Indirekte Verdunstungskühlung in RLT-Anlagen – effizient und zukunftsfähig

Wasserbasierte Methoden zur Kühlung von Gebäuden rücken stärker in den Fokus von Fachplanern.

Eine zukunftsfähige Lösung stellt die indirekte Verdunstungskühlung über RLT-Anlagen dar. Systeme mit modularem Aufbau erreichen einen besonders hohen Wirkungsgrad und können unter anderem in Leistung und Maßen individuell an die objektspezifischen Anforderungen angepasst werden.

Der Kühlbedarf in Gebäuden steigt zunehmend, vor allem in gewerblich genutzten Immobilien. Die Gründe sind vielfältig – so führen beispielsweise geänderte Bauvorschriften wie die verstärkte Wärmedämmung und architektonische Trends wie große Glasfassaden zu anderen Temperaturverhältnissen in den Gebäuden. Hinzu kommen die Häufung heißer Sommer aufgrund des Klimawandels sowie das Bedürfnis der Mitarbeiter nach einer angenehmen Raumtemperatur. Dieser letzte Punkt kann in Zeiten des Fachkräftemangels sogar einen entscheidenden Unterschied zwischen zwei Arbeitsstätten ausmachen.

Auf der anderen Seite hat der verstärkte Einsatz von Kälte- und Klimaanlagen aus ökologischer Sicht Nachteile, denn viele Systeme arbeiten mit klimaschädlichen Kältemitteln, sodass es in den vergangenen Jahren zu einem Anstieg der durch Klimaanlagen verursachten CO₂-Emissionen gekommen ist. Dieser Entwicklung will der Gesetzgeber mit der F-Gase-Verordnung entgegenwirken, die eine Nutzung bestimmter Kältemittel verbietet bzw. eine Reduzierung der eingesetzten Mengen vorschreibt. Die Kombination aus Unsicherheit beim Thema Kältemittel und gleichzeitig steigender Nachfrage nach Kühlung lässt bestimmte Technologien stärker in den Fokus der Verantwortlichen rücken: Systeme, die mittels Wasser kühlen und daher unabhängig von den Regelungen der F-Gase-Verordnung langfristige Planungssicherheit bieten.

Kältemittelfreie Alternative

Ein Beispiel für eine leistungsstarke und kältemittelfreie Technologie ist die indirekte Verdunstungskühlung in RLT-Anlagen. Dabei wird die zu konditionierende Luft mithilfe von Wasser natürlich gekühlt, denn mit Zunahme von Feuchtigkeit sinkt die Temperatur der Luft. Das ist bis zu dem Punkt möglich, an dem die Luft zu 100 Prozent mit Wasser gesättigt ist – die sogenannte Feuchtkugeltemperatur. RLT-Anlagen mit dieser Technologie befeuchten die Abluft, bis sie Feuchtkugeltemperatur erreicht hat und übertragen die Temperatur dann über einen Wärmeübertrager auf die Frischluft. Im Gegenzug wird die Wärme der Außenluft auf die abgekühlte Abluft übertragen. Der Stromverbrauch für diesen Kühlprozess ist hierbei viel geringer als bei herkömmlichen Kälteanlagen.

RLT-Anlagen mit indirekter Verdunstungskühlung eignen sich für verschiedene Bereiche, zum Beispiel Büro- und Verwaltungsgebäude oder Industriehallen mit großer Abwärmeleistung. Prinzipiell ist der Einsatz dieser Technologie überall dort möglich, wo gekühlt und gelüftet wird. Besonders wenn die Planungen bereits ein RLT-Gerät vorsehen, kann die klassische Version in den meisten Fällen problemlos durch eine Anlage mit indirekter Verdunstungskühlung ersetzt werden.

Wenn große Kühlleistungen erforderlich sind, ist auch die Kombination mit einem Kühlregister zur Nachkühlung möglich. Und in Anwendungssituationen, in denen eine Vollklimatisierung inklusive Ent- und Befeuchtung gewünscht ist, kann die Technologie zumindest als Ergänzung zu einer Klima- oder Kälteanlage genutzt werden, um die Betriebskosten zu reduzieren.

Höherer Wirkungsgrad durch modularen Aufbau

Der Wirkungsgrad von Systemen mit indirekter Verdunstungskühlung ist abhängig davon, wie viel Prozent der Feuchtkugeltemperatur erreicht werden, sprich welcher Sättigungsgrad mit Wasser der gekühlten Luft. Die RLT-Anlagen mit der sogenannten "Ka₂O-Technologie" der Nova Apparate GmbH, einer Tochtergesellschaft von Kampmann, zeichnen sich durch einen sehr hohen Wirkungsgrad aus. Das System arbeitet mit kleindimensionierten Gegenstrom-Wärmeübertragern, die zusammen mit einem Befeuchtungssystem in einzelne, variabel erweiterbare Moduleinheiten integriert sind. Jede einzelne Lamellenoberfläche kann so gleichmäßig und vollständig mit Wasser benetzt werden. Zusätzlich sind die Lamellen mit einem speziellen hydrophilen Vlies beschichtet, das ein schnelles Durchsickern des Wassers verhindert. Durch die Vielzahl der Module wird in diesem System die Luft an einer sehr großen befeuchteten Fläche vorbeigeführt und kann so fast die komplette Feuchtigkeit aufnehmen.

Gleichzeitig mit der Befeuchtung findet die Wärmeübertragung statt, das ist energetisch und physikalisch deutlich effektiver als bei einem vorgelagerten Befeuchtungssystem. Da im Wärmeübertrager aufgrund der feuchten Oberfläche eine konstante Nachverdunstung stattfindet, wird der vorbeigeführten Außenluft zudem zusätzlich Wärme entzogen. So erreicht die "Ka₂O-Technologie" immer 96 Prozent der Feuchtkugeltemperatur der Abluft, die nahezu vollständig auf die Zuluft übertragen wird. Der komplette Prozess ist dabei unabhängig von der Außentemperatur, sodass sich die Temperatur der Außenluft um bis zu 20 K absenken lässt – sogar, wenn sie 40 °C beträgt.

Ein Standardmodul ist für eine Nennluftmenge von 400 m³/h bei einem Druckverlust von 150 Pa ausgelegt. Mit der maximalen Anzahl eingesetzter Module ist die RLT-Anlage für Luftmengen von bis zu 27.000 m³/h erweiterbar, sodass die Technologie auch für größere Anwendungen attraktiv ist. Durch die modulare Bauweise und die damit verbundene Parallelschaltung bleibt der Druckverlust im Übrigen unabhängig vom Volumenstrom gleichbleibend gering, dadurch arbeiten die Anlagen sehr energieeffizient. Konventionelle Geräte mit Gegenstrom-Wärmeübertragern haben dagegen bei größeren zu kühlenden Raumluftvolumina einen Nachteil: Je größer der Gegenstrom-Wärmeübertrager, desto größer der Kreuzstromanteil, desto höher der Druckverlust, desto mehr sinkt die Wirtschaftlichkeit.

Ein weiterer Vorteil des modularen Aufbaus ist die große Flexibilität, denn die Anlagen können individuell den jeweiligen Projektanforderungen entsprechend zusammengestellt werden. Dabei sind verschiedene Kombinationsvarianten von bis zu zwölf Modulen übereinander und fünf Modultürmen nebeneinander möglich. Das erlaubt die Einbringung und Installation auch bei besonders schwierigen Rahmenbedingungen wie sehr beengten Platzverhältnissen oder Sanierungsvorhaben. Im Wartungsfall sind die Module über entnehmbare Lüftungskanäle und großzügig dimensionierte Revisionsöffnungen frei zugänglich, und aufgrund ihrer geringen Größe lassen sie sich zur Einhaltung der Hygienevorschriften leicht reinigen.

Förderung durch das BAFA

Zusätzliche Attraktivität gewinnt die Technologie der indirekten Verdunstungskühlung im Zuge der Aktualisierung der Richtlinie zur Förderung von Kälte- und Klimaanlagen (Kälte-Klima-Richtlinie) durch das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA). Ziel des Programms ist, durch den zunehmenden Einsatz von umweltfreundlichen Kälte- und Klimaanlagen jährliche Einsparungen in Höhe von mindestens 100.000 Tonnen CO₂-Äquivalent zu erreichen. Die finanzielle Unterstützung seitens des BAFA soll Immobilienbesitzer und -betreiber dazu anregen, sich für Systeme zu entscheiden, die natürliche Kältemittel nutzen und damit nachhaltig arbeiten. Aufgrund der Neuregelung, die bis Ende 2021 gültig ist, werden nun erstmals auch Technologien zur indirekten Verdunstungskühlung in RLT-Geräten gefördert. Die Höhe der Fördersumme für diese Anlagen ist dabei abhängig von der Kälteleistung.

Bei der Antragstellung ist ein wichtiger Aspekt zu beachten: Die geplante Anlage bzw. die entsprechenden Komponenten dürfen erst nach Vorliegen der offiziellen Bestätigung des BAFA bestellt werden, da sonst kein Förderanspruch besteht. Um Kunden Planungssicherheit zu geben und die Beantragung der Förderung zu erleichtern, hat Nova Ende 2018 die Kälteleistung der Geräte vom TÜV prüfen und zertifizieren lassen. So kann die konkrete Fördersumme einfach und belastbar berechnet werden. Je nach Modell und Leistung der Produkte beträgt der finanzielle Zuschuss hier bis zu knapp 10.000 Euro, sodass die Einsparung auf die Investitionskosten im Durchschnitt bei 10 Prozent liegt.