cci Forum: Warum gibt es keine Verdunstungs-Chiller?

In cci Zeitung 11/2018 stellte Dr.-Ing. Manfred Stahl die Frage: Warum eigentlich werden nicht auch „konventionelle“ luftgekühlte Flüssigkeitskühlsätze für hohe Außentemperaturen mit einer Befeuchtungslösung ausgestattet, so wie Hersteller ihre Rückkühler um Besprühungssysteme ergänzt haben.

1.
Die Lösung ist energetisch perfekt. Das Problem: Es ist eine „disruptive Technologie“ und wird seit Ende der 1990er konsequent aus der breiten Anwendung genommen. Es wurde eine „Legionellophobie“ in der Breite erzeugt, die die Weiterentwicklung ab diesem Zeitpunkt für lange Zeit, insbesondere in Mitteleuropa beendete. Mit Ausnahme einiger „Hidden Champions“. Grundsätzlich ist die Legionellophobie aber berechtigt, da in der RLT-Welt das Betreiberverhalten die Verdunstungskühlung zum Risiko macht, in der Kleinindustrie unter dem Kostendruck im Wettbewerb und im TGA-Bereich durch kostenbedingtes Desinteresse an einer fachgerechten Wartung von RLT-Anlagen. Es gibt real keine Konsequenzen dieses (Nicht-)Handelns und keine Überwachungspflicht.

Güntner hatte bis Mitte der 1990er diese Technik im Programm und setzte diese Gräte erfolgreich im industriellen Umfeld ein, zum Beispiel als geschlossenen Rückkühler auf dem Förderschacht des Erkundungsbergwerks Gorleben oder in der Bauform Tischkühler mit Wasserverdüsung im Ansaugbereich zur Schalthauskühlung eines belgischen Stahlwerks. Einige Jahre später waren die Geräte nicht mehr verfügbar, sodass wir in der Projektierung umdenken mussten. Damals kamen die Jaeggi-Kühler auf den Markt, waren jedoch kostenseitig für unseren Markt nicht zu platzieren. Geschlossene Standard-Verdunstungsrückkühlsysteme bei Leistungen unter 500 kW waren ebenfalls zu teuer und ohne Akzeptanz in der Kundschaft. Allerdings machten sich einige Unternehmen auf, die Potenziale der Verdunstungskühlung vollumfänglich zu nutzen. Hiermit meine ich nicht die „wilde Besprühung“ von RLT-Abluftströmen vor dem Wärmerückgewinnungsmodul, sondern die Kontaktbefeuchtung im Zuluftstrom bei Warm- und Hitzebetrieben sowie energieintensiven Produktionen bis hin zu Großbäckereien.
Eines dieser Unternehmen war die Colt International GmbH – in Technik hoch zwei 04/2010 berichtete Uwe Barth über Schichtenlüftung mit adiabater Kühlung in einem Kunststoffverpackungswerk. Colt entwickelte auf dieser Basis Ideen wie Vorsatzelemente für Rückkühler, Verflüssiger und Ansaugelemente für RLT-Geräte sowie Fassadeneinbauelemente der freien Lüftung. Schnell stellte sich heraus, das im Nahen und Mittleren Osten solche Lösungen etablierte Technik war und bei Stall- und Gewächshausbelüftungen in Europa durchaus verbreitet. Diese Technik „hygienisch ausfallsicher“ weiterzuentwickeln war eine lösbare Aufgabe. Baugruppen lieferte zum Beispiel die Gigola & Riccardi S.p.A. Bei Trane konnten einige Freikühler und Verflüssiger nochmal in der Effizienz gesteigert werden und für den Kunden Probleme lösen.

Grundsätzlich wäre die Wiedereinführung der Technik in der Breite energetisch zu begrüßen. Allerdings gibt es jetzt die Meldepflicht nach der Verordnung für Verdunstungskühlanlagen (42. BImSchV) beim Außeneinsatz, die die Akzeptanz bei Betreibern und Investoren erheblich senken könnte. Aber ohne eine Überwachungspflicht kann man diese Technik den Betreibern nicht zur Verfügung stellen. Das führte zur Selbstverlöschung durch Hygieneprobleme. Die Erreichung des in der VDI 6022 postulierten hygienischen Zielzustands im Dauerbetrieb von Kontaktverdunstern ist nachweislich, überwacht durch „unabhängige“ Hygieneinstitute (auch die müssen Folgeaufträge haben), gut einzuhalten. Trickst der Betreiber, um Wasser zu sparen, wird es aber schnell gefährlich.

Um das Potenzial der Adiabatik am Gebäude einmal auszuloten, haben wir in diesem sehr geeigneten Sommer einen Dauerversuch mit einer außen zwangsangeströmten Fassade eines alten Einfamilien-Backstein-Gebäudes mittels eines „Breezair“-Geräts (Baujahr 2003) gefahren. Das Ergebnis ist erstaunlich: Bei 36 °C Außentemperatur betrug die Innentemperatur unter 27 °C, die Terassentemperatur 28 °C beschattet. Der elektrische Energieaufwand betrug 400 W, der Wasserverbrauch maximal 30l/h. Die Geräteaustrittstemperatur lag zu keinem Zeitpunkt über 24 °C. Den Naturzug durch Fenster und Türen einzustellen, war allerdings schwieriger als erwartet. Auf eine aktiv beschattete Doppelfassade extrapoliert, wären erstaunliche Effizienzwerte zu erwarten.

Nähme man die Ziele der EPBD ingenieurtechnisch als Arbeitsgrundlage für die Ableitung von nicht architektonischen Maßnahmen ernst, müssten Adiabatik-Vorkühler in allen Anlagen mit Kompressionskälte vorgeschrieben sein, da dies einen Sprung von 30 % Energieeinsparung in der Sommerperiode bedeutet sowie eine Verkleinerung der Kältetechnik neuer Anlagen. In der EU gab es jedoch noch nie eine umsatzmindernde Maßnahmenvorgabe.

Andreas Kettermann, Dipl.-Ing. Verfahrenstechnik, PS³K Industrieklima GmbH, Rommerskirchen

2.
Die Frage ist bei uns intern auch vor einigen Jahren aufgekommen. Daraufhin haben wir unsere AFC-Baureihe (Adiabatic Freecooling Chiller) entwickelt, mit Leistungsgrößen von ca. 200 bis 1.700 kW, Vorlauftemperaturen bis 20 °C und Rücklauftemperaturen bis 32 °C, ΔT bis 12 K und variablen Wassermengen. Geliefert wird die Baureihe mit Scroll- oder Schraubenverdichtern, Kältemittel R410, R134, R513 und demnächst auch R1234ze. Die Verdunstung erfolgt über ein dem Verflüssiger vorgeschaltetes Pad, das berieselt wird. Bei unseren Kunden hat das nicht nur den Vorteil einer effizienteren Kühlung, sondern zusätzlich den der erhöhten Sicherheit, z. B. bei hohen Außentemperaturen oder eventuellen Defekten im Kältekreislauf. Zwischenzeitlich laufen in der Region EMEA Dutzende Systeme bei namhaften Anbietern aus den Bereichen Telekommunikation, Media und Colocation. Wir haben auch bereits ein Hotel in Berlin damit ausgestattet. Hier war der Standort des ursprünglich eingesetzten Wasserkühlsatzes für die Raumklimatisierung so ungünstig, dass es zu einem Luftkurzschluss kam und der Wasserkühlsatz regelmäßig über Hochdruckabschaltung ausgestiegen ist. Unser AFC hat dieses Problem trotz gleicher Aufstellbedingungen dank der durch die integrierte Adiabatik höheren Einsatztemperaturen, nicht.

Andreas Graf-Matzner, Frankfurt

Artikelnummer: cci73906