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Stabilisierung des Wassertemperaturregimes in einer Fischzucht: HVAC-Projekt von EVROPROM für die Forellenfarm

Kunde und Branchenkontext der Fischereiwirtschaft in Polen

„Gospodarstwo Rybackie PSTRĄG Andrzej Grzesiak Import–Export” ist ein spezialisierter Forellenzuchtbetrieb in Polen, der im Format eines kontinuierlichen biologischen Zyklus rund um die Uhr an 365 Tagen im Jahr arbeitet. Die Produktionsinfrastruktur umfasst offene und geschlossene Becken, technologische Kanäle und Wasseraufbereitungsbereiche mit einer Gesamtfläche von mehreren tausend Quadratmetern, mit einer konstanten Wasserzirkulation von Dutzenden und Hunderten von m³/h bei optimalem Druck.

In solchen Betrieben ist die Wassertemperatur ein direkter Faktor für die Überlebensfähigkeit: Der optimale Bereich für Forellen liegt bei 6–12 °C, bei Abweichungen von bereits ±1 °C wird ein Anstieg des Stresses, eine Verringerung der Futteraufnahme und eine Verlangsamung des Gewichtszuwachses um 10–20 % festgestellt.

Im Gegensatz zur Agrar- oder Lebensmittelindustrie gibt es in Fischzuchtbetrieben kein zulässiges technologisches Fenster. Eine Überhitzung des Wassers über 14–15 °C führt zu einem Rückgang der Konzentration von gelöstem Sauerstoff, einer erhöhten Sterblichkeit der Jungfische und direkten biologischen Verlusten, die innerhalb kurzer Zeit 5–15 % des Bestands erreichen können. Bei einer Produktionsmenge von mehreren Dutzend Tonnen lebender Fische führt selbst eine kurzzeitige Temperaturschwankung zu finanziellen Verlusten in Höhe von mehreren Tausend Euro pro Tag und nicht nur zu einer Verringerung der Effizienz der Anlagen. Zusätzliche Komplexität entsteht durch externe Faktoren: saisonale Schwankungen der Lufttemperatur im Bereich von −15…−20 °C im Winter bis 30… 35 °C im Sommer, die hohe thermische Trägheit des Wassers und die Notwendigkeit einer kontinuierlichen Zirkulation ohne Unterbrechungen. Unter diesen Bedingungen ist das Kühlsystem nicht mehr nur eine technische Option, sondern ein lebenswichtiger Bestandteil des Betriebs. Hier dient die Kühlung nicht dem Komfort oder der Energieeinsparung, sondern ist ein Instrument der biologischen Stabilität, von dem die Erhaltung der Ressourcen, die Vorhersagbarkeit der Produktion und die Nachhaltigkeit des gesamten Unternehmens direkt abhängen.

Besonderheiten des Bereichs: Kühlung in Fischzuchtbetrieben Osteuropas

In der Aquakultur dient das Wasserkühlsystem der direkten Steuerung biologischer Prozesse und nicht als unterstützende Technik. Für Forellenzuchtbetriebe ist es entscheidend, die Temperatur in einem engen Bereich von 6–12 °C bei einer kontinuierlichen Zirkulation von 20–80 m³/h pro Becken und einem 24-Stunden-Betrieb aufrechtzuerhalten.

Selbst eine kurzzeitige Überhitzung des Wassers um 1 bis 1,5 °C führt bereits innerhalb weniger Tage zu einer Erhöhung der Stoffwechselbelastung der Fische, einer Verringerung des gelösten Sauerstoffs um 5 bis 10 %, einer Erhöhung des Stressniveaus und einem Rückgang der Wachstumsraten um 10 bis 20 %. In Fischzuchtbetrieben ist die Wassertemperatur ein biologischer Begrenzungsfaktor ohne zulässige Reserve.

Wichtige Kühlfunktionen in diesem Fischzuchtbetrieb in Polen:

— Kontrolle des Stoffwechsels der Fische bei einer stabilen Wassertemperatur von 6–12 °C und täglichen Schwankungen von nicht mehr als ±0,3–0,5 °C;

— Aufrechterhaltung der Konzentration von gelöstem Sauerstoff auf einem Niveau von 7–9 mg/l, was direkt von der Temperatur und der Zirkulationsgeschwindigkeit abhängt;

— Senkung der Sterblichkeit von Jungfischen, die bei Temperaturschwankungen von ±1 °C innerhalb kurzer Zeit von den normativen 1–2 % auf 5–15 % ansteigen kann;

— Gewährleistung der Stabilität des gesamten Produktionszyklus mit einem biologischen Umsatz von 8–14 Monaten ohne außerplanmäßige Verluste und Überlastungen des Systems.

Zusätzliche technische Komplexität entsteht durch die physikalischen Eigenschaften des Wassers und die Besonderheiten der Fischzucht. Das Gesamtvolumen der Becken und Becken erreicht 50–350 m³ pro Einheit, was zu einer hohen thermischen Trägheit führt: Die Wiederherstellung einer stabilen Temperatur dauert 6 bis 24 Stunden. Selbst kurzfristige Abweichungen von ±0,5–1 °C bei einer Teilauslastung von 40–75 % können zu Wachstumsverzögerungen oder zum Tod von bis zu 5–10 % des Bestands führen.  Unter diesen Bedingungen wird die Aufrechterhaltung einer genauen ΔT von 4–6 K und eines stabilen Wasserverbrauchs von 12–28 m³/h zu einem entscheidenden Faktor für die biologische Zuverlässigkeit und die Vermeidung finanzieller Verluste, die bei einem Fischsterben bis zu 3–5 Tausend Euro pro Schicht betragen können.

Funktionsprinzipien der Kühlung und Besonderheiten der HVAC-Modulation der Farm

Das Kühlsystem in der Fischzucht „Gospodarstwo Rybackie PSTRĄG” erfüllt die Funktion eines grundlegenden technologischen Kreislaufs, der sich direkt auf die Lebensfähigkeit der Fische auswirkt. Gekühlt werden muss die gesamte Menge des zirkulierenden Wassers in den Aufzuchtbecken mit einem Gesamtvolumen von mehreren Dutzend Kubikmetern, wo bereits eine Temperaturabweichung von 0,5–1,0 °C zu einer Veränderung des Stoffwechsels und zu erhöhtem Stress bei den Fischen führt. Bei einer geplanten Wassertemperatur von 5–7 °C muss das System Stabilität ohne Anlauf- und Absenkphasen gewährleisten, da sich jegliche Übergangsphasen bereits innerhalb einer Stunde auf die biologischen Indikatoren auswirken.

Der Betrieb der Kälteanlage ist auf einen Dauerbetrieb von 24 Stunden am Tag, 7 Tage die Woche, ohne technologische Unterbrechungen und Reservezyklen ausgelegt. Die Wassertemperatur am Eingang des Kühlers beträgt etwa 9–11 °C, am Ausgang 4,5–5,5 °C, wobei die täglichen Schwankungen der Kühlmitteltemperatur ±0,3–0,5 °C nicht überschreiten. Im Sommer erhöht ein Anstieg der Umgebungstemperatur um 10 bis 15 °C den Wärmeeintrag, jedoch muss das System diesen in Echtzeit ohne Trägheitsverzögerungen und Effizienzverluste ausgleichen.

Unter diesen Bedingungen wird die Kälteanlage zu einem kontinuierlichen Element der Lebenserhaltung in der Fischzucht und nicht zu einem unterstützenden technischen System. Die Hauptaufgabe des Kühlers besteht darin, den vorgegebenen Temperaturbereich bei stabiler Hydraulik und kontinuierlicher Wasserzirkulation aufrechtzuerhalten. Jede Temperaturabweichung oder jeder Systemstillstand von 1–2 Stunden kann Stress bei den Jungfischen verursachen und deren Überleben gefährden.

Hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit und Stabilität der Ausrüstung führen zu einem grundlegend anderen Integrationsgrad des HVAC-Systems. Der Kühler muss einen stabilen, störungsfreien Betrieb gewährleisten, das Risiko von Ausfällen minimieren und einen vorhersehbaren Betrieb aufrechterhalten, was sich direkt auf die Erhaltung der lebenden Ressourcen und die Vermeidung finanzieller Verluste für die Fischereiwirtschaft auswirkt.

Spitzenlasten der Fischzucht und saisonale Temperaturschwankungen in Polen

In der Forellenzucht wird die Dynamik der Temperaturbelastungen durch den Wärmehaushalt der Becken, tägliche und saisonale Schwankungen der Wasser- und Lufttemperatur sowie hydrodynamische Zirkulationsparameter bestimmt. Die sommerlichen Wärmezuflüsse stellen eine maximale Belastung für das Kühlsystem dar, das eine kritische Wassertemperatur von 5–10 °C mit zulässigen Abweichungen von ±0,5–1,0 °C aufrechterhalten muss. Jede Überschreitung von ΔT >1 °C führt zu Stress bei den Jungfischen, einer Verringerung der Masse der gezüchteten Fische um 3–6 % und einem Anstieg der Sterblichkeit um 2–4 % pro Tag, was zu Verlusten von 1 800–2 200 € pro Tag führt.

Wichtige HVAC-technische Parameter der saisonalen Belastungen:
— Sommerperiode: Umgebungstemperatur 22… 32 °C; die Wärmezufuhr der Becken steigt um 20–35 % und erfordert eine Kompensation von 35–65 kW pro 1 100 m³ Wasser;

— Temperaturstabilität: ΔT Wasser ±0,5 K bei einem Wasserdurchfluss von 65–105 m³/h und einem Beckenvolumen von 1 200–1 500 m³;

— Thermische Trägheit des Wassers: τ ≈ 2–4 h, was einen kontinuierlichen Betrieb des Kühlers 24 h/Tag ohne zyklische Abschaltungen erfordert;

— Tägliche Schwankungen der Lufttemperatur von 6–10 K führen zu variablen Wärmebelastungen von 15–25 kW/Becken; das System muss mit einer minimalen Verzögerung von ≤5 min reagieren;

— Winterperiode: durchschnittliche Tageswassertemperatur 8–10 °C; Wärmekompensation ist nicht kritisch, Freecooling wird als Reservefunktion betrachtet.

Daher wird das Kühlsystem als hochpräzises HVAC-Modul konzipiert, das in Echtzeit mit einer prognostizierten Wärmeleistung von 95–220 kW pro Beckenlinie arbeiten kann, ΔT ±0,5 K aufrechterhält, eine Startfrequenz von 5–12/h und einen Wasserverbrauch von 65–105 m³/h, was biologische Stabilität gewährleistet und thermischen Stress bei den Jungfischen verhindert. Die Systemintegration mit dem Hydrauliknetz und den Pumpen ermöglicht es, den Energieverbrauch zu optimieren und ungeplante Ausfälle der Anlagen zu minimieren, wodurch eine lange Lebensdauer von bis zu 60.000–80.000 Stunden gewährleistet wird.

HVAC-technische Komplexität des Projekts und hochtechnologische Herausforderungen

Das Projekt stellte hohe Anforderungen an die Genauigkeit des Hydrauliksystems. Der Kühler ist außen installiert, und die Länge der Wasserleitung betrug 35 m mit einem Höhenunterschied von 2,8 m, was eine Berechnung des Rohrleitungswiderstands und eine Anpassung des Drucks an den Pumpen erforderte, um einen Durchfluss von 65–105 m³/h in allen Becken aufrechtzuerhalten. Die korrekte Wasserzirkulation zwischen den 6 Becken mit einem Volumen von 1.200–1.500 m³ wurde durch den Ausgleich und die Stabilisierung der hydraulischen Verluste gewährleistet. Eine ungleichmäßige Zufuhr hätte zu ΔT >1 °C und Stress bei den Jungfischen geführt, daher wurden die Ventile genau eingestellt und Druckunterschiede von 0,12–0,26 bar in der Leitung berechnet.

An der Anlage fehlte eine Pumpe mit ausreichender Förderleistung und Druck, um den Höhenunterschied und den Widerstand des Wassernetzes auszugleichen. Zu diesem Zweck wurde eine zusätzliche Pumpe mit einer Förderleistung von 45 m³/h und einer Förderhöhe von 8,2 m integriert, wodurch eine Strömungsgeschwindigkeit von 0,8–1,2 m/s aufrechterhalten werden konnte.

Die Einstellung der Chiller-Parameter umfasste die Überprüfung des ΔT-Wertes des Wassers am Ein- und Ausgang, die Kontrolle der Startfrequenz der Kompressoren von 5–12/h und die Stabilisierung der Temperatur auf ±0,5 K, wodurch ein kontinuierlicher Betrieb des biologischen Kreislaufs ohne Überhitzung des Wassers und ohne Verringerung des Sauerstoffgehalts gewährleistet wurde.

Das Ergebnis der Ingenieursarbeit war die Integration der HLK-Anlagen in die bestehende Infrastruktur unter Berücksichtigung der tatsächlichen Wärmelasten von 95–220 kW pro Leitung, wodurch außerplanmäßige Stillstände minimiert, die biologische Stabilität aufrechterhalten und die Lebensdauer des Kühlers auf 60.000–80 000 h mit einer Garantie von „EVROPROM“ zu verlängern.

Inbetriebnahme und Beteiligung von EVROPROM an einem Fischereibetrieb

Für den Fischereibetrieb „Gospodarstwo Rybackie PSTRĄG” war die Installation eines neuen Kühlers von entscheidender Bedeutung für die Aufrechterhaltung der biologischen Stabilität des Wassers. Die Leistung von 15,4 kW bei Standardparametern von 12/7 °C und einer Kondensationstemperatur von 35 °C ermöglicht die Stabilisierung des Wassers in Becken mit einem Volumen von bis zu 120–150 m³ bei einer konstanten Zirkulation von 1–1,5 m³.

— Ein Einkreissystem mit Plattenwärmetauscher und Kondensator aus Kupfer und Aluminium sorgt für ΔT 4,5–5,5 K und eine stabile Wassertemperatur von ±0,3–0,5 °C.

— Der frequenzgesteuerte Spiral-Inverterkompressor „MITSUBISHI ELECTRIC DNB36FAEMT” gleicht saisonale Schwankungen bis zu ±6 °C aus, verhindert Stress bei Jungfischen und senkt die Sterblichkeitsrate um 5–7 %;

— Der eingebaute Hydromodul mit der Pumpe „WILO PARA MAXO 25-180-10-F02” und dem Ausdehnungsgefäß sorgt für einen konstanten Wasserdurchfluss von 0,8–1,2 m³/min und gewährleistet eine gleichmäßige Temperaturverteilung in 3–5 Becken gleichzeitig.

— Zwei Lüftermodule gewährleisten eine effektive Wärmeabfuhr bei sommerlichen Wärmezuflüssen von bis zu 35 °C, und der spezifische Stromverbrauch von 0,55–0,65 kW/h pro 1 kW Kälte sorgt für Einsparungen von bis zu 1.500–2.000 kW/h pro Jahr und Linie.

— Dank seiner kompakten Abmessungen von 0,9 × 0,5 × 1,4 m und einem Gewicht von 140 kg lässt sich das Gerät ohne größere Änderungen an der bestehenden Infrastruktur integrieren.

Der tatsächliche Effekt der Einführung: Aufrechterhaltung einer stabilen Wassertemperatur rund um die Uhr, Verringerung der Temperaturschwankungen auf ±0,5 °C, eine Verringerung der außerplanmäßigen hydraulischen Korrekturen um 30–40 % und die Vermeidung von Verlusten an biologischen Ressourcen von bis zu 500–700 kg Forellen pro Saison. Das Aggregat ist vollständig betriebsbereit und kann in zukünftige Überwachungs- und automatische HVAC-Steuerungssysteme integriert werden.

Kundenerwartungen, Form der Zusammenarbeit und B2B-Partnerschaften

Für „PSTRĄG Andrzej Grzesiak Import–Export” war die Geschwindigkeit der Projektumsetzung von entscheidender Bedeutung. Jede Verzögerung konnte sich direkt auf die Wassertemperatur in den 120–150 m³ großen Becken auswirken und Stress bei den Forellen verursachen, wodurch das Risiko von Verlusten von 5–7 % der Biomasse pro Schicht erhöht wurde.

An zweiter Stelle stand die Zuverlässigkeit der Lösung: Der Kühler musste einen unterbrechungsfreien Betrieb rund um die Uhr mit einer Genauigkeit von ΔT ±0,5 °C gewährleisten und saisonale Schwankungen der Umgebungstemperatur von bis zu 35 °C ausgleichen, um hydraulische Korrekturen und Notabschaltungen zu vermeiden.

Die schlüsselfertige Zusammenarbeit umfasste die vollständige Integration des Systems: Lieferung, Montage, Einrichtung und Inbetriebnahme. Dabei war der Preis nicht entscheidend – der Schwerpunkt lag auf der Minimierung des Risikos des Verlusts lebender Ressourcen und der Gewährleistung eines unterbrechungsfreien technologischen Zyklus.

Das Endergebnis

Vor der Einführung des Kühlsystems für die Fischzucht war die strenge Temperaturstabilität des Wassers bei einem ununterbrochenen Betrieb rund um die Uhr ein entscheidender Faktor. Für die Farm hat jedes Grad Wasser einen direkten Einfluss auf die Lebensfähigkeit der Forellen, die Wachstumsgeschwindigkeit der Jungfische und die Stabilität des biologischen Kreislaufs.

Das Volumen der Becken beträgt 150–450 m³, die Wassertemperatur am Einlass 10 °C, am Auslass ≈5 °C, ΔT ±0,5 K, Wasserzirkulation 65–105 m³/h – alle Parameter müssen ohne Unterbrechungen und Abweichungen aufrechterhalten werden, um Verluste an lebenden Ressourcen zu vermeiden.

– Grundlegende Lösung und Integration: „EVROPROM“ lieferte und integrierte einen industriellen Kühler „CLIMAVENETA I-BX 015T 15,4 kW“ mit einem Inverter-Spiralverdichter „MITSUBISHI DNB36FAEMT“, einen Plattenwärmetauscher und ein Hydraulikmodul „WILO PARA MAXO 25-180-10-F02”. Das System wurde anhand von 8 Schlüsselparametern mit mehr als 30 Messungen getestet: Druck 7,2–31,5 bar, Wasserdurchfluss 15–28 m³/h, Flüssigkeitstemperatur 36–42 °C, Vibrationen 0,8–1,5 mm/s, Ströme 72–138 A, Lüftergeschwindigkeit 1250–2100 U/min, EER-Stabilität 3,3–5,4, Startfrequenz 5–12 h;

— Kühlleistung und Arbeitsbereiche: Die Nennleistung von 15,4 kW sorgt für eine stabile Kühlung mehrerer Becken und technologischer Bereiche der Farm, gleicht den Wärmeeintrag im Sommer von bis zu 32–48 °C aus, hält den optimalen Sauerstoffgehalt aufrecht und verhindert Stress bei den Jungfischen.

— Zuverlässigkeit und Spitzenlastbetrieb: Der Inverter-Spiralverdichter und der Hydromodul sorgen für einen stabilen Betrieb ohne Überlastung bei plötzlichen Temperaturschwankungen, einer Startfrequenz von 5–12 Stunden pro Tag und einer saisonalen Auslastung von 100–120 % der Nennleistung und garantieren ΔT ±0,5 K in allen Bereichen.

— Energieverbrauch und Einsparungen: Der spezifische Verbrauch beträgt 0,58–0,72 kW/h pro 1 kW Kälte, was eine Reduzierung des jährlichen Stromverbrauchs um 8–12 MW/h ermöglicht und eine Überbeanspruchung der Ressourcen verhindert. Der direkte finanzielle Effekt wird bei den aktuellen Tarifen auf 3–5 Tausend Euro pro Jahr geschätzt.

— Freecooling und saisonale Optimierung: Der integrierte Freecooling-Modus deckt bis zu 18–25 % der Kühllast in Übergangszeiten ab, reduziert den Verschleiß des Kompressors, verlängert die Wartungsintervalle auf 12.000–16.000 Stunden und minimiert das Ausfallrisiko in der Sommerhochsaison.

— Lebensdauer und Betrieb: Das Aggregat ist neu, Betriebsstunden 0 h, kalkulierte Lebensdauer des Kompressors 80.000–100.000 h, prognostizierte Betriebsdauer 10–12 Jahre ohne größere Eingriffe und mit minimalen außerplanmäßigen Wartungsarbeiten;

— Produktions- und biologische Stabilität: Die Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur verhindert Stress bei den Jungfischen, senkt die Sterblichkeit in Spitzenzeiten um 3–5 % und minimiert den Verlust an biologischen Ressourcen und Lebendgewicht auf 200–350 kg pro Tag.

— Verringerung von Risiken und Ausfallzeiten: Die schnelle Lieferung und der Einsatz der Ingenieure von „EVROPROM“ ermöglichten die Inbetriebnahme innerhalb von 4–5 Tagen, die vollständige Einhaltung der Hydraulikschemata, die Gewährleistung eines stabilen Betriebs vom ersten Start an und die Vermeidung von Notüberhitzungen und Überlastungen der Anlagen.

— CAPEX und technischer Effekt: Dank der Lagerressourcen, Überprüfungen und Tests anhand von 8 Schlüsselparametern wurde das Projekt ohne Stillstand der Farm und ohne erneute technische Planung umgesetzt, wobei die Kapitalkosten im Vergleich zu einer neuen ähnlichen Lösung um 15–25 % gesenkt werden konnten.

— Gesamteffizienz: Der Kühler „CLIMAVENETA I-BX 015T” wurde zu einem Schlüsselelement für die Aufrechterhaltung der biologischen Stabilität des Betriebs, da er eine kontrollierbare Ressource, messbare Energieeinsparungen, Vorhersagbarkeit des Betriebs und die Möglichkeit der Skalierung des Systems ohne Überarbeitung der grundlegenden Architektur der Kälteversorgung bietet.

Wenden Sie sich an „EVROPROM“, um eine optimale und wirtschaftliche Lösung zu finden:

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