Grundprinzip des adiabatischen Kühlers
Die adiabatische Kühlung beruht auf der natürlichen Fähigkeit von Wasser, Wärme aus der Umgebungsluft aufzunehmen und zu verdampfen. Adiabatische Kühlsysteme ahmen dieses natürliche Phänomen nach und optimieren die Effizienz durch entsprechende Technologien.
Das Prinzip des adiabatischen Kühlers beruht auf einem kontinuierlichen Strom warmer Luft, die durch eine konstant feuchte Oberfläche strömt. Dadurch wird der Kontakt zwischen der warmen Luft und dem kalten Wasser maximiert, was die Wärmeübertragung von der Luft auf das Wasser fördert. Das System beschleunigt die Verdunstung des Wassers und optimiert den Entzug der Wärme aus der Luft, wodurch die Effizienz der Kühlung des Luftstroms erhöht wird.
Die Verdunstung von Wasser führt zu einer Befeuchtung der Luft auf molekularer Ebene. Die verdampften Wassermoleküle sind unsichtbar und verhalten sich wie Gasmoleküle. Daher erzeugt die adiabatische Kühlung keinen Nebel, der eine Mischung aus Luft und Wassertröpfchen ist (jedes Tröpfchen enthält Milliarden von Wassermolekülen). In Bezug auf die physikalische Funktionsweise unterscheidet sich die adiabatische Kühlung von einem Nebelkühlsystem.
Der gekühlte Luftstrom, der mit Feuchtigkeit angereichert ist, zirkuliert durch den gesamten zu kühlenden Raum, bevor er aus dem Gebäude entweicht. Das Prinzip der adiabatischen Kühlung basiert auf einem offenen System mit einem konstanten Luftaustausch. Um optimal zu funktionieren, benötigt ein adiabatischer Kühler offene Türen und etwa 80% der eingeblasenen Luft muss abgeführt werden.
Konfiguration und Betrieb des adiabatischen Kühlers
Der adiabatische Kühler reproduziert und intensiviert das natürliche Phänomen der Verdunstung, indem er den Kontakt zwischen einem Luftstrom und einem Wasserstrom über ein Verdunstungsmedium optimiert.
Der Weg der Luft durch den adiabatischen Kühler
Ein Ventilator sorgt für einen konstanten Warmluftstrom, der dieEnergie für die Verdunstung des Wassers liefert. Der Ventilator saugt die Außenluft an, die zunächst durch ein Filtermedium geleitet wird, bevor sie in den Kühler gelangt.
Der Ventilator leitet den warmen Luftstrom durch die wassergesättigte Wand des Verdunstungsmediums, so dass das Wasser in der warmen Luft verdampfen kann. Die so behandelte Luft wird abgekühlt und befeuchtet. Bei einer Ausgangstemperatur von 25°C bis 40°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 30% bis 50% wird die Luft um 5°C bis 11°C abgekühlt. Je trockener und wärmer die Luft ist, desto größer ist die Temperatursenkung. In Frankreich beträgt der durchschnittliche Temperaturabfall ca. 7°C.
Im Austausch für die Kühlung hat die austretende Luft Wasserdampf aufgenommen. Der Anstieg der relativen Luftfeuchtigkeit in dem zu kühlenden Raum hängt sowohl von den äußeren klimatischen Bedingungen (Temperatur und Luftfeuchtigkeit) als auch von der Zieltemperatur des zu kühlenden Volumens ab.
Der Ventilator fördert die gekühlte Luft in den zu klimatisierenden Raum. Dieser Luftstrom durchströmt den gesamten Raum innerhalb von 3 bis 5 Minuten, wodurch die Wärme aus dem Raum entfernt wird. Danach wird die Luft durch die Öffnungen oder über das Belüftungssystem des Gebäudes abgeleitet. Die Luft wird zwischen 10 und 20 Mal pro Stunde ausgetauscht.
Die Verteilung der gekühlten Luft durch einfache Bewegung im zu kühlenden Raum ist das grundlegendste System, das für mobile Verdunstungskühler typisch ist. Adiabatische Kühler, die in Dächern oder Wänden installiert werden, können mit komplexeren Verteilungssystemen ausgestattet werden, wie z.B. 2-, 3- oder 6-Richtungsplenen, Ausblasgittern oder Textilkanälen.
Der Weg des Wassers durch den adiabatischen Kühler
Eine Pumpe entnimmt Wasser aus dem Tank am Boden des adiabatischen Kühlers und erzeugt einen regulierten Kaltwasserstrom, der kontinuierlich die Oberseite des Verdunstungstauschers berieselt. Ein Verteilersystem verteilt diesen Strom gleichmäßig über die gesamte Oberfläche der Oberseite des Verdunstungstauschers. Das Wasser fließt dann durch die Schwerkraft durch die Röhren des Mediums und durchtränkt die Wände. Das nicht verdampfte Wasser, das sich am Boden des Mediums angesammelt hat, fließt zurück in den Tank.
Mit Ausnahme der Verdunstung verbraucht der adiabatische Kühler kein Wasser. Die Entleerung des Gerätes wird in das Abwassersystem eingeleitet.
Wärmeübertragung durch Verdunstung
Die feuchte Wand des Verdunstungsmediums ist der Ort, an dem der Wärmeaustausch zwischen der Luft und dem Wasser stattfindet. Der Verdunstungstauscher positioniert den Wasserstrom senkrecht zum Warmluftstrom, um eine optimale Kreuzung zu erreichen. Der Kontakt zwischen Luft und Wasser ermöglicht die Wärmeübertragung , die notwendig ist, um bestimmte Wassermoleküle vom flüssigen in den gasförmigen Zustand zu überführen.
Die Wabenstruktur und die mehrschichtige Struktur der Verdunstungsplatte :
- Eine Veränderung der vertikalen Wasserzirkulation, die die Absorption des Wassers durch die Wände des Verdunstungsmediums erleichtert. Der Sättigungskoeffizient misst diese Absorptionsfähigkeit des Mediums.
- Änderung der horizontalen Richtung des Luftstroms durch den Werbeträger.
- Erhöhung der spezifischen Oberfläche der Wände des Verdunstungspaneels, wodurch die Kontaktfläche zwischen Luft und Wasser vergrößert wird.
So optimiert die Struktur die Mischung und den Kontakt zwischen Luft und Wasser, fördert die Verdunstung und erhöht die Wärmeübertragung von der Luft auf das Wasser.
Dimensionierung des bioklimatischen Kühlsystems
Die Dimensionierung der adiabatischen Kühlung berücksichtigt die klimatischen Eigenschaften des Standorts im Sommer, wie die Temperaturen und die relative Luftfeuchtigkeit der Außenluft, die Ausrichtung des Gebäudes, die von der Struktur und ihren Aktivitäten erzeugten Wärmeströme, die Belüftungsbedingungen des zu kühlenden Volumens, die gewünschte Luftwechselrate sowie die angestrebten Umgebungsbedingungen.
Daraus folgt:
- die Eigenschaften des Kühlers(insbesondere im Falle eines Dachkühlers die Höhe des Anschlusskastens),
- die Anzahl der Kühler (insbesondere im Falle der Kühlung großer Volumen).
Schlussfolgerung: Einfache Bedienung und eine Hardware-Konfiguration, die für bioklimatische Dimensionierung geeignet ist.
Das Prinzip der adiabatischen Kühlung ist einfach: Es wird ein optimaler Kontakt zwischen Luft und Wasser hergestellt, um die Verdunstung zu maximieren und die Temperatur zu senken. Die Konfiguration eines Kühlgeräts ist ebenfalls einfach und besteht aus einem Filter und einem Ventilator für den Luftkreislauf, einem Tank und einer Pumpe für den Wasserkreislauf sowie einem Wärmeübertragungsmedium für die Kühlung. Bei der Dimensionierung des Kühlgeräts werden die klimatischen Bedingungen des Standorts berücksichtigt, um das gewünschte Raumklima zu erreichen.