Typen der adiabaten Verdunstungskühlung. Anwendungsbeispiele

Wärmeübertragung

Die Unterschiede zwischen den Typen der adiabaten Verdunstungskühlung bestehen im Wesentlichen in der Aufbauart des Wärmetauschers und dem Einbauort des Luftbefeuchters (außerhalb oder innerhalb des Wärmetauschers).

Wärmeübertrager

Im vorherigen Artikel wurde ein mögliches Szenario beschrieben, in welchem der Abluftstrom adiabat gekühlt wird, d. h. zwischen Ab- und Zuluft ein Wärmeaustausch stattfindet.

Mithilfe eines Wärmetauschers wird ein Teil der thermischen Energie von einem Luftstrom an den anderen ohne direkten Kontakt übertragen. Der Aufbau kann sehr verschieden sein und auch das Baumaterial unterscheidet sich von Hersteller zu Hersteller.

Eine mögliche Ausführungsvariante ließe sich folgendermaßen vorstellen: Eine Mehrzahl von nebeneinander und im Zickzack laufender Kanäle bringt beide Luftströme sehr dicht zueinander, so dass ein äußerst effektiver Austausch der Energie durch die Wände der Kanäle stattfindet. Das Ganze ähnelt einem leeren Bienenstock mit sehr dünnen Wänden oder einem gestapelten Wellpappkarton, wo durch Zwischenräume kalte und warme Luft strömt. Nur statt Wachs oder Pappe besteht hier ein Wärmetauscher aus einem wesentlich festeren Material. (Die Menerga-Wärmetauscher bestehen aus Polyproylen. Dieses Material bringt direkt mehrere Vorteile mit sich. Es ist ein korrosionsfreier Werkstoff, die Platten sind druckstabil bis zu 10.000 Pa und mikrobiologisch unbedenklich – aus hygienischer Sicht ein wichtiger Punkt).

Bewegliche und unbewegliche Speichermassen

Das oben angeführte Beispiel einer Wärmetauscher-Konstruktion stellt eine unbewegliche Speichermasse dar. Eine andere Lösung besteht darin, die Speichermasse rotieren zu lassen, sodass durch die gleichen Kanäle abwechselnd warme und kalte Luft strömt und auf diese Weise der Wärmeaustausch stattfindet. In diesem Fall wird von einem Rotationswärmetauscher gesprochen.

Luftbefeuchtung

Die Abluft kann an unterschiedlichen Stellen des Lüftungssystems befeuchtet werden (zum Beispiel vor dem Wärmetauscher oder im Wärmetauscher). Auch die Befeuchtung selbst kann unterschiedlich erfolgen: mit Umlaufwasser, mit Frischwasser etc.

Hier einige Systemkombinationen:

  • Befeuchtung der Abluft + Wärmeaustausch mittels Rotationswärmeübertrager
  • Abluftdirektbefeuchtung mit Frischwasser + Kreuz-Gegenstrom-Rekuperator
  • Abluftdirektbefeuchtung + Hochleistungs-KVS
  • Abluftdirektbefeuchtung mit Umlaufwasser + Gegenstrom-Rekuperator
  • Abluftdirektbefeuchtung mit Umlaufwasser + Taupunktkühlung + Gegenstrom-Rekuperator

Wichtige Parameter für die Auswahl des adiabaten Kühlsystems

Bei der Beschaffungsplanung eines adiabaten Kühlsystems gilt es, folgende Faktoren zu berücksichtigen:

  • Luftvolumen – und Temperaturen
  • Baulänge des Systems
  • Wasserqualität für die Befeuchtung

Rotationswärmeübertrager. Befeuchtung der Abluft. Vor- und Nachteile

Bei Luftmengen von mehr als 10.000 m³/h und relativ wenig Platz kann diese Variante in Betracht gezogen werden. Sie ist technisch einfach gehalten und punktet mit einem niedrigen Anschaffungspreis und gutem Kühlwirkungsgrad.


Rotationswärmeübertrager

Da der Befeuchtungsprozess außerhalb des Wärmetauschers stattfindet, ist die Konstruktion solcher Klimageräte relativ einfach und wird in den meisten Fällen durch die Installation eines Wabenbefeuchters realisiert.

Der Abluftstrom fließt durch das Befeuchtungssystem. Die Luft wird adiabat gekühlt und an den Rotationswärmetauscher weitergeleitet. Im Sommer findet hier dann der Wärmeaustausch zwischen warmer Außenluft und „gekühlter“ Abluft statt.

Kritikpunkte

Feuchteübertragung durch Mitrotationsluft

Ein Rotationswärmeübertrager bringt viele Vorteile, hat aber auch seine schwachen Seiten. Das Stichwort ist hier „die Feuchteübertragung“. Die Gefahr, dass die Luftfeuchtigkeit durch die Mitrotationsluft auf die Zuluft übertragen wird, muss auf jeden Fall berücksichtigt werden. Die Lösung für diese Herausforderung ist eine richtige Anordnung der Ventilatoren. Dadurch wird die Luftströmung im System so aufgeteilt, dass der Druck auf der Zuluft-Seite immer größer als auf der Abluft-Seite ist.

Wabenbefeuchter:
Druckverluste und Energieeffizienz

Der Wabenbefeuchter ist die nächste kritische Stelle im System. Hier entstehen zusätzliche Druckverluste. Somit wird eine positive Eigenschaft des Rotors „egalisiert“, was eine negative Auswirkung auf die Energieeffizienz hat. Um diese zusätzlichen Verluste zu überwinden, muss den Abluftventilatoren mehr Strom zugeführt werden.

Kurze Wartungszyklen

Aus hygienischer Sicht erfordert die Verwendung von Wabenbefeuchtern sehr kurze Wartungszyklen. Einer Keimbildung im Befeuchter muss vorgebeugt werden, denn es gilt, eine Kontamination des gesamten Lüftungssystems zu vermeiden.

Fazit

Klimasysteme mit einem Rotationswärmeübertrager und einer Abluftbefeuchtung kommen auf einen Kühlwirkungsgrad von ca. 70 % und können relativ einfach bei moderaten Investitionskosten umgesetzt werden. Bei der Planung der Anlage sollten jedoch Energieverluste und kurze Wartezyklen einkalkuliert werden, was die Betriebskosten deutlich steigen lässt.

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