Die indirekte Verdunstungskühlung ist ein Verfahren bei dem die im Phasenwechsel entstehende Verdunstungskälte zur Kühlung (z.B. Kühlung der Luft in einer RLT-Anlage) genutzt wird.

1. Einflussfaktoren auf den erreichbaren Kühleffekt
Bei der indirekten Verdunstungskühlung erfolgt diese Wasserverdunstung auf der Abluftseite eines RLT-Gerätes, wodurch warme Außenluft über eine nachfolgende Wärmerückgewinnung gekühlt wird. Die erzielbare Abkühlung der Außenluft ist somit von der verdunsteten Wasser­menge auf der Abluftseite und der Bauart sowie dem Wirkungsgrad der eingesetzten Wärmerückgewinnung abhängig. Die Abluft kann dabei bis nahe der Sättigung befeuchtet werden, ohne dass ein Feuchteanstieg in der Zuluft auftritt.

Neben der Luftgeschwindigkeit, mit welcher der Verdunstungskühler durchströmt wird, hängt die verdunstete Wassermenge und somit die erreichte Abkühlung von dem Luftzustand ab, mit der die Abluft in den Verdunstungs­kühler eintritt.

Ausschlaggebend sind dabei:

• die Lufttemperatur vor der Verdunstung: Je kühler diese ist, umso weniger Feuchte kann sie aufnehmen und umso geringer wird der Abkühleffekt
• die Luftfeuchtigkeit vor der Verdunstung: Je mehr Wasser die Luft bereits enthält, umso weniger Feuchte kann sie aufnehmen und desto geringer wird die erzielte Temperaturabsenkung

Die theoretische Grenze der Verdunstungskühlung ist bei kompletter Sättigung der Luft mit Wasser erreicht – also bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 100 %. In RLT-Anlagen sind mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand Feuchte­erhöhungen auf Werte von 92 bis 95 % je nach Bauart des verwendeten Verdunstungskühlers realistisch.

2. Energieeinsparung durch die indirekte Verdunstungskühlung in einer RLT-Anlage
Der sensible Kühl­energiebedarf eines Gebäudes wird im Wesentlichen durch die einfallende Sonnenstrahlung sowie innere Wärmelasten von Personen, Geräten und Beleuchtungsanlagen bestimmt. Für die Einhaltung der zulässigen Raumluftfeuchtigkeit wird je nach Außenluftzustand und intern vorhandener Feuchtequellen zusätzlich latente Kühl­energie benötigt.

Die indirekte Verdunstungskühlung eignet sich für die sensible Kühlung der Zuluft. Zusätzlich für die Entfeuchtung erforderliche latente Kühlung oder über das Potential der Verdunstungskühlung hinausgehende sensible Abkühlung muss weiterhin durch einen mechanischen, aber entsprechend kleiner dimensionierten Kälteerzeuger, erfolgen. Bei geeigneter Anlagenkonzeption wird durch die indirekte Verdunstungskühlung deutlich mehr elektrische Antriebs­energie für die mechanische Kälteerzeugung eingespart als für die Überwindung des zusätzlichen luftseitigen Druckverlustes durch den Abluftventilator benötigt wird.

Wenn man bereits im Planungsstadium wissen möchte, wie viel Energie durch die indirekte Verdunstungskühlung regenerativ erbracht und tatsächlich eingespart werden kann, ist dies mittels einer Simulationsrechnung für den Betrieb der RLT-Anlage am jeweiligen Gebäudestandort zu bestimmen. In diese Simulation müssen alle im Jahresverlauf vorkommenden Außenluftkonditionen sowie die relevanten Planungsparameter der RLT-Anlage einfließen.

3. Rechenbeispiel an einer Simulierten RLT-Anlage
Simulation einer RLT-Anlage mit indirekter Verdunstungskühlung
Der energetische Beitrag der indirekten Verdunstungskühlung (Adiabate Kühlung) soll nun anhand einer beispielhaften Simulations­rechnung für ein Mustergebäude dargestellt werden. Das heißt, es wird anhand von meteorologischen Standortdaten errechnet, wie groß die gesamte Kältearbeit zur Kühlung des Mustergebäudes tatsächlich ist und welchen Beitrag die indirekte Verdunstungskühlung davon im Jahresverlauf erbringt. Die Ergebnisse können dann als realistische Grundlage für die richtige Anlagendimensionierung und die Bewertung der Wirtschaftlichkeit dieser Effizienzmaßnahme im Zuge der Anlagenplanung dienen.

Planungsparameter für ein Mustergebäude
Die Simulationsrechnung wurde für den in Abb. 1 dargestellten konstruktiven Aufbau des RLT-Gerätes durchgeführt, wobei die in Abb. 2 dargestellten Temperaturverläufe und Parameter für den Kühlfall angenommen wurden. Der Anlagenbetrieb erfolgt mit Sommerkompensation der Raumlufttemperatur und gleitender Absenkung der Zulufttemperatur. Die Wärmerückgewinnung erfolgt exemplarisch mit einem Plattenwärmetauscher ohne Feuchteübertragung von der Abluft- auf die Zuluftseite und ohne auftretende Leckluftströme. Das Verhältnis zwischen Zuluft- und Abluft-Volumenstrom wird mit 1:1 angenommen.

Folgende weitere, für die Anlagensimulation relevante Planungsparameter, wurden angenommen:
Luftvolumenstrom des RLT-Gerätes:	52.500 m³/h
Nutzungstage pro Woche:	7 d
Täglicher Nutzungszeitbeginn:	6:00 h
Feuchtezunahme im Raum:	1,0 g/kg
Raumluftfeuchte minimal/maximal:	40/65% r. F.
Schaltdifferenz der Verdunstungskühlung:	1,0 K
Befeuchtungswirkungsgrad:	94%
Wirkungsgrad der Wärmerückgewinnung:	0,75

Die jährlich insgesamt erbrachten energetischen Beiträge ergeben sich durch Aufsummieren der für jede Stunde des Jahres durch die Simulation ermittelten Einzelergebnisse. Die Berechnungen basieren auf statistischen Standortdaten aus der globalen meteorologischen Datenbank Meteonorm Version 6.1 für die 5 Standorte Berlin, München, Stuttgart, Wien und Bregenz.

Diskussion der Simulationsergebnisse
Die Simulation veranschaulicht deutlich die im Jahresverlauf erbrachte Kühlarbeit und deren Aufteilung auf mechanische Kälteerzeugung, indirekte Verdunstungskühlung (Adiabate Kühlung) und Wärmerückgewinnung. Die Entlastung, welche die Wärmerückgewinnung aus der Gebäudeabluft alleine erbringt, ist selbst bei der gewählten Rückwärmzahl von 0,75 wegen des geringen nutzbaren Temperaturunterschiedes bei Kühlbetrieb, entsprechend gering. Erfolgt jedoch die zusätzliche Temperaturabsenkung der Abluft durch die indirekte Verdunstungskühlung (Adiabate Kühlung), führt das zu einer markanten Steigerung ihres energetischen Beitrages.

Die auf den Datensätzen für normale Sommer basierenden Simulationsergebnisse zeigen die bei langjährigem Anlagenbetrieb durchschnittlich zu erzielenden energetischen Beiträge, weshalb sie für die Bewertung der erzielbaren Energieeinsparung durch die indirekte Verdunstungskühlung und deren Wirtschaftlichkeit geeignet sind. Betrachtet man die im Jahresverlauf sehr unterschiedlichen Außenluftzustände wird schnell deutlich, dass die kältetechnischen Einrichtungen bei allen auftretenden Luftkonditionen eine angemessene Kühlleistung erbringen müssen. Deshalb sollten für die Anlagendimensionierung die auf den Extremwerten für warme Sommer basierenden Simulationsergebnisse herangezogen werden. Wenn zudem noch zukünftige Klimaentwicklungen berücksichtigt werden sollen, können Modellsimulationen mit meteorologischen Zukunfts-Datensätzen vor­­genommen werden, sofern deren ausreichende Repräsentativität vorausgesetzt wird.

Simulation für das Mustergebäude
Location		Berlin	München	Stuttgart	Wien	Bregenz
QK (32°C, 40% rel. hum.)	kW	321
Betriebsstunden	h/a	912	758	1.127	1.213	727
QK, Gesamt*	kW	560	371	486	598	538
QK, Mechanisch*	kW	351	269	289	416	364
QK, Verdunst. + WRG*	kW	209	102	197	182	174
WK, Gesamt	kWh/a	120.098	93.628	154.993	184.584	111.707
WK, Mechanisch	kWh/a	53.887	44.849	67.192	96.235	66.994
WK, Verdunst.	kWh/a	56.479	42.871	72.132	72.873	38.741
WK, WRG	kWh/a	9.733	5.909	15.669	15.477	5.972
Reg	%	55,1	52,1	56,6	47,9	40,0
* Extremwert-Simulation für warme Sommer