Prof. Dr.-Ing. Helmut E. Feustel
Sachverständiger
für Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik

Aus Forschung und Entwicklung für die Praxis

 

 

- optimierte Entfeuchtung von Luft in Klimaanlagen -

 

 


 

Am Primärenergieverbrauch der Bundesrepublik Deutschland hat der Gebäudebereich einen Anteil von knapp 40%.

 

Primärenergieverbrauchsanteile für die BRD

Der jährliche Kühlenergieverbrauch für Büro- und Verwaltungsgebäude in Deutschland beträgt etwa 50.000 GWh (VDI Nachrichten Nr. 2, 2010). Zur Kühlung von Gebäuden wird demzufolge mehr Elektrizität benötigt, als ein Kernkraftwerk im Jahr produzieren würde, falls dieses denn überhaupt ganzjährig am Netz wäre. Bei einem spezifischen Preis von 0,05 €/kWh Kälteenergie entspricht der Kälteenergiebedarf in etwa 2,5 Milliarden Euro jährlich allein für die Gebäudekühlung; Tendenz steigend!

Bereits aus dieser Energieverbrauchsabschätzung erkennt man die Notwendigkeit, den Kühlenergieverbrauch im Gebäudebereich wegen der Schonung der Ressourcen und wegen des Einflusses auf den Klimawandel möglichst zu minimieren. Deshalb beschäftigen wir uns u.a. auch mit den Möglichkeiten zur Senkung des Energieverbrauchs zur Gebäudekühlung!

 

Hydraulische Schaltung von Luftkühlern - Mengenregelung -
Wasserdurchströmte Luftkühler werden meist so an das Kaltwassernetz angeschlossen, dass die Leistungsregelung mittels Variation des Kaltwasserstroms bei gleich bleibender Kaltwasserzulauftemperatur erfolgt.

 
 

 Hydraulische Schaltung

 Zustandsänderung im Mollier-Diagramm

Warme Luft vom Zustand 1 (t1, x1, h1) wird im Luftkühler auf den Zustand 2 (t2, x2, h2) abgekühlt und entfeuchtet, während sich der Kühlmittelmassenstrom entsprechend erwärmt. Wegen der unabhängig von der erforderlichen Kühlleistung konstanten Kühlmitteleintrittstemperatur von etwa 6 Grad Celsius erfolgt unter mitteleuropäischen Sommerbedingungen in der Regel eine gleichzeitige Kühlung und Entfeuchtung der Luft. Dadurch wird die Luft auch dann entfeuchtet, wenn dies aus Behaglichkeitsgründen gar nicht notwendig wäre. Dadurch wird häufig deutlich mehr Kühlenergie verbraucht, als zur Kühlung der Luft unbedingt notwendig wäre.

Hydraulische Schaltung von Luftkühlern - Temperaturregelung -
In den Fällen, in denen auf eine Entfeuchtung der zu kühlenden Luft verzichtet werden kann, kommt die Temperaturregelung mit Rücklaufbeimischung zum Einsatz. Bei gleich bleibender Fördermenge der Pumpe wird zur Leistungsregelung des Luftkühlers schon bereits dort erwärmtes Kühlmittel aus dem Rücklauf dem kalten Kühlmittel beigemischt. Dadurch stellen sich im Teillastbetrieb häufig Vorlauftemperaturen ein, die oberhalb des Taupunktes der Luft liegen - wodurch eine Entfeuchtung der Luft vermieden wird.

   

 Hydraulische Schaltung

  Zustandsänderung im Mollier-Diagramm


Warme Luft vom Zustand 1 (t1, x1, h1) wird auf den Zustand 2 (t2, x2, h2) abgekühlt, aber solange nicht entfeuchtet, wie die Oberflächentemperatur des Luftkühlers nicht unterhalb des Taupunktes der Luft liegt. Wird aber an sehr feuchten Sommertagen doch eine Entfeuchtung der Luft notwendig, dann muss der Luftvolumenstrom bis fast an die Sättigungslinie gekühlt werden. Dadurch wird die Luft in der Regel unterkühlt, was neben des erhöhten Kühlenergieverbrauchs häufig auch noch eine Nacherwärmung zwingend zur Folge hat. Im Falle der gewollten Entfeuchtung ist der beimischgeregelte Kühler (Temperaturregelung) allerdings deutlich Energie intensiver als der mengengeregelte Kühler.


Hydraulische Schaltung von Luftkühlern - OpDeCoLo -
Die beiden herkömmlichen Schaltungen für Luftkühler weisen besondere Vor- und Nachteile auf. Punkte im Bereich zwischen den beiden Zustandsänderungen lassen sich mit herkömmlichen Schaltungen nur durch erhöhten Energieeinsatz erreichen.

 
 

 Hydraulische Schaltung

   Zustandsänderung im Mollier-Diagramm


Mit dem OpDeCoLo lassen sich bei optimalem Energieeinsatz sowohl die beiden herkömmlichen Schaltungen simulieren, als auch jeder beliebige Punkt "dazwischen" erreichen (siehe schraffierte Fläche).

Die temperaturgeregelte Schaltung wird dahingehend modifiziert, dass die Pumpe mit konstanter Drehzahl durch eine solche mit Drehzahlregelung ersetzt wird. Dadurch lassen sich nun sowohl mittels Drehzahländerung der geförderte Wassermassenstrom als auch mittels Rücklaufbeimischung die Vorlauftemperatur des Kühlmediums stufenlos an die Kühl- und Entfeuchtungsanforderungen anpassen.


Somit kann für einen bestimmten Ausgangszustand (1) jeder Punkt auf der schraffierten Fläche mit minimalem Energieaufwand erreicht werden. Der weltweit erste OpDeCoLo wurde in der Laborklimaanlage des Studiengangs GEIT an der HTW Berlin verwirklicht.

 

Lassen Sie uns wissen, welche Energieprobleme wir für Sie in den Griff bekommen können. Für eine erste Kontaktaufnahme stehen wir Ihnen per E-Mail, Fax oder Telefon zur Verfügung. Wir freuen uns auf Ihre Anfrage.

 

last update: Mai 23, 2018

impressum

Hinweis auf unseren Datenschutz gemäß DSGVO