Die Dauer und Intensität schwül-heißer Wetterlagen haben in den vergangenen Jahren zugenommen und werden voraussichtlich weiter ansteigen. Dadurch rückt neben der Kühlung zunehmend die Entfeuchtung in den Fokus. Bei schwüler Witterung wird die Gesamtkälteleistung häufig von der Feuchtelast dominiert. Um die Luft zu entfeuchten, muss sie so weit abgekühlt werden, dass anschließend eine Nacherwärmung erforderlich ist. Der Fachverband Gebäude-Klima e. V. (FGK) empfiehlt deshalb, die Entfeuchtung als gleichwertigen Bestandteil energieeffizienter Klimatisierung zu betrachten. Eine Entfeuchtungskälterückgewinnung (EKR) kann den hierfür erforderlichen Energieeinsatz deutlich reduzieren.
„In schwül-heißen Sommern entscheidet die Luftentfeuchtung über Komfort und Energieverbrauch. Mit integrierter Entfeuchtungskälterückgewinnung können wir bisher ungenutzte Potenziale erschließen und in messbare Effizienzgewinne umwandeln, ohne Abstriche bei der Behaglichkeit oder der Feuchteführung hinnehmen zu müssen“, erklärt Professor Christoph Kaup, Vorsitzender des FGK-Vorstands.
Feuchtelasten energieeffizient verringern
Bei der klassischen Luftentfeuchtung wird die Zuluft zunächst unter den Taupunkt abgekühlt, sodass der in der Luft enthaltene Wasserdampf kondensiert. Anschließend muss die Zuluft auf die gewünschte Temperatur erwärmt werden. Der Energiebedarf für die zusätzliche Kälteleistung und die Nacherwärmung lässt sich mit der Entfeuchtungskälterückgewinnung nahezu vollständig reduzieren. Die EKR nutzt dafür zwei Wärmeübertrager:
- Dem Entfeuchtungskühler ist ein Wärmeübertrager vorgeschaltet. Er entzieht der Zuluft Wärme, sodass der Verdichter kürzer oder mit geringerer Leistung läuft.
- Der zweite, nachgeschaltete Wärmeübertrager nutzt die zuvor entzogene Wärmeenergie zur Nacherwärmung der entfeuchteten Zuluft. Dadurch kann die erforderliche Zulufttemperatur ohne zusätzliche Heizleistung erreicht werden.
Ein Teil des Energieaufwands für die Kühlung und Entfeuchtung wird damit innerhalb des Systems zurückgewonnen. Dadurch verbessert die EKR vor allem im sommerlichen Teillastbetrieb die Energieeffizienz und verringert damit den Strombedarf, die Betriebskosten und die CO₂-Emissionen.
Retrofit-fähig – auch im Gebäudebestand anwendbar
„Ein weiterer großer Vorteil der Entfeuchtungskälterückgewinnung liegt darin, dass sie retrofit-fähig ist. Sie kann in vielen Bestandsanlagen mit gekoppelten Wärmeübertragern nachgerüstet werden“, sagt Professor Kaup. „Dadurch lassen sich Effizienzreserven der RLT-Anlage erschließen, ohne dass die gesamte Anlage ersetzt werden muss.“ Von der EKR profitieren beispielsweise Bürogebäude, Krankenhäuser, Hotels, Einkaufszentren sowie Bereiche mit hohen Anforderungen an die Raumluftfeuchte, wie in Museen, Laboren und im Gewerbe.
Neben den wirtschaftlichen Vorteilen unterstütze eine energieeffiziente Feuchteführung auch die Umsetzung der europäischen Gebäuderichtlinie (EPBD), die Anforderungen an die Energieeffizienz und zusätzlich an die Innenraumqualität stellt. Gleichzeitig erlaube trockene, behagliche Zuluft eine präzise Regelung der Luftfeuchte und verbessere so die Hygiene in Kanälen und Bauteilen. Für TGA-Planung, Anlagenbau und den Gebäudebetreiber biete die EKR eine wirkungsvolle, praxisgerechte Lösung, um RLT-Anlagen auf die klimatischen Herausforderungen der kommenden Jahre auszurichten und gleichzeitig die Anforderungen an Wirtschaftlichkeit, Nachhaltigkeit und Nutzerkomfort zu erfüllen.
Beispiel für eine Entfeuchtungskälterückgewinnung
Die Simulation zeigt die Funktionsweise einer Entfeuchtungskälterückgewinnung. Anhand des Anlagenschemas (Bild ganz oben) und des h,x-Diagramms (Bild unten) eines konkreten Beispiels lässt sich der Prozess nachvollziehen.
- A: Außenluft (AUL): 32 °C, 40 % relative Luftfeuchtigkeit (r. F.), 11,9 g/kg
- B: Im Vorkühler (VK) wurde der Luft Wärme entzogen. Die Wärmerückgewinnung (WRG) hat in diesem Schritt rund 15 % Kälteleistung gespart. Durch die niedrigere Temperatur ist die relative Luftfeuchte gestiegen: Bei 21,1 °C beträgt sie rund 76 % r. F., die absolute Luftfeuchtigkeit ist unverändert bei 11,9 g/kg
- C: Der Entfeuchtungskühler (EK) senkt die Lufttemperatur unter den Taupunkt ab, sodass Wasserdampf kondensiert. WRG und EKR bewirken eine weitere Einsparung von 25 % bei der Kälteleistung. Die absolute Luftfeuchtigkeit hat den angestrebten Wert erreicht, allerdings ist die Luft an dieser Stelle zu kalt: 12 °C, rund 97 % r. F. mit 8,5 g/kg
- D: Für das Erhöhen der Lufttemperatur mit dem nachgeschalteten Wärmeübertrager (Nacherwärmer, NE) ist dank EKR keine zusätzliche Wärmeleistung erforderlich. Mit steigender Temperatur sinkt die relative Luftfeuchtigkeit. Temperatur und Feuchte der Zuluft (ZUL): 19 °C, rund 62 % r. F. mit 8,5 g/kg
- E: Im Raum steigen Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Temperatur und Feuchte der Abluft (ABL): 24 °C, rund 50 % r. F. mit 9,3 g/kg
- F: Über einen Wärmeübertrager wird überschüssige Wärme übertragen. Daraus ergeben sich folgende Werte für die Fortluft (FOL): 27,9 °C, rund 40 % r. F. mit 9,3 g/kg