Hogyan működik az adiabatikus hűtés / párolgási hűtés?

1. A elérhető hűtési hatást befolyásoló tényezők

A közvetett párolgási hűtés során a víz párolgása a légkezelő berendezés elszívott levegő oldalán történik, aminek köszönhetően a meleg külső levegőt egy utólagos hővisszanyerő rendszer segítségével lehűtik. A külső levegő elérhető lehűtése így a kilégzeti oldalon elpárolgó vízmennyiségtől, valamint a beépített hővisszanyerő berendezés kialakításától és hatékonyságától függ. A kilégzett levegő eközben szinte a telítettségig nedvesíthető anélkül, hogy a beszívott levegő páratartalma emelkedne.

A párolgási hűtőn átáramló levegő sebességén kívül az elpárolgott vízmennyiség, és így az elérhető hűtés mértéke is attól a levegőállapottól függ, amellyel a kilégzett levegő belép a párolgási hűtőbe.

Ennek során a következő tényezők döntőek:

• a párolgás előtti levegő hőmérséklete: minél hűvösebb ez, annál kevesebb nedvességet képes felvenni, és annál kisebb lesz a hűtési hatás
• a párolgás előtti levegő páratartalma: Minél több vizet tartalmaz már a levegő, annál kevesebb nedvességet képes felvenni, és annál kisebb lesz az elérhető hőmérsékletcsökkenés

A párolgási hűtés elméleti határa a levegő teljes vízzel való telítődésekor érhető el – vagyis 100 %-os relatív páratartalom mellett. A légkezelő berendezésekben gazdaságilag ésszerű ráfordítással reális a páratartalom 92–95 %-ra történő emelése, a használt párolgási hűtő típusától függően.

2. Energiamegtakarítás a légkezelő rendszerben alkalmazott közvetett párolgási hűtés révén

Egy épület érzékeny hűtési energiaigényét elsősorban a beérkező napsugárzás, valamint az emberek, berendezések és világítóberendezések által okozott belső hőterhelés határozza meg. A megengedett beltéri páratartalom betartásához – a külső levegő állapotától és a belső páratartalom-forrásoktól függően – további látens hűtési energiára van szükség.

A közvetett párolgási hűtés alkalmas a beszívott levegő érzékeny hűtésére. A párátlanításhoz szükséges további látens hűtést, illetve a párolgási hűtés potenciálját meghaladó érzékeny hűtést továbbra is mechanikus, de ennek megfelelően kisebb méretű hűtőberendezéssel kell biztosítani. Megfelelő rendszertervezés esetén a közvetett párolgási hűtés révén lényegesen több elektromos hajtási energiát takarít meg a mechanikus hűtéshez, mint amennyi a kilégzőventilátor által okozott további levegőoldali nyomásveszteség leküzdéséhez szükséges.

Ha már a tervezési szakaszban szeretnénk tudni, hogy a közvetett párolgási hűtés révén mennyi energiát lehet regeneratív módon előállítani és ténylegesen megtakarítani, ezt a légkezelő rendszer adott épülethelyszínen történő működésére vonatkozó szimulációs számítás segítségével kell meghatározni. Ebben a szimulációban figyelembe kell venni az év folyamán előforduló összes külső levegőviszonyt, valamint a légkezelő rendszer releváns tervezési paramétereit.

3. Számítási példa egy szimulált légkezelő berendezésen

Egy közvetett párolgási hűtéssel rendelkező légkezelő berendezés szimulációja. A közvetett párolgási hűtés (adiabatikus hűtés) energetikai hozzájárulását most egy példaépületre vonatkozó szimulációs számítás segítségével mutatjuk be. Ez azt jelenti, hogy a helyszíni meteorológiai adatok alapján kiszámítjuk, mekkora valójában a mintaépület hűtéséhez szükséges teljes hűtési teljesítmény, és az év folyamán mekkora részét adja ehhez a közvetett párolgási hűtés. Az eredmények ezután reális alapul szolgálhatnak a rendszer megfelelő méretezéséhez és ennek a hatékonyságnövelő intézkedésnek a gazdaságosságának értékeléséhez a rendszertervezés során.

A rendszer szimulációja szempontjából releváns további tervezési paramétereket a következőképpen vettük figyelembe:

A légkezelő berendezés légáramlása: 52 500 m³/h

Heti használati napok száma: 7 nap

A napi üzemidő kezdete: 6:00 óra

A páratartalom növekedése a helyiségben: 1,0 g/kg

A helyiség levegőjének minimális/maximális páratartalma: 40/65% relatív páratartalom

A párolgási hűtés kapcsolási különbsége: 1,0 K

A párásítás hatékonysága: 94%

Hővisszanyerés hatékonysága: 0,75

Az éves összes energia-hozzájárulás az év minden órájára vonatkozóan a szimulációval meghatározott egyedi eredmények összegzésével adódik. A számítások a Meteonorm 6.1 verziójú globális meteorológiai adatbázis statisztikai helyszíni adatai alapján készültek, az alábbi 5 helyszínre vonatkozóan: Berlin, München, Stuttgart, Bécs és Bregenz.

Berlin:

Qₖ (32 °C, 40% relatív páratartalom): 321 kW | Üzemórák: 912 h/év | Qₖ, összesen: 560 kW | Qₖ, mechanikus: 351 kW | Qₖ, párolgásos + hővisszanyerés: 209 kW | Wₖ, összesen: 120 098 kWh/év | Wₖ, mechanikus: 53 887 kWh/év | Wₖ, párolgásos: 56 479 kWh/év | Wₖ, hővisszanyerés: 9 733 kWh/év | szabályozás: 55,1 %

München:

Qₖ (32 °C, 40 % relatív páratartalom): 321 kW | Üzemórák: 758 h/a | Qₖ, összesen: 371 kW | Qₖ, mechanikus: 269 kW | Qₖ, párolgás + hővisszanyerés: 102 kW | Wₖ, összesen: 93 628 kWh/év | Wₖ, mechanikus: 44 849 kWh/év | Wₖ, párolgásos: 42 871 kWh/év | Wₖ, hővisszanyerés: 5 909 kWh/év | szabályozás: 52,1 %

Stuttgart:

Qₖ (32 °C, 40 % relatív páratartalom): 321 kW | Üzemórák: 1 127 h/a | Qₖ, összesen: 486 kW | Qₖ, mechanikus: 289 kW | Qₖ, párolgás + hővisszanyerés: 197 kW | Wₖ, összesen: 154 993 kWh/év | Wₖ, mechanikus: 67 192 kWh/év | Wₖ, párolgás: 72 132 kWh/év | Wₖ, hővisszanyerés: 15 669 kWh/év | Hatékonyság: 56,6 %

Bécs:

Qₖ (32 °C, 40% relatív páratartalom): 321 kW | Üzemórák: 1 213 óra/év | Qₖ, összesen: 598 kW | Qₖ, mechanikus: 416 kW | Qₖ, párolgás: + hővisszanyerés: 182 kW | Wₖ, összesen: 184 584 kWh/év | Wₖ, mechanikus: 96 235 kWh/év | Wₖ, párolgás: 72 873 kWh/év | Wₖ, hővisszanyerés: 15 477 kWh/év | Reg: 47,9 %

Bregenz:

Qₖ (32 °C, 40% relatív páratartalom): 321 kW | Üzemórák: 727 h/a | Qₖ, összesen: 538 kW | Qₖ, mechanikus: 364 kW | Qₖ, párolgás + hővisszanyerés: 174 kW | Wₖ, összesen: 111 707 kWh/év | Wₖ, mechanikus: 66 994 kWh/év | Wₖ, párolgás: 38 741 kWh/év | Wₖ, hővisszanyerés: 5 972 kWh/év | Reg: 40,0 %

A szimulációs eredmények az 5 kiválasztott helyszínen található példakénti légkezelő berendezésre vonatkoznak. A közvetett párolgási hűtés energetikai hozzájárulása jelentősen csökkenti a mechanikus hűtőberendezés által az épület hűtéséhez szükséges hűtőteljesítményt.

QK (32 °C, 40 % relatív páratartalom): Teljes hűtőteljesítmény standard külső levegőviszonyok mellett

QK, ges*: Teljes hűtőteljesítmény (szélsőséges érték)

QK, mechanikus*: Mechanikus hűtőteljesítmény (szélsőséges érték)

QK, párolgásos & hővisszanyerés*: Regeneratív hűtőteljesítmény (szélsőséges érték)

WK, össz.: Évente leadott teljes hűtőenergia (átlagérték)

WK, mechanikus: A mechanikus hűtés energia-aránya (átlagérték)

WK, párolgásos: A közvetett párolgási hűtés energetikai aránya (átlagérték)

WK, WRG: A hővisszanyerés energetikai hozzájárulása (átlagérték)

ηReg: Megújuló arány (átlagérték)

Amint a szimuláció is mutatja, a közvetett párolgási hűtés jelentős megújuló hozzájárulást eredményez. Mindezt úgy, hogy egyébként azonos rendszerkialakítás mellett a kiválasztott helyszínek időjárási adatai alapján jelentős különbségek mutatkoznak. A régióban magasabb külső levegő páratartalom esetén – vagyis amikor több párát is el kell távolítani – az energetikai hozzájárulás aránya alacsonyabb. Ez jól látható Bregenzben, amelynek éghajlati viszonyait a Bodeni-tó keleti partján fekvő elhelyezkedése megfelelően befolyásolja. A teljes megújuló arány az indirekt párolgási hűtés és a hővisszanyerés energetikai hozzájárulásainak összegéből adódik. Ez a kiválasztott épülethelyszíneken az éves hűtési energiaigény 40 és 56,6 %-át teszi ki.

A gazdaságosság kérdése

A megújuló energiák alkalmazásának legnagyobb akadálya a gyakorlatban a gazdaságosság. A hatékonyságnövelő intézkedéseknek, mint például a közvetett párolgási hűtésnek (adiabatikus hűtés), meg kell térülniük. A beruházás során felmerülő többletköltségeket az üzemeltetés során elért megtakarításokkal kell megtéríteni. Ezt a mérleget az adott épületre vonatkozóan kell elvégezni. Egy megbízható rendszer-szimuláció átláthatóvá teszi az összefüggéseket, és lehetővé teszi a reális összehasonlítást a hagyományos épülethűtési megoldásokkal.