Vergleich zwischen Kühlturm und adiabatischem Kühler

Wenn es um industrielle Kühlung geht, oder sogar im Bereich der Kälte- und Klimatechnik, wird oft die Botschaft verbreitet, dass ein adiabatischer Kühler einen Verdunstungsturm in Funktion und Leistung ersetzen kann, wobei diese Möglichkeit mit einer Reihe von „einseitigen“ Vorteilen gegenüber dem adiabatischen System begründet wird.

Nach Ansicht von MITA Cooling Technologies, die beide Systeme herstellt, sollte diese Behauptung klargestellt werden.

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von Giorgio Lorenzetti, Technischer Berater

1. Adiabatische Kühler und Verdunstungskühler: einige Definitionen

Um die nachstehenden Fragen objektiv beantworten zu können, ist es sinnvoll, die Funktionsweise der beiden betrachteten Kühlsysteme kurz zu erläutern. Sie sind nämlich völlig unterschiedlich und lassen sich wie folgt zusammenfassen:

• Adiabatisches Kühlsystem: Es nutzt die fühlbare Wärme, d. h. das Prinzip, bei dem zwei Körper mit unterschiedlichen Temperaturen, die miteinander in Kontakt gebracht werden (in diesem Fall Luft und die Lamellen des Kühlregisters), Wärme austauschen, indem sie eine Verringerung der anfänglichen Temperaturdifferenz zwischen den beiden Körpern bewirken. Die endgültige Größe des Temperaturunterschieds hängt davon ab, wie viel Fläche des Lamellenregisters mit der Luft in Kontakt ist, sowie von der Masse und der Temperatur der Luft. Wie bereits erwähnt, hängt dies von der Effizienz des Befeuchtungssystems ab.
• Verdunstungskühlsystem: Es macht sich die latente Wärme zunutze, d. h. das Prinzip, bei dem der Phasenwechsel einer Flüssigkeit (in diesem Fall das zu kühlende Wasser, das teilweise verdunstet) der verbleibenden Flüssigkeit Energie in Form von Wärme entzieht. Genauer gesagt ist die „latente Verdampfungswärme“ die maximale Energie, die dem Wechsel der Flüssigkeit (Wasser) vom flüssigen in den dampfförmigen Zustand entspricht.

Aus den obigen Ausführungen ergibt sich ein grundlegender Aspekt, der die beiden Systeme unterscheidet und der in der Tat der eigentliche „Unterscheidungsfaktor“ zwischen den beiden Möglichkeiten ist: der Wasserverbrauch.

Im adiabatischen System wird das Wasser nur zur Kühlung der Luft verwendet, die in das Lamellenregister gelangt. Der Wasserverbrauch steht also in keinem Zusammenhang mit der abzuführenden Wärmemenge, sondern lediglich mit der Effizienz des Befeuchtungssystems im Verhältnis zur durchströmenden Luftmasse. Im adiabatischen System tritt dieser Bedarf zudem nur an den heißesten Tagen des Sommers auf, so dass der Wasserverbrauch auf das absolute Minimum beschränkt ist.

In diesem Zusammenhang ist es wichtig, darauf zu achten, wie das für die Luftbefeuchtung verwendete Wasser gehandhabt wird: von Systemen, die osmotisiertes und vernebeltes Wasser durch Hochdruckdüsen und -pumpen verwenden, bis hin zu Systemen, die Einwegwasser verwenden, das auf imprägnierten Zellulose-Befeuchterpackungen verteilt wird, und wieder anderen, die intermittierend beflockte PVC-Packungen befeuchten und das Wasser durch zeitgesteuerte Spülungen und/oder Austausch zurückgewinnen, ohne dass eine kostspielige Behandlung erforderlich ist. Diesbezüglich müssen die Auswirkungen auf die Anlage und die daraus resultierenden Kosten sorgfältig geprüft werden.

Im Gegensatz dazu ist der Wasserverbrauch bei Verdunstungsanlagen das ganze Jahr über nahezu konstant und steht in engem Zusammenhang mit der abzuführenden Wärmemenge, etwa 1 Liter pro 600 Kcal.

Der Wasserverbrauch hat, wie oben erwähnt, mehrere Ursachen, die die Wahl beeinflussen können. Einige Elemente sollten ebenfalls berücksichtigt werden: Neben den Kosten, die von Gebiet zu Gebiet variieren können, die Kosten für die Aufbereitung des Zusatzwassers, die Bildung von lästigen (so gut wie harmlosen) Dampfschwaden in der kalten Jahreszeit oder die mögliche Bildung von Eis und vor allem die möglichen Auswirkungen auf der sanitären Ebene, die das Vorhandensein von Wasser in Sanitär- und Industriesystemen mit sich bringt und die unter Beachtung der von Eurovent diesbezüglich vorgegebenen Richtlinien gehandhabt werden sollten.

Abschließend ist es unerlässlich, die objektiven Bedürfnisse des Kunden in seiner Gesamtheit zu untersuchen (da jedes System seine vorteilhaften und nachteiligen Aspekte haben kann). Das Ziel ist es, die technische Lösung vorzuschlagen, die den Bedürfnissen des Kunden am besten entspricht.

Im Folgenden schlagen wir eine Reihe von immer wiederkehrenden Fragen vor, die wir versucht haben, so objektiv wie möglich und ausschließlich aus technischer Sicht zu beantworten.

2. Kann ein adiabatischer Kühler immer einen Verdunstungsturm ersetzen?

Dies hängt von mehreren Faktoren ab, die sorgfältig bewertet werden müssen, darunter vor allem zwei.

• Die Wärmeabfuhrkapazität. Im Prinzip können die beiden Systeme für Einzelleistungen bis zu 1 MW und mit einigen „Unterschieden“ in Bezug auf die gebotene Leistung als Alternativen zueinander vorgeschlagen werden. Höhere Leistungen würden so große Maschinen oder mehr Maschinen erfordern, dass das adiabatische System unwirtschaftlich wird.
• Erforderliche Temperatur für den Flüssigkeitsausstoß. Bei adiabatischen Kühlern, bei denen die Luft durch Wasserzufuhr zwangsgekühlt wird, hängt die Effizienz des Befeuchtungssystems stark von der Untergrenze ab, die die Flüssigkeit erreichen kann. In jedem Fall kann dieser Grenzwert kaum mit dem eines Verdunstungskühlturms mithalten, es sei denn, es werden große Austauschflächen verwendet.

Nach dem Gesagten ist es also nicht automatisch so, dass man immer und unterschiedslos ein adiabatisches System anstelle eines Verdunstungssystems vorschlagen kann: Es gibt Grenzen des thermischen Potenzials und der Leistung, die angemessen berücksichtigt werden müssen.

3. Hat ein adiabatischer Kühler den gleichen Wirkungsgrad wie ein Verdunstungsturm?

Der Wirkungsgrad eines adiabatischen Systems hängt eng mit der Wahl des Luftbefeuchtungssystems und der Art seiner Nutzung zusammen. Wenn man bedenkt, dass der Wirkungsgrad von der Geschwindigkeit abhängt, mit der die Luft das Befeuchtungssystem durchläuft, und wenn man bedenkt, dass der Austausch von sensibler Luft weniger effizient ist als der Austausch von feuchter Luft: Es ist klar, dass die Behauptung, ein adiabatischer Kühler könne einen Verdunstungsturm bei gleichem Wirkungsgrad ersetzen, absolut gesehen nicht haltbar ist.

Um die Leistung des Befeuchtungssystems zu erhöhen, muss die Luftgeschwindigkeit reduziert werden. Erhöht man diese, so verringert sich die Befeuchtungsleistung, und außerdem steigt der luftseitige Druckabfall exponentiell an: die klassische „kurze Decke“…

Im Gegensatz dazu ist bei Verdunstungssystemen das durch das Austauschpaket bewegte Luftvolumen für die Effizienz des Systems ausschlaggebend (je höher die Geschwindigkeit, desto besser die Leistung des Systems). Weniger relevant ist hingegen die Temperatur der Luft, die in der Tat umso geringere Werte annehmen kann, je höher die Feuchtkugeltemperatur ist.

4. Kann ein adiabatischer Kühler in Bezug auf die erreichbaren Temperaturen die gleiche Leistung wie ein Verdunstungsturm erbringen?

Ausgehend von den obigen Ausführungen wird sofort klar, dass Systeme mit unterschiedlichen Funktionen und Konstruktionsinhalten jeweils ihre eigenen optimalen Betriebsbedingungen haben, die sich nicht überschneiden.

Daher ist die Forderung, dass ein Luftsystem, auch wenn es adiabatisch ist, unter den gleichen Bedingungen wie ein Verdunstungssystem arbeiten soll, eine nicht unerhebliche konzeptionelle Überdehnung.

5. Man muss sich vor irreführenden Aussagen hüten, die adiabatische Kühler mit Verdunstungskühltürmen gleichsetzen

MITA Cooling Technologies weiß das und ist deshalb in der Lage, dem Kunden beide Lösungen anzubieten, je nach seinem tatsächlichen Bedarf.

Die adiabatischen Systeme sind als „Ergänzung“ zu den Verdunstungssystemen zu verstehen und nicht als Alternativen zu diesen im engeren Sinne. MITA stellt beides her und ist daher in der Lage, dem Kunden den besten Vorschlag für das jeweilige Problem zu unterbreiten und ihm die zu erreichenden Ziele und Grenzen mitzuteilen.