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Kühlwascher – eine Sonderbauweise des Luftwaschers

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07.10.2008 Ist es zu trocken, muss befeuchtet werden, ist es zu warm, wird gekühlt. Wird mehr Kühlenergie bei der Befeuchtung gefordert als der adiabate Luftwascher erbringen kann, besteht, alternativ zu kostenintensiven zusätzlichen Kühlwasserregistern, die Einsatzmöglichkeit eines energiesparenden Kühlwaschers.

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Luftwascher, auch bekannt unter der Bezeichnung Luftwäscher oder Sprühbefeuchter, ist ein Gerät, in dem durch intensive Vermischung von Luft und Wasser ein definierter Stoffübergang zwischen diesen beiden Medien erreicht wird. Dazu wird in einen durch eine Kammer strömenden Luftstrom Wasser mit hohem Druck eingespritzt, so dass durch spezielle Sprühdüsen mit sehr feinem Tropfenspektrum eine große Wasseroberfläche für den zum Stoffübergang erforderlichen Kontakt der beiden Medien geschaffen wird.

Keine zusätzlich Fremdenergienotwendig

Haupteinsatzgebiet des Luftwaschers ist die adiabatische Luftbefeuchtung. Während der Kontaktdauer im Luftwascher wird ein Teil des verdüsten Wassers von der Luft direkt aufgenommen und dabei deren absolute (und relative) Feuchtigkeit erhöht. Gewünscht wird eine solche Auffeuchtung beispielsweise in Klimaanlagen, die – speziell im winterlichen Heizbetrieb – nur mit Hilfe aktiver Luftbefeuchtung ein verträgliches Raumklima in den zu versorgenden Räumen herstellen können.

Eine weitere Einsatzmöglichkeit des Luftwaschers ergibt sich aus dem physikalischen Effekt der adiabaten Kühlung. Neben der Anreicherung mit Feuchtigkeit wird hier auch eine deutliche Absenkung der sensiblen Luftemperatur im Durchgang durch den Luftwascher erreicht. Dieser Effekt kann – geeignete außenklimatische Bedingungen vorausgesetzt– für eine im Vergleich zu mechanischen Kältemaschinen sehr energiesparende Methode zur Luftkühlung genutzt werden.
Diese physikalischen Zustandsänderungen erfolgen dabei ohne zusätzliche Energiezufuhr in Form von Heiz- oder Kühlenergie. Es muss lediglich die Betriebsenergie für die zur Wasserverdüsung erforderlichen Umwälzpumpen aufgebracht werden. Daraus resultiert ein im Vergleich zu anderen Befeuchtungs- und Kühlsystemen wesentlich niedrigerer Energieaufwand und damit kostengünstigerer Betrieb.
Für Sonderanwendungen können Luftwascher jedoch auch für nichtadiabate Zustandsänderungen ausgelegt werden. Befeuchtung und Heizung können in einem Heizwascher, wie auch Befeuchtung und Kühlung in einem Kühlwascher, gleichzeitig erfolgen. Die dafür erforderliche Energie kann im Heizwascher entweder in Form von elektrischer Energie (Heizpatronen) oder Dampf bzw. Heißwasser im Kühlwascher in Form von Kalt- oder Kühlturmwasser direkt oder hydraulisch durch Wärmeübertrager getrennt, eingebracht oder abgeführt werden.

Keine Angst vor Legionellen

Aufgrund des durch Feuchtigkeit und möglicherweise Wärme im Luftwascher vorhandenen keimwachstumsfördernden Klimas werden heute bei Auslegung und im Betrieb des Waschers Voraussetzungen geschaffen, die einen hygienischen Betrieb gewährleisten. Dazu gehört eine Bauweise, die gute Zugänglichkeit und Reinigungsmöglichkeit ermöglicht. Weitere Maßnahmen wie leichte Befüll- und Entleerbarkeit oder Entkeimungsmöglichkeit des Wassers über UV-Bestrahlungssysteme werden je nach Anwendungsfall und passend zur Betriebsweise ausgewählt und eingesetzt. Die weitverbreitete Angts vor Legionellenbildung ist tatsächlich aufgrund der Wassertemperaturen von meist weniger als 25°C, bedingt durch den adiabatischen Kühleffekt, einer wirksamen Wasserabscheidung an Wascheraustritt sowie regelmäßigen Wartungszyklen kein Problem des Luftwaschers, sondern vielmehr ein Problem von Warmwasser-Brauchwasser-Verteilsystemen.

Für einen großen Schweizer Nahrungsmittelproduzenten sollten 20000m³/h aggressive, sehr feuchte und lösemittelhaltige Prozessabluft zur weiteren Aufbereitung für anschließende Filterstufen um etwa 5K abgekühlt werden. Die dafür notwendige Anlage sollte darüber hinaus für eine Außenaufstellung geeignet sein und an die speziellen örtlichen Gegebenheiten angepasst werden. Um eine umweltfreundliche, ökonomische und zugleich wartungsfreundliche Kühlung für den Bestimmungsort zu realisieren, bot sich auch aufgrund des zur Verfügung stehenden Fabrikwassers der Einsatz eines Kühlwaschers mit einer Kühlleistung von 125kW an.
Außer dem Verdunstungskühleffekt durch den Einsatz von Hochleistungsdüsen wird somit auch noch ein wichtiger Vorreinigungseffekt durch die Auswaschung der schadstoffbeladenen Abluft erzielt. Durch die Nutzung des vorhandenen Fabrikwassers mit passender Temperatur einschließlich der für den Kühlwascher notwendigen Pumpenleistung und einem unerheblichen Energiemehraufwand der sich im Bestand befindlichen Ventilatoren – durch geringste luftseitige Druckverluste von rund 150Pa im Kühlwascher – konnte eine für den Einsatzort optimale Kühllösung gefunden werden.

Kunststoff im Vorteil

Das im Kühlwascher anfallende Wasser-/Lösemittelgemisch wurde über einen Unterdrucksifon (5000Pa) einer speziellen innerbetrieblichen Wasseraufbereitung zugeführt. Nach einer Analyse der Prozessabluftbestandteile kamen für den vom Medium berührten Bereich nur Edelstahl – Werkstoff-Nr.: 1.4571 (V4A) – oder Kunststoff und für den Außenbereich nur Edelstahl – Werkstoff-Nr.: 1.4301 (V2A) – oder ein in Form, Temperatur sowie gegen UV-Licht beständiger glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) in Frage. Aufgrund der wesentlich geringeren Investitionskosten gegenüber Edelstahl (V4A) und seiner Festigkeitseigenschaften bei niedrigem Eigengewicht entschied man sich für GFK.

Durch die begrenzten Platzverhältnisse am Einsatzort konnte der Kühlwascher zudem nur in vertikaler Luftrichtung aufgestellt werden. Aufgrund einer notwendigen Kühlwascher-Bauhöhe von etwa 5 m musste dafür eine in der Höhe einjustierbare (unterschiedliches Bodenniveau) Unter- und Wartungskonstruktion vorgesehen werden. Nach Aufstellen und Ausrichten des Kühlwaschers sowie Fertigstellung aller dafür notwendigen luft- und wasserseitigen Anschlüsse konnte der Abluftkühlwascher ohne Mängel in Betrieb genommen werden. Während der bisherigen Betriebslaufzeit von etwa sieben Monaten konnte der Betreiber alle in der Planungsphase ausgearbeiteten Auslegungsdaten für die Abluftkühlung mit einem Kühlwascher praktisch prüfen und bestätigen.

Heftausgabe: Oktober 2008
Uwe Weidhase , Projektingenieur Unitech

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Uwe Weidhase , Projektingenieur Unitech

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