HOCHDRUCK-VERNEBELUNG 

Dieses verhältnismäßig neue Verfahren (*) bietet eine Reihe von Vorteilen, die, vermutlich aus Unkenntnis oder Gewohnheitsdenken der Klimamaschinenhersteller, leider noch viel zu wenig genutzt werden.

(*Anmerkung: Das Verfahren wurde von Ing. Dolejsi (ehemals Firma Norrison, Wien) erstmalig 1986 in einer Klimamaschine eines Pilzzuchtbetriebes in Deutschland mir Erfolg eingesetzt)

Vorteile:

• Im Vergleich zur Effektivität des Verfahrens geringe Investitionskosten
• Sehr geringe installierte Leistung, daher geringe Stromkosten
• Verdampfungsleistung (Wirkungsgrad) bis ca. 95%, kein Wasserüberschuss !
• Äußerst geringe Wartungskosten
• Hohe Regelbarkeit auch in Abhängigkeit der Frischluftkonditionen ("Kaskadenschaltung")
• Extrem geringe Schwankungsbreiten des gewünschten Feuchtesollwertes
• Energie- und Kostensparender Sommerbetrieb durch Ausnutzung der adiabatischen Kühlung
• Kurze Amortisationszeit bei extrem langer Lebesdauer aller Komponenten
• Problemloses Nachrüsten jeder Klimamaschine mit ehemalig eingebautem Luftwäscher

Nachteile:

• Leicht erhöhter Energieaufwand im Winterbetrieb (höhere Vorwärmung zur Eliminierung des adiabatischen Kühleffektes in der Befeuchtung notwendig)

Wie bereits im Kapitel "Luftwäscher" ausgeführt, hängt die Verdampfungsleistung, also die Möglichkeit Wasserdampf an die (ungesättigte) Luft abzugeben in erster Linie von der zur Verfügung stehenden Verdampfungsfläche ab.

Am Beispiel der Hochdrucknebeldüse läßt sich der Vorteil der Nebelbefeuchtung in Klimamaschinen leicht errechnen.
Die  in Österreich (1985) entwickelte Dralldüse zerstäubt bei 50 bar Speisedruck einen Wassertropfen mit einem Durchmesser von 1mm in ca. 125.000 Partikel von durchschnittlich 20 micron (tausendstel mm), deren Gesamtvolumen jenem des 1mm-Tropfens entspricht, deren Verdampfungsoberfläche aber 50-mal größer ist.

Während Luftwäscher nur sehr mangelhaft regelbar sind (alles oder nichts...), ergibt sich bei der Feinstnebelbefeuchtung, bedingt durch die 50-mal höhere Verdampfungsfläche und dem möglichen hohen Verdampfungs-Wirkungsgrad ohne Bildung von Überschusswasser, fast zwangsweise die Frage nach einer geeigneten Regelung der gewünschten Sollfeuchte, und zwar sogar in Abhängigkeit der Konditionen der von außen eingebrachten Frischluft bzw der Rückluft aus den zu klimatisierenden Räumen.

Problem mit der Entwicklung einer sogenannten "Kaskadensteuerung" gelöst. 

Die Kaskadensteuerung ist vom Prinzip her denkbarst einfach, Ihre Wirkungsweise aber höchst effektiv, wobei sich die Investitionskosten außerdem sehr in Grenzen halten.

Ausgehend von den Extremparametern (tiefste Aussentemperatur und geringster Feuchtegehalt der Frischluft, höchste Temperatur und höchste gewünschte Sollfeuchte der Raumluft) wird die maximal erforderliche Verdampfungsleistung errechnet.
Die sich somit ergebende Nebeldüsen-Anzahl (unter Berücksichtigung des zu erwartenden Verdampfungswirkungsgrades, der auch von der Bauart der Klimamaschine abhängig ist), wird in Kaskadenschritte eingeteilt, wobei noch die vom Kunden gewünschte maximale Feuchteabweichung zu berücksichtigen ist.

Jeder Kaskadenschritt wird durch ein eigenes Magnetventil angesteuert, wodurch in Einzelschritten jede Anzahl von Null bis zur maximal errechneten Düsenzahl eingesetzt werden.
Der effektiv auftretende maximale Fehler beträgt somit die Vernebelungsleistung einer einzigen Düse ! Umgerechnet auf die Luftleistung der Klimamaschine liegt dieser maximal mögliche Fehler bereits an der Meßbarkeitsgrenze eines herkömmlichen Kanalfühlers von gehobener Qualität !!!

Die Istfeuchtemessung erfolgt im Rückluftkanal, weil diese Feuchte den einzig repräsentativen Wert darstellt. (Die Anlage arbeitet dann genau, wenn der Feuchtewert der Abluft dem gewünschten Raum-Sollwert entspricht.) Da aber üblicherweise immer mit einem gewissen Frischluftanteil gefahren wird, dessen Konditionen sich stetig ändern (Tagestemperaturverlauf, Wetterbedingungen usw) wird die Istfeuchte ebenfalls Schwankungen unterworfen sein.

Ein (elektronisch gedämpfter) Regler, der dem Kanal-Feuchtefühler nachgeschaltet ist, meldet die auftretenden Änderungen des Istwertes als Tendenz (fallende oder steigende Feuchte).
Je nach der angegebenen Tendenz kann die Kaskadensteuerung einzelne Düsen zu- oder weggeschalten, um die Langzeitschwankungen auszugleichen.

Ist keine besonders hohe Genauigkeit der Sollfeuchte bei großen Luftmengen gefordert, können die Schaltstufen je Kaskadenschritt gröber ausgelegt werden. Der maximal auftretende Fehler betrüge dann die Düsenleistung mehrerer Nebeldüsen in Relation zur Gesamtluftleistung der Klimamaschine.

Wird jedoch extrem hohe Genauigkeit der Sollfeuchte vorausgesetzt (bis an die Grenzen der Feuchtemessgenauigkeit), was aber recht selten vorkommt, kann dies mit der sogenannten "Impulsbreitenmodulation" erreicht werden.
Dabei wird eine zusätzliche Nebeldüse kleinerer Leistung eingebaut, die in Relation zur auftretenden Tendenz im Zeitintervallbetrieb angesteuert wird. Dieses Verfahren ist durch den hohen Aufwand an extrem genauen psychromatischen Fühlern und der Takteinrichtung der Zusatzdüse wesentlich teurer; Genauigekeit hat leider ihren Preis.

Da in der Nebelbefeuchtung kein Überschusswasser entsteht und üblicherweise nur Trinkwasser (eventuell sogar aufbereitet ***) zur Vernebelung herangezogen wird, ist der Reinheitsgrad der in die Räume eingebrachten Luft - bedingt durch die in den Klimamaschinen standardmäßig vorhandenen Luftfilter - immer besser als die von aussen zugebrachte Frischluft.

(*** Anmerkung: Ist die Gesamthärte des zur Verfügung stehenden Speisewassers hoch (über 8°dH), so wird üblicherweise eine Wasserenthärtung (ev. sogar eine Umkehrosmoseanlage zusätzlich) der Pumpe bzw dem Puffertank vorgeschaltet. Dies nicht deswegen, um die Düsen zu schützen (sie neigen auch bei hohen Wasserhärtewerten nicht zum verstopfen), sondern eher dewegen um Kalkablagerungen in den Luftkanälen und an den darin befindlichen Messgeräten zu verhindern.

Der Vollständigkeit halber soll noch erwähnt werden, daß mit der Feinstvernebelung in großen Klimazentralen, in denen viele Klimamaschinen beeinander stehen, erhebliche Kosten dadurch gespart werden können, daß ein einziges Pumpenaggregat (mit Periphäreinrichtungen) auch in der Lage ist, viele Kaskaden mit dem erforderlichen Druckwasser zu versorgen.
Im Vergleich dazu benötigt jede Klimamaschine mit einem Luftwäscher eine eigene Umwälzpumpe, um den horrenden, erforderlichen Wasserüberschuss zu fördern.

In einem umfangreichen Bürokomplex in Wien (70 and 40 Klimamaschinen in zwei Gebäudesegmenten), der neben internationalen Organisationen auch Konferenzräumlichkeiten beherbergt, bringt die winterliche Heizperiode immer wieder Probleme mit sich, die geforderten Feuchtewerte von 45 - 50 % rF mit Hilfe von Luftwäschern zu halten. Eine probeweise installierte Befeuchtung mit Hochdruckvernebelung erreichte spielend 60 % rF, wurde jedoch aus organisatorischen Gründen nicht weiter getestet.

Als Beispiel für Pumpenausnützung sei erwähnt, daß in der Universität für Landwirtschaft in Wien-Hirschstetten zwei Aggregate mit einer Standby-Anlage als Reserve, 75 Regelkreise individuell ansteuern. Und dies nunmehr problemlos seit 12 Jahren mit über 20.000 Betriebsstunden (!) je Pumpe.

Wirtschaftlichkeit (Hochdruck-Vernebelung im Vergleich zu Luftwäschern

Ein Beispiel:

Für eine Verdampfungsleistung von 300 kg Wasser je Stunde benötigt ein Luftwäscher eine Pumpenleistung von etwa 4 kW, wobei ca. 28.000 Liter Wasser je Stunde zirkulieren. Eine Feinstvernebelung gleicher Verdampferleistung benötigt aber max. nur 1,8 kW, wobei etwa 330 kg Wasser (bei einem Verdunstungs-Wirkungsgrad von 90%) eingeblasen werden können.

Während in der Heizperiode (Winterbetrieb) der Luftwäscher im 24-Stundenbetrieb arbeiten muß, wobei noch dahingestellt sei, daß er die geforderte Sollfeuchte jemals erreichen kann  kann bei der Kaskadensteuerung eine wesentlich geringere Arbeitszeit (ca. 70% und tiefer) vorausgesetzt werden, wobei der gewünschte Feuchte-Sollwert garantiert erreicht und auch jederzeit in den vorgegebenen Grenzen gehalten werden kann.

Nehmen wir weiter an, daß das mit Staub und Bakterien kontaminierte Überschusswasser des Luftwäschers einmal wöchentlich gewechselt wird und ein Liter Desinfektionsmittel hinzugefügt werden muß (Preis ca. € 70,-- pro Liter), so ergeben sich für den Luftwäscher pro Monat an Stromkosten (2.928 kWh) und Betriebskosten (€ 280,--) ca. € 572,--, wobei der Strompreis mit € 0,10 für beide Beispiele eingesetzt wurde.
Der Wasserpreis wurde vernachlässigt.

Hingegen werden die Stromkosten bei einer Feinstvernebelung (922 kWh) gemäß unserem Beispiel nur mehr ca. € 92,-- betragen. Betriebskosten fallen keine an, da kein Überschusswasser gebildet wird und demnach auch keine Desinfektion erfolgen muß. Die Einsparung bei der Feinstvernebelung gegenüber einem Luftwäscher gleicher Leistung pro Monat beliefe sich somit auf etwa € 480,--

Geht man von einer Umrüst-Investition von € 18.000 vom Luftwäscher auf die Feinstvernebelung mit Kaskadensteuerung und Wasseraufbereitung aus, so sind die Investitionen in spätestens drei Jahren restlos amortisiert. Kaskaden-Anlagen haben bei geringer aber regelmäßiger Wartung eine zu erwartende Lebensdauer von fünfzehn Jahren und mehr....

Bericht von Ing. Dolejsi