Freie Kühlung nutzt kühle Außenluft oder niedrige Umgebungstemperaturen, um Gebäude, Technikräume oder Prozesse energieeffizient zu klimatisieren. Anstatt permanent eine Kältemaschine zu betreiben, wird bei geeigneten Außentemperaturen gezielt Außenluft oder kühles Wasser zur Kühlung eingesetzt.
In der Raumlufttechnik und Klimatechnik ist freie Kühlung ein wichtiger Baustein, um Energieverbrauch, Betriebskosten und CO₂-Emissionen nachhaltig zu senken – insbesondere in mitteleuropäischen Klimazonen mit vielen Stunden moderater Außentemperaturen.
Was ist freie Kühlung?
Unter freier Kühlung versteht man Kühlkonzepte, bei denen die vorhandene Außenluft oder die Umgebungstemperatur direkt oder indirekt zur Kühlung genutzt wird.
Typische Ziele sind:
- Reduzierung der Laufzeiten von Kältemaschinen
- Senkung des Stromverbrauchs für die Kälteerzeugung
- Entlastung der Anlagentechnik und Verlängerung der Lebensdauer
- Verbesserung der Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden und Prozessen
Freie Kühlung kann sowohl in lüftungsbasierten Systemen (RLT-Anlagen) als auch in wassergeführten Kaltwassersystemen umgesetzt werden.
Varianten der freien Kühlung in der Gebäudetechnik
In der Praxis haben sich mehrere Grundprinzipien etabliert:
Direkte freie Kühlung
Bei der direkten freien Kühlung wird Außenluft unmittelbar zur Temperierung genutzt:
- Kühle Außenluft wird über die Lüftungsanlage direkt in den Raum eingebracht
- Der Außenluftanteil wird erhöht, wenn die Außentemperatur unter der gewünschten Raumtemperatur liegt
- Wärmerückgewinnung kann umgangen (Bypass) oder angepasst werden
Diese Variante eignet sich, wenn die Qualität der Außenluft und die gewünschten Raumzustände gut zueinander passen.
Indirekte freie Kühlung
Bei der indirekten freien Kühlung sind Außenluft und Raumluft voneinander getrennt:
- Ein Wärmeübertrager (z. B. Plattenwärmetauscher oder Kreislaufverbundsystem) überträgt die „Kälte“ der Außenluft auf einen separaten Luft- oder Wasserkreislauf
- Die Raumluft bleibt von der Außenluft getrennt, Luftqualität und Hygiene bleiben kontrollierbar
Diese Variante wird häufig eingesetzt, wenn hohe Anforderungen an Dichtigkeit, Luftqualität oder spezielle Prozessbedingungen bestehen.
Freie Kühlung in Kaltwassersystemen
Auch in Kaltwassersystemen ist freie Kühlung möglich:
- Rückkühler oder Dry Cooler nutzen die kühle Außenluft, um das Kaltwasser abzukühlen
- Die Kältemaschine läuft in der Übergangszeit reduziert oder bleibt zeitweise komplett abgeschaltet
- Besonders interessant für Rechenzentren, Industrie- und Prozesskühlung
Freie Kühlung in Lüftungsanlagen (RLT-Systemen)
In zentralen Lüftungsanlagen (RLT-Geräten) kann freie Kühlung zum Beispiel so umgesetzt werden:
- Erhöhung des Außenluftanteils, wenn die Außenluft kühler ist als die Raumluft
- Bypass der Wärmerückgewinnung, wenn die Abluft die Außenluft unnötig „aufwärmen“ würde
- Kombination mit Nachtkühlung, um Gebäudestrukturen in den Nachtstunden herunterzukühlen und Lastspitzen am Tag zu reduzieren
Über die Regelungstechnik werden die Betriebsarten (freie Kühlung, Wärmerückgewinnung, mechanische Kälte, Kombinationen) dynamisch an Außentemperatur, Raumzustand und Anforderungsprofil angepasst.
Vorteile der freien Kühlung
Freie Kühlung bietet eine Reihe von Vorteilen gegenüber rein mechanischer Kälteerzeugung:
- Deutlich geringerer Energieverbrauch für Kälteerzeugung
- Reduzierte Betriebskosten durch niedrigere Stromaufnahmen und geringere Laufzeiten der Kältemaschinen
- Entlastung der Kälteanlage und dadurch potenziell längere Lebensdauer
- Keine zusätzlichen Kältemittel für die frei bereitgestellte Kühlleistung
- Verbesserte CO₂-Bilanz und Beitrag zu Energieeffizienz- und Klimaschutzzielen
- In vielen Fällen Förderfähigkeit im Rahmen von Energieeffizienzprogrammen
Gerade in Anlagen mit langen Laufzeiten und hohen Luft- oder Wasservolumenströmen kann freie Kühlung einen großen Anteil der Jahreskühlleistung abdecken.
Typische Einsatzbereiche für freie Kühlung
Freie Kühlung wird überall dort eingesetzt, wo viele Betriebsstunden bei moderaten oder niedrigen Außentemperaturen anfallen, zum Beispiel:
- Rechenzentren und Serverräume
- Technik- und Schaltanlagen
- Industrie- und Produktionshallen
- Büro- und Verwaltungsgebäude
- Schwimm- und Sporthallen
- Logistik- und Lagerflächen
Je mehr Betriebsstunden im Jahr mit Außentemperaturen unterhalb der gewünschten Raumtemperatur auftreten, desto größer ist das Einsparpotenzial.
Grenzen und Auslegung
Die Wirksamkeit freier Kühlung hängt im Wesentlichen ab von:
- Klimazone und Außentemperaturverlauf
- Gewünschter Raumtemperatur bzw. Prozessbedingungen
- Auslegung von Lüftungs- oder Kaltwassersystemen
- Verfügbarkeit von ausreichenden Luft- oder Wasserströmen
In sehr warmen Klimaregionen oder bei dauerhaft hohen Außentemperaturen stößt freie Kühlung an physikalische Grenzen. In diesen Fällen wird sie typischerweise mit mechanischer Kälte kombiniert: freie Kühlung übernimmt die Grundlast, die Kältemaschine deckt Spitzenlasten ab.
Zusammenspiel mit Verdunstungskühlung und adiabater Kühlung
Freie Kühlung kann sinnvoll mit anderen energieeffizienten Kühlverfahren kombiniert werden:
- Verdunstungskühlung / Verdunstungskälte: Zusätzliche Temperaturabsenkung durch Verdunstung von Wasser, insbesondere bei trockener Außenluft.
- Adiabate Kühlung: Nutzung der Verdunstungsenthalpie im Luftstrom (z. B. im Abluftpfad), um die Zuluft indirekt weiter abzukühlen.
In vielen modernen Anlagen werden freie Kühlung, Wärmerückgewinnung, adiabate Kühlung und mechanische Kälte so kombiniert, dass jeweils der energetisch günstigste Betriebszustand genutzt wird.
Weiterführende Grundlagen zur Verdunstungskühlung und adiabaten Kühlung finden Sie in den Wiki-Artikeln:
- „Kühlung durch Verdunstungskälte – energieeffizient kühlen mit Wasser“
Freie Kühlung mit HANSA-Systemen
HANSA Klimasysteme integriert freie Kühlung in verschiedene Systemlösungen, zum Beispiel:
- Entwärmungsgeräte und RLT-Anlagen mit freier Kühlung
- Kombination von freier Kühlung, Wärmerückgewinnung und intelligenter Regelungstechnik
- Konzepte zur Entlastung bestehender Kälteanlagen und zur Reduktion von Betriebskosten
Konkrete Gerätekonzepte mit freier Kühlung finden Sie in den Bereichen:
FAQ – häufige Fragen zur Coilanlage
Freie Kühlung bezeichnet Kühlstrategien, bei denen kühle Außenluft oder niedrige Umgebungstemperaturen direkt oder indirekt zur Kühlung genutzt werden – mit deutlich reduzierter oder ganz ohne mechanische Kälteerzeugung.
Freie Kühlung lohnt sich besonders bei Anlagen mit vielen Betriebsstunden, nennenswerten Kühllasten und Standorten, an denen die Außentemperatur über weite Teile des Jahres unter der gewünschten Raumtemperatur liegt – zum Beispiel in Rechenzentren, Industriehallen oder Bürogebäuden in Mitteleuropa.
Typische Beispiele sind Rechenzentren, Serverräume, Industrie- und Produktionshallen, Büro- und Verwaltungsgebäude, Technikräume sowie Logistik- und Lagerflächen. Überall dort, wo dauerhaft Luft oder Wasser gekühlt werden muss, können Einsparungen erzielt werden.
Ja. HANSA nutzt eine Coilanlage in der eigenen Fertigung, um Metallbleche effizient zu bearbeiten. Diese dient der internen Produktion von Gehäusen und Komponenten für Lüftungs- und Klimasysteme. HANSA stellt Coilanlagen jedoch nicht als eigenständige Produkte her, sondern nutzt diese Technologie, um die eigene Fertigung noch präziser und nachhaltiger zu gestalten.
Freie Kühlung nutzt kühle Außenluft oder Umgebungstemperaturen. Verdunstungskühlung basiert auf der Verdunstung von Wasser, das der Luft Wärme entzieht. Beide Verfahren können miteinander kombiniert werden, um die Kühlleistung und Effizienz weiter zu erhöhen.
Moderne Regelungssysteme überwachen kontinuierlich Außenluft, Raumzustände und Betriebsdaten. Abhängig von Temperatur, Feuchte und Last wird automatisch entschieden, ob freie Kühlung, Wärmerückgewinnung, adiabate Kühlung oder mechanische Kälte genutzt werden soll. So wird stets der energetisch günstigste Betriebszustand angestrebt.
Fazit
Freie Kühlung nutzt vorhandene Außenbedingungen, um Kühlenergie bereitstellen – ohne oder mit deutlich reduzierter mechanischer Kälte.
Richtig ausgelegt und geregelt kann sie:
- Energiekosten senken
- Kälteanlagen entlasten
- CO₂-Emissionen reduzieren
Damit ist freie Kühlung ein zentraler Baustein moderner, energieeffizienter Klimakonzepte in Industrie, Gewerbe und Technik.
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