Ziel der Entwicklung

Während eine Zuluftbefeuchtung in Produktionsstätten, wie der Papier- oder Textilindustrie, für den wirtschaftlichen Betrieb oft unerlässlich ist, wird bei der Klimatisierung von Aufenthaltsbereichen, wie beispielsweise Kindergärten, Bildungseinrichtungen oder auch Büroräumen, aus Kostengründen oftmals auf Luftbefeuchtungssysteme oder sogar gänzlich auf eine mechanische Lüftungsanlage verzichtet – mit negativen Auswirkungen auf die thermische Behaglichkeit durch zu trockene Luft.
Ziel ist die Entwicklung eines Lufterhitzers mit integrierter Luftbefeuchtung über eine semipermeable Membran. Dieser „hygrisch aktive“ Lufterhitzer ist dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser zur Luftbefeuchtung durch die Membran hindurch verdunstet, während die notwendige Verdampfungswärme (anders als beim Dampfbefeuchter) über den Wasserkreislauf im HALE-System (statt Elektroenergie) zur Verfügung gestellt wird. Die Membran selbst dient zudem als hermetische Trennschicht zwischen Wasser- und Luftstrom und beugt biologischer Kontamination (Pilze, Keime, Bakterien) auf der Luftseite vor. Das HALE-System verbindet die hygienischen Vorteile des Dampfbefeuchters mit den energetischen Vorteilen konventioneller Verdunstungsluftbefeuchter und fasst die Luftbehandlungsfunktionen „Heizen“ und „Befeuchten“ in einer Komponente zusammen.

Vorteile und Lösungen

Die Entwicklung erfolgte in zwei Stufen. Zunächst wurde (ausgehend von Anforderungsprofil, Materialeigenschaften und Voruntersuchungen an Testmustern) ein hygrisch aktiver Lufterhitzer ohne aktive Regelung der Befeuchtung konzipiert, aufgebaut und messtechnisch umfangreich erprobt, der im Hinblick auf die Befeuchtungsleistung ausschließlich der Einhaltung von Mindeststandards der relativen Feuchte im Raum dient. Nur die Heizleistung wird aktiv geregelt, wobei die Temperatur des Heizwassers die Temperatur des Befeuchtungswassers und damit den Stofftransport beeinflusst. Ein Selbstregeleffekt ist zu beobachten: mit steigender Heizleistung nimmt der Stofftransport zu. Dabei entspricht der Zusammenhang zwischen Heiz- und Befeuchtungsleistung in Abhängigkeit von der Heizwassertemperatur in weiten Teilen dem Anforderungsprofil.
Im zweiten Entwicklungsschritt konnten Strategien zur von der Heizleistung unabhängigen, aktiven Regelung der Befeuchtungsleistung erarbeitet und getestet werden. Dabei erwies sich eine bedarfsgerechte Dosierung des Befeuchtungswasservolumenstroms als besonders geeignet.
Innovative Vorteile hygrisch aktiver Lufterhitzer gegenüber dem Stand der Technik sind:
- reduzierte Druckverluste: Kopplung zweier Luftbehandlungsprozesse in einer Komponente 
- Hygienevorteil: Stoffliche Trennung von Luft und Befeuchtungswasser
- erhöhte Energieeffizienz, Senkung des Primärenergiebedarfs: Verdampfungswärme aus Heizwasserkreislauf auf Niedertemperaturwärme-Temperaturniveau (< 60°C)
- je nach Auslegung Befeuchtung mit signifikanter Übersättigung > 10 g/kg möglich: mit konventionellen Befeuchtungssystemen unmöglich

Zielgruppe und Zielmarkt

Die Durchführung des Projektes brachte dem ILK Dresden einen signifikanten Zugewinn an Know-how, denn mit dem hygrisch aktiven Lufterhitzer besteht erstmals die Möglichkeit, die primärenergetisch effiziente Verdunstungsbefeuchtung mit hohen Hygieneanforderungen zu kombinieren. Dieser Wissenszuwachs konnte bereits in weiteren Forschungsprojekten sowie Industrieaufträgen einfließen, die sich mit Fragestellungen der Luftbefeuchtung, Wärme- und Stoffübertragung sowie Energieeffizienz befassen.
Für eine Verwertung und Markteinführung hygrisch aktiver Lufterhitzer als Produkt bedarf es trotz erfolgreicher Entwicklung einer der Optimierung dienlichen Weiterentwicklung der Konstruktion – insbesondere im Hinblick auf die Verbindung sowie die Randabdichtung aller wasserführenden Strömungsebenen. Dennoch sind die aktuellen Ergebnisse wirtschaftlich für diejenigen Anlagenbauer, die bereits über Erfahrungen mit Luftbefeuchtungssystemen in der Klimatechnik verfügen, interessant.