Freikühlung im Sauerland ist für viele Produktionsbetriebe der größte einzelne Hebel bei den Stromkosten der Kälteversorgung. Die Frage ist, wie viel das regionale Klima tatsächlich hergibt. Die Antwort hängt weniger vom Wetter ab als von einer Zahl, die im eigenen Haus festgelegt wird: der geforderten Vorlauftemperatur. Dieser Beitrag zeigt, wie Sie die Freikühlstunden für Ihren Standort abschätzen und wann sich die Investition nicht rechnet.
Was Freikühlung technisch leistet
Bei der Freikühlung übernimmt Außenluft die Wärmeabfuhr, die sonst der Kältekreis leisten müsste. Das Kühlmedium fließt durch ein Register im Luftstrom eines Rückkühlers und gibt seine Wärme direkt an die Umgebung ab. Der Verdichter bleibt aus oder läuft teilentlastet; es arbeiten nur noch Ventilatoren und Umwälzpumpe.
Es gibt drei Betriebszustände. In der Vollfreikühlung hält die Außenluft die geforderte Medientemperatur allein. In der Teilfreikühlung senkt das Register die Rücklauftemperatur vor, der Verdichter deckt die Restlast. Im mechanischen Betrieb arbeitet die Anlage konventionell. Entscheidend ist der Anteil der ersten beiden Zustände über das Jahr. Bauformen und Grundlagen behandeln wir unter Rückkühler und Freikühlung.
Die Vorlauftemperatur entscheidet über die Freikühlstunden
Ein Register braucht eine treibende Temperaturdifferenz. Als Faustwert gilt: Vollfreikühlung ist möglich, wenn die Außentemperatur etwa 4 bis 6 Kelvin unter der geforderten Rücklauftemperatur des Kreislaufs liegt. Daraus ergibt sich unmittelbar, wie viele Stunden im Jahr nutzbar sind:
| Vorlauf / Rücklauf | Vollfreikühlung etwa unterhalb | Größenordnung Freikühlstunden pro Jahr |
|---|---|---|
| 6 / 12 °C | 2 °C | 1.500 bis 2.500 |
| 12 / 18 °C | 8 °C | 4.000 bis 5.000 |
| 18 / 24 °C | 14 °C | 6.000 bis 7.000 |
| 25 / 30 °C | 21 °C | über 8.000 |
Die Werte sind Größenordnungen für ein Mittelgebirgsklima und gehören für den konkreten Standort mit einem Wetterdatensatz nachgerechnet. Die Botschaft dahinter ist robust: Jedes Kelvin, um das Sie die Medientemperatur anheben können, kauft mehrere hundert Freikühlstunden. Vor jeder Investition lohnt daher die Frage, ob die 8 °C im Kaltwassersatz vom Prozess gefordert oder nur historisch gewachsen sind.
Der Spielraum ist oft größer als gedacht: Werkzeugtemperierung, Hydraulikölkühlung und Schaltschrankkühlung arbeiten häufig mit 18 bis 25 °C, nur die eigentliche Prozesskühlung braucht tiefere Temperaturen. Eine Trennung in zwei Temperaturniveaus, wie sie bei der Werkzeug- und Maschinenkühlung üblich ist, macht Freikühlung erst richtig wirksam.
Warum die Höhenlage im Sauerland die Freikühlung begünstigt
Die Betriebe der Region verteilen sich über deutliche Höhenunterschiede: Arnsberg liegt im Ruhrtal bei rund 200 Metern über Normalnull, Brilon um 450 Meter, die Hochlagen um Winterberg über 650 Meter. Je 100 Höhenmeter sinkt die Lufttemperatur um etwa 0,6 bis 0,7 Kelvin. Zwischen der Soester Börde und einem Gewerbegebiet im Hochsauerlandkreis liegen damit im Jahresmittel rund 2 bis 3 Kelvin.
Zwei Kelvin klingen wenig, verschieben aber die Häufigkeitsverteilung der Außentemperatur spürbar. Weil die meisten Jahresstunden nahe am Mittelwert liegen, gewinnt ein Standort in der Höhe für ein 18/24-Netz mehrere hundert Vollfreikühlstunden gegenüber der Rheinschiene. Hinzu kommt die nächtliche Abkühlung in den Tallagen von Ruhr, Möhne und Lenne: Selbst an warmen Sommertagen sinken die Nachttemperaturen oft weit genug, um im Mehrschichtbetrieb Freikühlstunden zu sammeln.
Die Betrachtung lohnt deshalb je Standort statt pauschal für Südwestfalen. Für Fertigungsanlagen führen wir sie im Rahmen der Industriekühlung im Sauerland und Südwestfalen mit den Betriebsdaten der jeweiligen Maschine durch.
Rechenbeispiel mit Betriebsstunden
Ein Modellfall aus der Zerspanung: Kaltwassersatz mit 150 kW Kälteleistung, Netz 18/24 °C, Zweischichtbetrieb mit rund 6.000 Betriebsstunden. Im mechanischen Betrieb liegt die elektrische Leistungsaufnahme bei etwa 47 kW, im Freikühlbetrieb laufen nur Ventilatoren und Pumpe mit zusammen rund 9 kW.
Angenommene Aufteilung über das Jahr:
- 3.800 Stunden Vollfreikühlung: 3.800 × 9 kW = rund 34.000 kWh
- 1.200 Stunden Teilfreikühlung mit etwa halber Verdichterleistung: 1.200 × 28 kW = rund 34.000 kWh
- 1.000 Stunden mechanischer Betrieb: 1.000 × 47 kW = rund 47.000 kWh
In Summe rund 115.000 kWh gegenüber etwa 282.000 kWh ohne Freikühlung, also rund 60 Prozent weniger Antriebsenergie. Mit Ihrem eigenen Arbeitspreis multipliziert ergibt das die Amortisation.
Zwei Randbedingungen entscheiden über das Ergebnis: Betriebsstunden und Temperaturniveau. Bei 1.800 Stunden Einschichtbetrieb überwiegend tagsüber fallen die günstigen Nachtstunden weg, und die Rechnung kippt. Wie unterschiedlich Lastprofile ausfallen, zeigt sich an Anlagen der Prozesskühlung im Raum Lippstadt.
Freikühlung im Sauerland an Bestandsanlagen nachrüsten
Freikühlung lässt sich in vielen Fällen nachrüsten. Drei Wege sind üblich:
- Separater Trockenkühler im Rücklauf: hydraulisch vor den Kaltwassersatz gesetzt, kühlt das rücklaufende Medium vor. Baulich am einfachsten, weil der Kaltwassersatz unangetastet bleibt.
- Freikühlregister im vorhandenen Rückkühler: nur möglich, wenn Bauform und Platz im Luftstrom das zulassen.
- Austausch gegen einen Kaltwassersatz mit integriertem Freikühlmodul: Sinnvoll, wenn ohnehin ein Ersatz ansteht.
Zu klären sind Aufstellfläche und Statik bei Dachaufstellung, Rohrtrasse, zusätzlicher Druckverlust und damit die Pumpenauslegung sowie die Regelung. Ohne eine Regelstrategie, die Umschaltpunkte, Hysterese und Ventilatordrehzahl sauber führt, verschenkt auch eine technisch richtige Anlage viel Potenzial. Für die hydraulische Einbindung gelten dieselben Grundsätze wie bei neuen Kaltwassersätzen für die Prozesskühlung.
Trockenkühler oder Hybridkühler
Der Trockenkühler arbeitet rein mit Luft: kein Wasserverbrauch, keine Wasseraufbereitung, geringer Wartungsaufwand, dafür an heißen Tagen begrenzt. Der Hybridkühler benetzt bei hohen Außentemperaturen Zuluft oder Lamellenpaket und nutzt die Verdunstungskälte. Die wirksame Eintrittstemperatur sinkt je nach Luftfeuchte um mehrere Kelvin, was die Freikühlgrenze verschiebt und im mechanischen Betrieb die Verflüssigungstemperatur senkt.
Der Preis dafür sind Wasserverbrauch, Wasseraufbereitung gegen Verkalkung und ein höherer Betreiberaufwand. Je nach Bauart können Anzeige-, Prüf- und Dokumentationspflichten nach der 42. BImSchV greifen, insbesondere bei Systemen mit Umlaufwasser. Im Sauerland ist die Abwägung meist eindeutig: Weil die Zahl wirklich heißer Stunden begrenzt ist, reicht ein sauber ausgelegter Trockenkühler häufig aus. Betriebe mit hoher Sommerlast oder knapper Aufstellfläche fahren mit der Hybridvariante besser. Was an heißen Tagen sonst passiert, beschreibt der Beitrag zu Kälteanlagen in Hitzeperioden.
Glykolanteil und Frostschutz
Ein Freikühlkreis steht im Winter im Freien und muss frostsicher sein. Üblich sind 30 bis 35 Volumenprozent Glykol, je nach Produkt ein Frostschutz bis etwa minus 16 bis minus 20 °C. Ethylenglykol hat die besseren thermischen Eigenschaften, Propylenglykol kommt dort zum Einsatz, wo Lebensmittel oder Trinkwasser gefährdet sein könnten.
Das Gemisch ist nicht kostenlos zu haben: Wärmekapazität und Wärmeübergang sinken, die Viskosität steigt, Pumpenleistung und Druckverlust nehmen zu, Register und Wärmeübertrager fallen größer aus. Wer 50 Prozent einfüllt, weil es sicherer wirkt, verschlechtert die Anlage dauerhaft. Zur Wartung gehört die jährliche Kontrolle von Konzentration, pH-Wert und Inhibitorgehalt: Aufgebrauchte Inhibitoren führen zu Korrosion und Ablagerungen im Register. Dieser Punkt gehört in den Wartungsplan, ebenso wie die turnusmäßige Wartung mit Dichtheitsprüfung.
Wann sich Freikühlung nicht lohnt
Es gibt klare Fälle gegen die Investition. Unter etwa 8 °C Vorlauf bleiben zu wenige Vollfreikühlstunden übrig. Bei weniger als etwa 2.000 Betriebsstunden im Jahr fehlt die Laufzeit. Reine Komfortklimaanlagen profitieren kaum, weil im Sommer keine kühle Luft verfügbar ist.
Ebenfalls kritisch: fehlende Aufstellfläche in kurzer Rohrentfernung, eine Anlage kurz vor dem Ersatz sowie Prozesse mit kurzen, hohen Lastspitzen. Dann bringen andere Maßnahmen mehr, etwa eine Anhebung der Kaltwassertemperatur, bedarfsgeführte Pumpenregelung oder Wärmerückgewinnung. Welche Maßnahme wie wirkt, ordnen wir unter Service und Nachhaltigkeit ein; Beispiele aus dem Anlagenbestand der Region finden Sie außerdem bei der Industriekühlung im Raum Meschede.
Häufige Fragen
Ab welcher Außentemperatur arbeitet eine Freikühlung?
Das hängt nicht am Kalender, sondern an der geforderten Rücklauftemperatur. Als Faustwert beginnt die Vollfreikühlung, wenn die Außenluft etwa 4 bis 6 Kelvin darunter liegt. Bei einem 18/24-Netz sind das rund 14 °C, bei einem 6/12-Netz nur noch etwa 2 °C. Teilfreikühlung setzt bereits einige Kelvin früher ein.
Kann ich Freikühlung an einer bestehenden Anlage nachrüsten?
In vielen Fällen ja. Am einfachsten ist ein separater Trockenkühler, der das rücklaufende Medium vorkühlt, bevor es den Kaltwassersatz erreicht. Zu prüfen sind Aufstellfläche, Statik bei Dachaufstellung, Rohrtrasse, Pumpenauslegung und vor allem die Regelung. Ohne saubere Umschaltstrategie bleibt ein erheblicher Teil des möglichen Einspareffekts ungenutzt.
Wie viel Glykol braucht ein Freikühlkreis wirklich?
Üblich sind 30 bis 35 Volumenprozent, entsprechend einem Frostschutz bis etwa minus 16 bis minus 20 °C. Mehr schadet: Höhere Anteile verschlechtern Wärmeübergang und Wärmekapazität und erhöhen die Pumpenleistung dauerhaft. Wichtiger als ein hoher Anteil ist die jährliche Kontrolle von Konzentration, pH-Wert und Inhibitoren im Rahmen der Wartung.
Lohnt sich Freikühlung auch bei Einschichtbetrieb?
Meist nur eingeschränkt. Ein Einschichtbetrieb nutzt überwiegend die warmen Tagesstunden und verliert damit die günstigen Nachtstunden, die im Mehrschichtbetrieb den größten Teil der Freikühlstunden liefern. Unterhalb von etwa 2.000 Betriebsstunden im Jahr sollten Sie zunächst andere Maßnahmen prüfen, etwa eine Anhebung der Kaltwassertemperatur.
Sie wollen wissen, wie viele Freikühlstunden Ihr Standort und Ihr Temperaturniveau tatsächlich hergeben? Rufen Sie uns unter 0160 / 7638854 an oder nutzen Sie unser Kontaktformular. Wir sehen uns Betriebsstunden, Lastprofil und Hydraulik vor Ort an und rechnen die Freikühlung mit Ihren Zahlen durch, statt mit Katalogwerten. Zum Leistungsumfang für Produktionsbetriebe siehe auch Industriekühlung.