Die Vorteile der Sorptions-Wärmetauscher Technologie

Lüftungsgeräte, die mit Rotationswärmetauschern mit einer Sorptionsbeschichtung ausgestattet sind, bieten signifikante Möglichkeiten zur Reduzierung des Energieverbrauchs und der Kohlenstoffemissionen, während sie gleichzeitig die Innenraumluftqualität verbessern. Aber was genau macht sie so vorteilhaft? Hier ist eine schrittweise Anleitung zum Verständnis, was die Sorptionsrotortechnologie so gut funktionieren lässt, mit einem besonderen Fokus auf Kälteanwendungen.

Sorptionstechnologie

Das Material der Sorptionsbeschichtung hat die Fähigkeit, Feuchtigkeit aus der Luft aufzunehmen, wenn die Luftfeuchtigkeit hoch ist, und sie freizusetzen, wenn die Luftfeuchtigkeit niedrig ist. Dies bedeutet, dass Feuchtigkeit zurückgewonnen wird, was bedeutet, dass wir latente Energie und sensible Energie zurückgewinnen.

Im Sommer, wenn die Außenluft feucht ist, wird Feuchtigkeit der Außenluft entzogen und an die Abluft abgegeben. Im Winter hat die Außenluft einen geringen Feuchtigkeitsgehalt, sodass die Sorptionsbeschichtung Feuchtigkeit in der Abluft zurückgewinnen und an die Zuluft abgeben kann. Dies bringt zwei Vorteile bei kalten Außenbedingungen. Erstens ist die erhöhte Luftfeuchtigkeit in der Zuluft vorteilhaft für die Qualität der Innenraumumgebung, und zweitens, da die Feuchtigkeit aus dem Rotor entfernt wird, besteht viel weniger Frostgefahr, und die Notwendigkeit für das Abtauen wird weitgehend vermieden. Dies bedeutet, dass der Sorptionsrotor im Winter einiges an Heizleistung einspart.

Schemadarstellung: Sommer und Winter

Im Sommer, wenn die Luftfeuchtigkeit höher ist, wird Feuchtigkeit der Außenluft entzogen und an die Abluft übertragen. Im Winter wird Feuchtigkeit von der Abluft zur Zuluft übertragen. Die Feuchtigkeitsübertragung erfolgt, wenn zwischen der Abluft und der Außenluft ein Unterschied in der spezifischen Feuchtigkeit besteht. Die übertragene Menge wird durch die latente Effizienzleistung des Rotors angegeben.

Latente Effizienz der Zuluft = (x22-x21)/(x11-x21) %

• x11 = spezifische Feuchtigkeit in der Abluft g/kg
• x21 = spezifische Feuchtigkeit in der Außenluft g/kg
• x22 = spezifische Feuchtigkeit in der Zuluft g/kg

Reduzierung der Kühlleistung

Durch die latente Energie-Rückgewinnung im Rotor reduzieren wir signifikant den Kühlbedarf des Kühlsystems. Selbst mit einem einfachen Aluminium-Wärmetauscher erhalten wir eine sinnvolle Kühlungsrückgewinnung.

Diese Abbildung veranschaulicht, wie viel mehr Kühlungsrückgewinnung wir mit dem Sorptionsrotor erhalten. Das Beispiel basiert auf einer Außenlufttemperatur von 30 °C und einer Zulufttemperatur von 12 °C. Der sensible Rotor liefert etwa 20% der Kühlung, während der Sorptionsrotor etwa die Hälfte der Kühlleistung liefern kann. Dies variiert je nach den Bedingungen, zeigt jedoch, dass die Reduzierung der Kühlleistung mit dem Sorptionsrotor sehr signifikant ist.

Übersicht zu Kälterückgewinnung

Diese latente Kälterückgewinnung bedeutet, dass wir die Größe der Kälteanlage erheblich reduzieren können. Dies bedeutet, dass die Kälteleistung und das Verteilungssystem viel kleiner sind, was zu erheblich niedrigeren Installationskosten, einem geringeren Platzbedarf und einer geringeren Kältemittelmenge führt.

Reduzierung des Kälteenergieverbrauchs

Die Reduzierung des Kälteenergieverbrauchs hängt natürlich von der Dauer warmer Wetterbedingungen ab. Das folgende Beispiel wurde unter folgenden Bedingungen berechnet:

Luftstromrate: 2 m3/s

Zulufttemperatur: 16 °C

Ablufttemperatur: 22 °C

• Der Sorptionsrotor hat im Sommer eine Temperatur-Effizienz von 82% und eine Feuchtigkeits-Effizienz von 74%.
• Der Aluminiumrotor hat im Sommer eine Temperatur-Effizienz von 82%.
• Der Druckverlust des Sorptionsrotors beträgt etwa 10 Pa mehr als der des Aluminiumrotors, sodass der Unterschied im Lüfterenergieverbrauch gering ist.
• Das erste Diagramm zeigt die Kühlrückgewinnung mit dem Aluminiumrotor, und das zweite Diagramm zeigt die zurückgewonnene Kälteenergie mit dem Sorptionsrotor. In diesem Beispiel liegt die Reduzierung des Kälteenergieverbrauchs in den wärmeren Klimazonen von Mailand und Frankfurt nahe 50%, während sie in kühleren Gegenden nahe 20% liegt.

Städtediagramm zur Reduzierung des Kälteenergieverbrauchs

Im Vergleich zu Kälteanlagen sind Sorptionsrotoren relativ einfache Systeme, sodass der Wartungsaufwand pro kW-Stunde erheblich geringer ist.

Reduzierung des Leistungsbedarfs

Gelegentlich bringt das Wetter höhere Temperaturen und Luftfeuchtigkeitsniveaus als die Auslegung. Dies führt natürlich zu einer Erhöhung der Raumtemperatur. Die zurückgewonnene Kühlleistung des Wärmetauschers ist proportional zum Temperatur- und Feuchtigkeitsunterschied, sodass bei steigenden Außenbedingungen und zunehmendem Unterschied zwischen Abluft und Außenbedingung mehr zurückgewonnene Leistung erhalten wird.

Feuchtigkeitsrückgewinnung

In kaltem Wetter wird die aufgeheizte Außenluft eine geringe Luftfeuchtigkeit aufweisen, sodass die Raumluft trocken wird. Unter diesen Bedingungen kann der Sorptionsrotor Feuchtigkeit aus der Abluft zurückgewinnen und sie der Zuluft zuführen. Dies bedeutet, dass die Raumluft feuchter, komfortabler und hygienischer gehalten wird. Es kann erforderlich sein, Feuchtigkeit durch zusätzliche Befeuchtung hinzuzufügen, und dann bringt der Sorptionsrotor den Vorteil einer geringeren Befeuchter Leistung, sodass die Installation billiger wird und die Betriebskosten niedriger sind.

In diesem Beispiel wird kalte Luft durch den Rotor auf 13 Grad Celsius erwärmt und dann auf 20 Grad Celsius nachgeheizt.

Mit dem Aluminiumrotor hat die resultierende Zuluft eine relative Luftfeuchtigkeit von nur 10%, während sie mit dem Sorptionsrotor über 25% beträgt.

Diagramm: Rote Line = Aluminiumrotor; Grüne Linie = Sorptionsrotor

Reduzierung der Befeuchtungsleistung

Aus dem Diagramm geht hervor, dass die Kosten für die Befeuchtung erheblich reduziert werden. Wenn wir annehmen, dass die Zuluft eine relative Luftfeuchtigkeit von 30% bis 40% haben muss, dann müssen wir statt etwa 5-6 g Feuchtigkeit pro kg Luft nur etwa 2-3 g Feuchtigkeit hinzufügen, sodass die Kosten durch den Einsatz des Sorptionsrotors halbiert werden. Bei Verwendung eines adiabatischen Befeuchters kann der Sorptionsrotor den Vorteil einer reduzierten Nachheizleistung und eines geringeren Wasserverbrauchs bieten.

Leckage

Der Nachteil von Rotationswärmetauschern ist das Problem der internen Leckage zwischen Abluft und Zuluft. Wenn sie ordnungsgemäß entwickelt und installiert werden, kann die Leckage auf weniger als 1% reduziert werden. Der Rotor muss mit effektiven Dichtungen, einem Spülsektor ausgestattet und das System muss mit dem richtigen Druckausgleich eingerichtet werden.

Um den richtigen Druckausgleich zu erreichen, müssen die Ventilatoren richtig positioniert werden. Sowohl die Zuluft- als auch die Abluftventilatoren sollten saugseitig vom Rotor in ihren jeweiligen Luftströmen platziert werden.

Fazit

Die Fähigkeit des Sorptionsrotors, sowohl sensible als auch latente Kälte zurückzugewinnen, hat einen tiefgreifenden Einfluss auf den Kältebedarf und den Kälteenergieverbrauch. Das Kühlsystem wird erheblich kleiner, was Platz und Kosten spart. Ein kleinerer Kühler bedeutet auch eine geringere Menge an Kältemittel. Insgesamt hat ein Sorptionsrotor mehrere signifikante Vorteile in Bezug auf Energieeinsparungen und reduzierte Investitionskosten und gewährleistet gleichzeitig ein höheres Maß an Komfort und Wohlbefinden.

Für die neuesten Entwicklungen im Bereich der Sorptionstechnologie sollten Sie Ausschau nach den neuen Generationen der RECOsorptic Rotationswärmetauscher für unsere Swegon GOLD-Lüftungsgeräte halten. Diese wurden Ende 2021 eingeführt und setzen einen neuen Standard für die Leistung von Sorptionsrotoren. In Kombination mit den intelligenten Steuerungsfunktionen der GOLD-Einheiten, die die interne Leckage minimieren, wird das volle Potenzial der Sorptionsrotortechnologie ausgeschöpft.

Verfasser des englischen Beitrags: William Lorenz, PM Kvänum