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Natürliche Verdunstungskühlung bricht Leistungsrekord

Durch die Abluftvorkühlung mit dem Umlaufwasser aus dem Wärmeübertrager kann bei der indirekten "adiabaten" Verdunstungskühlung bis zu 33 % mehr Kühlleistung erzeugt werden. Diese neue Technik könnte Kompressionskälteanlagen in einigen Regionen überflüssig machen.

Durch die patentierte Abluftvorkühlung erhöht sich die Leistung der „adiabaten“ Verdunstungskühlung um bis zu 33 % (Foto: Menerga GmbH)

Durch die patentierte Abluftvorkühlung erhöht sich die Leistung der „adiabaten“ Verdunstungskühlung um bis zu 33 % (Foto: Menerga GmbH)

Wird die Abluft vorgekühlt, so kann die Außenlufttemperatur ohne weiteren Energieeinsatz um zusätzliche 2 K abgesenkt und die Zuluft bei Standard-Auslegungsbedingungen auf 18 °C temperiert werden. Dies bedeutet eine Steigerung der Kühlleistung um bis zu 33 % unter Berücksichtigung einer mittleren Raumtemperatur von 26 °C. Durch die Integration der Abluftvorkühlung können die mit einem Gegenstrom-Plattenwärmeübertrager ausgestatteten Zentralklimageräte die Außenluft insgesamt um mehr als 16 K abkühlen. Diese von der Menerga GmbH aus Mülheim entwickelte Technologie hat jetzt das europaweite Patent erhalten und wird ab Frühjahr 2014 erhältlich sein.

Zulufttemperatur erreicht Feuchtkugeltemperatur der Abluft

Das Patent bezieht sich auf ein System zur "adiabaten" Verdunstungskühlung, bei dem Sprühdüsen die Abluft direkt im Plattenwärmeübertrager befeuchten. Dabei wird das nicht verdunstende Wasser in einer Wanne aufgefangen und zu den Sprühdüsen zurückgeführt. Aus diesem Kreislauf wird nun Wasser abgezweigt und zur Kühlung der Abluft verwendet, bevor diese in den Rekuperator einströmt und befeuchtet wird. In der Folge der Vorkühlung sinkt die Feuchtkugeltemperatur, wodurch sich die Leistungsfähigkeit der Verdunstungskühlung deutlich erhöht. Unter Standard-Auslegungsbedingungen wird auf diese Weise eine Zulufttemperatur erreicht, die der Feuchtkugeltemperatur der Abluft entspricht. Dies führt zu einem Wirkungsgrad der "adiabaten" Verdunstungskühlung von nahezu 100 %.

Verdunstungselement und Gegenstrom-Plattenwärmeübertrager

Bevor das Wasser nach der Vorkühlung in den Kreislauf zurückkehren kann, muss es die der Abluft entzogene Wärme wieder abgeben. Das Patent sieht hier zwei Möglichkeiten vor, um diese in Form von Wasserdampf latent im Fortluftstrom aufzunehmen und nach draußen zu befördern. Einerseits kann das Wasser bei konventionellen Wärmerückgewinnungssystemen über ein oberhalb des Rekuperators angeordnetes Verdunstungselement verrieselt werden. Alternativ ist es mit einem Gegenstrom-Plattenwärmeübertrager sogar möglich, das erwärmte Wasser direkt im Rekuperator zu versprühen. Hier lässt sich die große Wärmeübertragungsfläche auf der Außenluft-/Fortluftseite als Verdunstungselement nutzen, so dass keine zusätzlichen Druckverluste im Fortluftweg entstehen.

Verdunstungskühlung mit Temperaturabsenkung von 16 K

"Mit der Abluftvorkühlung stoßen wir in eine neue Leistungsdimension der "adiabaten" Verdunstungskühlung vor. Die Temperaturabsenkung von 16 K ist hier bisher unerreicht und stellt einen neuen Rekord dar. Abgesehen von einer eventuell notwendigen Entfeuchtung gibt es jetzt keinen Grund mehr, auf die energiesparende, natürliche Verdunstungskühlung zu verzichten", erläutert Geschäftsführer Dr. Christian Hennerkes. "Wir gehen davon aus, dass durch die Abluftvorkühlung gerade in Regionen mit geringer Luftfeuchtigkeit keine zusätzliche Kompressionskälte mehr benötigt wird. Aufgrund des entsprechend geringen Stromverbrauchs eignet sich die Technologie hier hervorragend für Passivhausgebäude. Zudem erweitert sich der Einsatzbereich der "adiabaten" Verdunstungskühlung, da wir so auch thermisch hoch belastete Räume mit Ablufttemperaturen von bis zu 30 °C effektiv kühlen können."

Prinzip der Verdunstungskühlung und Wärmerückgewinnung

Die adiabate Kühlung oder Verdunstungskühlung ist eine indirekte Klimatisierungstechnik, bei der ein anderer Luftstrom als der zu kühlende Luftstrom befeuchtet wird. Das Kühlpotential wird dadurch erzeugt, dass nur die ausgehende Raumluft mit Wasser in Verbindung gebracht wird und die Wärmerückgewinnung die Verdunstungskälte aufnimmt und damit die benötigte Frischluft des Raumes kühlt. Die Wärmerückgewinnung, mit deren Hilfe im Winter die Frischluft vorgewärmt wird, wird so im Sommer zur Klimaanlage. Selbst im Hochsommer lässt sich so die Frischluft herunter kühlen, ohne dass die indirekte Verdunstungskühlung den Wassergehalt der Raumluft erhöht. Durch die Kombination der Verdunstungskühlung und Wärmerückgewinnung kann ganzjährig eine primärenergiesparende Raumklimatisierung realisiert werden.

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"Natürliche Verdunstungskühlung bricht Leistungsrekord" wurde am 25.10.2013 verfasst