Wasser zählt zu den leistungsstärksten natürlichen Kältemitteln – und die innovativen Oxycom-Systeme nutzen diese besondere Eigenschaft optimal aus. Wie die wasserbasierte Kühlung genau funktioniert, erfahren Sie hier. Außerdem erklären wir, warum Wasser eine hervorragende Alternative zum ozonschädigenden Kältemittel R-22 in herkömmlichen Klimaanlagen ist. Und wir teilen Statistiken zur CO2-Einsparung und Nachhaltigkeit der adiabaten Kühlung mit Ihnen.
Warum Wasser als Kältemittel?
Kältemittel sind die Betriebsflüssigkeit in Klimaanlagen, Wärmepumpen und Kältesystemen. Sie nehmen Wärme auf und geben sie ab, während sie in einem geschlossenen Kältekreislauf kontinuierlich Phasenübergänge zwischen dem gasförmigen und flüssigen Zustand durchlaufen.
R-22 (ein Fluorchlorkohlenwasserstoff bzw. H-FCKW) war lange Zeit das am häufigsten verwendete Kältemittel in Klimaanlagen. Heutzutage wird es aufgrund seiner ozonschädigenden Wirkung zunehmend durch andere Mittel ersetzt. Besonders beliebt sind chlorfreie Ersatzprodukte – vor allem Fluorkohlenwasserstoffe (H-FKWs) wie R-410A, R-407C und R-134a.
Wasser gehört ebenfalls zu den vielen verfügbaren Kältemittel – mit einzigartigen Eigenschaften und einer eigenen Kältemittelnummer (R-718). Es wird strenggenommen auch bei der adiabaten Kühlung als Kältemittel eingesetzt. Aber statt in einem geschlossenen System immer wieder aufs Neue zu verdampfen und zu kondensieren, wird es bei der adiabaten Kühlung kontinuierlich verdampft und dabei ein Luftstrom gekühlt und befeuchtet.
Wasser eignet sich hervorragend für die Luftkühlung. Es ist eines der effizientesten Kältemittel der Natur – mit einer außergewöhnlich hohen latenten Verdampfungswärme (2501 kJ/kg bei 0 °C). Die Verdampfung von Wasser mit einer Geschwindigkeit von 1 l/h erzeugt also ganze 695 W Kühlleistung!
Konventionelle Kühltechnik einfach erklärt
Die Dampfkompressionskühlung ist die am häufigsten verwendete Technologie für Klimatisierungs-, Wärmepumpen- und Kältesysteme, die für private, gewerbliche und industrielle Zwecke eingesetzt wird. Diese Systeme bestehen aus vier Hauptkomponenten, durch die das Kältemittel in einem geschlossenen Kreislauf gepumpt wird:
- Der Kompressor komprimiert das gasförmige Kältemittel adiabatisch und erhöht so den Druck sowie die Temperatur.
- Der Kondensator lässt das gasförmige Kältemittel unter konstantem Druck in den flüssigen Zustand kondensieren und gibt dabei Wärme an die Umgebung ab.
- Das Expansionsventil bewirkt eine Ausdehnung des flüssigen Kältemittels, wodurch Druck und Temperatur sinken.
- Der Verdampfer lässt das flüssige Kältemittel bei konstantem Druck in den gasförmigen Zustand verdampfen, wodurch die Wärme der Umgebung absorbiert wird.
Adiabate Kühltechnik: So funktioniert‘s
Bei der adiabaten Kühlung wird ein Strom ungesättigter Luft in direkten Kontakt mit einer feuchten Oberfläche gebracht. Die Grenzschicht um die feuchte Oberfläche ist auf natürliche Weise mit Wasserdampf gesättigt. Weil ungesättigte Luft an der Grenzschicht entlang strömt, wird sich Wasserdampf in den Luftstrom verteilen - angetrieben durch einen Unterschied in der Dampfkonzentration. Der Wasserdampfgehalt in der Grenzschicht wird dann durch die adiabate Verdunstung des Wassers wieder in den natürlichen gesättigten Zustand gebracht. Die für den Phasenwechsel des Wassers erforderliche latente Wärme wird der fühlbaren Wärme des Luftstroms entzogen, was zu einer niedrigeren Lufttemperatur führt.
Die niedrigstmögliche Temperatur, die auf diese Weise erreicht werden kann, ist die Feuchtkugeltemperatur der Luft. In der Praxis liegt der Wert aufgrund einer begrenzten Effizienz allerdings etwas darüber. Die Sättigungseffizienz oder Feuchtkugeleffizienz wird als das Verhältnis zwischen der tatsächlich erreichten Temperaturabsenkung und der maximal möglichen Temperaturabsenkung definiert.
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Wie wird die Energie für die Kühlung erzeugt?
Bevor wir die Energieeffizienz der konventionellen mit der adiabaten Kühlung vergleichen, lassen Sie uns zunächst schauen, wie die Energie dafür in der Regel gewonnen wird. Es gibt verschiedene Arten von Brennstoffen, die Kraftwerke zur Stromerzeugung verwenden können. Im Nahen Osten und vielen anderen Teilen der Welt verstromt man beispielsweise Erdöl und Erdgas, wobei große Mengen CO₂ ausgestoßen werden. Ölbefeuerte Kraftwerke etwa setzen pro erzeugte kWh Strom 0,76 kg CO₂ frei und verbrauchen 2,33 Liter Wasser. Diese Zahlen sind auch die Grundlage für den Vergleich der konventionellen mit der Verdunstungskühlung.
Energieeffizienz: Adiabate versus konventionelle Kühlung
Die Berechnungen in der Grafik wurden bei gleicher Kühlleistung durchgeführt. Dabei wurde eine adiabate Kühlung mit einer durchschnittlichen Verdampfungsgeschwindigkeit von 1 Liter Wasser pro Stunde gewählt, was einer Kühlleistung von 695 W entspricht. Der Strom wurde in den Beispielberechnungen jeweils in ölbefeuerten Kraftwerken erzeugt. Da Wasser für adiabate Kühlanlagen vorzugsweise Trinkwasserqualität haben sollte, wurde für die Entsalzung durch Umkehrosmose rund 4 kWh Strom pro m³ Wasser berücksichtigt.
Fazit: Wasser ist ein effizientes und umweltfreundliches Kältemittel
Allein schon im Hinblick auf die saubere Kühlung ist die adiabate Technik klar im Vorteil. Im Vergleich zur herkömmlichen Dampfdrucktechnik verringert sie den Stromverbrauch und die CO₂-Emissionen um mehr als 98 %.
Zwar benötigt adiabatische Kühltechnologie Wasser zum Verdampfen, allerdings verbrauchen auch bestehende Dampfdruck-Klimaanlagen indirekt erhebliche Mengen Wasser. Daher wird die zunehmende Anwendung der adiabatischen Kühlung voraussichtlich weniger Einfluss auf den globalen Wasserverbrauch haben, als oft angenommen wird.
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