Kampmanns Ka2O-technologie maakt maximaal gebruik van het potentieel van de indirecte verdampingskoeling
De indirecte verdampingskoeling wordt steeds vaker in ruimteluchttechnische installaties (RLT-installaties) ingezet. Deze koeling is een goedkope en milieuvriendelijke techniek om gebouwen te koelen. De conventionele uitvoering beschikt over honingraat- respectievelijk contactbevochtigers. Het gebruik daarvan is echter gebonden aan bepaalde omstandigheden. De toepassing is sterk afhankelijk van het rendement van de koeling en dus van de buitentemperatuur. Als een tegenstroomwisselaar wordt gebruikt voor warmte- respectievelijk koudeterugwinning, is de grootte ervan beperkt. Voor dit probleem heeft Kampmann een onconventionele oplossing met de Ka2O-technologie, die fundamenteel verschilt van alle momenteel op de markt verkrijgbare systemen. Ka2O werkt modulair.
De indirecte verdampingskoeling heeft de natuur als voorbeeld. Wij mensen zweten als de lichaamstemperatuur toeneemt, bijvoorbeeld tijdens het sporten of op een warme zomerdag. Door verdamping van vocht op de huid wordt warmte aan het lichaam onttrokken. Daarbij komt het 'koudemiddel' – het zweet dus – niet in contact met het te koelen medium, namelijk het onder het huidoppervlak circulerende bloed. De koeling is indirect.
In RLT-installaties wordt dit principe doorgaans als volgt gerealiseerd: de bevochtiger wordt in de luchtafvoer geïntegreerd en de afgekoelde lucht wordt in de warmtewisselaar indirect op de toevoerlucht overgebracht. Dit systeem heeft echter ook nadelen. Zo ontstaat een drukverlies van maximaal 150 pascal als de lucht door de bevochtiger wordt geleid. Bovendien is de capaciteit van de verdampingskoeling via een honingraatbevochtiger afhankelijk van meerdere factoren:
- Relatieve luchtvochtigheid van de afvoerlucht
- Thermische wijzigingsgraad van de warmteterugwinning
- Buitentemperatuur
De relatieve luchtvochtigheid van de afvoerlucht kan doorgaans niet worden beïnvloed. De mate van warmteterugwinning en de invloed van de buitentemperatuur echter wel: door de keuze van geschikte installatiecomponenten van het RLT-apparaat. De Ka2O-technologie wordt ingezet in de RLT-apparaten van onze dochteronderneming NOVA Apparate GmbH in Donaueschingen, Duitsland, en combineert veel voordelen van de regeneratieve koeling in één systeem:
1. MODULAIRE OPBOUW VOLGENS HET TEGENSTROOMPRINCIPE
Hoge thermische wijzigingsgraden bij volledige scheiding van de luchtwegen worden in RLT-installaties met tegenstroomwisselaars gerealiseerd. Door hun constructie zijn deze slechts beperkt inzetbaar. Hoe groter het luchtvolume en dus de warmtewisselaarvlakken worden, des te hoger is het inefficiënte kruisstroomaandeel voor de luchtstroming. Omgekeerd betekent dit: hoe groter de wisselaar, des te kleiner het tegenstroomtraject. Kampmanns net zo voor de hand liggende alsook unieke oplossing is: een modulaire opbouw bestaande uit compacte, stapelbare warmtewisselaars, elk met een maximaal hoge tegenstroomdeken. Afhankelijk van het te verplaatsen luchtvolume kunnen de Ka2O-modules worden gecombineerd: van drie modules voor 1.200 m³/h tot 60 modules voor een luchtvolume van 24.000 m³/h.
2. BEVOCHTIGING DIRECT IN DE WARMTEWISSELAAR
Bij conventionele systemen is de contact- of honingraatbevochtiger in de luchtafvoerlijn geïnstalleerd. Dit neemt meer plaats in beslag en zorgt voor het genoemde drukverlies. Beide effecten vermijdt Kampmann bij Ka2O doordat de bevochtiging direct in de warmtewisselaar plaatsvindt. Aan de luchtafvoerkant zitten mondstukken die het water op de lamellen sproeien. Door de luchtstroom wordt het vocht volledig over de lamellen verdeeld – wat ons direct bij het derde voordeel van het Ka2O-systeem brengt.
3. ONAFHANKELIJK VAN DE BUITENTEMPERATUUR
Hoe ongewoon het idee om kleine modules te stapelen en te combineren ook is, zo buitengewoon is het koelvermogen van de Ka2O: door de bijzondere vormgeving van de lamellen en de luchtstroming in de warmtewisselaar is het mogelijk om de afvoerlucht af te koelen tot op de natteboltemperatuur (zie het infobox) en bijna volledig over te dragen op de toe te voeren buitenlucht. In tegentelling tot conventionele systemen speelt de temperatuur van de buitenlucht hier geen rol. Zo kan zelfs bij hoge buitentemperaturen (bijv. 37 °C) een afkoeling met meer dan 20 K worden bereikt! Bepalend is de natteboltemperatuur van de afvoerlucht: deze temperatuur wordt bijna volledig overgedragen op de toevoerlucht. Indrukwekkende waarden, die Kampmann in uitvoerige metingen in het eigen R&D-center en in prototype-installaties heeft bepaald. Een voorbeeldmeting met een gesimuleerde buitentemperatuur heeft een afkoeling van de toevoerlucht van 21,7 K tot gevolg:
- Buitentemperatuur: 40 °C, 15% rel. vochtigheid
- Afvoerluchttemperatuur: 25 °C, 50% rel. vochtigheid
- Natteboltemperatuur afvoerlucht: 17,8 °C
- Toevoerlucht: 18,3 °C
Vergelijkbare metingen door TÜV Süd bevestigen deze waarden.
Maar niet alleen in het laboratorium, ook in de praktijk bewijst de Ka2O-technologie haar opmerkelijke efficiëntie en vermogen. Zoals in Haselünne in het Eemsland, Duitsland, waar een EDEKA-supermarkt met een Airblock Ka2O wordt geklimatiseerd.
PRAKTIJKVOORBEELD EDEKA
De supermarkt in het historische centrum van Haselünne heeft een vriendelijke, open atmosfeer. Er zijn geen verlaagde plafonds, en daarom zijn de geweldige lichte lijmhouten balken te zien die het dak dragen. Daaronder lopen de ventilatiekanalen naast de lichtgevende ledbanden, die door het Airblock worden gevoed. 24 Ka2O-modules, opgestapeld tot drie torens, werken met een nominaal luchtvolume van 9.600 m³/h voor de supermarkt met een verkoopoppervlak van 1.500 m2. Nog even ter herinnering: conventionele warmtewisselaars volgens het tegenstroomprincipe zijn alleen bij kleinere luchtvolumes zinvol. Bij grotere luchtvolumes is meer energie nodig om het luchtzijdige drukverlies van de warmtewisselaar te compenseren dan er energie door terugwinning kan worden bespaard.
In de wintermodus is de warmteterugwinning van het apparaat actief. Bij het bezoek van KAMPMANN HEUTE in Haselünne in januari bedroeg de buitentemperatuur 3 °C – een gemiddelde waarde voor winters in Duitsland. De verse buitenlucht wordt in de warmtewisselaar verwarmd door de afvoerlucht. De temperatuurwijzigingsgraad bedraagt ongeveer 83%. Voor de resterende opwarming zorgt een naverwarmingsregister, dat wordt gevoed door de afvalwarmte van de (diep)vrieskisten in de supermarkt. Een tweede, met een conventionele verwarmingsketel werkend naverwarmingsregister is in deze concrete situatie al niet meer nodig. Zo is in geen enkele situatie meer extra energie nodig om de supermarkt te verwarmen.
Om te koelen wordt de Ka2O-technologie actief: de waterlansen sproeien water op de lamellen aan de afvoerluchtkant. Door de luchtstroom verdeelt het vocht zich volledig in de warmtewisselaar en de natteboltemperatuur wordt bijna volledig overgedragen op de afvoerlucht – let wel: ongeacht de buitentemperatuur! Over de opbouw: de moduletorens staan elk op een bakeenheid gevuld met water. Eén enkele pomp voedt de waterlansen; magneetventielen zorgen voor de verdeling. Om het water volledig te laten wegstromen zijn de modules licht hellend uitgevoerd. Conform VDI 6022 is er een onderhoudsopening van 500 mm breed voorzien, zodat alle modules voor onderhoud vrij toegankelijk zijn. Met de Ka2O-technologie maakt Kampmann het tegenstroomprincipe ook voor grotere toepassingen aantrekkelijk. De extreem hoge mate van overdracht bij de milieuvriendelijke indirecte verdampingskoeling, de efficiënte warmteterugwinning en de mogelijkheid van integratie in een gebouwbeheersysteem maakt dat de Airblock Ka2O 'state of the art' is op het gebied van klimaatregeling in grote ruimtes.
In een studie in samenwerking met het ILK Dresden gGmbH (een instituut zonder winstoogmerk voor lucht- en koudetechniek) zijn voor deze apparaatserie op basis van gecombineerde gebouw- en installatiesimulaties aanbevelingen uitgewerkt voor het ontwerp tijdens de planning.
DE NATTEBOLTEMPERATUUR
De verlaging van de temperatuur door verdampingskoeling is afhankelijk van de relatieve luchtvochtigheid: hoe droger de omgevingslucht is, des te groter is de mogelijke temperatuurdaling. De natteboltemperatuur beschrijft de laagste temperatuur die door verdampingskoeling mogelijk is. Bij het Ka2O-systeem wordt deze temperatuur (d.w.z. die van de bevochtigde lamellen in de warmtewisselaar) bijna volledig op de toevoerlucht overgebracht.