Verdunstungskühler nutzen für die Verringerung der Lufttemperatur das gleiche Prinzip wie Kühltürme. In der Wärmelehre wird dieses Prinzip als adiabate Kühlung bezeichnet. Adiabat oder auch adiabatisch bedeutet, der Vorgang verläuft ohne Zufuhr oder Abgabe von Wärme. Das klingt auf den ersten Blick wie ein Widerspruch. Wir lösen diesen vermeintlichen Widerspruch auf und zeigen, wie Gewerbe und Industrie vom Einsatz eines Verdunstungskühlers profitieren können.
Die Themen im Überblick
Breiter Einsatzbereich von Adiabater Kühlung
Im Sommer können sich Produktionshallen, Lagerräume und Außenbereiche mit direkter Sonneneinstrahlung schnell aufheizen. Arbeiten mit heißen Stoffen (z.B. flüssiges Glas, Asphalt) oder an Öfen verstärken diesen Effekt. Die Hitze belastet den Kreislauf der Beschäftigten. Konzentration und Leistungsvermögen sinken schnell ab. Das Unfallrisiko steigt signifikant. Verdunstungskühler können dem entgegenwirken. Unterschiedliche Bauarten von Verdunstungskühlern sorgen für einen breiten Einsatzbereich.
Adiabatische Zustandsänderung einfach erklärt
Die Verringerung der Temperatur durch Verdunstungskühlung beruht darauf, dass die Luft Wasserdampf in sich aufnimmt. Zu beobachten ist das, wenn Pfützen nach einem Regenguss langsam verschwinden. Es passiert von ganz allein. Niemand hilft durch die Zufuhr von Wärme nach. Das bedeutet, der Prozess verläuft adiabat. Die Wassermoleküle sind im Dampf viel schneller unterwegs als in der Flüssigkeit. Für die Zunahme der Beweglichkeit brauchen Sie Energie in Form von Wärme. Die Energie holen sie sich aus der Umgebung. Daraus resultiert der Kühleffekt. Um welche Spanne sich die Temperatur durch die adiabate Kühlung verringert, hängt davon ab, wieviel Wasserdampf in die Luft übergehen kann.
Physikalische Grundlagen der Verdunstungskühler
Die Berechnung der Leistung von Verdunstungskühlern beruht auf zwei physikalischen Erscheinungen: Feuchtkugeltemperatur und relative Luftfeuchtigkeit. Was darunter zu verstehen ist, wollen wir jetzt erklären.
Feuchtkugeltemperatur
Wie weit sich die Temperatur durch adiabate Kühlung verringern kann, können Sie einfach ermitteln. Sie brauchen dazu zwei Thermometer. Die Messspitze des einen umwickeln Sie mit nassem Zellstoff. Dieses Thermometer wird nach einer Weile eine geringere Temperatur anzeigen als das trockene. Es zeigt die Feuchtkugeltemperatur an. Die wird auch als Kühlgrenztemperatur bezeichnet und stellt die minimale Temperatur dar, die unter den vorherrschenden Bedingungen durch Verdunstung erreicht werden kann.
Kühlleistung in Abhängigkeit vom Zustand der Luft
Gehen Sie mit den Thermometern an einen wärmeren oder kühleren Ort, stellt sich das trockenen Thermometer auf die neue Umgebungstemperatur ein und das feuchte auf eine andere Kühlgrenztemperatur als vorher. Es ergibt sich ein anderer Temperaturunterschied. Die Luft hat mehr oder weniger Wasserdampf aufgenommen als an ersten Ort. Verdunstungskühler erbringen ihre Leistung in Abhängigkeit vom Zustand der Luft.
Relative Luftfeuchtigkeit ist entscheidend
Die Luft kann nur eine begrenzte Menge Wasserdampf aufnehmen. Die maximale Menge ist von der Lufttemperatur abhängig. Ist die Aufnahmekapazität erschöpft, beträgt die relative Luftfeuchtigkeit 100 %. Dann ist die Luft gesättigt. Es findet keine Verdunstung mehr statt. Die maximal mögliche Kühlung durch Verdunstung hängt außer von der Temperatur auch davon ab, wieviel Dampf schon in der Luft enthalten ist oder genauer gesagt, wie hoch die relative Luftfeuchtigkeit ist. Dieser Wert kann aus dem Temperaturunterschied zwischen Feuchtkugeltemperatur und Umgebungstemperatur ermittelt werden. Die adiabate Kühlung funktioniert am besten mit warmer, trockener Luft. Moderne Geräte sind mit Steuerungen ausrüstet, die die relative Luftfeuchtigkeit im Raum erfassen und auf dieser Grundlage die Leistung der Geräte regeln.
Funktionsweise von Verdunstungskühlern
Wasser kann nur an der Grenzfläche zwischen Flüssigkeit und Luft verdunsten. Je größer die Oberfläche des Wassers, umso schneller nimmt die Luft Wasserdampf auf. Für die Funktionsweise der Verdunstungskühler ergeben sich daraus zwei Ansatzpunkte. Entweder arbeiten sie, indem sie Wasser in die Luft sprühen, oder sie leiten einen Luftstrom über feuchtes Material.
Nebeldüsen
Die Einfachste Form der Kühlung durch Verdunstung ist das Versprühen von Wasser. Zu diesem Zweck nutzt man Nebeldüsen, die über Hochdruckpumpen mit Wasser versorgt werden. Die Nebeldüsen lassen sich in die Belüftungsanlage einer Halle intergieren oder für die adiabate Kühlung von Außenbereichen einsetzen. Eine mobile Variante dieser Bauart ist ein Verdunstungskühler, der mit Ventilatoren einen Luftstrom erzeugt, in den Wasser eingesprüht wird.
Ventilatoren
Ventilatoren sind auch die Triebkraft von mobilen Verdunstungskühlern, die über einen Wassertank verfügen. Eine Pumpe fördert das Wasser zu Verdunstungspads oder Verdunstungsgittern. Während der Ventilator die Luft durch diese Bauelemente treibt, kühlt sie sich um bis zu 10 Kelvin ab.
Größen der Verdunstungskühler
Es gibt die Verdunstungskühler in den unterschiedlichsten Größen ausreichend für die kleine Garage bis hin zur großen Industriehalle oder Gewächshaus.
Mobile Verdunstungskühler
Die Leistung von mobilen Verdunstungskühlern mit Wassertank ist innerhalb der von der Natur vorgegebenen Grenzen vom Luftstrom abhängig, den die Ventilatoren erzeugen. Kleine Geräte haben einen maximalen Luftdurchsatz von ca. 6.000 m³/h. Das reicht aus, um die Luft über einer eine Fläche von ca. 80 m² zu kühlen. Große Verdunstungskühler sind mit einem maximalen Luftstrom von ca. 38.000 m³/h auf eine Fläche von bis zu 500 m² wirksam.
Stationäre Verdunstungskühler
Stationäre Verdunstungskühler sind in der Regel Bestandteil der Lüftungsanlage. Im Sommer verhindern sie, dass sich große Produktions- und Lagerhallen zu stark aufheizen. Im Winter können sie zur Luftbefeuchtung genutzt oder ohne Wasserzufuhr betrieben werden.
Vorteile und Nachteile der adiabaten Kühlung
Die adiabate Kühlung hat vor allem den Vorteil, dass für die Kühlleistung selbst keine Energie verbraucht wird. Dadurch arbeiten die Verdunstungskühler im Vergleich zu Kältemaschinen sehr sparsam. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich die Luft direkt abkühlt und weder Wärmetauscher noch Kältemittel benötigt werden. Dadurch lässt sich die Temperatur auch in Außenbereichen wirksam und rationell absenken. Außerdem zeichnen sich Verdunstungskühler durch geringe Investitionskosten und einen niedrigen Wartungsaufwand aus.
Nachteilig ist, dass die Leistung eines Verdunstungskühlers durch den Zustand der Luft vorgegeben ist. Feuchtschwüle Luft, die sich im Sommer häufig kurz vor einem Gewitter bildet, lässt sich kaum abkühlen. Da durch die direkte adiabate Kühlung die Feuchtigkeit der Raumluft stark ansteigt, kann sie nur in gut belüfteten Räumen genutzt werden. Für geschlossene Räume wie Büros ist sie ungeeignet.
Vorteile
sehr geringer Energieverbrauch
kein Wärmetauscher und kein Kältemittel benötigt
geringe Investitionskosten und niedriger Wartungsaufwand
Nachteile
Leistung der Kühlung ist abhängig von der Außenluft
Die hohe Feuchtigkeit der Raumluft bedingt den Einsatz in gut belüfteten Bereichen
Häufige Fragen zum Verdunstungskühler
Was ist direkte adiabate Kühlung?
Die Abkühlung erfolgt bei der direkten adiabaten Kühlung, indem das Wasser in der Raumluft verdunstet.
Was ist indirekte adiabate Kühlung?
Bei der indirekten adiabaten Kühlung lässt man das Wasser in der Abluft verdunsten, die aus dem Raum geführt wird. Die gekühlte Luft strömt durch einen Wärmetauscher. Dort entzieht sie der ebenfalls durch den Wärmetauscher strömenden Zuluft Wärme. Die Luftfeuchtigkeit im Raum bleibt bei diesem Verfahren unbeeinflusst.
Lässt sich normales Leitungswasser für die adiabate Kühlung einsetzten?
Normales Leitungswasser enthält Härtebildner. Das sind Salze, die nach der Verdunstung übrig bleiben. Anzutreffen sind diese Salze in Form von Kesselstein, der sich zum Beispiel in einem Wasserkocher an der Heizspirale absetzt. Wird das Wasser in die Luft gesprüht, stören die Salze nicht. Leitungswasser, das aus einem integrierten Tank über Verdunstungselemente geführt wird, muss regelmäßig ausgetauscht werden. Die Konzentration der Härtebildner würde sonst zu stark ansteigen.
Verdunstungskühler kaufen oder mieten?
Wollen Sie große Hallen oder hitzebelastete Arbeitsplätze durch die adiabate Kühlung klimatisieren, lohnt sich die Anschaffung der Technik. Für einen zeitweiligen Einsatz im Sommer können Sie kompakte mobile Verdunstungskühler mieten.
