Überblick über den Einsatz von Kaltwassersätzen unter verschiedenen Klimabedingungen

Einführung

Die Kältemaschine ist das Herzstück einer Kälteanlage, und ihre Betriebssicherheit hängt direkt von der Eignung der Konstruktion für das Klima ab, in dem sie betrieben wird. Es gibt keine Einheitslösung: Ein Standardmodell, das für Lufttemperaturen zwischen -10 und 35 °C ausgelegt ist, liegt in der Praxis oft außerhalb dieses Bereichs.

Nach Branchenerhebungen von Eurovent und AHRI sind mehr als 60 Prozent der Geräteausfälle nicht auf Herstellermängel zurückzuführen, sondern auf ungeeignete Betriebsbedingungen, einschließlich klimatischer Bedingungen. Eine unsachgemäße Anpassung führt zu niedrigem Verflüssigungsdruck, Überhitzung der Verdichter, Einfrieren der Kreisläufe und beschleunigter Alterung der Wärmetauscher. Gleichzeitig erhöhen gut gewählte Optionen – wie Winterkit, freie Kühlung oder Flüssigkeitseinspritzung – die Lebensdauer der Geräte um 25-40 % und senken den Energieverbrauch um bis zu 30 %.

Die Erfahrung der führenden Marken bestätigt, dass jeder Hersteller seine eigene Klimaspezialisierung entwickelt. Carrier und Trane sind traditionell stark bei Universalmodellen für gemäßigte Regionen, YORK (Johnson Controls) und McQuay entwickeln tropische Versionen mit einem erweiterten Verflüssigungstemperaturbereich von bis zu 55 °C, und Daikin und Climaveneta setzen auf energieeffiziente Lösungen für das europäische Klima mit integrierter Wärmerückgewinnung. Sogar chinesische Marken wie Midea und Haier haben in den letzten Jahren ihre Produktpalette an kalte Zonen angepasst, einschließlich Geräten mit Kurbelgehäuseheizung und Verflüssigungsdruckregler.

Wenn Sie Hilfe bei der Auswahl eines Kaltwassersatzes für Ihre Anlage benötigen, wenden Sie sich an die EVROPROM-Ingenieure – wir finden die optimale Lösung unter Berücksichtigung Ihrer Wünsche und betrieblichen Besonderheiten.

Kältemaschinenbetrieb in kalten Klimazonen

Der Betrieb in Ländern mit kalten Wintern (Skandinavien, Norddeutschland und Polen) stellt besondere Anforderungen an die Geräte. Eine einfache Kältemaschine, die für einen Start bei 10 … 12 °C ausgelegt ist, funktioniert hier nicht – im Winter fällt die Außentemperatur oft unter -15 °C und erreicht in manchen Regionen -25 … -30 °C. Für solche Bedingungen bieten die Hersteller spezielle Geräte und technische Lösungen an, die dann zwingend erforderlich sind.

Abbildung 1. Winterbetriebsbedingungen der Kältemaschine

Aufrechterhaltung des Verflüssigungsdrucks

Das Hauptproblem bei niedrigen Außentemperaturen ist ein Abfall des Verflüssigungsdrucks. Wird dieser nicht kompensiert, verliert das thermostatische Expansionsventil (TRV) an Stabilität und der Verdampfer beginnt mit einem Dampf-Flüssigkeits-Gemisch zu arbeiten, was zu „Nachspeisung“ und der Gefahr von Hydrostatik führt.

Um dieses Problem zu lösen, ist Folgendes anzuwenden:

• drehzahlregelung des Verflüssigerlüfters – stufenweise oder stufenlos (VFD). Eine stufenlose Regelung ist vorzuziehen, da sie Druckstöße verhindert;
• heißgas-Bypass – ein Teil des überhitzten Dampfes aus dem Auslass wird in den Flüssigkeitssammler oder in den Verflüssigereinlass geleitet, wodurch der erforderliche Mindestdruck (7…9 bar für die meisten Kältemittel) aufrechterhalten werden kann;
• elektronische TRVs – im Gegensatz zu mechanischen sind sie widerstandsfähiger gegen Druckschwankungen und sorgen für eine genaue Kältemitteldosierung bei niedrigen Lasten.

Die Erfahrungen von Trane in Skandinavien zeigen, dass die Kombination von VFDs an Ventilatoren mit Heißgas-Bypass einen stabilen Betrieb bei Temperaturen bis zu -20 °C ohne zusätzliche Änderungen am Verflüssiger gewährleistet.

Verdichter-Kurbelgehäuseheizung

Bei lang anhaltenden Minustemperaturen kondensiert das Kältemittel im Kurbelgehäuse des Verdichters. Beim Anfahren dringt das flüssige Kältemittel in das Öl ein, verringert dessen Viskosität und verursacht einen schnellen Lagerverschleiß. Schraubenverdichter sind besonders anfällig, wenn sie mit großen Ölmengen arbeiten.

Ein obligatorisches Element der Winterausrüstung ist daher eine elektrische Kurbelwannenheizung, die die Öltemperatur 10-15 °C über der Saugleitungstemperatur hält. Bei Carrier und Daikin schaltet sich die Heizung automatisch über einen eingebauten Regler ein, bei einigen italienischen Marken (Climaveneta, Rhoss) werden einfachere Thermorelais verwendet.

Abb. 2 – Aufgesetzte Kurbelgehäuseheizung für kleine Kompressoren

Abb. 3 – Unterputz-Kurbelwannenheizung für mittlere und große Kompressoren

Auswahl der Kältemaschine

Wasser wird in kalten Klimazonen nur selten als Kühlmittel verwendet. Propylenglykol- (25-35 %) oder Ethylenglykollösungen (20-40 %) werden in fast allen Systemen verwendet. Glykol gewährleistet den Gefrierschutz, erhöht jedoch die Viskosität und verringert die Wärmekapazität.

Dies hat zwei wichtige Konsequenzen:

• die Pumpen verbrauchen aufgrund des erhöhten hydraulischen Widerstands 10-20 % mehr Energie;
• die Wärmeübertragungsleistung im Verdampfer wird verringert, so dass die Verdampferfläche größer sein muss als in Systemen mit Wasser.

Daikin hat in seinen nordeuropäischen Baureihen Verdampfer mit einer größeren Oberfläche speziell für den Betrieb mit Glykol entwickelt, während chinesische Hersteller dies oft unterlassen, was zu Problemen mit Unterkapazitäten führt.

Freie Kühlung als wichtige Option

Ein kaltes Klima eröffnet die Möglichkeit, Betriebskosten zu sparen. Bei Außentemperaturen unter 5 … 7 °C kann die Last teilweise oder ganz über einen Trockenkühler abgeführt werden. In einigen Regionen (Deutschland, Nordpolen, Skandinavien) ermöglicht die freie Kühlung bis zu 4000-5000 Stunden pro Jahr ohne Kompressoren.

Hier gibt es zwei Hauptoptionen:

• integrierte freie Kühlung (Trane, Climaveneta-Monoblocks) – kompakter und einfacher zu bedienen;
• externer Trockenkühler mit Bypass – wird häufiger in Industrieanlagen mit großen Umwälzmengen eingesetzt.

Betriebserfahrungen in Finnland haben gezeigt, dass integrierte Freikühlsysteme im Vergleich zum herkömmlichen Betrieb bis zu 30-35 % Strom pro Jahr einsparen.

Abb. 4. – Schema für die Integration der freien Kühlung in ein bestehendes Kühlsystem

Hydraulischer Schutz

Neben der Isolierung von Rohrleitungen werden häufig folgende Maßnahmen eingesetzt:

• beheizung mit Heizkabeln, insbesondere in offenen Bereichen;
• automatische Zirkulation der Kühlflüssigkeit während der Stillstandszeiten, um ein Einfrieren zu verhindern;
• vergrößerte Ausdehnungsgefäße, da Glykol einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Wasser hat.

Climaveneta und Rhoss statten die Hydronikmodule mit zusätzlichen Isoliergehäusen aus. Carrier bietet Kaltwassersätze für nördliche Märkte mit werkseitig isolierten Rohranschlüssen und integrierten Heizkabeln an.

Für kalte Klimazonen ist ein Gerät ohne Winterkit und ohne Anpassung an Glykol also eigentlich ungeeignet. Die Betriebserfahrung bestätigt, dass das richtige Winterkit und die Integration der freien Kühlung nicht nur einen zuverlässigen Betrieb der Anlage gewährleisten, sondern auch die Betriebskosten um mehrere Dutzend Prozent senken.

Kontaktieren Sie uns für eine professionelle Beratung und Auswahl der Optionen für den Winterbetrieb des Kühlaggregats!

Kältemaschinenbetrieb in heißen Klimazonen

Der Betrieb in Ländern mit heißem Klima (Ägypten, Marokko, Saudi-Arabien, VAE, Pakistan, Indien) ist mit extrem hohen Außentemperaturen von 40 bis 50 °C und mehr verbunden. Unter solchen Bedingungen funktioniert die für 35… 40 °C ausgelegte Grundausstattung der Kältemaschinen praktisch nicht: Die Verdichter überhitzen, die Verflüssiger verlieren an Leistung, die Automatik schaltet sich ab. Um einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten, werden spezielle technische Lösungen eingesetzt.

Höhere Anforderungen an die Verflüssiger

In heißen Klimazonen ist der Verflüssiger das am meisten gefährdete Element.

• Vergrößerte Wärmeübertragungsfläche. Bei europäischen Standardmodellen ist die Verflüssigerfläche für Außentemperaturen bis zu 30 … 35 °C ausgelegt. Für tropische Ausführungen erhöhen die Hersteller die Wärmeaustauschfläche um 20 bis 30 %. So haben z. B. YORK- und Carrier-Verflüssiger in der „Tropenausführung“ 2-3 Rohrreihen mehr als in der europäischen Ausführung.
• Abstand zwischen den Lamellen. In den Wüstengebieten von Marokko und Saudi-Arabien verstopfen hohe Staub- und Sandkonzentrationen schnell die Lamellenabstände. Aus diesem Grund wird ein größerer Lamellenabstand verwendet (2,1 bis 2,5 mm statt der üblichen 1,4 bis 1,8 mm). Dies verringert den Wärmekoeffizienten, gewährleistet aber einen längeren Betrieb ohne Reinigung.
• Hocheffiziente Ventilatoren. In heißen Ländern arbeiten Axialventilatoren bei Ansaugtemperaturen von bis zu 60 °C. Aus diesem Grund werden Motoren mit höherer Isolationstemperaturbeständigkeit (Klasse H) sowie eine Frequenzregelung zur Optimierung des Luftstroms eingesetzt.

Verdichterbetrieb bei hohen Temperaturen

Bei Verflüssigungstemperaturen über 50 °C steigt die Belastung der Verdichter exponentiell an.

• Flüssigkeitseinspritzung. YORK- und Trane-Schraubenverdichter verwenden eine Flüssigkeitseinspritzung in der Zwischenzone, die die Austrittstemperatur um 10-15 K reduziert und eine Überhitzung der Wicklungen verhindert.
• Zwischenstufige Unterkühlung. Carrier und Daikin verwenden Wärmetauscher vom Typ Economiser, um das flüssige Kältemittel zu kühlen, bevor es dem Verdampfer zugeführt wird. Dies erhöht die Kühlleistung und reduziert die Verdichterlast.
• Verstärktes Schmiersystem. Die Viskosität des Öls nimmt bei hohen Temperaturen ab. Aus diesem Grund können Kompressoren in Tropenausführung mit Ölen mit höherem Viskositätsindex und externen Ölkühlern ausgestattet werden.

Betriebserfahrungen in Ägypten zeigen, dass Standard-Scroll-Kompressoren (vor allem kleine Kapazitäten) bei konstantem Sommerbetrieb eine Lebensdauer von 2-3 Jahren haben. Schraubenkompressoren mit Flüssigkeitseinspritzung arbeiten um ein Vielfaches länger, da sie widerstandsfähiger gegen Überhitzung sind.

Korrosionsschutz

In heißen Regionen hat die äußere Umgebung einen entscheidenden Einfluss auf die Lebensdauer der Ausrüstung:

• seeluft (Salzsprühnebel) an den Küsten des Mittelmeers und des Roten Meeres zerstört die Aluminiumlamellen in 1-2 Jahren ohne Schutz;
• sand und Staub verursachen Abrieb und Verstopfung der Kondensatoren;
• hohe Sonneneinstrahlung überhitzt elektrische Verteilerkästen, Schränke und Kunststoffteile.

Zum Schutz werden verwendet:

• blygold, Baltibond, Epoxidbeschichtungen – die Lebensdauer der Kondensatoren erhöht sich um das 2-3fache;
• korrosionsschutzgehäuse von Schaltschränken der Klasse IP55 mit zusätzlicher Belüftung;
• wärmeisolierung von Kabeltrassen und Sensoren.

Carrier in Ägypten stellt Wärmetauscher mit Blygold-Werksbehandlung her. York bietet proprietäre CoilSAFE-Beschichtungen für Saudi-Arabien an.

Abbildung 5. – Auswirkungen von Salznebel auf verschiedene Arten von Korrosionsschutzbeschichtungen

Energieversorgung und Automatisierung

Südasien und Afrika sind durch instabile Stromnetze gekennzeichnet. Spannungsschwankungen von ±15 % sind in Pakistan und Indien die Regel.

• YORK und Trane produzieren Regler mit einem erweiterten Leistungstoleranzbereich (-20 bis 15 %).
• USVs für Automatisierungssysteme sind oft integriert, so dass kurzfristige Ausfälle nicht zu einem Reset führen.
• Schalttafeln sind mit zusätzlichen Lüftern oder Klimageräten ausgestattet, um die Elektronik auf 50 … 55 °C zu kühlen.

Typische Kühlmedien

In heißen Klimazonen wird fast immer Wasser zur Kühlung des Verflüssigers verwendet. Glykol wird nicht benötigt, da es keine negativen Temperaturen gibt und ein unnötiger hydraulischer Widerstand unerwünscht ist. Dies führt jedoch zu anderen Problemen:

• höhere Anforderungen an die Wasserqualität (Härte, Salze, Korrosion);
• die Notwendigkeit einer regelmäßigen Trockenreinigung der Kreisläufe und Verdampfer.

Trane in Saudi-Arabien rüstet Verdampfer mit Kupfer-Nickel-Rohren aus, die salzwasserbeständig sind. In Europa ist diese Option weit weniger verbreitet.

Daher sind für heiße Klimazonen, tropisches Design, Überhitzungsschutz für den Verdichter und Korrosionsschutzbeschichtungen von entscheidender Bedeutung. Ein universelles „europäisches“ Gerät ohne diese Optionen überlebt in Afrika oder Asien nur selten – der Betrieb offenbart schnell alle Schwächen.

Werfen Sie einen Blick in unseren Kühlgerätekatalog – Geräte in verschiedenen Konfigurationen, sorgfältig auf Mängel geprüft, auf die geforderten Temperaturbereiche abgestimmt und in einwandfreiem Zustand an Sie ausgeliefert.

Betrieb von Kältemaschinen in gemäßigten Klimazonen

Klimazonen mit gemäßigten Wintern und nicht extrem heißen Sommern (Frankreich, Großbritannien, Süddeutschland, Ukraine, Norditalien) stellen andere Anforderungen an Kältemaschinen als der Norden oder die Tropen. Hier reicht die Außenlufttemperatur von -5…-10 °C im Winter bis 30…35 °C im Sommer. Der Betrieb unter solchen Bedingungen birgt zwar weniger „kritische“ Risiken für die Geräte, aber gerade hier sind Energieeffizienz und Systemflexibilität am wichtigsten.

Freie Kühlung und Energieeinsparung

In gemäßigten Klimazonen wird die Nutzung der freien Kühlung zu einem der wichtigsten Instrumente zur Energieeinsparung.

• Betriebsstunden ohne Kompressoren. Wenn die Außentemperatur in Europa unter 7 °C liegt, kann die Kältemaschine nur mit Trockenkühlern betrieben werden, was die Lebensdauer der Kompressoren verlängert. Für Rechenzentren sind dies bis zu 1500-2500 Stunden pro Jahr.
• Integrierte Lösungen. Trane, Climaveneta und Carrier bieten Modelle mit integrierten Freikühlern an. Diese Geräte sind kompakter und einfacher zu bedienen, aber in der Anschaffung teurer.
• Externe Rückkühler. Diese werden in Industrieanlagen mit großen Umwälzmengen eingesetzt. York und Daikin bieten eine ganze Reihe von Trockenkühlern an, die in Verbindung mit Kaltwassersätzen arbeiten.

In der Praxis kann die freie Kühlung den jährlichen Energieverbrauch um 25-35 % senken. Im Vereinigten Königreich wird diese Technologie fast immer in Serveranlagen eingesetzt.

Abb. 6 – Rückkühler ALFA LAVAL S.p.a. VDDS906CD196, 779 kW für freie Kühlung in unserem Katalog

Reversible Kaltwassersätze und Wärmepumpen

Die gemäßigten Klimazonen sind günstig für reversible Kältemaschinen.

• Heizbetrieb. Bei Außentemperaturen von bis zu -10…-15 °C kann das Gerät im Wärmepumpenbetrieb effizient arbeiten. Dies deckt Lasten außerhalb der Saison in Büro- und Hotelgebäuden ab.
• Energieoptimierung. Daikin und Climaveneta bieten Modelle an, die im Laufe des Tages zwischen „Kühlen ↔ Heizen“ umschalten können, was ein flexibles Lastmanagement ermöglicht.
• Wärmerückgewinnung. In gemäßigten Klimazonen werden häufig Geräte mit teilweiser oder vollständiger Rückgewinnung der Kondensationswärme für die Warmwasserbereitung nachgefragt. Im Durchschnitt können damit bis zu 20-30 % des Warmwasserbedarfs eines Gebäudes gedeckt werden.

Die Betriebspraxis zeigt, dass solche Lösungen vor allem in Südeuropa und der Ukraine gefragt sind, wo die Heizperiode relativ mild ist und der Bedarf an Warmwasser das ganze Jahr über besteht.

Lärmschutzanforderungen

In städtischen Gebieten (Paris, London, Mailand) wird der von den Kühlanlagen ausgehende Lärm zu einem Faktor in den Grenzwerten der Vorschriften.

• Geräuscharme Ventilatoren. Es werden Ventilatoren mit größerem Durchmesser und niedriger Drehzahl verwendet. Der Geräuschpegel kann von 60-65 dBA auf 40-45 dBA gesenkt werden.
• Geräuschisolierende Kompressorgehäuse. Carrier und Climaveneta stellen Monoblöcke mit werkseitig installierten schalldämmenden Hauben her.
• Inverter-Steuerung. Die Frequenzregelung von Ventilatoren und Verdichtern reduziert den Lärm bei Teillasten, die bis zu 70 % der Betriebszeit ausmachen.

In London liefert Trane „Low Noise“-Geräte für Wohngebiete, in denen der zulässige Geräuschpegel nur 35 dBA an der Grundstücksgrenze beträgt.

Umweltstandards und Kältemittel

Das gemäßigte Klima in Europa fällt mit einer Region zusammen, in der die strengsten Umweltauflagen gelten (ErP, Ökodesign, F-Gas-Verordnung).

• Umstellung auf Kältemittel mit niedrigem GWP-Wert. Alle großen Hersteller bieten Kaltwassersätze mit R-1234ze (GWP<10), R-32 oder R-513A an.
• SEER/SCOP-Energieeffizienz. Mindestanforderungen von SEER > 4,5 und SCOP > 3,2 sind für neue Anlagen inzwischen obligatorisch.
• Flexibilität bei der Auswahl. Im Gegensatz zu kalten und heißen Klimazonen, wo die Frage „funktioniert/nicht funktioniert“ entscheidend ist, liegt der Schwerpunkt in gemäßigten Zonen auf der Energieeffizienz und der Einhaltung von Richtlinien.

Daikin ist besonders aktiv bei der Einführung von R-32 in kleinen und mittleren Kaltwassersätzen. Climaveneta und Carrier setzen auf R-1234ze in Modellen mit Schraubenkühlern mittlerer und hoher Kapazität.

In gemäßigten Klimazonen sind die Geräte also nur selten extremen Bedrohungen ihrer Lebensdauer ausgesetzt, aber hier kommt der Wettbewerb zwischen den Technologien für Energieeffizienz, Rückgewinnung und akustischen Komfort ins Spiel. Für den Eigentümer bedeutet dies, dass der Schlüsselfaktor bei der Auswahl nicht das „Überleben der Anlage“ ist, sondern ein Gleichgewicht zwischen Energieeffizienz, Betriebskomfort und Umweltstandards.

Allgemeine praktische Empfehlungen

Die Auswahl einer Kältemaschine für eine bestimmte Anlage kann nicht losgelöst von den klimatischen Bedingungen betrachtet werden, selbst wenn es sich um Standardserien und bewährte Marken handelt.

In kalten Regionen kommt es vor allem darauf an, einen stabilen Verflüssigungsdruck zu gewährleisten und das System vor dem Einfrieren zu schützen. Bei der Auswahl ist zu berücksichtigen, dass die Kältemaschine bei Umgebungstemperaturen von bis zu -15 °C und in nördlichen Ländern sogar bis zu -25 °C betrieben werden kann. Zu diesem Zweck müssen ein Verflüssigungsdruck-Winterwartungssatz, eine Verflüssigerlüftersteuerung und eine Verdichter-Kurbelgehäuseheizung vorgesehen werden.

In gemäßigten Klimazonen liegen die Prioritäten anders. Hier besteht das Hauptziel darin, das ganze Jahr über eine hohe Energieeffizienz zu erreichen. Es ist wichtig, die Austrittstemperatur der Kältemaschine richtig zu wählen, um eine ausreichende Temperaturdifferenz für die freie Kühlung zu gewährleisten, und die Möglichkeit der Wärmerückgewinnung im Voraus vorzusehen. Sehr oft wird die Möglichkeit der Integration von Teilbetriebsarten oder reversiblen Kreisläufen bei der Auswahl ignoriert und nur auf die sommerliche Kühlleistung abgestellt.

In heißen Klimazonen muss die Auslegung mit einer Berechnung der Wärmelasten auf den Verflüssiger beginnen. Je höher die Außenlufttemperatur, desto wichtiger sind die Wärmeaustauschfläche und die Lüftungseffizienz. Bei Temperaturen über 45 °C verliert das Gerät ohne eine tropische Auslegung an Stabilität: Die Automatisierung geht auf Hochdruckschutz und die Verdichter laufen bei kritischen Austrittstemperaturen.

Fazit

Der Betrieb von Kältemaschinen in verschiedenen Klimazonen ist keine Frage der Marke, sondern der technischen Anpassung. Eine Einheitslösung für Skandinavien, Südeuropa und die Golfregion gibt es nicht und kann es auch nicht geben.

Die Hersteller bieten eine breite Palette von Lösungen an: Carrier und Trane bieten Vielseitigkeit und Nachhaltigkeit, YORK ist auf Industrieanlagen für heiße Regionen spezialisiert, Daikin und Climaveneta konzentrieren sich auf Energieeffizienz und Umweltstandards, und chinesische Marken dringen allmählich in den Massenmarkt ein. Unabhängig von der Marke hängt die Effizienz der Geräte jedoch immer davon ab, wie gut sie konzipiert und für das Klima vorbereitet sind.

Die wichtigste Schlussfolgerung, die sich in der Praxis bestätigt, ist, dass eine ordnungsgemäß angepasste Kältemaschine jahrzehntelang ohne Leistungseinbußen arbeitet, während ein Gerät, das „so wie es ist“ installiert wird, bereits in den ersten Betriebsjahren Probleme verursacht. Letztendlich wird die Zuverlässigkeit eines Kältesystems nicht durch die Passdaten bestimmt, sondern durch die im Projekt festgelegte technische Logik. Und hier wird die Kompetenz des Ingenieurs zum entscheidenden Faktor – derjenige, der aus einer Standardanlage ein nachhaltiges und effizientes Kältesystem macht.

Wenn Sie noch Fragen zur Geräteauswahl haben, wenden Sie sich bitte an die Spezialisten von Europrom. Wir helfen Ihnen bei der Auswahl der richtigen Lösung und bieten Ihnen zuverlässige Kältemaschinen aus unserem Katalog an.

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Modernsteund bewährte Geräte – eine breite Palette von Kältemaschinen von Weltmarken mit verschiedenen Verdichtertypen und Wärmetauschern, die für Industrie-, Gewerbe- und Infrastrukturanlagen geeignet sind.

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Unterstützung in allen Phasen – von der Bestandsaufnahme bestehender Anlagen über die Planung bis hin zu Lieferung, Installation, Inbetriebnahme und anschließender Wartung.

Autor des Artikels:

Dmytro Lychak, CEO
12.10.2025