Der Eismeister

Kältekreislauf in der Eissporthalle

Der Kältekreislauf ist das Herz der Eishalle: Er entzieht der Eisfläche kontinuierlich Wärme und hält die Piste stabil gefroren. Je nach Konzept arbeiten Anlagen als direkte Kühlung (Direktverdampfung unter der Piste) oder indirekt mit Kälteträger. Unten findest du die wichtigsten Komponenten im Maschinenraum – kurz erklärt und mit Beispielbildern.

Verdichter (Kolben- und Schraubenverdichter)

Ein Verdichter hat die Aufgabe, das Kältemittel (z. B. Ammoniak) aus dem Abscheider im gasförmigen Zustand anzusaugen und zu verdichten. Dabei steigen Druck und Temperatur des Kältemittels an. Die genauen Werte hängen vom Anlagentyp, den Betriebsbedingungen und der gewünschten Kälteleistung ab. Während des Verdichtungsprozesses kann das Kältemittel erhebliche Temperaturen erreichen.

Es gibt verschiedene Arten von Verdichtern, darunter Kolbenverdichter und Schraubenverdichter. Schraubenverdichter gelten als wartungsärmer und sind besonders für kontinuierliche Betriebsbedingungen geeignet. Kolbenverdichter hingegen können in bestimmten Anwendungen, insbesondere bei Teillastbetrieb, effizienter arbeiten. Welche Bauart eingesetzt wird, hängt vom Anlagentyp, der geforderten Leistung und der Betriebsweise ab.

Beispiel aus einer Eislaufhalle mit direkter Ammoniak-Kühlung:
In einer Eishalle mit Direktverdampfung saugt der Kolbenverdichter das gasförmige Ammoniak bei etwa 1,5 bar aus dem Abscheider an. Im Verdichter wird das Ammoniak anschließend auf rund 14 bar verdichtet. Während dieses Prozesses steigt die Temperatur des Kältemittels auf etwa 100 °C.

Nach der Verdichtung strömt das Heißgas in den Enthitzer (Zwischenkühler). Dort wird ein Teil der Überhitzung abgebaut, bevor das Kältemittel in den Verflüssiger gelangt. Erst im Verflüssiger gibt das Kältemittel seine Wärme vollständig ab und wird wieder flüssig.

Moderne Kälteanlagen nutzen mehrstufige oder drehzahlgeregelte Verdichter, um die Kälteleistung an den tatsächlichen Bedarf anzupassen. Das spart Energie und reduziert mechanische Belastungen.

In Eissportanlagen wird fast ausschließlich Ammoniak (NH₃) eingesetzt, da es sich als natürliches, effizientes und gut regelbares Kältemittel bewährt hat.

Enthitzer

Nach dem Verdichter strömt das hochtemperaturige, gasförmige Ammoniak in den Enthitzer, einen Wärmetauscher, der überschüssige Wärme aus dem Kältemittel entfernt. Es gibt verschiedene Bauarten von Enthitzern, darunter Plattenwärmetauscher und Rohrbündelwärmetauscher. Durch die Wärmeübertragung wird die Temperatur des Ammoniak-Gases gesenkt, bevor es in den nächsten Prozessschritt – den Verflüssiger – gelangt.

Zur Überwachung der Wasserqualität sind am Enthitzer Sensoren installiert, die den Zustand des Kühlwassers kontrollieren. Wie diese Überwachung im Detail funktioniert, wird auf der folgenden Seite ausführlich beschrieben:

Die im Enthitzer gewonnene Abwärme kann effizient genutzt werden, z. B. zur Beheizung von Nebenräumen oder zur Brauchwassererwärmung. Dadurch wird die Energieeffizienz der gesamten Anlage deutlich verbessert.

Verflüssiger / Kondensator

Nachdem das gasförmige Ammoniak den Enthitzer passiert hat, gelangt es in den Kondensator (auch Verflüssiger genannt). Dort wird das Kältemittel durch Wärmeabgabe von seinem gasförmigen in den flüssigen Zustand überführt.

Prozess der Kondensation

1. Wärmeabgabe

• Das heiße, gasförmige Ammoniak tritt in den Kondensator ein und gibt seine Wärme an ein Kühlmedium (z. B. Wasser oder Luft) ab.
• Dadurch verliert das Ammoniak Energie, und seine Temperatur sinkt.

2. Phasenwechsel (Aggregatzustandsänderung)

• Sobald das Kältemittel seine Kondensationstemperatur erreicht, erfolgt der Übergang von gasförmig zu flüssig.
• Diese Kondensationstemperatur hängt vom Betriebsdruck der Anlage ab.
• Während des Phasenwechsels bleibt die Temperatur des Ammoniaks konstant, da die abgeführte Wärme für die Änderung des Aggregatzustands genutzt wird.

3. Verflüssigtes Ammoniak

• Nach der vollständigen Kondensation verlässt das nun flüssige Ammoniak den Kondensator.
• Es wird in den Hochdruckschwimmer geleitet, der das flüssige Ammoniak für die Einspritzung in den Verdampfer bereithält.

Hochdruckschwimmer

Vom Verflüssiger (Kondensator) gelangt das nun flüssige Ammoniak in den Hochdruckschwimmer.

Im Hochdruckschwimmer wird der Druck des Ammoniaks kontrolliert reduziert. Das bedeutet: Das flüssige Ammoniak, das mit hohem Druck aus dem Verflüssiger kommt, wird hier entspannt – der Druck fällt ab, und das Kältemittel kühlt sich ab. Man kann sich das vorstellen wie bei einer Sprühdose: In der Dose steht das Gas unter Druck – wenn du sprühst, entspannt es sich schlagartig und wird kalt. Genau das passiert auch im Kältekreislauf, nur kontrolliert.

Beim Entspannen braucht das Ammoniak Energie. Diese Energie holt es sich aus seiner eigenen Wärme – und genau deshalb wird es dabei kalt. Ein Teil des Ammoniaks verdampft, ein Teil bleibt flüssig – dieses „Kältemittelgemisch“ ist nun bereit für den Verdampfer, wo es Wärme aus der Eisfläche aufnimmt.

Abscheider

Nachdem das flüssige Ammoniak den Hochdruckschwimmer durchlaufen hat, gelangt es in den Abscheider. Der Abscheider erfüllt eine zentrale Aufgabe in Ammoniak-Kälteanlagen: Er trennt das gasförmige Ammoniak vom flüssigen Kältemittel.

Diese Trennung ist entscheidend, denn flüssiges Ammoniak darf nicht in den Verdichter gelangen – es könnte dort zu schweren mechanischen Schäden führen, etwa durch sogenannte Flüssigkeitsschläge. Der Abscheider schützt somit den Verdichter und sorgt für einen sicheren und gleichmäßigen Anlagenbetrieb.

Im Inneren des Abscheiders sammelt sich das flüssige Ammoniak am Boden, während das gasförmige Ammoniak nach oben steigt und von dort aus in den Verdichter zurückgeführt wird. Damit schließt sich der Kreislauf: Das Gas wird erneut verdichtet, erwärmt und gelangt wieder in den Enthitzer und Verflüssiger.

NH₃-Pumpe

Nachdem sich das flüssige Ammoniak im Abscheider gesammelt hat, wird es mithilfe der NH₃-Pumpe weiter zu den Verdampfern unter der Eisfläche gefördert. Die Pumpe hält das Kältemittel im Umlauf und sorgt dafür, dass das flüssige Ammoniak kontinuierlich durch die Rohrleitungen unter der Piste strömt.

Im Verdampfer nimmt das Ammoniak Wärme aus dem Untergrund auf und verdampft dabei teilweise. Dadurch entsteht die für die Eispiste notwendige Kältewirkung. Das gasförmig gewordene Ammoniak strömt anschließend wieder in den Abscheider zurück – der Kreislauf beginnt von vorn.

Piste / Verdampfer

Auf der Piste geht das flüssige Ammoniak in den gasförmigen Zustand über und verdampft. In diesem Zusammenhang fungiert die Piste nicht nur als Eisfläche, sondern auch als Verdampfer. Das Ammoniak nimmt Wärme aus dem Untergrund der Eisfläche auf, wodurch es verdampft und dabei die Piste abkühlt – so wird eine stabile und gleichmäßige Eisschicht gewährleistet.

Anschließend strömt das nun gasförmige Ammoniak wieder zurück in den Abscheider. Dort beginnt der Kreislauf von Neuem: Das Gas wird verdichtet, über den Enthitzer und Verflüssiger erneut abgekühlt und verflüssigt, bevor es wieder in die Piste eingespeist wird. Durch diesen Prozess bleibt die Eispiste konstant gefroren, und das Ammoniak wird für den nächsten Zyklus im Kältesystem vorbereitet.

Hochdruck- / Niederdruckbereich

Der Kältekreislauf einer Ammoniak-Anlage lässt sich in zwei Hauptbereiche gliedern: den Hochdruckbereich und den Niederdruckbereich.

Der Hochdruckbereich beginnt beim Verdichter und führt über den Enthitzer und den Verflüssiger bis zum Hochdruckschwimmer. In diesem Teil des Systems steht das Ammoniak unter hohem Druck und wird kondensiert.

Nach dem Hochdruckschwimmer beginnt der Niederdruckbereich. Hier fällt der Druck des Ammoniaks ab, wodurch das Kältemittel verdampfen kann und die eigentliche Kälte entsteht. Dieser Bereich umfasst den Verdampfer (die Eisfläche) und endet wieder beim Abscheider.