Ziel der Entwicklung
Zur sicheren Kondensatvermeidung (Schwitzwasser) in stillen Kühlsystemen, insbesondere bei der Kombination mit freier Lüftung, sind Leistungsgrenzen gesetzt. Gerade in schwülwarmen Klimaregionen ist damit der Einsatz von Kühldecken ohne eine energieintensive mechanische Außenluftaufbereitung mit Luftentfeuchtung undenkbar.
Ziel des Vorhabens war daher die Entwicklung eines membranbasierten Kühldeckensystems, welches von Kaltwasser zur Kompensation thermischer Lasten und von stark hygroskopischer, wässriger Lithium-Chloridlösung durchströmt wird. Diese verhindert auf der Basis eines flüssigen Sorptionsprozesses die Kondensation des Wasserdampfs an der Bauteiloberfläche, indem das Kondensat durch die halbdurchlässige Membran in die Lösung übergeht und dort in gelöster Form abtransportiert wird.
Vorteile und Lösungen
Im Hinblick auf die sensible Leistung ordnet sich das membranbasierte Kühldeckensystem in bestehende Systeme ein. Der entscheidende Vorteil besteht durch die Möglichkeit zeitgleich Luft zu entfeuchten. Bestätigt durch die Ergebnisse aus umfangreichen messtechnischen Untersuchungen entstehen gegenüber marktüblichen Systemen vor allem folgende energetisch-wirtschaftlichen Effekte:
– Die technische Grenze zur Kondensatvermeidung verschiebt sich, sodass niedrigere Oberflächentemperaturen und folglich höhere Wärmestromdichten realisierbar sind. Während konventionelle Systeme nur sensible Leistungen zwischen 70 und 100 Watt pro Quadratmeter aufweisen, wurden für das Membrankühldeckensystem Kühlleistungen von zirka 140/210 Watt pro Quadratmeter (sensibel/gesamt) gemessen. Damit sinkt mit dem membranbasierten Kühldeckensystem die erforderliche Kühldeckenfläche in einem Raum.
– Eine Leistungsdrosselung zur sicheren Kondensatvermeidung richtet sich nicht mehr nach der Kaltwassertemperatur, sondern nach dem Luftzustand an der Membranoberfläche. Eine Kombination mit freier Lüftung (Fensterlüftung) ist bei gemäßigtem Klima ohne Leistungsdrosselung denkbar. Der energetische Aufwand zur Aufbereitung und zum Transport des hygienischen Mindestluftwechsels sinkt, die thermische Behaglichkeit im Raum wird verbessert und die Leistungsfähigkeit der im Raum befindlichen Personen wird erhöht.
– Da kein Kondensat anfällt, ist im Zusammenhang mit der Luftentfeuchtung weder mit hygienischen Bedenken noch mit Bauteilschädigung zu rechnen.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die Durchführung des Projekte brachte dem ILK Dresden einen signifikanten Zugewinn an Know-how, denn mit dem membranbasierten Kühldeckensystem besteht erstmals die Möglichkeit, die primärenergetisch effizientesorptionsgestützte Klimatisierung (sorptive Luftentfeuchtung und Kühlung) dezentral und direkt im Raum zu realisieren. Dieser Wissenszuwachs kann bereits jetzt in weitere Forschungsprojekte sowie Industrieaufträge einfließen, die sich mit ähnlichen Fragestellungen (der Luftentfeuchtung, Enthalpierückgewinnung, sorptionsgestützten Klimatisierung, Energieeffizienz oder Raumströmung) befassen.
Für eine Verwertung und Markteinführung des membranbasierten Kühldeckensystems als Produktes bedarf es trotz erfolgreicher Entwicklung einer der Optimierung dienlichen Weiterentwicklung bezüglich Konstruktion, hydraulisch und energetischer Verschaltung sowie Regelung. Bis ein marktreifes Produkt entsteht, wird von einem Zeitraum von zwei Jahren ausgegangen. Trotzdem sind die aktuellen Ergebnisse wirtschaftlich für diejenigen Anlagenbauer interessant, die bereits über Erfahrungen mit sorptionsgestützter Klimatisierung verfügen.