Wissen und Umgang

Was genau ist adiabate Kühlung?

Verdunstet Wasser, wird Energie in Form von Wärme benötigt. Diese Verdunstungsenergie wird aus der Umgebungsluft oder einer Oberfläche entzogen.

 

Adiabate Kühlung in der Natur

Ist dem menschlichen Körper durch übermäsiege Bewegung oder durch hohe Umgebungstemperaturen sehr warm, beginnt die Haut zu schwitzen. Über den Schweiß, bzw. die Flüssigkeit wird der Wärmeübertrag erheblich gesteigert. Die Verdunstung des Schweißes sorgt dann für die Wärmeabfuhr.

 

Adiabate und isotherme Befeuchtung

Bei allen Befeuchtungs- bzw. Zerstäbungssystemen entsteht die adiabate Kühlung. Diese Verdunstungssysteme nennt man adiabate Befeuchtung. Lediglich bei der Dampfbefeuchtung, also dort wo mittels Erhitzung das Wasser zur Verdunstung gebracht wird, ändert sich die Temperatur nicht oder nur kaum. Diese Verdunstung nennt man isotherme Befeuchtung.

 

Wie wird das Wasser zerstäubt?

 

Zur adiabate Befeuchtung können unterschiedliche Verfahren eingesetzt werden:

  • Die Niederdruckzerstäubung wird mittels grober Düsen und dem örtlichen Leitungswasserdruck realisiert. Hierbei handelt es sich aber nicht wirklich um eine Zerstäubung, eher um eine Benetzung der zu kühlenden Oberfläche. Die Niederdruckzerstäubung ist auch als “Gardenakühlung” bekannt. Festeingebaute Systeme haben nicht den hohen nutzen, da hierbei kaum wirklich Wasser verdunstet. Es wird minimal mit der kälte des Leitungswassers gekühlt. Abwasserraten von über 90% sind hierbei normal. Wenn sich dann im laufe des Betriebs diverse Düsen durch Kalkablagerungen zusetzen, verringert sich der Effekt weiter – der Betrieb solcher Systeme wird dann überflüssig.
    Statische Probleme entstehen dadurch, dass z. B. bei Rückkühlern die hohe Menge an Wasser in dem Wärmetauscher steht und die
  • Rieselbefeuchter

 

Wie lässt sich die adiabate Kühlung technisch nutzen?

 

Was ist “Adiabatische Kühlung”

Adiabatische Kühlung – Unsere Atemluft setzt sich aus unterschiedlichen Gasen zusammen und beinhaltet je nach Temperatur und Witterung Wasser in Form von Wasserdampf.

Bei Wasserdampf denkt man sofort an den heißen Nebel, der aus einem Wasserkocher strömt. Meistens ist er aber nicht so hochkonzentriert, also bei 90 bis 100%, wie bei Wasserkochern, sondern niedriger und somit für das Auge nicht mehr als milchiger Nebel wahrzunehmen. Dennoch befindet sich immer Wasser, bzw. Wasserdampf in der Luft, selbst bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts.

Um den Wasserdampfgehalt zu definieren werden in der Verfahrenstechnik die Begriffe relative Feuchte und  absolute Feuchte verwendet. Die relative Feuchte bezieht sich bei der Adiabatischen Kühlung immer auf die aktuelle Temperatur, da sich die Luftfeuchtigkeit mit der Temperatur verändert. Luft mit 50% Luftfeuchtigkeit und 10°C wird auf 20°C erwärmt. Die relative Luftfeuchtigkeit ist dann nur noch bei 27%. Bei der absoluten Feuchte wird die Luftfeuchtigkeit in Wassermenge pro Kubikmeter Luft angegeben, also z.B. 5 Gramm pro Kubikmeter oder technisch korrekt 5 g/kg, weil 1 Kubikmeter 1 kg wiegt. Das Verhältniss von Temperatur, relativer Luftfeuchte und absoluter Feuchte kann im h-x-Diagramm entnommen werden.

Die Adiabatische Kühlung des menschlichen Organismus.

Bei übermäßiger Wärme durch die Sonne, in der Sauna oder durch Sport, beginnt die menschliche Haut zu schwitzen. Durch den Flüssigkeitsfilm auf der Haut kann die Wärme des Körpers besser abgeführt werden. Der Schweiß verdunstet und dabei wird Energie in Form von Wärme benötigt. Das heißt, der Umgebung, also der Haut des schwitzenden Menschen wird Wärme entzogen. Das kann im Freibad, wenn Wind stärker weht soweit führen, dass man friert, weil zu viel Wärme aus der Haut entzogen wird. Die Gänsehaut bzw. die aufgestellten Härchen versuchen die Haut zu isolieren, also den Wind von der Haut fern zu halten, bzw. den Luftzug zu minimieren. So kann man die Funktion der Adiabatischen Kühlung gut verstehen.

Die Adiabatische Kühlung nutzt AFT nur so effektiv, weil unsere Kühlsysteme darauf konzipiert und optimiert wurden.

Die Luftfeuchtigkeit in Mitteleuropa beträgt im Sommer durchschnittlich 30% rel. Feuchte. Wenn man nun diese Luft bei 32°C auf 100% rel. Feuchte erhöht, kühlt die Luft auf 14°C ab. Eine vergleichbare Kühlung mittels Kältemaschine benötigt z. B. für eine Produktionshalle mit 1000 m3:

  • Anschaffungskosten von ca. €80.000
  • Betriebskosten wie Strom, Service, Reinigung €30.000/Jahr
  • Platzbedarf für Kältemaschine, Rückkühler, Rohrleitungen
  • Zusätzliche Kühlmaßnahmen bei extremen Außentemperaturen (Nasskühlung)

Einsatzmöglichkeiten der Adiabatische Kühlung

Je nachdem wie die Adiabatische Kühlung umgesetzt wird und welche raumklimatischen Anforderungen bestehen, kann die Kühlung durch Wasserverdunstung eine Kältemaschine komplett ersetzen.

Adiabatische Rückkühlung: Bei der Kälteerzeugung mit Kältemaschine wird die im Raum entzogene Wärme durch einen Rückkühler abgeführt. Steigt die Außentemperatur so weit, dass die Wärme nicht mehr abgeführt werden kann, schaltet die Kältemaschine ab. Durch Besprühung mit Feinstnebel können selbst extreme Temperaturen abgeführt werden. Je heißer, desto mehr Wärme kann bei der adiabaten Rückkühlung abgeführt werden. Lesen Sie mehr zu adiabate Rückkühlung

Adiabatische Zuluftkühlung: Der Kühlnebel wird in einem Lüftungskanal eingesprüht und kühlt die warme Ansaug-bzw. Aussenluft. Ist die Installation der Komponenten im Kanal nicht möglich, kann der Kühlnebel ebenso an die Luftansaugung des Zuluftkanals installiert werden. Lesen Sie mehr zu adiabate Zuluftkühlung

Adiabatische Abluftkühlung: Der Kühlnebel wird in den Abluft- bzw. Fortluftstrom eingesprüht. Die dabei entstehende Kälte wird mittels Wärmetauscher-Verbundsystem in die Zuluft übertragen. Lesen Sie mehr zu adiabate Abluftkühlung

Adiabatische Direktkühlung: Im Raum oder der Halle installierte Axialventilatoren, bestückt mit Zerstäubungsdüsen, verteilen die Verdunstungskälte homogen, ganz ohne Lüftungsanlage. Lesen Sie mehr zu adiabate Direktkühlung

Adiabatische Aussenluftkühlung: Ermöglicht sogar das Kühlung von Luft im Freien. Hierbei wird mit Ventilatoren oder Lüftern die gekühlte Luft verteilt, bzw. einen Bereich mit Kälte beaufschlagt. Lesen Sie mehr zu adiabate Aussenluftkühlung

So funktioniert die adiabatische Kühlung

Verdunster zur Adiabatische Kühlung im Vergleich

Gerade bei technischen Anwendungen muss die Wasserverdunstung durch die Luftbefeuchtung, die ja für den Effekt der Adiabatischen Kühlung verantwortlich ist, so schnell und verlustfrei wie möglich stattfinden. Wird z. B. bei der adiabaten Rückkühlung – zum Produkt mit groben Tropfen auf den Wärmetauscher gesprüht, kann lediglich mit der Kälte des Leitungswasser gekühlt werden. Eine Abkühlung durch Verdunstung findet nicht oder nur sehr gering statt. Es entstehen enorme Kosten für Wasser und Abwasser. Zudem werden die Wärmetauscherlammellen mit Wasser geflutet und verhindert, dass die eigentliche Wärmeabfuhr durch die angesaugte Luft nicht mehr funktioniert. Bei z. B. Tischkühlern kann beobachtet werden, dass beim ausschalten der Ventilatoren ein Wasservorhang nach unten fällt, der in den Lammellen durch die Ventilatoren gehalten wurde. Statische Probleme wegen zusätzlicher Gewichtsbelastung dürfen nicht vernachlässigt werden.

Nachteile Berieselungskühlung “Gardenakühlung”

  • Adiabatische Kühlung nicht möglich, weil grobe Tropfen nicht verdunsten
  • Enorme Kosten für Leitungs- und Abwasser
  • Zusätzliche Energiekosten durch erhöhte Stromaufnahme der Ventilatoren
  • Statische Probleme wegen erhöhtem Gewicht
  • Personalkosten durch Berieselung mit dem Gartenschlauch
  • Kalkablagerungen in den Lammellen

Adiabatische Kühlung verdunstermatten-aft

Nachteile Berieselungsverdunster

Imprägnierter Zellstoff (Papier) wird von oben mit Wasser übergossen. Die durchströmende Luft nimmt die Feuchtigkeit auf.

  • Enormer Installationsaufwand
  • Extremer Luftwiderstand auch ohne Berieselung
  • Verkeimungsgefahr wegen Umlaufwasser
  • Verschmutzungsanfällig, Pollen, Blätter
  • Reinigung nicht möglich, Bruchgefahr
  • Mit aufbereitetem Wasser lösen sich die Klebstellen und das Material wird Porös
  • Befeuchtungsleistung begrenzt auf 5 g/kg/kg. Keine Übersättigung der Luft möglich.
  • Nicht für Tisch- oder V-Kühler geeignet, da die Rieselkasetten nur senkrecht funktionieren.

Warum Hochdruckverdunster so effizient sind.

Die feine Zerstäubung macht den riesen Unterschied. Nur wenn das Wasser schnell verdunstet, kann adiabat gekühlt werden. Wie also Wassertröpfchen erzeugen, die schon so winzig sind, dass sie in Sekunden und kontrolliert verdunsten?

  • Dampfbefeuchter benötigen zu viel Energie und befeuchten zu punktuell.
  • Zweistoff-Düsen benötigen Unmengen an Druckluft. Die Druckluft ist das teuerste Medium und die Düsen extrem teuer.
  • Einstoff-Düsen für den Betrieb mit Leitungswasserdruck können wegen dem immensen Verlustwasser nur im Kreislauf betrieben werden.
  • Matten- oder Kassettenverdunster für große Rückkühlflächen zu installieren ist völlig unwirtschaftlich. Verschmutzung, begrenzte Wirkungsgrade.

 

Was ist “Adiabatische Kühlung”

Adiabatische Kühlung – Unsere Atemluft setzt sich aus unterschiedlichen Gasen zusammen und beinhaltet je nach Temperatur und Witterung Wasser in Form von Wasserdampf.

Bei Wasserdampf denkt man sofort an den heißen Nebel, der aus einem Wasserkocher strömt. Meistens ist er aber nicht so hochkonzentriert, also bei 90 bis 100%, wie bei Wasserkochern, sondern niedriger und somit für das Auge nicht mehr als milchiger Nebel wahrzunehmen. Dennoch befindet sich immer Wasser, bzw. Wasserdampf in der Luft, selbst bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts.

Um den Wasserdampfgehalt zu definieren werden in der Verfahrenstechnik die Begriffe relative Feuchte und  absolute Feuchte verwendet. Die relative Feuchte bezieht sich bei der Adiabatischen Kühlung immer auf die aktuelle Temperatur, da sich die Luftfeuchtigkeit mit der Temperatur verändert. Luft mit 50% Luftfeuchtigkeit und 10°C wird auf 20°C erwärmt. Die relative Luftfeuchtigkeit ist dann nur noch bei 27%. Bei der absoluten Feuchte wird die Luftfeuchtigkeit in Wassermenge pro Kubikmeter Luft angegeben, also z.B. 5 Gramm pro Kubikmeter oder technisch korrekt 5 g/kg, weil 1 Kubikmeter 1 kg wiegt. Das Verhältniss von Temperatur, relativer Luftfeuchte und absoluter Feuchte kann im h-x-Diagramm entnommen werden.

Die Adiabatische Kühlung des menschlichen Organismus.

Bei übermäßiger Wärme durch die Sonne, in der Sauna oder durch Sport, beginnt die menschliche Haut zu schwitzen. Durch den Flüssigkeitsfilm auf der Haut kann die Wärme des Körpers besser abgeführt werden. Der Schweiß verdunstet und dabei wird Energie in Form von Wärme benötigt. Das heißt, der Umgebung, also der Haut des schwitzenden Menschen wird Wärme entzogen. Das kann im Freibad, wenn Wind stärker weht soweit führen, dass man friert, weil zu viel Wärme aus der Haut entzogen wird. Die Gänsehaut bzw. die aufgestellten Härchen versuchen die Haut zu isolieren, also den Wind von der Haut fern zu halten, bzw. den Luftzug zu minimieren. So kann man die Funktion der Adiabatischen Kühlung gut verstehen.

Die Adiabatische Kühlung nutzt AFT nur so effektiv, weil unsere Kühlsysteme darauf konzipiert und optimiert wurden.

Die Luftfeuchtigkeit in Mitteleuropa beträgt im Sommer durchschnittlich 30% rel. Feuchte. Wenn man nun diese Luft bei 32°C auf 100% rel. Feuchte erhöht, kühlt die Luft auf 14°C ab. Eine vergleichbare Kühlung mittels Kältemaschine benötigt z. B. für eine Produktionshalle mit 1000 m3:

  • Anschaffungskosten von ca. €80.000
  • Betriebskosten wie Strom, Service, Reinigung €30.000/Jahr
  • Platzbedarf für Kältemaschine, Rückkühler, Rohrleitungen
  • Zusätzliche Kühlmaßnahmen bei extremen Außentemperaturen (Nasskühlung)

Einsatzmöglichkeiten der Adiabatische Kühlung

Je nachdem wie die Adiabatische Kühlung umgesetzt wird und welche raumklimatischen Anforderungen bestehen, kann die Kühlung durch Wasserverdunstung eine Kältemaschine komplett ersetzen.

Adiabatische Rückkühlung: Bei der Kälteerzeugung mit Kältemaschine wird die im Raum entzogene Wärme durch einen Rückkühler abgeführt. Steigt die Außentemperatur so weit, dass die Wärme nicht mehr abgeführt werden kann, schaltet die Kältemaschine ab. Durch Besprühung mit Feinstnebel können selbst extreme Temperaturen abgeführt werden. Je heißer, desto mehr Wärme kann bei der adiabaten Rückkühlung abgeführt werden. Lesen Sie mehr zu adiabate Rückkühlung

Adiabatische Zuluftkühlung: Der Kühlnebel wird in einem Lüftungskanal eingesprüht und kühlt die warme Ansaug-bzw. Aussenluft. Ist die Installation der Komponenten im Kanal nicht möglich, kann der Kühlnebel ebenso an die Luftansaugung des Zuluftkanals installiert werden. Lesen Sie mehr zu adiabate Zuluftkühlung

Adiabatische Abluftkühlung: Der Kühlnebel wird in den Abluft- bzw. Fortluftstrom eingesprüht. Die dabei entstehende Kälte wird mittels Wärmetauscher-Verbundsystem in die Zuluft übertragen. Lesen Sie mehr zu adiabate Abluftkühlung

Adiabatische Direktkühlung: Im Raum oder der Halle installierte Axialventilatoren, bestückt mit Zerstäubungsdüsen, verteilen die Verdunstungskälte homogen, ganz ohne Lüftungsanlage. Lesen Sie mehr zu adiabate Direktkühlung

Adiabatische Aussenluftkühlung: Ermöglicht sogar das Kühlung von Luft im Freien. Hierbei wird mit Ventilatoren oder Lüftern die gekühlte Luft verteilt, bzw. einen Bereich mit Kälte beaufschlagt. Lesen Sie mehr zu adiabate Aussenluftkühlung

So funktioniert die adiabatische Kühlung

Verdunster zur Adiabatische Kühlung im Vergleich

Gerade bei technischen Anwendungen muss die Wasserverdunstung durch die Luftbefeuchtung, die ja für den Effekt der Adiabatischen Kühlung verantwortlich ist, so schnell und verlustfrei wie möglich stattfinden. Wird z. B. bei der adiabaten Rückkühlung – zum Produkt mit groben Tropfen auf den Wärmetauscher gesprüht, kann lediglich mit der Kälte des Leitungswasser gekühlt werden. Eine Abkühlung durch Verdunstung findet nicht oder nur sehr gering statt. Es entstehen enorme Kosten für Wasser und Abwasser. Zudem werden die Wärmetauscherlammellen mit Wasser geflutet und verhindert, dass die eigentliche Wärmeabfuhr durch die angesaugte Luft nicht mehr funktioniert. Bei z. B. Tischkühlern kann beobachtet werden, dass beim ausschalten der Ventilatoren ein Wasservorhang nach unten fällt, der in den Lammellen durch die Ventilatoren gehalten wurde. Statische Probleme wegen zusätzlicher Gewichtsbelastung dürfen nicht vernachlässigt werden.

Nachteile Berieselungskühlung “Gardenakühlung”

  • Adiabatische Kühlung nicht möglich, weil grobe Tropfen nicht verdunsten
  • Enorme Kosten für Leitungs- und Abwasser
  • Zusätzliche Energiekosten durch erhöhte Stromaufnahme der Ventilatoren
  • Statische Probleme wegen erhöhtem Gewicht
  • Personalkosten durch Berieselung mit dem Gartenschlauch
  • Kalkablagerungen in den Lammellen

Adiabatische Kühlung verdunstermatten-aft

Nachteile Berieselungsverdunster

Imprägnierter Zellstoff (Papier) wird von oben mit Wasser übergossen. Die durchströmende Luft nimmt die Feuchtigkeit auf.

  • Enormer Installationsaufwand
  • Extremer Luftwiderstand auch ohne Berieselung
  • Verkeimungsgefahr wegen Umlaufwasser
  • Verschmutzungsanfällig, Pollen, Blätter
  • Reinigung nicht möglich, Bruchgefahr
  • Mit aufbereitetem Wasser lösen sich die Klebstellen und das Material wird Porös
  • Befeuchtungsleistung begrenzt auf 5 g/kg/kg. Keine Übersättigung der Luft möglich.
  • Nicht für Tisch- oder V-Kühler geeignet, da die Rieselkasetten nur senkrecht funktionieren.

Warum Hochdruckverdunster so effizient sind.

Die feine Zerstäubung macht den riesen Unterschied. Nur wenn das Wasser schnell verdunstet, kann adiabat gekühlt werden. Wie also Wassertröpfchen erzeugen, die schon so winzig sind, dass sie in Sekunden und kontrolliert verdunsten?

  • Dampfbefeuchter benötigen zu viel Energie und befeuchten zu punktuell.
  • Zweistoff-Düsen benötigen Unmengen an Druckluft. Die Druckluft ist das teuerste Medium und die Düsen extrem teuer.
  • Einstoff-Düsen für den Betrieb mit Leitungswasserdruck können wegen dem immensen Verlustwasser nur im Kreislauf betrieben werden.
  • Matten- oder Kassettenverdunster für große Rückkühlflächen zu installieren ist völlig unwirtschaftlich. Verschmutzung, begrenzte Wirkungsgrade.