Autor
D
em Wunsch der Kunden
entspre-
chend, auf die
Betriebskosten der
Klimaanlage
verzichten zu kön-
nen, entstanden die
Doppelfassaden.
Nach Auffassung des
Autors wird sich
zeigen, das dies ein
Irrweg ist, da damit
weder Staub, Gerüche,
Rauch oder Au-
ßenschadstoffe von
den Räumen fern
gehalten werden
können, noch Ent-
feuchtung und
Temperaturen im Som-
mer dauerhaft
behaglich bleiben.
Dem Grundgedanken,
die Betriebskos-
ten des Gebäudes zu
minimieren, sollte
die Klimabranche
jedoch zum Anlass
nehmen, einmal
gründlich nachzuden-
ken. Das Entstehen
dieser Gebäude zeigt
die Bereitschaft der
Investoren, von dem
Dogma des
Behaglichkeitsfeldes der DIN
1946 mit
Garantiewerten, auch bei Groß-
bauten Abstand zu
nehmen.
Forderung
Als Konsequenz ist die
Entwicklung
von
wirtschaftlicheren Kühl- und Ent-
feuchtungsverfahren,
die als alleiniges
Kriterium die
Behaglichkeit definiert, zu
fordern.
Dazu zählt die
Infragestellung der ge-
forderten
Mindestaußenluftmenge je
Person nach DIN 1946.
Begründung
:
? Die erreichte
Luftqualität im Aufent-
haltsbereich ist
alleine ausschlaggebend
für das Wohlbefinden
der Personen. Wie
hoch die tatsächliche
Zuluftmenge ist,
interessiert den
Kunden nur insoweit er
die Betriebskosten
dafür zahlen muss.
? Die Luftqualität
der Zuluft unter-
schreitet die
Außenluftqualität bei einer
Vielzahl von
vorhandenen Anlagen
durch Beimischung von
Umluft oder
Rückgewinnung der in
der Umluft ent-
haltenen Schadstoffe
erheblich, ohne
dass dies zu Klagen
führt.
? Was nützt den
Personen eine garan-
tierte
Außenluftmenge, die er 20-fach
mit (schlechter)
Raumluft verdünnt er-
hält?
Auslegungskriterium sollte die ab-
geführte
Schadstoffbilanz sein! Die
empfundene
Luftqualität ist umgekehrt
proportional der
Vermischung der
Raumluft mit der
Zuluft. Bei Quelllüf-
tung ist daher
theoretisch eine bessere
Luftqualität mit
geringeren Zuluftmen-
gen je Person bei
gleicher Behaglichkeit
erreichbar. Diese
Tatsache wird in der
DIN jedoch nicht
berücksichtigt.
? Bei Fensterlüftung
oder Doppelfassade
werden die Werte nie
garantiert, und das
akzeptiert der Kunde
auch.
Ähnlich verhält es
sich mit der Feuch-
te. Dort gibt es in
der DIN nur einen
Grenzwert der
Behaglichkeit, dabei wis-
sen alle, das bei 28
°C und einer Feuchte
von 9 g/kg der
Körper es leichter hat als
bei 26 °C an der
Schwülegrenze. Warum
redet niemand in
Verbindung mit Dop-
Luftqualität
Effiziente Klimatisierung
Im Herbst vergangenen Jahres
wurden in dieser Zeitschrift am Markt
vorhandene Systeme für
eine solargestützte Klimatisierung verglichen
[1; 2]. In dem Artikel
fordern die Verfasser trockene kühle Luft für die
Nutzer". Diese
Forderung sollte eigentlich lauten schadstoff- und
staubarme Luft im
Aufenthaltsbereich mit Temperatur und Feuchte
innerhalb des
Behaglichkeitsfeldes" oder kurz gesagt: hygienisch ein-
wandfrei und angenehm
temperiert". Diese Forderung ist allerdings
ohne eine
Luftfilterung und ohne Entfeuchtung in den Innenstädten
im Sommer nicht
realisierbar.
Herbert Haser,
Luxembourg
Tabelle 1
Werte für den
Entfeuchtungsbetrieb
Herbert Haser
, Jahrgang 1956,
hat in der
Klimatechnik Ausfüh-
rungserfahrung
gesammelt bevor
er anschließend
langjährig im
technischen Vertrieb
von Klima-
geräten tätig war.
Bei Paul Wurth
in Luxembourg ist er
als Projekt-
manager im Bereich
der Haus-
technik tätig.
Luftart
Temperatur
Feuchte
Enthalpie
Enthalpiedifferenz
[°C]
[g/kg]
[kJ/kg]
[kJ/kg]
Außenluft
32
12
63
Außenluft gekühlt
18,5
12
49,3
13,7
Außenluft
12,4
9
35
14,3
entfeuchtet
Kühleraustritt
hinter Nacherhitzer
18,5
9
41,3
+ 6,3
= Zuluft ist
pelfassaden über die
Garantie der zulässigen
Raumfeuchte?
Um Betriebs- und Investitionskosten
einsparen
zu können benötigen
wir in der Zukunft Anlagen
die mit geringen
Luftmengen (unterhalb von
40 m
3
/h Person), zumindest
bei extremen Außenbe-
dingungen betrieben
werden können. Dies erfordert
eine Absenkung der absoluten
Zuluftfeuchte auf et-
wa 9 g/kg, damit
gleichzeitig keine Probleme mit
Kondensat an
Kühldecken oder Betonkernaktivie-
rung auftreten
können.
Istzustand
Genau bei der Entfeuchtung
hat die übliche Kalt-
wasserkühlung jedoch
die größten Probleme. An-
hand einer
ganzjährigen Zulufttemperatur von
18,5 °C und einer
maximalen Absolutfeuchte von
9 g/kg (entspricht
41,3 kJ/kg) wurden die entspre-
chenden Prozesse,
getrennt nach Funktion, aus dem
hx-Diagramm entnommen
(
Tabelle 1
).
Der Systemwirkungsgrad
bei Entfeuchtungs-
betrieb ist
mangelhaft, für eine benötigte Leistung
von 8 kJ/kg wird je
6,3 kJ/kg Kühl- und Erhitzerleis-
tung zusätzlich
verbraucht.
Die in [1]
beschriebene zur Zeit mögliche Alterna-
tive mit
Sorptionstechnik mit Verdunstungsküh-
lung und
Energierückgewinnung zeigt bei einer ge-
trennten Betrachtung
der Vorgänge von Kühlung
und Entfeuchtung
dagegen Schwächen bei der Küh-
lung (
Tabelle 2
).
Bei dem Wert Zuluft
ist" fehlt jetzt, je nach Ein-
bausituation, noch die
Ventilatorabwärme von ca.
1 K. Um diese zu
eliminieren benötigt man eine um
etwa 1,5 g höhere
Entfeuchtungsleistung (ca. 10 kJ/
kg zusätzlich), oder
einfacher und preiswerter, man
lässt eine Steigerung
der Zuluftfeuchte auf 9,7 g/kg
bei 18,5 °C zu und
ist wieder bei der alten Lö-
sung (
Bild 1
).
Leider sind das nicht
die einzigen nachteiligen Ei-
genschaften des
Systems.
Es sinkt dort die
Effizienz des Sorptionsprozesses
mit steigender
Entfeuchtungsleistung überpropor-
tional. Dieses Verhalten
gilt für alle Sorptionspro-
zesse.
Die übrigen Nachteile
sind in
Tabelle 3
aufgelistet
und knapp erläutert.
Als wesentliche
Änderung gegenüber der reinen
Kaltwasserkühlung
übernimmt bei der Sorptions-
technik jedoch
erstmals die Wärmerückgewinnung
auch erhebliche
Kühlleistungen. Folglich sollte die
Luftart
Temperatur
Feuchte
Enthalpie
Enthalpiedifferenz
[°C]
[g/kg]
[kJ/kg]
[kJ/kg]
Außenluft
32
12
63
1. Außenluft nur
43
9
67,5
+ 4,5
entfeuchtet
2. Zusatzentfeuchtung
54
6,0
74
+ 6,5
für Kühlung
Außenluft
26
6,0
41,5
21,5
entfeuchtet nach WRG
1
Nach Befeuchter
18,5
9,0
41,5
0
= Zuluft ist
1)
Ablufteintritt 19°C
100 % r.F. 54 kJ/kg (
= 80 %)
Tabelle 2
Werte für Kühlung und
Entfeuchtung
Systembeschreibung
Konsequenz
Systeme mit 2
hintereinandergeschal-
Der tatsächliche
Außenluftbedarf für
teten Rotoren
gewinnen leider nicht
gleiche Luftqualität
ist praktisch fast
nur die Wärme und
Feuchte zurück,
doppelt so hoch als
bei Systemen ohne
sondern nach
Untersuchungen [3]
Umluftanteil.
auch in der Abluft
enthaltene Schad-
Die Kosten für die
Luftförderung und das
stoffe. (Der
Rückgewinnungsgrad der
entsprechende
Kanalnetz ebenfalls.
Schadstoffe liegt je
nach Schadstoff
zwischen 15 bis 40 %
je Rotor).
Dies wird häufig
nicht berücksichtigt.
Die Anordnung der
Ventilatoren in den Druckdifferenzen grösser 500 Pa
Systemen ist sehr
kritisch. Bei Anlagen
zwischen Zu- und
Abluft am Rotor sind
mit hohen externen
Druckverlusten ist
zu vermeiden, sonst
steigt der Außen-
das System nicht mehr
wirtschaftlich
luftbedarf
zusätzlich um 10 bis 15 %,
einsetzbar, da die
Leckrate der Rotoren je nach dem Verhältnis externer zu
dann
Grössenordnungen von bis über
interner
Druckverluste.
20 % Umluft oder 20
% Mehrförderung Die Anordnungen der Ventilatoren ist
des
Abluftventilators aufweisen. Die
dabei immer
ungünstig, einmal durch
genannten Werte sind
Praxiswerte, die
den hohen
Umluftanteil, andernfalls
bei nicht optimaler
Einstellung der
durch das nicht
nutzbare zusätzliche
Dichtungen noch überschritten
zu fördernde
Volumen, bzw. durch die
werden können.
zusätzliche
Ventilatorabwärme an der
kältesten Stelle im
System.
Der Außenluft wird
im Kühlbetrieb
Auch zu Zeiten hoher
Keimbelastung der
als erstes Feuchte
entzogen, die später
Außenluft ist ein
Befeuchter in Betrieb.
im Befeuchter wieder
zugesetzt wird.
Das ist hygienisch
nicht sinnvoll.
Die Druckverluste
der Befeuchter
Dies bedeutet einen
hohen Energie-
stehen ganzjährig
an, der Entfeuch-
bedarf für die
Luftförderung, der von
tungsrotor verbleibt
immer im
Anlagen mit
Kaltwasserkühlern
Luftstrom, lediglich
auf der Fortluft-
erheblich
unterschritten wird.
seite ist ein Bypass
vorgesehen.
Nach den
vorliegenden Hersteller-
Da auch
Staub(schichten) Feuchte
angaben erfolgt
keine
Übertragung
speichert, muss
zumindest von einer
von Feuchte im
Wärmerückgewinner.
geringen
Feuchteübertragung ausge-
gangen werden, was
sofort die Leistung
erheblich
beeinträchtigt. (Gibt es ein
Unternehmen das
seine Daten nach
Eurovent hat
zertifizieren lassen?)
Teilweise Befeuchter
mit Umlaufwasser Legionellenproblematik mit erhöhter
Wartung, Kontrolle.
Teilweise
Hochdruckbefeuchter
Entweder
vollentsalztes Wasser oder
nachgeschalteten
Feinfilter F7
erforderlich,
zusätzlicher Druckverlust
und Wartungsaufwand.
Hygienevorschriften
Da die Geräte einen
Umluftanteil haben,
muss das
Abluftkanalnetz nach der
VDI 6022 dem
Hygienezustand der
Zuluft entsprechen
und daher regel-
mässig gereinigt
werden.
Bei Bedarf
zusätzlicher Kaltwasser-
Die bei einem reinem
Systemvergleich
systeme für EDV
und/oder
nicht mehr
erforderlichen Bauteile
Bauteilkühlung.
werden trotzdem
benötigt =
Preisnachteil.
Tabelle 3
Nachteile des
Sorptionsprozesses mit Verdunstungskühlung
Wärmerückgewinnung
korrekt als Ener-
gierückgewinnung (ERG)
bezeichnet
werden.
Lösung
Einen Lösungsansatz bietet
der bei der
Fa. Wurth,
Luxembourg, entwickelte
Power-Optimized-Process
for cooling,
(Patent angemeldet).
Dort
werden bei einer
geschickten Kombina-
tion zwischen Sorptionstechnik
und
Energierückgewinnung
(ERG) mit Kalt-
wassernachkühlung
günstigere Werte
(
Tabelle 4
) erreicht.
Bei dieser
Kombination sind folgende
Rahmendaten
beachtenswert:
? Die Kühlleistung am
Kühler sinkt ge-
genüber der reinen Kaltwasserkühlung
auf etwa 25 % der
sonst benötigten Leis-
tung.
? Das Verfahren
benötigt nur etwa halb
so viel Wärme für den
Entfeuchtungsbe-
trieb wie die reine
Sorptionstechnik.
? Das Verfahren kann
mit gleichen Kalt-
wassertemperaturen
wie die Kühldecke/
Betonkerntemperierung
betrieben wer-
den, eine Auslegung
der gesamten Käl-
teanlage auf 16/20 °C
wird möglich.
? Die Anlagentechnik
ist sehr effizient
und bringt
Jahresdeckungsgrade bei der
Heizung von ca. 90 %
und bei der Küh-
lung von ca. 85 % ohne
Einsatz des
Nachwärmetauschers.
? Bei leichter
Komfortminderung
(Grenzwerte der DIN
1946 werden nicht
garantiert!) ist ein
Betrieb ganzjährig oh-
ne Kältemaschine der
Gesamtanlage, bei
erheblich
behaglicheren Bedingungen,
als zum Beispiel bei
Doppelfassaden, bei
geringen
Betriebskosten möglich.
? Beachtliche CO
2
-Reduzierung
? Viel geringere
Wartungskosten
? Es sind
Zuluftfeuchten bis in eine Grö-
ßenordnung von <
7 g/kg möglich.
? Bei Abwärme oder
Solarbetrieb kann,
bei entsprechend hohen
Regenerations-
temperaturen, die
Zuluftfeuchte prak-
tisch kostenlos auf
derart geringe Werte
zurückgefahren
werden, ohne dass die-
ses die Kälteanlage
belastet.
? Die
Gesamtenergiekosten der Kli-
maanlage sinken
gegenüber einer her-
kömmlichen Kaltwasserkühlung
um et-
wa 40 bis 50 %.
Konsequenz
Bei Kaltwassertemperaturen
von
16/20 °C erzielt
eine Kompressionskäl-
teanlage erheblich
bessere Leistungszif-
fern. In Deutschland
sind diese Tem-
peraturen bis auf
wenige Tage im Jahr
direkt durch Verdunstungskühlung
ohne
den Einsatz von
Kältemaschinen er-
reichbar. In
Verbindung mit Kühldecken
oder
Betonkernaktivierung bietet sich
an, Energiekonzepte
mit gesamtheitli-
cher Betrachtung zu
erarbeiten. Wurth
realisiert die
Optimierungen an einem
Bürogebäude mit
einer Nettonutzfläche
von 5 000 m
2
. Dort wird mit
Kaltwasser"
(22/30 °C) geheizt
und mit Warmwas-
ser" (bis 18/26
°C) gekühlt und die Ab-
wärme der EDV für
die Gebäudeheizung
genutzt.
Das geschätzte
Einsparpotential liegt
in einer Größenordnung
von 40 % der
Gesamtbetriebskosten
für die Klima-
technik bei
gleichzeitig gegenüber der
Vorplanung leicht
gesunkenen Baukos-
ten und erhöhtem
Komfort für den Nut-
zer.
Bei dem
Power-Optimized-Process for
Cooling handelt sich
um eine Neukon-
Bild 1
Typischer Heizaufwand der
Entfeuchtung bei konstanter Eintritts-
feuchte und Temperatur bei
variablen Entfeuchtungsleistungen
Luftart
Temperatur
Feuchte
Enthalpie
Enthalpiedifferenz
[°C]
[g/kg]
[kJ/kg]
[kJ/kg]
Außenluft
32
12,0
63
Außenluft entfeuchtet
44
9,0
67,5
+ 4,5
Außenluft
26
9,0
49
18,5
entfeuchtet nach ERG
Nach Kühler
18,5
9
41,5
7,5
Tabelle 4
Werte für Sorptionskälte
mit Energierückgewinnung und Kaltwassernachkühlung
struktion die auf Basis
der VDI 6022 ent-
wickelt wurde. Dabei
wurden die in der
Tabelle 5
aufgeführten Konstruktions-
merkmale zum Teil
erstmalig verwirk-
licht.
Funktionsbeschreibung
In
Bild 2
ist die Anlagentechnik mit
den zugehörigen
Temperaturen im Som-
merbetrieb
dargestellt. Der Umfang der
POPcool Komplettlieferung endet mit
den Jalousieklappen
in der Aussen-,
Fort- und
Regenerationsluft auf der ei-
nen Seite, auf der
anderen Seite sind die
letzten enthaltenen
Bauteile die Druck-
fühler, bzw. der komplette
Regelkreis für
den
Nachwärmetauscher.
Im Sommerbetrieb
wird dabei feucht-
warme Luft mit 32 °C
40 % r.F. (12 g/kg)
über die
Jalousieklappe dem Ventilator
zugeführt. Von
diesem wird die Luft mit
einer
Temperaturerhöhung von ca. 1 K
in die Filterkammer
geblasen. Nach der
Filterkammer wird
der Luftstrom in den
Prozessluftstrom und
den Regenerati-
onsluftstrom
aufgeteilt.
Der
Regenerationsluftstrom wird nor-
mal auf 80 °C (bis
140 °C sind möglich)
erhitzt und über das
Sorptionsrad gelei-
tet. Dort nimmt er
die Feuchte und sons-
tigen bei der
Regenerationstemperatur
desorptionsfähigen
Stoffe auf. Über eine