Für viele Anwendungsbereiche ist eine Klimatisierung der Halle wichtig. Auch für das Wohlbefinden der Mitarbeiter wird es aufgrund der steigenden Temperaturen im Sommer immer essenzieller, dass die Hallentemperaturen in deren direkter Umgebung abgesenkt werden.
In vielen Bereichen der Hallenklimatisierung wird auch heute noch die konventionelle Kälteanlage eingesetzt. In diesen Kälteanlagen saugt der Verdichter (Kompressor) den gasförmigen Arbeitsstoff, (das Kältemittel aus dem Verdampfer) an. Das Kältemittel wird im Verdichter auf einen höheren Druck gebracht. Dabei erwärmt sich dieses Gas. Danach gelangt dieses komprimierte Gas in den Verflüssiger, wo es unter gleichbleibendem Druck abgekühlt wird. Durch den Wärmeentzug verflüssigt sich das Kältemittel. In diesem Kreislauf gelangt das Kältemittel zum Drosselorgan, wo es auf einen niedrigeren Druck entspannt wird. Bei diese
m Vorgang beginnt das Kältemittel zu sieden, also zu verdampfen. Die dazu notwendige Wärme entzieht das Kältemittel der Umgebung. Diese Umgebung kühlt sich dabei ab. Dieser Vorgang läuft ununterbrochen, solange der Kompressor in Betrieb ist. Das Kältemittel verbraucht sich nicht, da es sich in einem geschlossenen Kreislauf befindet. Wichtig ist, dass das Kältesystem dicht ist, damit das Kältemittel nicht aus dem System entweichen kann.
Das Problem ist jedoch, dass der Kompressor in diesem Dauerbetrieb ständig Strom benötigt, um den Kühlkreislauf am Laufen zu halten. Je nach Aggregatsgröße kann das mittlerweile richtig teuer werden.
Vor allem, weil die Strompreise auch aktuell wieder eine starke Tendenz nach oben zeigen und diese Entwicklung noch länger anhalten dürfte.
Dazu kommt, dass bestimmte Kältemittel klimaschädlich bei Entweichung sind und daher die verfügbaren Mengen im Markt schrittweise reduziert oder ganz verboten werden. Damit steigen aktuell auch die Preise für Kühlmittel und so die Betriebskosten für solch eine Kälteanlage.
Gibt es eine alternative Möglichkeit der Hallenklimatisierung ohne Kältemittel bei viel geringerem Stromverbrauch?
Tatsächlich kann für viele Anwendungsbereiche ein adiabates Kühlsystem die passende Lösung sein.
Hierbei lässt man die Umgebungsluft von draußen durch ein Kühlmedium strömen – z.B. einer Wabe aus Aluminium, in der feinste Wassertröpfchen versprüht werden.
Die warme Luft strömt dabei durch die Tröpfchen in der Wabe, diese Verdunsten währenddessen und es entsteht Verdunstungskälte. Dadurch wird die warme Luft von draußen deutlich heruntergekühlt.
Die abgekühlte Luft wird anschließend in der Halle in Textilschläuchen in definierten Zonen geleitet und dort an die Umgebung abgegeben.
Dadurch ist sichergestellt, dass die gekühlte Luft nur im gewünschten Anwendungsbereich verblasen wird und dort die Umgebung herunterkühlt. Dies spart sehr viel an Energieaufwand ein, da kein Kompressor betrieben wird. Lediglich Energie für Ventilatoren und Wasserpumpen wird gebraucht.
Zusätzlich fallen geringe Kosten für die Wassernutzung an.
Da zudem nur relevante Bereiche gekühlt werden können, wird insgesamt weniger Energie verbraucht. Die kalte Luft aus den Textilschläuchen fällt nach unten und drückt damit die verbrauchte und warme Luft nach oben in Richtung Hallendecke. So kann alte, warme und verbrauchte Luft dort nach draußen abgeführt werden.
Bei der adiabaten Kühlung gibt es einen direkten und einen indirekten Prozess
Beim Prozess der direkten Verdunstungskühlung wird das Wasser direkt aus dem befeuchteten Medium in den zu kühlenden Luftstrom verdampft. Diese Art der Verdunstungskühlung ist die weltweit am weitesten verbreitete Form. Auf diese Weise kann die Luft um 10-15 Grad Celsius abgekühlt werden.
Bei einem indirekten adiabaten Kühlprozess wird Wasser im Abluftstrom über einen Gegenstromwärmetauscher im Ausgangskanal verdampft, wobei die Luft auf Feuchtkugeltemperatur abgekühlt wird. In einem separaten Eingangskanal wird die warme Luft also durch das hochleitfähige Material, das den Eingangs-und Ausgangskanal des Gegenstromwärmetauschers verbindet, abgekühlt.
Der Vorteil ist hierbei dass eine Kontaktverdunstung stattfindet und keine Tropfen in die Zuluft mitgerissen werden. Dadurch wird ein mögliches Legionellenproblem verhindert.
Welche wirtschaftlichen Vorteile bringt ein adiabates Kühlsystem konkret?
Im Durchschnitt spart eine adiabate Kühllösungen für Hallen 80% der Betriebskosten und bis zu 90% der CO2-Emissionen im Vergleich zur konventionellen Anlage.
Folgend wollen wir uns ein konkretes Beispiel ansehen und vergleichen eine Kompressionskälteanlage mit 300 kW Leistung mit einem adiabaten System.
Der Referenzstandort ist Köln mit den Klimadaten von 2015.
| Referenzstandort: | Köln | |
| Referenzjahr Klimadaten: | 2015 | |
| Hallenzieltemperatur: | 24 | °C |
| Hallengrundfläche: | 3200 | m² |
| Hallenvolumen: | 32.000 | m³ |
| Stromkosten pro kWh: | 0,25 | €/kWh |
| Wasserbezugskosten pro m³: | 2,00 | €/m³ |
| CO2-Äquivalent Strom: | 0,401 | kg/kWh |
| CO2-Äquivalent Wasser: | 0,371 | kg/m³ |
| Sensibler Kälteleistungsbedarf in der Halle (Wärmeeintrag intern + solar) |
450 | kW |
| konventionelle Kältemaschine |
Sustainable Hall Conditioning |
Differenz: | Auswirkung: | ||||
| max. Frischluftmenge | 32.000 | m³/h | 140.000 | m³/h | 108.000 | m³/h | Wesentlich höhere Frischluftmenge führt zu besserer Luftqualität |
| Strombedarf pro Jahr | 270.566 | kWh/a | 45.162 | kWh/a | -225.404 | kWh/a | Geringerer Strombedarf |
| Stromkosten pro Jahr | 67.641 | €/a | 11.290 | €/a | -56.351 | €/a | Senkung der Energiekosten |
| Wasserbedarf pro Jahr | 0 | m³/a | 1.114 | m³/a | 1.114 | m³/a | geringer Wasserverbrauch (Trinkwasser nicht aufbereitet) |
| Wasserkosten pro Jahr | 0 | €/a | 2.228 | €/a | 2.228 | €/a | geringfügige Wasserkosten |
| Betriebskosten pro Jahr | 67.641 | €/a | 13.519 | €/a | -54.123 | €/a | Senkung der Betriebskosten |
| CO2-Äquivalent Gesamt: | 108 | to/a | 19 | to/a | -90 | to/a | Umweltschutz durch CO2-Reduktion |
Durch die Umstellung auf ein adiabates Kühlsystem wurde der Strombedarf für die Hallenkühlung um 225.404 kWh/a gesenkt und damit Stromkosten von 56.351€/a eingespart.
Die Wasserkosten von etwas mehr als 2.000€/a sind schon fast vernachlässigbar.
Zudem wurden CO2 von 90 to/a eingespart.
Und das alles bei einer deutlich verbesserten Hallenluftqualität und einer behaglicheren Raumtemperatur für die Mitarbeiter.
Im Zuge des fortschreitenden Klimawandels und explodierender Energiekosten ist das adiabate Kühlsystem ein wichtiger Lösungsbaustein für Unternehmen mit Produktionsgebäuden.
Ein adiabates Kühlsystem in Kombination mit bestehenden konventionellen Kühlanlagen?
Für die Kühlung von Lebensmitteln werden meist Kompressionskälteanlagen genutzt.
Durch den Klimawandel gibt es immer mehr heiße Tage, was einige konventionelle Anlagen immer öfter an den Rand der Leistungsgrenze bringt.
Hier kann ein adiabates Kühlsystem eine ergänzende Kombination sein, welches die Vorkühlung für die konventionelle Anlage übernimmt und diese damit entlastet.
Die adiabate Vorkühlung sorgt nämlich nicht nur dafür, dass der EER-Wert der Kältemaschine erhöht, die Spitzenlast gesenkt und die Kühlleistung gesteigert, sondern auch dafür, dass die Zuverlässigkeit der Kältemaschine drastisch erhöht wird.
Fazit:
Ob als Vorkühler für bestehende konventionelle Kälteanlagen oder als direkte Hallenkühlung ist das adiabate Kühlsystem eine effiziente und wirtschaftlich attraktive Lösung, die Energie-und Betriebskosten in hohem Maße einspart.
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