Der Eismeister
Direkter Ammoniak-Kältekreislauf mit Pumpenumlauf
Dieser Artikel erklärt beispielhaft den Aufbau einer direkten Ammoniak-Kälteanlage mit Pumpenumlauf, wie sie in Eissporthallen eingesetzt werden kann. Dabei wird flüssiges Ammoniak zu den Verdampferrohren unter der Eisfläche gefördert, nimmt dort Wärme auf und verdampft teilweise. Anschließend gelangt das Kältemittel zurück zum Abscheider und wird erneut in den Kreislauf geführt.
Nicht jede Eissporthalle arbeitet nach diesem Prinzip. Andere Anlagen kühlen die Piste indirekt über einen Kälteträger wie Sole oder Glykol. Auch bei Verdichtern, Verflüssigern, Wärmerückgewinnung, Entspannung und Regelung gibt es unterschiedliche technische Lösungen. Deshalb beschreibt der Artikel kein allgemeingültiges Anlagenschema, sondern einen konkreten und in der Praxis vorkommenden Aufbau.
Dieser Artikel erläutert ausschließlich die grundsätzliche Funktion. Er ist keine Bedienungs-, Wartungs- oder Reparaturanleitung. Arbeiten und Eingriffe an Ammoniak-Kälteanlagen dürfen nur durch entsprechend qualifizierte und beauftragte Personen nach den geltenden betrieblichen Vorgaben durchgeführt werden.
1. Direkte und indirekte Kühlung unterscheiden
Bei einer direkten Kühlung strömt das Ammoniak unmittelbar durch die in der Piste verlegten Verdampferrohre. Dort nimmt es Wärme aus der Piste und der darüberliegenden Eisfläche auf und verdampft teilweise. Durch diesen Wärmeentzug sinkt die Temperatur der Piste, sodass Wasser gefrieren beziehungsweise das vorhandene Eis gefroren bleiben kann.
Bei einer indirekten Kühlung bleibt das Ammoniak in einem vom Pistenkreis getrennten Primärkreislauf der Kälteanlage. In einem Wärmetauscher nimmt es Wärme von einem sekundären Kälteträger, beispielsweise Sole oder Glykol, auf. Der dadurch abgekühlte Kälteträger wird anschließend durch die Rohrleitungen unter der Eisfläche gepumpt. Dort nimmt er Wärme aus der Piste auf und transportiert sie zurück zum Wärmetauscher. Unter der Eisfläche zirkuliert somit kein Ammoniak, sondern ausschließlich der flüssige Kälteträger.
Weil das Ammoniak bei der indirekten Kühlung nicht durch das weit verzweigte Rohrnetz unter der gesamten Eisfläche strömt, kann der ammoniakführende Primärkreislauf wesentlich kleiner ausgeführt werden. Dadurch lässt sich die erforderliche Ammoniakfüllmenge gegenüber einer direkten Pistenkühlung in der Regel deutlich reduzieren. Das Ammoniak bleibt im Wesentlichen im Maschinenraum und den unmittelbar zugehörigen Anlagenteilen, während durch die Piste Sole oder Glykol fließt. Die genaue Füllmenge und die räumliche Ausdehnung des Primärkreislaufs hängen vom jeweiligen Anlagenkonzept ab.
- Direkte Kühlung: Ammoniak strömt durch die Pistenrohre, nimmt dort Wärme aus der Piste auf und verdampft teilweise. Durch den Wärmeentzug wird die Eisfläche gekühlt.
- Indirekte Kühlung: Ein separater Ammoniak-Primärkreislauf kühlt einen Kälteträger wie Sole oder Glykol. Dieser fließt durch die Pistenrohre, nimmt dort Wärme auf und transportiert sie zurück zum Wärmetauscher.
Beide Systeme haben eigene technische, energetische und sicherheitsbezogene Eigenschaften. Welche Lösung geeignet ist, hängt unter anderem von Anlagenkonzept, Kältemittelmenge, Rohrnetz, Pumpenenergie, Temperaturdifferenzen, Investition und betrieblichen Anforderungen ab.
2. Verdichter
Der Verdichter saugt im bestimmungsgemäßen Betrieb ausschließlich gasförmiges Ammoniak aus dem oberen Bereich des Abscheiders an. Erst im Verdichtungsraum des Kolben- oder Schraubenverdichters wird das angesaugte Gas verdichtet. Durch diese Verdichtung steigen Druck und Temperatur des Ammoniaks deutlich an. Das heiße Druckgas verlässt anschließend den Verdichter und strömt zur Wärmerückgewinnung beziehungsweise zum Verflüssiger. Flüssiges Ammoniak darf keinesfalls in den Verdichter gelangen. Besonders bei einem Kolbenverdichter kann angesaugte Flüssigkeit einen Flüssigkeitsschlag verursachen und zu schweren mechanischen Schäden bis hin zur Zerstörung des Verdichters führen.
Kolben- und Schraubenverdichter
In Ammoniak-Kälteanlagen werden unter anderem Kolben- und Schraubenverdichter eingesetzt. Kolbenverdichter und Schraubenverdichter unterscheiden sich in Aufbau, Leistungsbereich, Teillastverhalten, Ölkreislauf, Wartung und Regelung. Beide Bauarten können an wechselnde Lasten angepasst werden. Die richtige Auswahl ergibt sich aus dem gesamten Anlagen- und Betriebskonzept und nicht allein aus der benötigten Spitzenleistung.
Druck- und Temperaturwerte müssen immer anhand der konkreten Anlage, des Betriebszustands und der Herstellerunterlagen beurteilt werden. Einzelwerte ohne zeitlichen Verlauf erlauben nur eine begrenzte Bewertung.
3. Enthitzer und Wärmerückgewinnung
Manche Anlagen besitzen nach dem Verdichter einen separaten Enthitzer oder eine andere Form der Heißgas-Wärmerückgewinnung. Dabei wird ein Teil der im heißen Druckgas enthaltenen Wärme auf einen Wasser- oder Heizkreislauf übertragen. Das Kältemittel kühlt sich dabei ab, bleibt in diesem Abschnitt jedoch gasförmig.
Die zurückgewonnene Wärme kann beispielsweise zur Warmwasserbereitung, Gebäudeheizung, Schneegrubenerwärmung oder für andere geeignete Verbraucher genutzt werden. Voraussetzung ist, dass Wärmeanfall, Temperaturniveau und tatsächlicher Wärmebedarf zusammenpassen.
Ein separater Enthitzer ist kein zwingender Bestandteil jeder Kälteanlage. Wärmerückgewinnung kann auch anders aufgebaut oder direkt mit weiteren Wärmetauschern kombiniert sein. Sensoren zur Kontrolle von Temperatur, Durchfluss oder Wasserqualität sind anlagenspezifisch und gehören nicht automatisch zu jedem Enthitzer.
4. Verflüssiger und unterschiedliche Bauarten
Im Verflüssiger gibt das Ammoniak Wärme an ein Kühlmedium oder an die Umgebung ab. Zunächst wird das heiße Druckgas bis zur Kondensationstemperatur abgekühlt. Anschließend kondensiert das Ammoniak und geht vom gasförmigen in den flüssigen Zustand über. Während dieser eigentlichen Kondensationsphase bleibt die Temperatur bei annähernd konstantem Druck weitgehend gleich.
Wassergekühlter Rohrbündelverflüssiger
Bei einem Rohrbündelverflüssiger strömt auf einer Seite das Kältemittel und auf der anderen Seite Kühlwasser. Die Wärme wird über die Rohrflächen übertragen. Wasserqualität, Durchfluss, Ablagerungen und Zustand der Wärmeübertragungsflächen beeinflussen die Leistung des Verflüssigers.
Plattenwärmetauscher
Plattenwärmetauscher bieten auf vergleichsweise kleinem Raum eine große Wärmeübertragungsfläche. Je nach Bauart und Anlagenkonzept können sie als Verflüssiger oder als Trennwärmetauscher zu einem weiteren Kühlwasserkreislauf eingesetzt werden. Werkstoffe, Dichtungen, Verschmutzung und Druckstufe müssen zum eingesetzten Medium passen.
Verdunstungsverflüssiger
Verdunstungsverflüssiger nutzen Luft und verdunstendes Wasser zur Wärmeabgabe. Dadurch können günstige Verflüssigungsbedingungen erreicht werden. Gleichzeitig entstehen zusätzliche Anforderungen an Wasseraufbereitung, Hygiene, Wartung, Korrosionsschutz und die Überwachung des Wasserkreislaufs.
Luftgekühlter Verflüssiger
Luftgekühlte Systeme geben Wärme über Ventilatoren direkt an die Außenluft ab. Sie benötigen keinen Verdunstungswasserkreislauf, reagieren aber stärker auf hohe Außentemperaturen. Ventilatorleistung, Geräusch, Aufstellort und freie Luftführung sind bei der Planung zu berücksichtigen.
Entscheidend sind Leistung, Außentemperaturen, Wasserverfügbarkeit, Wasserqualität, Hygiene, Platzverhältnisse, Schallschutz, Wartungsaufwand und das gewünschte Temperaturniveau der Wärmerückgewinnung.
5. Hochdruckschwimmer und andere Regelkonzepte
Nach dem Verflüssiger gelangt das flüssige Ammoniak zum Hochdruckschwimmer. Steigt dort der Flüssigkeitsstand, öffnet der Schwimmer das Ventil und leitet das flüssige Ammoniak von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite weiter. Beim Durchströmen der Drosselstelle fällt der Druck stark ab. Dadurch verdampft ein Teil des Ammoniaks sofort. Hinter dem Hochdruckschwimmer strömt deshalb ein kaltes Gemisch aus flüssigem und gasförmigem Ammoniak zum Abscheider.
Ein Hochdruckschwimmer ist nicht die einzige technische Lösung. Andere Anlagen verwenden beispielsweise elektronische oder mechanische Expansionsventile, Magnetventile in Verbindung mit Niveauregelungen oder andere geregelte Flüssigkeitszuführungen. Das eingesetzte Konzept hängt unter anderem von Anlagenaufbau, Verdampferbeschickung und Regelstrategie ab.
6. Abscheider
In den Abscheider strömen das aus der Piste zurückkehrende Flüssigkeits-Dampf-Gemisch und das am Hochdruckschwimmer zur Niederdruckseite entspannte Ammoniak. Im Abscheider werden flüssiges und gasförmiges Ammoniak voneinander getrennt. Das flüssige Ammoniak sammelt sich im unteren Bereich und steht dort für den Pumpenumlauf zur Verfügung. Das gasförmige Ammoniak sammelt sich im oberen Bereich und wird von dort über die Saugleitung zum Verdichter geführt.
Diese Trennung ist für den sicheren Betrieb der Anlage entscheidend. Der Verdichter ist ausschließlich für die Verdichtung von gasförmigem Ammoniak vorgesehen und darf kein flüssiges Ammoniak ansaugen. Gelangt Flüssigkeit in den Verdichter, können Flüssigkeitsschläge und schwere mechanische Schäden bis hin zur Zerstörung des Verdichters entstehen. Deshalb müssen der Füllstand im Abscheider sowie Druck, Temperatur und die sichere Funktion der zugehörigen Armaturen zuverlässig überwacht werden.
7. NH₃-Pumpe und Pumpenumlauf
Die NH₃-Pumpe fördert flüssiges Ammoniak aus dem unteren Bereich des Abscheiders zu den Verdampferrohren unter der Eisfläche. Damit sämtliche Rohrkreise gleichmäßig und zuverlässig versorgt werden, wird mehr flüssiges Ammoniak umgewälzt, als während eines Durchlaufs verdampfen kann.
In den Verdampferrohren nimmt das Ammoniak Wärme aus der Piste auf und verdampft teilweise. Das dabei entstehende Flüssigkeits-Dampf-Gemisch strömt anschließend zum Abscheider zurück und wird dort in flüssiges und gasförmiges Ammoniak getrennt. Pumpenleistung, Umlaufmenge, Druckverluste und die Verteilung auf die einzelnen Rohrkreise müssen auf die jeweilige Anlage abgestimmt sein.
8. Piste und Verdampferrohre
Bei der direkten Ammoniak-Kühlung bilden die Rohrleitungen unter der Eisfläche den Verdampfer. Das flüssige Ammoniak nimmt über Rohrwand und Pistenaufbau Wärme aus der Eisfläche auf und verdampft dabei teilweise. Die Eisfläche selbst ist nicht der Verdampfer, sondern wird durch die darunterliegenden Rohre gekühlt.
Das zurückkommende Gemisch aus Flüssigkeit und Gas strömt zum Abscheider. Bei einer indirekten Anlage sieht dieser Teil anders aus: Durch die Pistenrohre fließt Sole oder Glykol. Das eigentliche Kältemittel verdampft dann in einem separaten Wärmetauscher im Primärkreislauf.
9. Hochdruck- und Niederdruckbereich
Der Hochdruckbereich beginnt am Austritt des Verdichters. Er umfasst in der beschriebenen Anlage die Heißgasleitung, gegebenenfalls den Enthitzer, den Verflüssiger und die Flüssigkeitsleitung bis zur Drosselstelle im Hochdruckschwimmer. Im Enthitzer gibt das heiße, gasförmige Ammoniak einen Teil seiner Wärme ab, bleibt dort jedoch gasförmig. Im Verflüssiger wird weitere Wärme abgeführt, sodass das Ammoniak kondensiert und flüssig wird.
Beim Durchströmen des Hochdruckschwimmers wird das flüssige Ammoniak von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite entspannt. Dabei sinkt der Druck stark ab und ein Teil der Flüssigkeit verdampft sofort. Hinter der Drosselstelle liegt deshalb ein Flüssigkeits-Dampf-Gemisch vor, das zum Abscheider strömt.
Der Niederdruckbereich beginnt hinter der Drosselstelle des Hochdruckschwimmers. Er umfasst den Abscheider, die NH₃-Pumpe, die Pistenrohre, den Rücklauf und die Saugleitung bis zum Eintritt in den Verdichter. Die NH₃-Pumpe fördert flüssiges Ammoniak aus dem Abscheider zur Piste. Dort nimmt es Wärme auf und verdampft teilweise. Das zurückströmende Flüssigkeits-Dampf-Gemisch wird im Abscheider erneut getrennt. Das flüssige Ammoniak verbleibt im Pumpenumlauf, während ausschließlich das gasförmige Ammoniak über die Saugleitung zum Verdichter gelangt.
Der Verdichter saugt gasförmiges Ammoniak von der Niederdruckseite an und verdichtet es auf die Hochdruckseite. Im Verflüssiger wird das Ammoniak verflüssigt. Der Hochdruckschwimmer entspannt das flüssige Ammoniak anschließend wieder zur Niederdruckseite. Dort trennt der Abscheider flüssiges und gasförmiges Ammoniak: Die Flüssigkeit wird erneut zur Piste gefördert, während ausschließlich das Gas zum Verdichter gelangt.
10. Ölmanagement
Verdichter benötigen je nach Bauart Öl für Schmierung, Abdichtung oder Kühlung. Ein Teil dieses Öls kann mit dem Kältemittel ausgetragen werden. Deshalb besitzen viele Anlagen Ölabscheider und Einrichtungen zur kontrollierten Ölrückführung oder Entölung.
Ölansammlungen in Wärmetauschern, Abscheidern oder Verdampferbereichen können Wärmeübertragung und Betrieb beeinträchtigen. Arbeiten am Ölkreislauf sowie das Entölen ammoniakhaltiger Anlagenteile sind sicherheitsrelevant und gehören ausschließlich in die Hände entsprechend qualifizierter Personen.
11. Mess-, Steuer-, Regel- und Sicherheitstechnik
Ein realer Kältekreislauf besteht nicht nur aus Verdichter, Wärmetauschern und Rohrleitungen. Für einen sicheren und bedarfsgerechten Betrieb werden unter anderem Druck, Temperatur, Füllstand, Durchfluss und Betriebszustände erfasst und verarbeitet.
- Druck- und Temperatursensoren
- Füllstandsüberwachung und Niveauregelung
- Sicherheitsdruckbegrenzer und Sicherheitsventile
- Rückschlag-, Regel- und Absperrarmaturen
- Gaswarnanlage und technische Lüftung
- Not-Aus- und Abschaltfunktionen
- Leistungsregelung der Verdichter und Pumpen
- Alarmierung, Störmeldungen und Betriebsdokumentation
Welche Einrichtungen erforderlich sind, ergibt sich aus Anlage, Gefährdungsbeurteilung, Herstellerunterlagen und geltendem Regelwerk. Die Betriebssicherheitsverordnung erfasst unter anderem die sichere Verwendung und Prüfung von Arbeitsmitteln und Druckanlagen. Die Gefahrstoffverordnung verlangt Schutzmaßnahmen auf Grundlage der Gefährdungsbeurteilung.
👉 Betriebssicherheitsverordnung
👉 Gefahrstoffverordnung
12. Der Kreislauf vereinfacht erklärt
Der Verdichter saugt ausschließlich gasförmiges Ammoniak aus dem oberen Bereich des Abscheiders an und verdichtet es. Dabei steigen Druck und Temperatur. Ist ein Enthitzer vorhanden, gibt das heiße Druckgas dort einen Teil seiner Wärme ab, bleibt jedoch gasförmig. Im Verflüssiger wird weitere Wärme abgeführt, sodass das Ammoniak kondensiert und flüssig wird.
Der Hochdruckschwimmer entspannt das flüssige Ammoniak zur Niederdruckseite. Dabei entsteht ein Flüssigkeits-Dampf-Gemisch, das zum Abscheider strömt. Das dort abgeschiedene flüssige Ammoniak wird von der NH₃-Pumpe zu den Verdampferrohren unter der Piste gefördert. In den Rohren nimmt es Wärme auf und verdampft teilweise. Das Flüssigkeits-Dampf-Gemisch kehrt anschließend zum Abscheider zurück. Dort wird es erneut getrennt und ausschließlich das gasförmige Ammoniak gelangt zum Verdichter.
Die Anlage „erzeugt“ dabei keine Kälte im eigentlichen Sinn. Sie entzieht der Eisfläche Wärme.
13. Häufige Fragen
Flüssiges Ammoniak wird zu den Verdampferrohren unter der Piste gefördert. Dort nimmt es Wärme auf und verdampft teilweise. Das Flüssigkeits-Dampf-Gemisch strömt zum Abscheider zurück. Nur das gasförmige Ammoniak wird vom Verdichter angesaugt, verdichtet und anschließend im Verflüssiger wieder verflüssigt.
Bei der direkten Kühlung verdampft Ammoniak unmittelbar in den Pistenrohren. Bei der indirekten Kühlung fließt dort ein Kälteträger wie Sole oder Glykol. Das Ammoniak bleibt in einem separaten und kompakteren Primärkreislauf.
Der Verdichter saugt ausschließlich gasförmiges Ammoniak aus dem oberen Bereich des Abscheiders an. Im Verdichter wird das Gas verdichtet, wodurch Druck und Temperatur steigen. Flüssiges Ammoniak darf nicht in den Verdichter gelangen.
Je nach Anlagenkonzept kommen unter anderem wassergekühlte Rohrbündelverflüssiger, Plattenwärmetauscher, Verdunstungsverflüssiger oder luftgekühlte Verflüssiger zum Einsatz.
Der Abscheider trennt flüssiges und gasförmiges Ammoniak. Das flüssige Ammoniak steht im unteren Bereich für den Pumpenumlauf zur Verfügung. Ausschließlich das gasförmige Ammoniak wird aus dem oberen Bereich zum Verdichter geführt.
Nein. Bei der direkten Kühlung bilden die Rohrleitungen unter der Eisfläche den Verdampfer. Die Eisfläche wird über diese Rohre gekühlt.
14. Fazit
Der beschriebene Kreislauf zeigt eine direkte Ammoniak-Kälteanlage mit Pumpenumlauf. Verdichter, Wärmerückgewinnung, Verflüssiger, Hochdruckschwimmer, Abscheider, NH₃-Pumpe und Pistenrohre erfüllen dabei klar voneinander getrennte Aufgaben.
Andere Eissporthallen können indirekte Sole- oder Glykolkreisläufe, andere Verflüssigerbauarten und andere Expansions- oder Niveauregelungen verwenden. Deshalb muss jede Anlage anhand ihres eigenen Schemas, ihrer Betriebsanweisung und ihrer technischen Dokumentation verstanden werden.
Stand: 02.09.2026 – regelmäßige fachliche Überprüfung empfohlen.