser, dann ein geschlossenes System mit Ausdehnungsgefäß, Doppelpumpen und Notkühlung. Dazu ein sauberer hydraulischer Abgleich und automatische Absperrung stillstehender Kompressoren. Wer gut plant und das clever umsetzt, spart am Ende.
Häufige Fragen
Ab welcher Größe lohnt sich ein wassergekühlter Kompressor?
Wassergekühlte Kompressoren gibt es ab etwa 50 kW. Sie lohnen sich, wenn keine Luftkanäle möglich sind, zum Beispiel im Keller, und bei großen Kompressoren, bei denen Luftkanäle von 2 × 2 m und mehrere 10.000 m³/h Kühlluft nötig wären.
Mit welcher Temperatur sollte das Kühlwasser in den Kompressor gehen?
Mit 20 °C Eintritt gibt es in der Regel keine Probleme, bei 40 °C Austritt laufen die Kompressoren perfekt. Ab 8 °C ist möglich, dann kann sich aber an Bauteilen Kondensat bilden. Genaue Werte mit dem Hersteller klären.
Was ist besser: offener Kühlturm oder geschlossenes System?
In der Regel das geschlossene System mit Freikühler, Ausdehnungsgefäß, Doppelpumpen und Notkühlung. Offene Kühltürme haben einen hohen Frischwasserbedarf, tragen Schmutz ins System ein und müssen wegen Legionellengefahr ständig geprüft werden.
Roland Rau, Sachverständiger für Druckluft-Gesamtanlagen inkl. Peripherie (zertifiziert nach DIN EN ISO/IEC 17024), Geschäftsführer der Roland Rau Air-Expert GmbH. Mehr zum Autor
