Adiabatisk kylning

Hur fungerar adiabatisk kylning?

Adiabatisk kylning kallas också indirekt evaporativ kylning. Det är en metod som använder den evaporativa kylning som uppstår under den fasförändring som sker vid nedkylning (t.ex. nedkylning av luft i en klimatanläggning).

Dessa faktorer påverkar hur stor adiabatisk kyleffekt som kan uppnås

I indirekt evaporativ kylning (adiabatisk kylning) sker avdunstning av vatten på den sida där luften leds ut ur en klimatanläggning, vilket förorsakar att varm luft utanför enheten kyls ner genom efterföljande återvinning av värme. Den kylning av luft utanför som uppnås beror på mängden förångat vatten på den sida där luften leds ut, samt designen och effektiviteten av det värmeåtervinningssystem som används. Frånluften kan befuktas upp till nära mättnadspunkt utan att mängden fukt i tilluften ökar.

Bortsett från den hastighet luften passerar genom den evaporativa kylaren beror på mängden förångat vatten – och därmed den uppnådda kyleffekten – av tillståndet på den frånluft som sugs in i den evaporativa kylaren.

De avgörande faktorerna här är:

  • lufttemperaturen på förångningen: ju kallare luften är, desto mindre fukt kan den absorbera och desto mindre kyleffekt uppnås

  • fuktnivån för förångning: ju mer vatten luften innehåller, desto mindre fukt kan de absorbera och desto lägre temperaturfall uppnås

Det teoretiska gränsvärdet för evaporativ kylning uppnås när luften är helt mättad med vatten – t.ex. vid en relativ luftfuktighet på 100 procent. Ökning av luftfuktigheten till värden på 92 till 95 procent är realistiska vid användning av ventilationssystem under ekonomiskt gångbara förhållandet, beroende på den använda evaporativa kylaren.

Evaporativ køling i HX diagram
HVAC system med evaporativ køling

   

Energibesparingar med hjälp av indirekt evaporativ kylning i ett ventilationssystem

Villkoren för sensibel kylning av en byggnad bestäms främst av solinfallet samt den termiska påverkan från människor, utrustning och belysning. Beroende på externa luftförhållanden och existerande interna fuktkällor kan användningen av latent kylenergi också vara nödvändigt, förutsatt att acceptabla luftfuktighetsnivåer ska upprätthållas.

Indirekt evaporativ kylning är avsedd för sensibel kylning av inloppsluft. Dessutom ska erforderlig latent kylning för avfuktning eller sensibel kylning, som överskriver potentialen för evaporativ kylning, därefter ske vid användning av en mekanisk kylare av passande storlek. Vid designen av ett anpassat kylsystem sparas mycket mer elektrisk driftenergi för mekanisk kylning än som behövs, via indirekt evaporativ kylning för att kompensera för förlusten av lufttryck som sker genom utsugningsfläkten.

I planeringsskedet är det möjligt att bedöma hur mycket energi som kan tillhandahållas via återvinning och rent faktiskt sparas med indirekt evaporativ kylning, om man gör en simulerad beräkning i förhållande till driften av ventilationssystemet i den aktuella byggnaden. Alla utomhusluftförhållanden under hela året samt relevanta designparametrar för ventilationssystemet ska inkluderas i denna simulering.

Det är möjligt att göra en energiberäkning som visar hur mycket energi som kan sparas genom att använda adiabatisk/evaporativ kylning. Läs mer om beräkning av kyleffekt och energibesparing.

Osäker på om du ska använda adiabatisk kylning i ditt projekt?

Beräkningsexempel för ett simulerat ventilationssystem

Simulering av ett ventilationssystem med indirekt evaporativ kylning. Det energibidrag som indirekt evaporativ kylning ger, bör visas med hjälp av en simulerad testberäkning för en testbyggnad. Detta innebär att vi med hjälp av meteorologiska data för testplatsen beräknar den totala mängden arbete som krävs för att kyla testbyggnaden, samt vilket bidrag indirekt evaporativ kylning ger till kylningen under ett helt år. Resultaten kan därefter användas som en realistisk bas för bedömning av den erforderliga systemstorleken samt bedömningen av omkostnadseffektiviteten av denna åtgärd när systemet designas.

Ventilationssystem med evaporativ køling

Se en kort video, som forklarer hvordan adiabatisk køling fungerer



Systemparametrar för testbyggnaden

Den simulerade beräkningen utfördes för den strukturella installationen av den ventilationsenhet som visas i figur 1, medan de temperaturprofiler och parametrar som visas i figur 2 inräknades som gällande representant för kyltillstånden. Systemet kör med sommarkompensering av lufttemperaturen i rummet samt jämn sänkning av temperaturen på inloppsluften.

I det här exemplet äger värmeåtervinning rum med hjälp av en värmeväxlare med plattor utan överföring av fukt från ut- till inloppssidan och utan läckage. Förhållandet mellan in- och utloppsluft anges som 1:1.


Följande parametrar som är relevanta för systemsimuleringen som tillämpas gällande:

Luftgenomströmning i ventilationsenheten:                52,500 m³/t

Antal dagar i drift per vecka:                                       7 dagar

Inledd användning:                                                     kl. 6:00

Fuktökning i rummet:                                                 1,0 g/kg

Minimal/maximal luftfuktighet inomhus:                    40/65% RH

Differentiell skillnad i evaporativ kylning:                  1,0 K

Effektivitetsfaktor för luftbefuktning:                         94%

Effektivitet av värmeåtervinning:                              0,75

Det totala årliga energibidraget beräknas utifrån summan av de individuella resultaten för årets alla timmar som görs i simuleringen. Beräkningarna baseras på statistiska platsdata från den globala meteorologiska databasen Meteonorm Version 6.1, som inhämtas på fem platser i Berlin, Stuttgart, Wien och Bregenz.

Diskussion kring simuleringsresultatet

Simuleringen ger en tydlig bild av det kylningsarbete som görs under året, samt fördelningen mellan mekanisk kylning, indirekt evaporativ kylning och värmeåtervinning. Den effektavlastning som värmeåtervinningen från byggnadens utsug ger, är i sig inte rätt utifrån den valda värmeåtervinningseffektiviteten på 0,75, som uppstår till följd av den låga effektiva temperaturskillnaden när systemet är i kylningstillstånd. Om det övriga temperaturfallet i utloppsluften emellertid sker till följd av indirekt evaporativ kylning, leder detta till ett betydligt fall i energibidraget.

Simuleringsresultaten som baseras på datauppsättningar för normala somrar, visar de genomsnittliga energibidragen vid långvarig systemdrift, vilket är orsaken till att de är lämpliga för bedömning av de energibesparingar som uppnås vid användning av indirekt evaporativ kylning, samt omkostnadseffektiviteten därav.

Om vi tittar närmare på de mycket varierande utomhusluftförhållandena under hela året, blir det snabbt tydligt att kylningsutrustningen ska kunna stöda lämplig kylförmåga i alla luftförhållanden som kan uppstå. Av denna orsak bör simuleringsresultaten som baseras på genomsnittsvärdena för varma somrar, användas för bedömning av erforderlig systemstorlek. Om framtida klimatförhållanden ska tas med i denna bedömning, kan det utföras modellsimuleringar vari framtida meteorologiska datauppsättningar tas med, förutsatt att dessa är tillräckligt representativa för de faktiska förhållandena.

Osäker på om du ska använda adiabatisk kylning i ditt projekt?


Simuleringsresultaten hänvisar till ventilationssystemen på 5 utvalda testplatser. Energibedraget från indirekt evaporativ kylning reducerar den erforderliga kylningskapaciteten som den mekaniska kylaren ska använda för att kyla byggnaden.

Frågan om omkostnadseffektivitet

Det största hindret för användning av bärkraftig energi är omkostnadseffektiviteten. Effektiviseringsåtgärder såsom indirekt evaporativ kylning ska vara lönsamma. Extrakostnader i investeringsfasen ska tjänas in genom målinriktade besparingar under driften. Denna balansgång ska göras för varje enskild byggnad. En pålitlig systemsimulering tydliggör de olika relevanta förhållandena och möjliggör en realistisk jämförelse av konventionella metoder för kylning av byggnader.


Som simuleringen visar bidrar indirekt evaporativ kylning stort till återvinningen av värme. Tydliga skillnader uppstår i de olika väderdata från de utvalda testplatserna som annars delar samma systemdesign. När det är högre luftfuktighet i vissa regioner, vilket kräver en större avfuktningsgrad, är de bedömda värdena för energibidraget förhållandevis lägre. Detta syns tydligt i resultaten för Bregenz, där klimatet visar ett visst inflytande beroende på läget på östkusten av Lake Constance. Den samlade regenerativa andelen kommer från det samlade energibidraget från indirekt evaporativ kylning och värmeåtervinning. I de utvalda byggnaderna utgör denna mellan 40 och 56,6 procent av den totala erforderliga kylenergin per år.

Mer information om befuktning, avfuktning och evaporativ kyla...