Indirekte Verdunstungskühlung in zentralen RLT-Geräten

Nahezu alle großen RLT-Gerätehersteller haben – oft unterschiedlich arbeitende – Lösungen zur indirekten Verdunstungskühlung im Produktportfolio. Das wesentliche Kriterium bei der Auswahl einer Technologie dürfte die Leistungsfähigkeit und das Potenzial zur Senkung der Temperatur sein. Ein Nachteil von adiabaten Kühlsystemen war bislang eine begrenzte Abkühlung der warmen Außenluft um maximal 12 bis 14 K – je nach Außentemperatur. Zwei Unternehmen haben nun die Verdunstungskühlung zu größeren Kühlleistungen weiterentwickelt.
Der Edeka-Markt im historischen Zentrum von Haselünne überzeugt durch eine freundliche, offene Atmosphäre. Die Decke wurde nicht, wie sonst meist üblich, abgehängt. Stattdessen gibt sie den Blick auf gewaltige, helle Leimholzträger frei, welche die Decke stützen. Darunter verlaufen die Lüftungskanäle, die der Airblock versorgt.  24 „Ka2O-Module, aufgestapelt zu drei Türmen, arbeiten mit einer Nennluftmenge von 9600 m³/h für den Markt mit einer Verkaufsfläche von 1500 m².

Modularer Aufbau im Gegenstromprinzip
Die gemeinsame Entwicklung der beiden Firmen Kampann und Nova, die „Ka2O“-Technologie, basiert auf einem modularen Aufbau durch eine Kombination des Gegenstromwäremübertragers in Höhe und Tiefe. Dabei wird auch für unterschiedliche Luftmengen immer nur eine Standardgröße des Wärmeübertragers verwendet. Durch den Einsatz von mehreren dieser Basis-Wärmeübertrager werden dann – je nach Projektanforderungen und notwendiger Leistung – entsprechende Kombinationen erstellt.
Der Basiswärmeübertrag ist für eine Nennluftmenge von 400 m³/h bei 150 Pa Druckverlust ausgelegt. Die Kombinationsmöglichkeiten der Basismodule reichen von einem Turm mit drei Modulen (Luftmenge 1200 m³/h) bis hin zu fünf Türmen in der Tiefe mit jeweils zwölf Modulen (Luftmenge 24 000 m³/h). Das Besondere im Vergleich zu anderen Platten- und Gegenstromübertragern ist, dass durch diese Parallelschaltung der Module der Druckverlust gleich bleibt, unabhängig davon, welche Modulkombination und somit welche Luftmenge betrieben wird. Lediglich durch die Luftverteilungen steigt der Druckverlust bis 10 Pa an. Insgesamt sind so 35 Modulkombinationen möglich.

Befeuchtung direkt im Wärmetauscher
Bei herkömmlichen Systemen ist der Kontakt- oder Wabenbefeuchter in den Abluftstrang installiert. Dies erfordert zusätzlichen Platz und bringt den beschriebenen Druckverlust mit sich. Beides umgeht Kampmann beim „Ka2O“, indem die Befeuchtung direkt im Wärmetauscher stattfindet. Auf der Abluftseite sind Düsen angeordnet, die das Wasser auf die Lamellen sprühen. Der Luftstrom verteilt die Feuchtigkeit ganzflächig auf die Lamellen – ein weiterer Vorteil der Technologie.

Beeindruckende Werte im Praxistest
Durch die besondere Geometrie der Lamellen und Luftführung im Wärmetauscher ist es möglich, die Abluft bis auf die Feuchtkugeltemperatur zu kühlen und nahezu zu 100 % auf die zuzuführende Außenluft zu übertragen. Im Gegensatz zu konventionellen Systemen spielt hierbei die Temperatur der Außenluft keine Rolle. So kann selbst bei sehr hohen Außentemperaturen eine Abkühlung um mehr als 20 K erreicht werden. Die Temperaturen im Sommer im Edeka-Markt in Haselünne seien für Markt und Kunden äußerst zufriedenstellend, bestätigt Kampmann-Produktmanager für RTL-Geräte, Ingo Kotting. „Eine Messung an einem sehr warmen Sommertag mit einer Außentemperatur von 38,6 °C hat eine Zulufttemperatur von 18,5 °C ergeben. Das entspricht einer Differenz von 20,1 K. Allein durch die Verwendung von Wasser ohne Einsatz von Kältemitteln“, sagt er. „Die Werte des Geräts werden stetig aufgezeichnet und wir konnten feststellen, dass innerhalb der zweijährigen Laufzeit konstant gute Ergebnisse erzielt werden konnten“, ergänzt Kotting.
Im Winterbetrieb ist im Gerät die Wärmerückgewinnung aktiv. Die frische Außenluft wird im Wärmetauscher von der Abluft erwärmt. Der Temperaturänderungsgrad beträgt etwa 83 %. Die übrige Erwärmung besorgt ein Nachheizregis­ter, das von der Abwärme der im Markt befindlichen Kühltruhen gespeist wird. Ein weiteres mit einem konventionellen Kessel betriebenes Nachheizregister wird häufig schon nicht mehr benötigt, sodass in fast allen Fällen keine zusätzliche Energie für die Beheizung des Marktes aufgebracht werden muss.

Herausforderungen meistern
Die größte Schwierigkeit bei der Installation der Kühltechnik im Edeka-Markt in Haselünne war die Einbringung und Aufstellung des RLT-Geräts in den Technikraum. „Wie bei vielen Projekten ist der Technikraum beengt und nicht einfach zugänglich“, sagt Kotting. So kommt es immer wieder vor, dass der Baufortschritt es nicht zulässt, das RTL-Gerät während der Bauphase über eine Dachöffnung einzubringen. „Der Technikraum bei diesem Projekt ist über den Tiefkühlzellen im Obergeschoss angeordnet und es steht keine Treppe, sondern nur eine Leiter zur Verfügung“, erklärt der Projektleiter weiter. Hinzu kam: Die Einbringungsöffnung war zu klein, um ein konventionelles Wärmerückgewinnungssystem mit einem Plattentauscher anzuliefern. „Durch die Modularität der „Ka2O“-Technologie in Kombination mit der Zerlegbarkeit des Nova-RTL-Geräts war das jedoch kein Problem. Das Gerät wurde zerlegt angeliefert und vor Ort wieder montiert. Der Aufbau und die Montage des Geräts haben lediglich einen Tag in Anspruch genommen. Dieser Vorteil ist nahezu einmalig am Markt“, sagt der Produktmanager.
Das Projekt wickelte die Firma Heinrich Voss Gebäudetechnik/Haselünne ab. Aufgrund der Messergebnisse und gesammelten Erfahrungen beschloss Christian Voss, Geschäftsführer in zweiter Generation, für die eigene Büroerweiterung ebenfalls ein RTL-Gerät mit „Ka2O“-Technologie einzusetzen. „Damit haben wir ein zukunftsweisendes System im Haus“, sagt er. „Die Effizienz ist wirklich bemerkenswert. Wir gehörten zu den ersten, die ‚Ka2O‘ eingesetzt haben und es freut uns, dass die prognostizierten Leistungsdaten dem Ergebnis entsprechen.“

Autorin: Angela Kanders, freie Journalistin

Bilder: Kampmann GmbH

Indirekte adiabate Kühlung
Die Verdunstungskühlung ist keine neue Technik. Die Natur macht es vor: Viele Lebewesen, auch wir Menschen, haben eine biologische Klimaanlage. Zur Temperaturregelung auf der Hautoberfläche bildet der Mensch bei Wärme einen Schweißfilm. Indem dieser verdunstet, kühlt er den Körper durch die entstehende Verduns­tungskälte ab. Bis in die 1970er-Jahre gab es Systeme in der Klimatechnik, mit denen die Zuluft zu Kühlzwecken direkt befeuchtet wurde. Der Nachteil: Die Raumluftfeuchte wurde dadurch deutlich erhöht und die Behaglichkeit beeinträchtigt. Heute nutzt man daher vorwiegend die indirekte adiabate Kühlung. Das Kühlpotenzial wird dabei erzeugt, indem nur die Abluft großflächig mit Wasser in Verbindung gebracht wird. Die ohnehin vorhandene Wärmerückgewinnung nimmt die Verdunstungskälte auf und kühlt damit die Zuluft des Raums.

Adiabate Kühlung bietet viele Anwendungsmöglichkeiten
Kampmann-Produktmanager Ingo Kotting im Interview zu den Vorteilen der Ka2O-Technologie sowie Potenzial, Eignung und Grenzen der adiabaten Kühlung. Das Gespräch führte IKZ-KLIMA Autorin Angela Kanders.

IKZ-KLIMA: Herr Kotting, wann eignet sich die adiabate Kühlung?
Ingo Kotting: Die adiabate Kühlung „Ka2O“ kann bei allen Projekten eingesetzt werden, bei der die mechanische Kühlung reduziert oder auch vollständig substituiert werden soll. Die Anwendungen sind sehr vielfältig. Sie kann in klassischen Büroanwendungen, Hotels, Verbrauchermärkten, Ausstellungshallen und Möbelhäusern, aber auch in öffentlichen Gebäuden wie Schulen oder in Wohngebäuden eingesetzt werden. Berücksichtigt werden muss dabei, dass die Verdunstungskühlung physikalisch von der Feuchte der Abluft abhängig ist. Die Abluft wird in der Wärmerückgewinnungseinheit befeuchtet und kann nur so viel Wasser aufnehmen, bis diese zu 100 % gesättigt ist. Somit gilt, je trocke­ner
die Abluft, desto höher die Abkühlung und desto besser die Effizienz. Die Technik in einem Schwimmbad einzusetzen, macht deshalb natürlich keinen Sinn.

IKZ-KLIMA: Wie überzeugen Sie Planer, Gebäudetechniker und Anlagenbauer von Ihrer Technologie?
Ingo Kotting: Bei allen Aufträgen steht die Stromersparnis und Wirtschaftlichkeit durch den Einsatz der indirekten adiabaten Kühlung im Vergleich zur maschinellen Kühlung im Vordergrund. Durch den Einsatz der Verdunstungskühlung kann die Kompressionskältemaschine entweder kleiner ausgelegt oder vollständig substituiert werden. Aufgrund der F-Gase-Verordnung, die seit 2015 eine stetige Reduzierung von synthetischen Kältemitteln fordert, ergibt sich durch die Verdunstungskühlung eine Möglichkeit, der Verordnung Rechnung zu tragen. Es wird allein mit Wasser, ohne klimaschädliche Kältemittel, gekühlt. Auch die Erreichung der gesetzlichen Anforderungen des Erneuerbare-Energien-Wärme-Gesetzes sprechen beispielsweise für den Einsatz der Verdunstungskühlung.

IKZ-KLIMA: Das gilt aber für alle adiabaten Kühlsysteme.
Ingo Kotting: Richtig. Vorteil bei uns ist aber die Kühlleistung des Systems. Bei der Entwicklung des Systems wurde der Fokus insbesondere auf den Sommerbetrieb gelegt, um die physikalisch maximal mögliche Abkühlung der Zuluft durch die Verdunstungskühlung zu erreichen. Es gibt viele Verdunstungskühlsysteme am Markt, die ebenfalls eine hohe Befeuchtungsleistung bis nahe der Feuchtkugeltemperatur der Abluft erreichen. Diese Systeme sind dann jedoch abhängig von der Rückwärmezahl der Wärmerückgewinnung. Hier gehen je nach Wärmerückgewinnung bis zu 30 % verloren, wodurch die Außenlufttemperatur nicht so weit abgekühlt wird. Bei dem „Ka2O“-System wird ein adiabater Kühlwirkungsgrad von 97 % erreicht. Dieser Wert überzeugt viele Kunden, die Technik einzusetzen. Ein besonderer Vorteil im Vergleich zu Kältekompres-
sionsanlagen ist, dass bei Anstieg der Außentemperatur die Technik umso
leistungsstärker ist und kein Ausfall droht.

IKZ-KLIMA: Aber jedes Projekt hat sicherlich eigene Gründe, die für oder gegen die Technik sprechen?
Ingo Kotting: Wenn wir einzelne Projekte betrachten, ergeben sich häufig ergänzende Gründe, die für die „Ka2O“-Technologie gesprochen haben. Bei Systemen ohne Verdunstungskühlung mit externen Kältemaschinen oder Verflüssigern müssen Verrohrungen zur RLT-Anlage gelegt werden. Je nach Platzverhältnissen und der Struktur des Gebäudes können diese Leitungen sehr lang und damit kostenintensiv sein. Bei einem Projekt beispielsweise hätten mehrere Hundert Meter Leitung gelegt werden müssen. Nach Absprache mit dem Bauherrn wurden die Kältemaschinen durch die „Ka2O“-Technoloige vollständig substituiert und es konnte auf die Verrohrung verzichtet werden, wodurch ein hoher Kostenanteil entfallen ist. Vorteilhaft ist häufig auch die Modularität der Technologie bei beengten Einbringungsöffnungen oder schwer zugänglichen Technikräumen im Kellergeschoss. Da alle Komponenten zerlegt und vor Ort dann montiert werden können, war dies bei mehreren Projekten der ausschlaggebende Punkt, die Technologie einzusetzen.

IKZ-KLIMA: Herr Kotting, vielen Dank für das Gespräch.

Feuchtkugeltemperatur
Die Absenkung der Temperatur durch Verdunstungskühlung steht in Abhängigkeit zur relativen Luftfeuchte. Je trockener die Umgebungsluft ist, desto größer ist die mögliche Temperaturabsenkung. Die Feuchtkugeltemperatur beschreibt die tiefste Temperatur, die durch Verdunstungskühlung erreicht werden kann. Beim 24 Ka2O wird diese Temperatur (also die der befeuchteten Lamellen im Wärmetauscher) zu annähernd 100 % auf die Zuluft übertragen.