Kälteanlagen gehören zu den grössten Stromverbrauchern in Gewerbe- und Dienstleistungsgebäuden. Trotzdem wird ihr Betrieb selten hinterfragt, solange die Räume kühl genug sind. Genau hier liegt das Problem: Eine Kälteanlage, die «funktioniert», ist noch lange nicht effizient.
In der Praxis laufen Kältemaschinen je nach Gebäude 65 bis über 95 Prozent ihrer Betriebszeit im Teillastbereich. Sie wurden für die maximale Systemlast ausgelegt, erreichen diese aber nur an wenigen Stunden pro Jahr. Der Rest ist Teillast, und genau dort entscheidet sich, ob die Anlage sparsam arbeitet oder Strom verschwendet.
Dieser Artikel zeigt fünf Hebel, mit denen sich der Kältebetrieb ohne bauliche Eingriffe deutlich verbessern lässt.
1. Sollwerte anheben: jedes Grad zählt
Der einfachste und wirkungsvollste Hebel ist die Überprüfung der Kaltwasser-Solltemperatur. In vielen Anlagen liegt der Sollwert bei 6 °C Vorlauf, obwohl 8 °C oder sogar 10 °C für die angeschlossenen Verbraucher problemlos ausreichen würden.
Der Effekt ist direkt messbar: Pro Kelvin höherer Kaltwassertemperatur sinkt der Verdichterstromverbrauch um illustrativ 3 bis 4 Prozent. Der Grund liegt in der kleineren Druckdifferenz zwischen Verdampfung und Kondensation, die der Verdichter überwinden muss. Weniger Druckdifferenz bedeutet weniger elektrische Arbeit.
Die Massnahme kostet nichts und wirkt sofort. Voraussetzung ist lediglich eine Komfortprüfung an den kritischsten Verbrauchern, etwa Lüftungskühlregistern oder Umluftkühlgeräten. Wer dort ausreichend Reserve hat, kann den Sollwert schrittweise anheben und den Stromverbrauch beobachten.
Dasselbe Prinzip gilt für Raumsollwerte in direkt gekühlten Zonen: Werden Büros auf 24 °C statt auf 22 °C geregelt, reduziert sich die Kühllast spürbar, und die Kältemaschine kann entsprechend weniger arbeiten.
2. Free Cooling aktivieren: der Kompressor, der nicht laufen muss
Free Cooling (Freikühlung) nutzt die Aussenluft oder ein anderes Umweltmedium, um Kühlenergie bereitzustellen, ohne den Verdichter einzuschalten. Sobald die Aussentemperatur ausreichend unter der Rücklauftemperatur des Kühlsystems liegt, kann der Rückkühler die gesamte Kühllast allein abführen.
Im Schweizer Mittelland sind die klimatischen Bedingungen dafür ausgesprochen günstig. Illustrativ ergibt sich folgende Jahresaufteilung: Rund 55 Prozent der Kühlstunden können rein über Free Cooling abgedeckt werden. Weitere 25 Prozent laufen im Hybridbetrieb, bei dem der Freikühler vorkühlt und der Verdichter nur noch die Restlast übernimmt. Lediglich an rund 20 Prozent der Stunden, den heissesten Sommerperioden, muss der Kompressor die volle Arbeit leisten.
Die Einsparpotenziale liegen bei 30 bis 70 Prozent der Kühlenergie, abhängig von Anlage und Standort. Entscheidend für eine hohe Free-Cooling-Quote sind zwei Faktoren: erstens möglichst hohe Systemtemperaturen (wer die Kaltwassertemperatur von 6/12 °C auf 8/14 °C anhebt, verschiebt die Freikühlgrenze nach oben und gewinnt mehrere hundert kompressorlose Betriebsstunden pro Jahr), und zweitens eine korrekte Freigabelogik in der Regelung. In der Praxis ist Free Cooling erstaunlich oft deaktiviert, falsch parametriert oder mit zu tiefen Grenztemperaturen versehen. Ein Blick in die Steuerung lohnt sich fast immer.
3. Teillast optimieren: modulieren statt takten
Kältemaschinen werden für Spitzenlast ausgelegt. Im Betrieb herrscht jedoch Teillast. Die Frage ist: Wie geht die Anlage damit um?
Ältere Systeme regeln über Ein-Aus-Schaltungen oder Heissgasbypass. Beides ist ineffizient. Bei Ein-Aus-Betrieb taktet der Verdichter, was zu hohen Anlaufströmen, mechanischem Verschleiss und instabilen Temperaturen führt. Beim Heissgasbypass wird die nicht benötigte Kälteleistung intern kurzgeschlossen. Der Verdichter läuft auf Volllast, obwohl nur ein Bruchteil der Leistung gebraucht wird.
Der bessere Weg ist die stufenlose Drehzahlregelung über Frequenzumrichter. Der Verdichter passt seine Drehzahl kontinuierlich an den tatsächlichen Bedarf an. Die Leistungsaufnahme sinkt dabei überproportional: Illustrativ lassen sich bei drehzahlgeregelten Verdichtern bis zu 30 Prozent weniger Strom gegenüber konventioneller Stufenregelung erreichen.
Bei Verbundanlagen mit mehreren Verdichtern lohnt sich zusätzlich die Prüfung der Kaskadenlogik. Im Idealfall übernimmt ein drehzahlgeregelter Führungsverdichter die Feinregelung, während die übrigen Maschinen je nach Lastbereich zu- oder abgeschaltet werden. Die Sequenzsteuerung muss dabei sicherstellen, dass nicht alle Maschinen gleichzeitig in ineffizienter Teillast laufen, sondern möglichst wenige Maschinen möglichst nahe an ihrem optimalen Betriebspunkt arbeiten.
4. Simultanbetrieb eliminieren: wenn Heizen und Kühlen gleichzeitig passiert
In Gebäuden mit getrennten Heiz- und Kühlanlagen kommt es regelmässig vor, dass in einem Gebäudeteil geheizt und im anderen gekühlt wird, manchmal sogar im selben Raum über verschiedene Systeme. Das ist reiner Energieverlust: Beide Anlagen arbeiten gegeneinander.
Die Ursachen sind vielfältig: fehlende Zonierung, zu enge Totbänder in der Regelung, Nachheizregister in der Lüftung, die gleichzeitig mit dem Kühlregister aktiv sind, oder schlicht falsche Zeitprogramme.
Die Lösung beginnt mit der Analyse: Laufen Heizkreispumpe und Kältemaschine gleichzeitig? Gibt es Zonen, in denen Heizkörper und Kühldecken parallel Energie abgeben? Wer diese Muster erkennt, kann sie durch drei Massnahmen abstellen.
Erstens: Zonierung überprüfen und sicherstellen, dass zusammenhängende Bereiche mit ähnlichem Lastprofil gemeinsam geregelt werden. Zweitens: Totbänder zwischen Heiz- und Kühlmodus vergrössern, typischerweise auf mindestens 2 bis 4 Kelvin, damit die Anlage nicht ständig zwischen Heizen und Kühlen wechselt. Drittens: Wärmeverschiebung prüfen. In Gebäuden mit dauerhaft kühlungsbedürftigen Zonen (Serverräume, Küchen) lässt sich die Abwärme gezielt zur Beheizung anderer Bereiche oder zur Warmwassererwärmung nutzen. Moderne VRF-Systeme mit Wärmerückgewinnung erreichen dabei Leistungszahlen (COP) von bis zu 8.
5. Rückkühlung prüfen: der vergessene Effizienzfaktor
Die Rückkühlung ist das Bindeglied zwischen Kältemaschine und Umgebung. Ihre Aufgabe: die Kondensationswärme abführen. Arbeitet der Rückkühler ineffizient, steigt die Kondensationstemperatur, und der Verdichter muss mehr Arbeit leisten.
Typische Probleme sind verschmutzte Lamellen (besonders bei luftgekühlten Rückkühlern in staubiger oder pollenreicher Umgebung), defekte oder blockierte Ventilatoren, zu hoher oder zu niedriger Kondensationsdruck durch falsche Festwert-Sollwerte, und fehlende gleitende Kondensationsdruckregelung.
Die gleitende Kondensationsdruckregelung ist dabei ein besonders wirksamer Hebel: Statt den Kondensationsdruck auf einen festen Wert zu regeln, wird er abhängig von der Aussentemperatur abgesenkt. In der Übergangszeit und im Winter kann die Kondensationstemperatur so deutlich tiefer liegen als im Sommer, was den EER der Kältemaschine direkt verbessert.
Daneben lohnt sich die Prüfung der Ventilator-Drehzahlregelung am Rückkühler. Lüfter, die auf fester Stufe laufen, verbrauchen unnötig Strom, wenn die Aussentemperatur bereits tief genug ist. Eine stufenlose Regelung über Frequenzumrichter passt die Ventilatorleistung dem tatsächlichen Bedarf an.
Reihenfolge der Umsetzung
Nicht alle Massnahmen müssen gleichzeitig angegangen werden. Bewährt hat sich folgende Reihenfolge:
Zuerst die Sollwerte prüfen und anheben, wo möglich. Das kostet nichts und wirkt sofort. Dann Free Cooling aktivieren oder optimieren, sofern die Anlage über einen Freikühler verfügt. Anschliessend die Verdichterregelung analysieren: Taktet die Anlage, oder moduliert sie? Gibt es eine sinnvolle Kaskadenlogik? Parallel dazu den Simultanbetrieb prüfen und abstellen. Zuletzt die Rückkühlung unter die Lupe nehmen.
Fazit
Kälteanlagen bieten in der Betriebsoptimierung erhebliches Potenzial, weil sie selten unter Volllast laufen und die Regelung oft Jahrzehnte lang nicht angepasst wurde. Die fünf beschriebenen Hebel lassen sich ohne bauliche Eingriffe umsetzen, sie erfordern primär Fachwissen, systematisches Vorgehen und eine genaue Analyse des Ist-Zustands.
Wer die Sollwerte überprüft, Free Cooling konsequent nutzt, die Verdichterregelung optimiert, Simultanbetrieb eliminiert und die Rückkühlung in Ordnung bringt, kann den Stromverbrauch der Kälteanlage deutlich senken, oft im zweistelligen Prozentbereich.
🔗 WENGET GmbH
Quellen und weiterführende Informationen
- SIA 382/2: Klimatisierte Gebäude, Leistungs- und Energiebedarf
- EN 14511: Leistungsprüfung von Kältemaschinen
- EN 14825: Saisonale Effizienz (SEER/SCOP)
- VDMA 24247-7: Energieeffizienz von Kälteanlagen
- MuKEn 2014: Mustervorschriften der Kantone im Energiebereich
- Belimo RetroFIT+: Produktlösungen für den hydraulischen Abgleich in HLK-Systemen
- EnergieSchweiz / BFE: Informationsplattform für Energieeffizienz in Gebäuden
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