Da es momentan weder einheitliche Prüfverfahren noch unabhängige Leistungszertifikate für Aggregate mit adiabater Befeuchtung gibt, wurden die Befeuchtungsmatten (PAD’s) herstellerunabhängig getestet. Die Ergebnisse sind nachfolgend ausführlicher beschrieben:
Die Aggregate mit Befeuchtungsmatten (nachfolgend PAD-Aggregate genannt) sind bekannterweise nichts anderes als luftgekühlte Geräte mit adiabater Luftvorkühlung. Die Zuluft strömt durch die Befeuchtungsmatten, wird mit Wasser gesättigt und dabei vorgekühlt. Hierbei entsteht im reinen Trockenbetrieb ein zusätzlicher Druckverlust durch die PADs und im Nassbetrieb ein entsprechender Effizienzgewinn durch die Luftvorkühlung.
Der PADs-Wirkungsgrad hat also einen entscheidenden Einfluss auf die Leistung des Aggregates, denn der Rückkühler oder Verflüssiger wird als ein luftgekühltes Gerät mit der Zulufttemperatur ausgelegt, die nach der Befeuchtung erreicht wird. Diese ist gleichzeitig die Umschalttemperatur auf Nassbetrieb.
Nachfolgende Tabelle verdeutlicht die Auswirkung der PAD-Sättigungseffizienz auf die Aggregate-Größe:
Die Sättigungseffizienz der PADs lässt sich mithilfe der folgenden Formel berechnen:

Beispiel:
Außenluft: 35 °C und Feuchtkugeltemperatur 22 °C
Umschalttemperatur: 24,6 °C

Die veröffentlichten Hersteller-Sättigungseffizienzkurven sind auf eintretende Luftgeschwindigkeiten von 0,5 m/s – 3,0 m/s beschränkt und die angegebenen Sättigungseffizienzen liegen mit 65 bis 97 Prozent doch weit auseinander. Diese großen Unterschiede machen eine Überprüfung der Angaben notwendig. Dafür wurden die Produkte von mehreren unterschiedlichen PADs-Herstellern in einem unabhängigen Labor getestet. Hierbei wurde ein überraschend breites Spektrum an Sättigungseffizienzen bei adiabaten PADs festgestellt. Das beschriebene PAD-Testprogramm umfasste die Untersuchung von insgesamt zehn PAD-Varianten von vier Lieferanten.
Bevor wir die Abb. 2 weiter untersuchen, sollten wir die weiteren Einflussfaktoren auf den Sättigungsgrad der adiabaten PADs gleich mit beachten. Dazu wurde der Einfluss folgender Parameter mit berücksichtigt:
Hersteller adiabater PADs bestätigen, dass die ersten drei der oben genannten Parameter (Zuluftgeschwindigkeit, PAD-Stärke, und Geometrie+Oberfläche) einen signifikanten Einfluss auf deren Sättigungseffizienz haben. Die Parameter Durchflussrate und Temperatur des Riselwassers werden von Lieferanten und Konstrukteuren zwar auch häufig diskutiert, es gibt auf dem Markt jedoch keine übereinstimmende Meinung über deren Auswirkungen.
Der luftseitige Druckverlust wurde im Rahmen dieser Untersuchung ebenfalls mit betrachtet, da auch er einen signifikanten Einfluss auf die Aggregateleistung ausübt.
Bild: Evapco
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Sättigungseffizienz in Abhängigkeit von der Zuluftgeschwindigkeit
Die tatsächlich gemessenen Werte bestätigen einen starken Einfluss der Zuluftgeschwindigkeit auf die Sättigungseffizienz der PADs. Mit Zunahme der Luftgeschwindigkeit sinkt die Sättigungseffizienz beinahe linear ab.
Tiefe der adiabaten PADs
Laut Herstelleraussagen wird die Effizienz der adiabaten PADs im Wesentlichen durch ihre Tiefe beeinflusst (Abb. 4). Das ist insofern auch nachvollziehbar, da lediglich die Tiefe der PADs als Befeuchtungsstrecke zur Verfügung steht. Es wurden dennoch drei PAD-Stärken eines Herstellers getestet, um diese Aussage zu bestätigen.
Anhand der gemessenen Daten wurde die jeweilige Effizienz berechnet und in das Diagramm in Abb. 5 übernommen. Die Ergebnisse der Testverfahren haben bestätigt, dass die PAD-Stärke tatsächlich einen signifikanten Einfluss auf deren Sättigungseffizienz hat, unabhängig von der Luftgeschwindigkeit.
Bild: Evapco
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Geometrie und Oberfläche
Oberflächengeometrie und Kanalmuster eines adiabaten PADs können ebenfalls einen signifikanten Einfluss auf die Sättigungseffizienz haben – so auch von jedem Hersteller in seinen jeweiligen Produktunterlagen beschrieben.
Die meisten Hersteller adiabater PADs verwenden eine 15/45 oder 45/45 Konfiguration für nebeneinanderliegende Kanalplatten (siehe Beispiel 15/45 in Abb. 6). Die Kanalhöhe reicht von 5 mm bis 7 mm, wobei der Kanal durchgehend von den Eintritts- bis hin zu den Austrittskanten in Luftrichtung verläuft. Diese Zahlenwerte finden sich üblicherweise in den Produktbeschreibungen eines jeden PAD-Herstellers wieder. Die angegebene Sättigungseffizienz wich jedoch in Einzelfällen erheblich von den gemessenen Werten ab. Insgesamt wurden acht unterschiedliche Hersteller/Geometrien verglichen, die Abb. 7 und 8 zeigen beispielhaft zwei Testergebnisse.
Bild: Evapco
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Durchflussrate des Rieselwassers
Der Einfluss der Durchflusswassermenge auf die Sättigungseffizienz ist ein häufig diskutierter Faktor. Um die Auswirkungen der Durchflussrate auf die Leistung des adiabaten Systems quantitativ zu bestimmen, wurden mehrere Tests mit unterschiedlichen Nutzwasser-Volumenströmen durchgeführt. Anhand der gemessenen Temperaturen wurden die dazu gehörigen Sättigungseffizienzen ermittelt. Die PADs wurden für einen Wasserdurchfluss im Bereich 50 bis 150 Prozent der Herstellerempfehlungen getestet. Die Ergebnisse sind in Abb. 9 dargestellt.
Das Testergebnis lässt darauf schließen, dass eine Erhöhung der Wasserdurchflussrate einen lediglich minimalen Einfluss auf die Luftaustrittstemperatur und damit auf die Sättigungseffizienz hat. Man beachte jedoch, dass eine größere Durchflussrate des Rieselwassers über das PAD den Wasserverbrauch unnötig erhöht. Ein optimal ausgelegtes adiabates Gerät sollte mit dem minimal erforderlichen Wasserdurchfluss betrieben werden, der notwendig ist, um die adiabaten PADs vollständig und innerhalb einer bestimmten Zeit zu benetzen. Dies ergibt ein optimales Verhältnis zwischen erreichter Luftabkühlung und Wasserverbrauch.
Anmerkung: Der minimal erforderliche Durchfluss kann wegen Faktoren wie Luftverunreinigung (Pollen, Staub,…) oder schlechte Wasserqualität (Salze, Kalk,…) höher ausfallen. Ein zu geringer Wasserdurchsatz führt zum vorzeitigen Verschleiß der PADs in Folge der Verschmutzung bzw. Verkalkung, und somit auch zu erhöhten Wartungskosten der Anlage.
Bild: Evapco
Temperatur des Rieselwassers
In der nachfolgenden Tabelle sind die Versuchsergebnisse mit unterschiedlichen Wassertemperaturen zusammengefasst.
Daraus konnte abgeleitet werden, dass die Wassertemperatur nur einen geringen Einfluss auf die adiabate Sättigungseffizienz der PADs und die Leistungsfähigkeit der Aggregate hat. Die Begründung liegt in der schnellen Angleichung der Rieselwassertemperatur an die Feuchtkugeltemperatur. Beispiel: Beträgt die Temperaturdifferenz bei einem Extremversuch 25 K zwischen Rieselwasser- und Feuchtkugeltemperatur, so sinkt dieser Wert bis auf 3 K bei einem nur 60 cm hohen PAD.
Auswirkung des luftseitigen Druckverlustes
Zu Beginn wurden in der Abb. 3 die gemessenen Sättigungseffizienzen gezeigt. Аber die Wahl eines adiabaten PADs mit höchstem Wirkungsgrad führt nicht automatisch zu höchster Wärmeübertragungskapazität, da der luftseitige Druckverlust für die Wärmeübertragungsleistung des Gerätes genauso wichtig ist, wie der Sättigungswirkungsgrad. Der Vorteil von adiabaten PADs mit hoher Sättigungseffizienz kann sinken oder gar negativ ausfallen, wenn der luftseitige Druckverlust über die PADs zu einer unverhältnismäßigen Absenkung des Luftstroms führt.
Darüber hinaus wirkt sich der luftseitige Druckverlust über den PADs auch auf die Leistung des Gerätes im Trockenbetrieb bei niedrigen Umgebungstemperaturen leistungsreduzierend aus. Abb. 10 fasst den luftseitigen Druckverlust für die PADs (wie in Abb. 3 dargestellt) zusammen.
Die nachstehende Tabelle 3 zeigt beispielhaft die Sättigungseffizienz und den luftseitigen Druckverlust bei 3 m/s für die in dieser Studie geprüften adiabaten PADs.
Grundsätzlich wurden bei adiabaten PADs mit höheren Sättigungswirkungsgraden auch höhere luftseitige Druckverluste festgestellt. Es obliegt also der Verantwortung des Aggregateherstellers, die optimalen PADs hinsichtlich Wärmeübertragungsleistung für seine Produkte zu wählen.
Fazit
PADs erhöhen grundsätzlich die Leistung von Trockenkühlern und Verflüssigern. Die tatsächliche Effizienzsteigerung ist allerdings stark von der Wahl der Berieselungsmatten abhängig. Wenn die adiabaten PADs den für die Auslegung zugrunde gelegten Sättigungsgrad nicht erreichen, wird der Betrieb der gesamten Anlage folgendermaßen negativ beeinflusst:
Die Prüfergebnisse der hier vorgestellten Untersuchungen wurden an die jeweiligen Hersteller der adiabaten PADs weitergegeben. Die Hersteller haben den Ergebnissen der Tests zugestimmt oder sie nicht widerlegt. Es ist daher für jeden Hersteller adiabater Rückkühler und Verflüssiger mehr als nur empfehlenswert, die PADs selbstständig im Rahmen der Entwicklung seiner Produktreihen zu testen.
Bild: Evapco
FläktGroup: Neue Kaltwassererzeuger mit alternativem Kältemittel
Bild: FläktGroup
FläktGroup hat die ErP-2021-konformen luftgekühlten Kaltwassererzeuger der Serie FGAC mit dem Niedrig-GWP Kältemittel R-454 B (GWP 466) vorgestellt. Die Geräte FGAC 2020-2081 AG1/2 und FGAC 4061-4121 BG2 kommen mit Kälteleistungen von 53 bis 338 kW sowie die Versionen mit Wärmepumpenschaltung FGAH 2020-2081 AG1/2 mit Heizleistungen von 53 bis 223 kW. Alle arbeiten mit dem Kältemittel R-454 B mit einem GWP von 466. Es eignet sich für die Scroll-Technik, hat bessere Betriebsgrenzen als R-32 und führt zu einer Effizienzsteigerung von ca. 2 Prozent im Vergleich zu R-410 A.
Im größeren Leistungsbereich werden Geräte mit Schraubenverdichtern für die Kältemittel R-513A (GWP 631) oder R-1234 ze (GWP 7) eingesetzt. Die FGAC/H-Geräte mit R-454 B sind werkseitig mit Kältemittelfüllmengen bis 42 kg gefüllt, hermetisch geschlossen und ausschließlich für die Außenaufstellung zugelassen.
Hierdurch sind die erforderlichen Sicherheitsmaßnahmen aufgrund der geringen Entflammbarkeit des Kältemittels (Klasse A 2 L nach ISO 817) einfach zu erfüllen. Die FGAC-Geräteserien erreichen SEER-Werte bis 4,7 bzw. ηs,c-Werte im Bereich 184 Prozent aus. Mithilfe von eingebauten Pumpen und eines Pufferspeichers ist eine einfache Plug & Play-Installation möglich. Durch den optionalen Einsatz einer
GLT-Schnittstelle, Korrosionsschutzbeschichtung für den Verflüssiger oder z. B. Leckage-Sensoren sind projektbezogene Funktionserweiterungen einfach machbar. Mithilfe des optionalen Enthitzers kann ein Teil der abgeführten Wärme zurückgewonnen und als kostenlose Wärmequelle einer Nutzung, wie z. B. Trinkwasservorerwärmung, zugeführt werden.
www.flaktgroup.com
Bild: Maxim Tsikanovsky
