Direkte adiabatische Kühlung von Industrieräumen mit dem intelligenten adiabatischen Kühlgerät COLT CoolStream

Übermäßige Wärmeeinträge in Betriebsräumen wirken sich negativ auf die Leistungsfähigkeit von Menschen und Produktionsanlagen und letztlich auch auf die finanziellen Ergebnisse des Unternehmens aus. Eine Möglichkeit, das Arbeitsumfeld zu verbessern und Betriebskosten einzusparen, ist der Einsatz der sogenannten adiabatischen Kühlung. 

Die adiabatische Kühlung nutzt die Umwandlung fühlbarer Wärme in latente Wärme bei der Verdunstung von Wasser, wobei gleichzeitig die Lufttemperatur sinkt. Es kommt zu einer Absenkung der Lufttemperatur und diese Wärmeenergie wird in die für die Verdunstung von Wasser und die Bildung von Wasserdampf erforderliche latente Wärme umgewandelt.

Dieses Prinzip der Luftkühlung wurde bereits in ferner Vergangenheit genutzt. Auf Fresken aus der Zeit um 2500 v. Chr. sind mit Wasser gefüllte Tonkrüge dargestellt, die zur Kühlung königlicher Gemächer dienten. Einfache Systeme zur adiabatischen Gebäudekühlung wurden auch im alten Ägypten und Griechenland eingesetzt. Den vermutlich ersten Luftkühler auf der Grundlage adiabatischer Kühlung entwarf im 16. Jahrhundert Da Vinci. Der Kühler nutzte ein Rad, das teilweise in fließendes Wasser eintauchte. Die adiabatische Kühlung wurde ab Anfang des 19. Jahrhunderts vor allem in den USA (Textilindustrie) häufiger eingesetzt. Beim Bau des Prager Nationaltheaters wurde eine adiabatische Kammer verwendet. Die erste Installation einer adiabatischen Kühlung in einem Hotel erfolgte im Jahr 1916 (Hotel Adams, Phoenix).

Heute ist die direkte adiabatische Kühlung weltweit vor allem in Regionen mit trockenem und warmem Klima beliebt. Die besten Ergebnisse erzielt die adiabatische Kühlung unter Wüstenbedingungen, wo sich die Luftfeuchtigkeit kritisch dem Nullpunkt nähert. An solchen Orten leben jedoch in der Regel nur wenige Menschen, oder Wasser ist dort ein knappes und teures Gut. 

Adiabatischer Kühler CoolStream S3

Die gemäßigte Klimazone ist jedoch sehr dicht besiedelt und Wasser ist hier traditionell reichlich vorhanden. Auch in Mitteleuropa lässt sich die direkte adiabatische Kühlung erfolgreich zur Kühlung von Gebäuden, insbesondere von Industriegebäuden, einsetzen. Für einen effizienten Betrieb der adiabatischen Kühlung ist ausreichend warme und trockene Außenluft erforderlich, die einen hohen Befeuchtungsgrad ermöglicht. Unter unseren klimatischen Bedingungen liegen die Feuchtkugeltemperaturen während des größten Teils des Jahres unter 21°C. Höhere Feuchtkugeltemperaturen treten im Referenzjahr beispielsweise für Prag nur während ca. 0,4 % der Zeit auf (im Zeitraum Mai bis September). Statistisch handelt es sich nur um einige Dutzend Stunden im Jahr, in denen die Außenluft so warm und feucht ist, dass sie sich nicht sinnvoll adiabatisch kühlen lässt.

Der zweite Faktor, der die Einsetzbarkeit der adiabatischen Kühlung begrenzt, ist die erreichbare Luftaustrittstemperatur. Diese kann sich bis zur sogenannten adiabatischen Kühlgrenztemperatur annähern, die mit der Feuchtkugeltemperatur identisch ist und von der Außenlufttemperatur und ihrer Feuchtigkeit abhängt. Die Lufttemperatur hinter dem adiabatischen Kühler liegt üblicherweise um 1 bis 3 Grad über der Feuchtkugeltemperatur. Die direkte adiabatische Kühlung arbeitet ausschließlich mit frischer Außenluft und kühlt diese unter unseren Bedingungen um 8 bis 12°C ab.

Kurzer Überblick über die Eigenschaften:

Adiabatische Kühlung:

• wirtschaftliche und effiziente Kühlung,
• geeignet für große Räume mit hohem Lüftungsluftbedarf,
• hohe Kühlleistung auch in Regionen der gemäßigten Klimazone,
• die Kühlleistung steigt mit zunehmender Außentemperatur,
• minimaler Strombedarf, ausschließlich für die Luftförderung durch den Ventilator,
• geringer Wasserverbrauch dank der außergewöhnlich hohen Verdampfungswärme von Wasser,
• physiologisch angenehme Bedingungen in adiabatisch gekühlten Räumen.

Einsatz der adiabatischen Kühlung

Die direkte adiabatische Kühlung lässt sich vor allem in Industriegebäuden vorteilhaft einsetzen. Es werden 100% Frischluft zugeführt, die durch die Verdunstung von Wasser adiabatisch gekühlt, gleichzeitig aber auch befeuchtet wird. Die Zuluft vermischt sich im Innenraum selbstverständlich mit der Umgebungsluft und erwärmt sich durch Wärmeeinträge. Dadurch liegt die Luftfeuchtigkeit im adiabatisch gekühlten Raum in der Regel zwischen 50-65%. Eine relative Luftfeuchtigkeit von 50-65% ist für den Aufenthalt von Personen angenehm und für die meisten Materialien, elektrischen und elektronischen Komponenten sowie Produktionsanlagen unproblematisch. In Industriegebäuden ohne Anforderungen an eine präzise Einhaltung von Temperatur und relativer Luftfeuchtigkeit ist die direkte adiabatische Kühlung eine interessante Alternative zur klassischen maschinellen Kühlung. Es kann jedoch vorkommen, dass in der Halle eine Anlage untergebracht ist, die eine Luftfeuchtigkeit von 50-65% nicht verträgt. Bei solchen Anwendungen ist die direkte adiabatische Kühlung nicht geeignet. Es ist jedoch stets wichtig zu überlegen, ob sich nicht Bedingungen schaffen lassen, die den negativen Einfluss einer höheren Luftfeuchtigkeit begrenzen und das Potenzial der direkten adiabatischen Kühlung bestmöglich ausschöpfen. 

Eine geeignete Platzierung der CoolStream-Geräte, kurze Zuluftleitungen und eine effiziente, schonende und komfortable Luftverteilung sind ein wesentlicher und bedeutender Bestandteil der adiabatischen Kühlung.

Viele Bedenken betreffen eine mögliche Kondensation an der Gebäudehülle oder an den Produktionsanlagen. Wir müssen uns jedoch bewusst machen, dass die adiabatische Kühlung nur im Sommer eingesetzt wird und die adiabatisch gekühlte Luft in einen Raum eingebracht wird, in dem die Oberflächentemperatur aller Gegenstände höher ist als die Temperatur der zugeführten Luft. In dieser Situation tritt keine Kondensation auf. Kondensation würde nur an einer Oberfläche auftreten, deren Temperatur niedriger wäre als die Taupunkttemperatur der adiabatisch gekühlten Luft.

Physikalisches und technisches Prinzip des adiabatischen Verdunstungskühlers

Auf einem geeigneten, mit Wasser benetzten Verdunstungsmedium (Desorptionsmedium) wird eine relativ große Oberfläche für die Verdunstung von Wasser geschaffen. Durch das Medium strömt mit relativ geringer Geschwindigkeit warme Außenluft mit niedriger relativer Luftfeuchtigkeit, die den von der großen Oberfläche des befeuchteten Mediums verdunstenden Wasserdampf aufnimmt. Die Verdunstung erfolgt direkt von der Oberfläche des Mediums. Dieser Prozess reguliert sich auf natürliche Weise und es verdunstet stets nur so viel Wasser, wie die strömende Luft auf natürliche Weise aufnehmen kann. Gleichzeitig verdunsten nur die Wasserdampfmoleküle selbst, während die im Wasser enthaltenen Mineralien nicht in die gekühlte Luft gelangen und in der Vorratswanne unter dem Verdunstungsmedium verbleiben. Durch regelmäßigen Wasserwechsel werden sie entfernt. Das adiabatische Kühlsystem CoolStream benötigt keine zusätzlichen technischen Einrichtungen zur Aufbereitung des Prozesswassers und arbeitet mit gewöhnlichem, unbehandeltem Trinkwasser aus dem Leitungsnetz.

Das adiabatische Kühlsystem CoolStream:

• hochwertige Konstruktion,
• Ganzmetallgehäuse aus Aluminium,
• geringes Gewicht – einfacher Transport, einfache Handhabung und Montage,
• Konstruktionselemente aus fortschrittlichen raumlufttechnischen Systemen,
• automatisches System zur Aufrechterhaltung eines hygienischen Betriebs,
• regelmäßige Reinigung und Wasserwechsel, 
• deutliche Verringerung von Kalkablagerungen,
• minimierte vorgeschriebene Wartung (Instandhaltung),
• erfüllt die Anforderungen der Hygienerichtlinie VDI 6022,
• umfangreiche, detaillierte technische Dokumentation und Planungsunterlagen.

Adiabatische Kühlgeräte COLT CoolStream

Die adiabatischen Kühlgeräte COLT CoolStream gehören hinsichtlich Funktion und Betrieb zur Weltspitze. Bei der Entwicklung der CoolStream-Geräte wurden die langjährigen Erfahrungen des Unternehmens mit der Technologie der direkten adiabatischen Kühlung genutzt.

Die CoolStream-Geräte bestehen aus Aluminiumblech, was eine lange Lebensdauer und eine gute Beständigkeit gegenüber Witterungseinflüssen und Korrosion gewährleistet. Die Konstruktion des Geräts ist stabil, es kommt zu keinem unerwünschten Verzug des Gehäuses bei Erwärmung des Geräts durch Sonneneinstrahlung oder bei Belastung durch Wind und Schnee.

Die leichte Aluminiumkonstruktion ermöglicht die manuelle Handhabung und das Tragen der Geräte, was die Installation erheblich erleichtert.

Derzeit ist die dritte Generation der adiabatischen CoolStream-Kühlgeräte auf dem Markt, deren Konstruktion langjährige Erfahrungen und alle fortlaufend entwickelten Ideen und Verbesserungen der Technologie der direkten adiabatischen Kühlung nutzt, mit Schwerpunkt auf den folgenden wichtigen Aspekten des Kühlprozesses:

• Schutz vor Wasserkontamination,
• Schutz vor Luftkontamination,
• Schutz vor Kalkablagerungen,
• einfache und kostengünstige Wartung (Instandhaltung).

Hygienischer Betrieb, einfache und kostengünstige Wartung (Instandhaltung)

Das Ergebnis der oben genannten Maßnahmen ist die automatische Aufrechterhaltung eines hygienischen Betriebs, wodurch sich der Wartungsaufwand (Instandhaltungsaufwand) auf ein Minimum reduzieren lässt. Die CoolStream-Geräte sind für einen effizienten und hygienischen Betrieb ausgelegt. Das Steuerungssystem COLT Cortiva übernimmt einen erheblichen Teil der zuvor vorgeschriebenen regelmäßigen Wartung (Instandhaltung), die üblicherweise vom Personal des Betreibers durchgeführt wurde, in den Automatikbetrieb. Die Automatik hält das Prozesswasser sowie die Vorratswanne kontinuierlich hygienisch sauber und die geeignete konstruktive Gestaltung des Wassersystems gewährleistet eine optimale Verteilung der Durchflussmengen und ausreichend Wasser in den Desorptionspaneelen. 

Die einfache Entnahme der Seitenpaneele schafft einen optimalen Servicezugang zu den CoolStream-Geräten.

Dank ihrer durchdachten Konstruktion lassen sich die CoolStream-Geräte leicht zerlegen und reinigen. Die Geräte sind mit einer glatten Innenoberfläche ausgeführt, die die Ablagerung von Schmutz und Mineralstoffen wirksam begrenzt. Das Wasserdesorptionssystem lässt sich ohne Werkzeug zerlegen. Während der Zeit mit Kühlbedarf ist keine betriebliche Wartung (Instandhaltung) durch den Anwender erforderlich. Die Serviceabteilung von COLT bietet regelmäßige fachgerechte Wartung (Instandhaltung) an, stellt diese sicher und wirkt auch an ihrer Planung mit.

Die Gesamtheit der konstruktiven Eigenschaften zusammen mit der fortschrittlichen automatischen Steuerung macht das adiabatische Kühlsystem CoolStream zu einer vorteilhaften Möglichkeit, angenehme Bedingungen in großen und thermisch stark belasteten Bereichen von Produktionshallen zu schaffen, in denen es bei geringen Energiekosten hohe Wärmelasten abführen kann. Es ist eine sehr effiziente und wirtschaftliche Möglichkeit, im Inneren einer Produktionshalle eine niedrigere Temperatur als die Außentemperatur zu erreichen.