Kühlung durch Verdunstung: Hunden gelingt das über ihre feuchte Zunge und Nase.  Foto: Pixabay

Forschung, Technik und Trends

11. Dezember 2020 | Artikel teilen

• 
• 
• 
• 

Verdunstungskälte für Gebäude

„Was in der Automobilindustrie der Elektroantrieb ist, ist in der Klimatechnik die hocheffiziente adiabate Kühlung mit Ka₂O-Technik“, sagt Patrick Honer, Geschäftsführer der Nova Apparate GmbH. Das klingt einerseits spannend, andererseits aber auch recht kryptisch. Worum geht es? Antwort: um spezielle Klimaanlagen, die in der Lage sind, Räume mithilfe von Wasserverdunstung zu kühlen.

Die zur Kampmann-Gruppe gehörende Nova Apparate GmbH ist eines der Unternehmen, die solche Raumlufttechnik-Geräte herstellen. Die Vollklimaanlagen der Produktlinie „Nova Highline“ sind modular erweiterbar und erlauben damit jederzeit eine passende Dimensionierung auch für größere Luftmengen. Man kann also durch Zukauf weiterer Gerätemodule die gewünschte Produktion von Verdunstungskälte jederzeit erweitern. Wie die Anlagen grundsätzlich aufgebaut sind, veranschaulicht dieses Youtube-Video.

Nova spricht von Ka₂O-Technik, die in seinen Klimaanlagen verbaut sei. Der Begriff bezeichnet aber kein existierendes chemisches Element. Es handelt sich nur um ein Marketing-Kunstwort aus Kampmann und Wasser (H₂O). Im Kern geht es bei der Technik um das Prinzip der adiabaten Raumkühlung. Das aus dem Griechischen stammende Wort „adiabat“ heißt übersetzt so viel wie „nicht hindurchtretend“. Das hilft natürlich nicht weiter. Also halten wir einfach fest: Adiabate Kühlung bedeutet in unserem Zusammenhang so viel wie Kühlung ohne externe Wärmezufuhr.

Umgekehrtes Wärmetauscher-Prinzip

Bei herkömmlichen Lüftungsanlagen mit Wärmetauscher geht es meist darum, die von außen einfließende Frischluft zu erwärmen, bevor sie sich im Raum ausbreitet. Dies geschieht, indem die verbrauchte Raumabluft die in ihr gespeicherte Wärme an die zugeführte Außenluft abgibt. Bei der adiabaten Kühlung will man genau das Gegenteil erreichen: Die Zuluft soll abgekühlt werden. Statt von Wärmerückgewinnung müsste man eher von Kälterückgewinnung sprechen. Das macht natürlich nur Sinn, wenn es draußen heiß ist und man verhindern möchte, dass die Hitze über die Luft in das Gebäudeinnere gelangt.

Für die gewünschte Abkühlung nutzt man auch bei der adiabaten Kühlungstechnik das Wärmetauscher-Prinzip – nur mit umgekehrtem Vorzeichen. Der warme Abluftstrom wird hier nämlich mit Wasser besprüht. Dabei verdunstet die Flüssigkeit zum Teil. Damit aber Wasser vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatszustand übergehen kann, ist Energie erforderlich. Beim Verdunsten nehmen die Wassermoleküle Energie aus ihrer direkten Umgebung auf. Das Wasser bindet also Energie, um gasförmig zu werden. Und die Umgebungsluft, der Wärmeenergie entzogen wird, kühlt daraufhin ab. So entsteht Verdunstungskälte.

Indirekte adiabate Kühlung

Die Raumlufttechnik-Geräte der Marke Nova Highline erlauben eine indirekte Verdunstungskühlung. Foto: Kampmann GmbH / NOVA Apparate GmbH

Die so erzeugte Verdunstungskälte wird bei der adiabaten Kühlungstechnik über einen Gegenstrom-Wärmetauscher auf die zugeführte heiße Außenluft übertragen – denn diese will man ja abkühlen. Genauer gesagt überträgt die Außenluft einen Teil ihrer Wärmenergie per Wärmetauscher auf die Abluft. Die Abkühlung der Abluft durch Befeuchtung und die Wärmeübertragung von der Außenluft auf die Abluft erfolgen praktisch gleichzeitig.

Am Ende des Prozesses ist die Abluft noch wärmer geworden, die Zuluft dagegen kühler. Man spricht von einer indirekten adiabaten Kühlung. Eine direkte adiabate Kühlung läge dagegen vor, wenn man die ins Rauminnere strömende Außenluft direkt befeuchten würde. Bei dieser Variante wird allerdings automatisch auch eine höhere Raumluftfeuchtigkeit erzeugt, was nicht immer wünschenswert ist.

Effiziente Technik

Nach Angaben von Nova Apparate lässt sich mit der auf indirekter adiabater Kühlung basierenden Ka₂O-Technik die Temperatur der angesaugten Außenluft um bis zu 20 K absenken – selbst dann, wenn sie sehr hoch ist und beispielsweise 40 °C beträgt. Interessant ist, dass solche Werte ganz ohne Einsatz chemischer Kältemittel erreichbar sind. Besonders effizient und ökologisch ist es natürlich, wenn man zur Abkühlung der Abluft die gesammelten Niederschläge aus einem gebäudenahen Regenwasserspeicher verwendet. Das spart zugleich Trinkwasser.

Konventionelle Raumklimageräte verbrauchen für die Gebäudekühlung oft viel Energie. Die adiabate Kühlung gilt dagegen als ausgesprochen ressourcensparend – insbesondere, wenn mit Regenwasser gearbeitet wird. Auch der Strombedarf für die Anlage (Pumpentechnik) ist offenbar nicht allzu hoch.

Wissenschaftlich untersucht

Eingesetzt werden die Nova-Geräte bisher vor allem in Gewerbe- und Produktionsbereichen, aber auch zur Einzelraumbelüftung im Hotel- und Bürobereich. 2019 hat der Hersteller seine Ka₂O-Technik vom Institut für Luft- und Kältetechnik (ILK) Dresden untersuchen lassen. In ihrer Studie bestätigten die Wissenschaftler die Effizienz der Lösung. Aufgrund der Nutzung des natürlichen und verfügbaren Kältemediums Wasser stelle die indirekte adiabate Kühlung eine nachhaltige und zugleich zukunftssichere Kühlmethode dar. Die Anlagen hätten zudem niedrige Betriebskosten und einen geringen Wartungsaufwand.

Im Übrigen lassen sich die Klimaanlagen der Geräteserie Nova Highline auch jederzeit ohne indirekte adiabate Kühlung nutzen. Nicht immer will man schließlich die Außenluft abkühlen. Möglich ist auch ein reiner Lüftungsbetrieb, und im Heizbetrieb-Modus erfolgt die „traditionelle“ Wärmeübertragung von der Abluft auf die Zuluft.

Über den Autor Roland Grimm ist seit Februar 2013 freier Journalist mit Sitz in Essen und schreibt regelmäßig Fachwissen-Artikel für BaustoffWissen. Zuvor war er rund sechs Jahre Fachredakteur beim Branchenmagazin BaustoffMarkt und außerdem verantwortlicher Redakteur sowie ab 2010 Chefredakteur der Fachzeitschrift baustoffpraxis. Kontakt: freierjournalist@rolandgrimm.com

Diese Beiträge könnten Sie ebenfalls interessieren:

Artikel teilen