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29.08.2018 | Energie | Im Fokus | Onlineartikel

Enthalpie nutzen für effiziente Klimaanlagen

Autor:
Frank Urbansky

Klimaanlagen sorgen mitunter in den gekühlten oder beheizten Gebäuden für trockene Luft, weil die Luftfeuchtigkeit nach außen transportiert wird. Enthalpie-Wärmetauscher können dies verhindern.

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Klimaanlagen arbeiten meist mit klassischen Wärmetauschern, bei denen die Temperatur zwischen zwei getrennten Leitungskörpern übertragen wird. Aber auch das Prinzip der Enthalpie kann dafür genutzt werden. "Bekanntlich braucht man zum Verdampfen einer Flüssigkeit Energie, die Verdampfungsenthalpie (früher "Verdampfungswärme"). Diese wird der Umgebung – hier dem kalten Reservoir – entzogen, wobei es sich weiter abkühlt. Beim Verflüssigen andererseits wird diese Energie als Kondensationsenthalpie wieder frei, wobei das warme Reservoir weiter aufgeheizt wird. Mit beiden Vorgängen hat man gerade den gewünschten Effekt: Transport von Wärmeenergie vom kalten zum warmen Reservoir mithilfe der dem Kompressor zugeführten Energie", beschreibt diesen Vorgang Springer Spektrum-Autor Klaus Stierstadt auf Seite 199 seines Buchkapitels Energiewandler.

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2018 | OriginalPaper | Buchkapitel

Energiewandler

Alle Vorgänge in Natur und Technik sind mit der Umwandlung von Energie von einer ihrer Erscheinungsformen in eine andere verbunden. In der Natur tun das die Lebewesen. In der Technik bewirken es die von Menschen konstruierten Energiewandler, die wir in diesem Kapitel besprechen. 


Die Feuchtigkeit wird bei dieser Art von Wärmetauschern mittels einer Membran von der Fort- zur Außenluft übertragen. Das wiederum ermöglicht es, einen Teil der Feuchtigkeit zurückzuführen und so im Gebäude ein besseres Raumklima zu belassen.

Noch nicht lange am Markt

Wärmetauscher, die auf diesem Prinzip beruhen, sind für derartige Geräte mit zwölf Jahren noch recht neu am Markt. Sie sind als Plattenwärmetauscher mit getrenntem Zu- und Abluftvolumenstrom aufgebaut und arbeiten wie herkömmliche Wärmetauscher hygienisch einwandfrei. Anders als bei diesen auf dem Rotations- oder Umluftprinzip beruhenden Geräten kann der Enthalpie-Wärmetauscher durch das Osmoseprinzip jedoch die im Gebäude enthaltene Luftfeuchtigkeit separieren. Dabei geht das Wasser von der einen Seite der Membran auf die andere über. Antreiber des Prozesses sind die unterschiedlichen Konzentrationen der Feuchtigkeit auf der Seite mit der warmen im Gegensatz zur Seite mit der kalten Luft.

Auf der warmen Seite des Wärmetauschers kondensiert das Wasser auf der im Vergleich kühleren Oberfläche der Membran. Diese wiederum enthält einen hohen Salzanteil oder eine Spezialbeschichtung, und saugt den Wasserdampf auf. Die Membran wirkt gleichzeitig antibakteriell. Zudem sorgt die Membran durch ihre Engmaschigkeit dafür, dass keine anderen Mikroorgansimen hindurchgelangen können.

So gelangt das Wasser auf die kalte Seite des Wärmetauschers und wird dort vom Luftstrom, der in das Gebäude hineinströmt, mitgenommen. Das Salz trocknet dabei wieder aus. Dieser Vorgang lässt sich beliebig oft wiederholen.

Neben diesem hygienischen und gesundheitlichen Vorteil hat der Enthalpie-Wärmetauscher auch einen handfesten energetischen Vorteil. Denn er benötigt bei Temperaturen von bis zu -12 °C, die hierzulande ja selten erreicht werden, kein Vorheizregister. Es können über 80 Prozent der Wärme und über 60 Prozent der Feuchtigkeit und die darin enthaltene Wärme zurückgewonnen werden.

Schimmelbildung möglich

Allerdings hat die Rückführung der Feuchtigkeit auch einen Nachteil. Insbesondere in Gebäuden, in denen viel Feuchtigkeit produziert wird, kann es zu Schimmelbildung kommen. Hier hilft nur häufiges Lüften. Aus diesem Grund ist es auch nur sinnvoll, Enthalpie-Wärmetauscher in größeren Gebäuden zu nutzen, in denen sich der Feuchtigkeitshaushalt besser ausgleicht und bei denen eventuell auch via Klimaanlage, also mittels Zuluft, geheizt wird.

„In der Heizperiode ist die Luftdichtigkeit von besonderer Bedeutung, um einerseits Zugerscheinungen und Tauwasserausfall zu vermeiden und um andererseits die Effizienz der Lüftungsanlage zu garantieren. Nur wenn so viel wie möglich Infiltration zuverlässig über den Wärmetauscher geleitet wird, und nicht über Undichtigkeiten, kann dieser seine volle Wirkung entfalten, anstatt die Wärme durch Fenster, Undichtigkeiten oder Abluftanlagen ungenutzt entweichen zu lassen“, beschreibt Springer Vieweg-Autor Stefan Oehler die Bedeutung des Luftaustauschs bei dichten Gebäudehüllen ab Seite 191 seines Buchkapitels Praxisbeispiel einer ganzheitlichen Sanierung.

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