Luftentfeuchtung

Entfeuchtung von Luft ist durch Kondensation und Sorption möglich.

Sorption ist eine Sammelbezeichnung für Vorgänge, die zu einer Anreicherung eines Stoffes innerhalb einer Phase oder auf einer Grenzfläche zwischen zwei Phasen führen. Die Anreicherung innerhalb einer Phase nennt man genauer Absorption, die an der Grenzfläche Adsorption. J. W. McBain führte 1909 den Oberbegriff „Sorption“ für Prozesse ein, bei denen nicht eindeutig zwischen Ad- und Absorption unterschieden werden kann. Der sorbierende Stoff wird Sorptionsmittel genannt.
(aus Wikipedia, gekürzt)

Kondensation

Luft wird zur Entfeuchtung über eine kalte Oberfläche geführt. Der erreichte Taupunkt entspricht der Temperatur, auf die die Luft abgekühlt werden kann. Um Vereisung an der Oberfläche des Kühlers zu vermeiden, liegt die Grenze für den sinnvollen Einsatz bei einem gewünschten Taupunkt ≥ +10 °C.

Beispiel Kondensation: Zuluftentfeuchtung

  • Außenluft mit 32 °C und 40 % RH entsprechend einem Wasserdampfgehalt von 12,7 g/kg bzw. Taupunkt von 16,7 °C
  • Kühlung mit Kühlwasser 6 / 12 °C auf 10 °C und 98 % RH reduziert den Wasserdampfgehalt auf 7,8 g/kg (Taupunkt = + 10 °C)
  • bei Nachwärmung auf 20 °C hat diese Luft eine rel. Luftfeuchte von ca. 50 %

Sorption

Nachfolgend wird nur die Luftentfeuchtung mit Sorptionsrotoren beschrieben. Auf Anlagen mit Flüssigadsorption oder mit fixem Sorptionsmittel wird hier nicht eingegangen.

Die Entfeuchtung der Luft erfolgt in einem sogenannten Sorptionsrotor. Im Prozeßluftsektor werden Wasserdampfmoleküle aus der durchströmenden Luft am Sorptionsmittel (heute üblicherweise Silikagel), gebunden. Im Regenerationsluftsektor wird durch erwärmte Luft die Dampfdruckdifferenz umgekehrt und die im Prozeßluftsektor am Sorptionrotor gebundenen Wasserdampfmoleküle an die durchströmende Luft abgegeben. Der Wirkungsgrad dieses Prozesses ist stark abhängig von der Rotortechnologie. Hochwertige Rotoren drehen sich langsam mit 6 … 12 Umdrehungen pro Stunde und haben eine Teilung vom 270° für den Prozeßluftsektor und 90° für den Regenerationsluftsektor. Das Verhältnis Prozeßluftmenge zu Regenerationsluftmenge beträgt ca. 3:1. Ein zusätzlicher Spülluftsektor ist nur für Frostpunkte unter -20 °C notwendig.

Bei einer Rotorteilung von 270° / 90° wird zur Regeneration Luft mit ca. 120 °C benützt. Wenn zur Erwärmung der Regenerationsluft ein kostengünstiges Medium mit niedrigerer Temperatur verfügbar ist, steht bei einer Rotorteilung von 1:1 und einem Luftverhältnis Prozeßluft zu Regenerationsluft von ca. 1:1 auch bei Regenerationstemperaturen von z.B. nur 70 °C ausreichend Entfeuchtungsleistung zur Verfügung.

Rotorausführungen

Sorption, Beispiel 1: niedriger Taupunkt
 Luftenfeuchtung für Tablettierung, Sollzustand 20 % RH bei 20 °C

  • Außenluft mit 32 °C und 40 % RH entsprechend einem Wasserdampfgehalt von 12,7 g/kg bzw. Taupunkt von 16,7 °C
  • Kühlung mit Kühlwasser 6 / 12 °C auf 10 °C und 98 % RH reduziert den Wasserdampfgehalt auf 7,8 g/kg (Taupunkt = + 10 °C)
  • Sorptionsentfeuchtung mit Austrittszustand 30 °C und 3,6 % RH entsprechend einem Wasserdampfgehalt von 1,0 g/kg bzw. Frostpunkt von -16 °C
  • Regenerationslufttemperatur 120 °C
  • bei Nachkühlung auf 20 °C hat diese Luft eine rel. Luftfeuchte von ca. 10 %

Sorption, Beispiel 2: Entfeuchtung bei niedriger Umgebungstemperatur unbeheizter Lagerraum für Stahl oder Oldtimergarage

  • Außenluft mit 10 °C und 85 % RH entsprechend einem Wasserdampfgehalt von 6,5 g/kg bzw. Taupunkt von 7,6 °C
  • Sorptionsentfeuchtung mit Austrittszustand 30 °C und 4,5 % RH entsprechend einem Wasserdampfgehalt von 1,2 g/kg bzw. Frostpunkt von -13 °C
  • Regenerationslufttemperatur 120 °C
  • nach Abkühlung auf die Raumlufttemperatur von 10 °C beträgt die rel. Luftfeuchte der Trockenluft ca. 15 %
  • somit bleibt ausreichend Entfeuchtungsleitung, um auch bei einer nicht wasserdampfdichten Halle Stahl vor Korrosion zu schützen
  • Außenluft mit 32 °C und 40 % RH entsprechend einem Wasserdampfgehalt von 12 g/kg bzw. Taupunkt von 16,7 °C
  • durch die richtige Kombination von Entfeuchtung, Wärmerückgewinnung und Befeuchtung wird die Zuluft ohne Kälteanlage und durch Nutzung von Solarenergie gekühlt
    Luftdaten für Auslegungsbeispiel:
  • Zuluft 21,2 °C und 65 % RH
  • Fortluft 26,0 °C und 54 % RH
  • die Regenerationslufttemperatur von nur 65 °C ermöglicht Solarenergie als Energiequelle

Sorption, Beispiel 3: Sorptive Kühlung – DEC-System

Außenluft mit 30 °C und 40 % RH entsprechend einem Wasserdampfgehalt von 12 g/kg bzw. Taupunkt von 16,7 °C wird durch die richtige Kombination von Entfeuchtung, Wärmerückgewinnung und Befeuchtung wird die Zuluft ohne Kälteanlage und durch Nutzung von Solarenergie gekühlt.

Anforderungen: 
ZUL 6 000 kg/h mit 21,2 °C und 65 % r.F.
Wärmelast Raum 13,3 kW

Betriebsdaten für Sommerbetrieb im Überblick:

ABL

  • 1. Wärmelast Raum entsprechend Austritt FOL mit 26 °C, 54 % r.F. = 13,3 kW
  • 2. Nachfeuchtung ABL, Austritt 20 °C, 98 % r.F.
  • 3. Erwärmung FOL auf 65 °C, 9 % r.F., 78 kA über thermische Solarpaneele
  • 4. Energierückgewinnung FOL über Sorptionsrotor zu Punkt 5, 51 °C, 21 % r.F., 10 kW

ZUL

  • 7. zu 8: Kühlung ZUL über Vorkühler von 50 °C nach Ventilator ZUL auf 21 °C
  • 9. Kühlung / Energierückgewinnung über Sorptionsrotor