Cooling-based vs Desiccant: Welche Entfeuchtungsmethode sollten Sie für Ihr Projekt wählen

Autor: Technikabteilung von Mycond

Die Wahl der optimalen Luftentfeuchtungsmethode ist eine komplexe Ingenieuraufgabe, die ein Verständnis der Prozessphysik, technischer Einschränkungen und wirtschaftlicher Aspekte erfordert. Eine effektive Entfeuchtung ist ein kritischer Bestandteil in vielen Bereichen: von Wohngebäuden und Büros bis hin zu Industrieanlagen, Pharmaunternehmen und Museen. Unkontrollierte Feuchtigkeit kann zu Kondensation, Korrosion, Schimmelbildung und schlechter Luftqualität führen. Daher ist die richtige Wahl der Entfeuchtungsmethode der Schlüssel für einen effizienten Betrieb von Räumen und Anlagen.

Heute dominieren in Industrie und Gewerbe zwei Hauptmethoden der Luftentfeuchtung: die kühlbasierte Entfeuchtung (cooling-based dehumidification) und die adsorptive Entfeuchtung (desiccant dehumidification). Diese Ansätze beruhen auf unterschiedlichen physikalischen Prinzipien und haben jeweils eigene Vorteile und Einschränkungen.

Die erste Methode — cooling-based, oder Kondensation — basiert auf dem Prinzip der Absenkung der Lufttemperatur unter den Taupunkt (dew point temperature). Wird die Luft unter den Taupunkt abgekühlt, kondensiert überschüssige Feuchtigkeit an den kalten Oberflächen des Wärmetauschers und wird als Flüssigkeit abgeführt. Diese Methode kombiniert Kühlung und Entfeuchtung effizient.

Die zweite Methode — desiccant, oder Adsorption — nutzt spezielle Materialien mit hoher Affinität zu Wasserdampf (Desiccants). Diese Materialien weisen an ihrer Oberfläche einen niedrigen Dampfdruck auf, wodurch ein Gradienten entsteht, der die Feuchtigkeitsmigration von der Luft zum Desiccant begünstigt. Nach der Sättigung wird der Desiccant mittels Wärme regeneriert und erneut verwendet.

Cooling-based-Entfeuchtung: Physik des Prozesses und technische Besonderheiten

Die kondensative Luftentfeuchtung basiert auf einem grundlegenden Prinzip der Thermodynamik: Die Fähigkeit der Luft, Feuchtigkeit zu halten, hängt von ihrer Temperatur ab. Je höher die Temperatur, desto mehr Wasserdampf kann die Luft enthalten. Sinkt die Lufttemperatur auf den Taupunkt, erreicht die relative Luftfeuchte 100% und die Kondensation beginnt.

Der Prozess der cooling-based Entfeuchtung verläuft in folgender Reihenfolge:

1. Feuchte Luft strömt durch den Kälte-Wärmetauscher (Verdampfer)
2. Die Lufttemperatur sinkt auf den Taupunkt oder darunter
3. Wasserdampf kondensiert an den kalten Oberflächen
4. Das Kondensat wird gesammelt und über das Drainagesystem abgeführt
5. Die gekühlte und entfeuchtete Luft wird häufig nacherwärmt, um eine angenehme Temperatur zu erreichen und die relative Luftfeuchte zu senken

Es gibt drei Haupttypen von Kältesystemen zur Entfeuchtung:

1. Direktverdampfersysteme (DX)

In diesen Systemen entspannt sich das Kältemittel direkt im Wärmetauscher, der mit der Luft in Kontakt steht. Dies ist der am weitesten verbreitete Typ, der in Klimageräten und Haushaltsentfeuchtern eingesetzt wird. DX-Systeme haben eine einfachere Konstruktion und geringere Kosten, jedoch eine begrenzte Flexibilität bei der Feuchteregelung.

2. Systeme mit Kaltwasser oder Glykol (chilled water oder glycol)

Hier wird der Wärmetauscher mit Wasser oder einer Glykol-Lösung gekühlt. Solche Systeme bieten höhere Flexibilität bei der Planung und Platzierung der Ausrüstung sowie eine bessere Kontrolle des Entfeuchtungsprozesses. Sie werden vorwiegend in grossen Gewerbegebäuden eingesetzt.

3. Dehumidification-Reheat-Systeme

Diese Systeme nutzen die Kondensatorwärme zur Nacherwärmung der entfeuchteten Luft. Dieser Ansatz erhöht die Energieeffizienz, da die «abgeworfene» Wärme des Kältekreislaufs sinnvoll zur Erwärmung der Luft nach der Entfeuchtung genutzt wird, wodurch sich die relative Feuchte ohne zusätzlichen Energieaufwand senken lässt.

Vorteile kondensativer Entfeuchter

• Hohe Energieeffizienz bei hoher Luftfeuchte (COP von 2.0 bis 4.5)
• Gleichzeitige Kühlung und Entfeuchtung der Luft
• Bewährte und gut erforschte Technologie
• Niedrigere Anschaffungskosten im Vergleich zu Adsorptionssystemen
• Einfachere Regelung und Bedienung
• Geringerer Wartungsaufwand

Einschränkungen der cooling-based Entfeuchtung

• Der minimal erreichbare Taupunkt ist durch +4...+7°C begrenzt, da sonst Kondensat im Wärmetauscher einfrieren kann
• Starker Effizienzabfall bei niedrigen Aussentemperaturen
• Die austretende Luft ist nahezu gesättigt (hohe relative Feuchte), was eine zusätzliche Nacherwärmung erfordert
• Unwirtschaftlicher Betrieb bei Teillast
• Ökologische Fragen im Zusammenhang mit Kältemitteln
• Hoher Energieaufwand, wenn sehr niedrige Taupunkte gefordert sind

Desiccant-Entfeuchtung: Physik der Adsorption und Technologie

Die Desiccant-Entfeuchtung basiert auf einem grundlegend anderen physikalischen Prozess — der Adsorption von Feuchtigkeit durch spezielle Materialien. Dadurch lassen sich die den kondensativen Methoden innewohnenden Einschränkungen umgehen, insbesondere wenn niedrige Taupunkte erforderlich sind.

Die Physik der Adsorptionsentfeuchtung besteht darin, dass Desiccants Materialien sind, die an ihrer Oberfläche einen sehr niedrigen Wasserdampfdruck aufweisen. Wenn feuchte Luft mit solchen Materialien in Kontakt kommt, entsteht ein Dampfdruckgradient, der die Wassermoleküle dazu bringt, von der Luft zur Oberfläche des Desiccants zu migrieren. Dieser Prozess geht mit der Freisetzung von Adsorptionswärme einher, wodurch die Temperatur der entfeuchteten Luft ansteigt.

Der am weitesten verbreitete Typ industrieller Adsorptionsentfeuchter sind rotierende Systeme mit einem sich drehenden Rad. Ein solcher Entfeuchter arbeitet in folgendem Zyklus:

1. Feuchte Luft strömt durch die Adsorptionszone des Rotors, wo das Desiccant Wasserdampf bindet
2. Entfeuchtete Luft mit erhöhter Temperatur wird in das Lüftungssystem abgegeben
3. Gleichzeitig durchläuft ein anderer Teil des Rotors die Regenerationszone, wo heisse Luft mit 120–250°C die gespeicherte Feuchtigkeit aus dem Desiccant entfernt
4. Der Rotor dreht kontinuierlich zwischen Adsorptions- und Regenerationszone und stellt so einen unterbrechungsfreien Entfeuchtungsprozess sicher

Haupttypen von Desiccants

In industriellen Entfeuchtern werden mehrere Typen von Desiccants eingesetzt:

1. Silikagel

Der am häufigsten verwendete Desiccant-Typ. Bei der Silikagel-Adsorption werden Wassermoleküle in der porösen Struktur des Materials gebunden. Silikagel hat eine Adsorptionskapazität von 10–40% des Eigengewichts und ist besonders effektiv bei einer relativen Luftfeuchte von 20–70%.

2. Molekularsiebe

Molekularsiebe zur Entfeuchtung sind Alumosilikate mit genau definierten Porengrössen. Sie ermöglichen extrem niedrige Taupunkte (bis −40°C und darunter) und sind besonders effektiv bei niedriger relativer Luftfeuchte. Sie sind jedoch empfindlich gegenüber Verunreinigungen und teurer.

3. Lithiumchlorid

Dieser Desiccant hat eine ausserordentlich hohe Adsorptionskapazität (bis zu 1000% des Eigengewichts) und ist besonders effektiv bei hoher relativer Luftfeuchte. Er ist jedoch korrosiv aktiv und erfordert spezielle Behandlung.

Vorteile der Desiccant-Entfeuchtung

• Unbegrenzter Bereich erreichbarer Taupunkte (bis zu −70°C)
• Effizienter Betrieb bei allen Temperaturen, auch unter Null
• Extrem trockene Luft am Austritt (geringe relative Luftfeuchte)
• Unabhängigkeit vom Stromnetz (Nutzung von Gas, Dampf oder Abwärme zur Regeneration möglich)
• Möglichkeit, Entfeuchtung mit Lufterwärmung zu kombinieren
• Hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer (15–25 Jahre)

Nachteile der Desiccant-Entfeuchtung

• Hoher thermischer Energiebedarf zur Regeneration des Desiccants
• Erhöhte Austrittstemperatur der Luft (zusätzliche Kühlung für Komfort erforderlich)
• Komplexere Regelung
• Mögliche Verschmutzung des Desiccants, die die Effizienz senkt
• Höhere Anschaffungskosten im Vergleich zu kondensativen Systemen

Vergleichende Analyse der Entfeuchtungsmethoden

Kombinierte Entfeuchtungssysteme

Zur Optimierung des Energieverbrauchs und zur Steigerung der Effizienz von Entfeuchtungssystemen setzen Ingenieurinnen und Ingenieure häufig kombinierte Lösungen ein, die die Vorteile beider Methoden verbinden.

1. Vorkühlung vor dem Desiccant

Das verbreitetste Schema eines kombinierten Entfeuchtungssystems umfasst:

• Erste Stufe: Ein cooling-based Entfeuchter senkt die Luftfeuchte auf einen Taupunkt von +4°C
• Zweite Stufe: Ein desiccant-Entfeuchter trocknet die Luft weiter bis zum gewünschten niedrigen Taupunkt

Diese Kombination reduziert die Last des Desiccant-Systems und senkt den Energieverbrauch für die Regeneration um 30–50%. Das ist besonders relevant, wenn sehr niedrige Taupunkte gefordert sind.

2. Saisonale Umschaltung

In Klimazonen mit starken saisonalen Schwankungen kann folgende Lösung effizient sein:

• Sommer: Einsatz eines cooling-based Entfeuchters (hohe Effizienz bei hoher Feuchte und Temperatur)
• Winter: Einsatz eines desiccant-Entfeuchters (effizienter Betrieb bei niedrigen Temperaturen)

Dieser Ansatz optimiert den Energieverbrauch über das Jahr, unter Berücksichtigung der saisonalen Besonderheiten der verschiedenen Entfeuchtertypen.

3. Nutzung von Abwärme zur Regeneration

Ein innovativer Ansatz, der die Energieeffizienz des Systems deutlich erhöht:

• Abwärme von Kondensatoren von Kälteanlagen wird zur Regeneration des Desiccants genutzt
• Bis zu 40% Energieeinsparung in Gewerbeobjekten möglich (Supermärkte, industrielle Kühlsysteme)
• Reduzierung von Lastspitzen im Energiesystem

Wirtschaftliche Aspekte der Wahl der Entfeuchtungsmethode

Die Auswahl der Entfeuchtungsmethode für ein konkretes Projekt sollte auf einer umfassenden Analyse der technischen Anforderungen, der klimatischen Bedingungen und der wirtschaftlichen Faktoren beruhen. Betrachten wir zwei exemplarische Fallbeispiele, die die Entscheidungslogik verdeutlichen:

Fallbeispiel 1: Wohnkeller mit hoher Feuchte

Projektbedingungen:

• Ziel-Taupunkt: +12°C
• Moderate Feuchte: Regelung auf 50-60% RH
• Saisonaler Betrieb (überwiegend Sommer)

Optimale Lösung: Kondensationsentfeuchter (cooling-based)

Begründung: Der geforderte Taupunkt liegt deutlich über der kritischen Grenze von +4°C, die Energieeffizienz von cooling-Systemen ist in diesem Bereich hoch, die Anschaffungskosten sind niedriger als bei desiccant-Systemen, und die Bedienung sowie Wartung sind einfacher.

Fallbeispiel 2: Pharmazeutisches Labor

Projektbedingungen:

• Ziel-Taupunkt: −20°C
• Extrem niedrige Feuchte: Regelung auf 10-15% RH
• Ganzjähriger Betrieb mit hohen Anforderungen an Stabilität

Optimale Lösung: desiccant-Entfeuchter oder kombiniertes System

Begründung: Der erforderliche Taupunkt liegt deutlich unter den Möglichkeiten von cooling-Systemen, der kondensative Ansatz ist aufgrund von Vereisungsrisiken nicht anwendbar, und es ist eine stabile Aufrechterhaltung niedriger Feuchte unabhängig von den Aussenbedingungen erforderlich.

Blockschema der Entscheidungsfindung

Für die Wahl der Entfeuchtungsmethode empfiehlt sich folgende Logik:

• Wenn der Ziel-Taupunkt über +5°C liegt und die Aussenluftfeuchte hoch ist — cooling-based Entfeuchtung ist optimal
• Wenn der Ziel-Taupunkt unter +5°C liegt und günstige Wärmeenergie verfügbar ist — desiccant-Entfeuchtung ist optimal
• Wenn niedrige Taupunkte mit hoher Effizienz gefordert sind — kombiniertes System
• Wenn der Betrieb bei niedrigen Temperaturen wichtig ist — desiccant-Entfeuchtung
• Wenn geringe Anschaffungskosten kritisch sind und der Ziel-Taupunkt über +5°C liegt — cooling-based Entfeuchtung

Häufige Fragen (FAQ)

1. Warum ist ein Kondensationsentfeuchter im Winter ineffizient?

Bei niedrigen Temperaturen sinkt die absolute Luftfeuchte deutlich, daher entfernen Kondensationsentfeuchter weniger Feuchtigkeit. Zudem steigt unter +10°C das Risiko der Vereisung des Verdampfers, was Abtauzyklen erfordert und die Effizienz senkt. Ausserdem enthält kalte Luft insgesamt weniger Feuchtigkeit, daher ergibt es wenig Sinn, Luft von 2 g/kg auf 1,5 g/kg zu entfeuchten.

2. Welcher minimale Taupunkt ist für cooling-Systeme möglich?

Die technische Grenze für kondensative Entfeuchtungssysteme liegt normalerweise bei +4...+7°C. Niedrigere Werte sind theoretisch möglich, in der Praxis jedoch unwirtschaftlich, da das Kondensat im Wärmetauscher einfrieren kann, was den Entfeuchtungsprozess stoppt und Abtauung erfordert.

3. Wann ist die desiccant-Entfeuchtung wirtschaftlich vorteilhafter?

Adsorptive Entfeuchtung ist in folgenden Fällen wirtschaftlich günstiger:

• Erforderlicher Taupunkt unter +5°C
• Niedrige Betriebstemperaturen (unter +10°C)
• Verfügbarkeit einer günstigen Wärmequelle zur Regeneration (Abwärme, Dampf, Gas)
• Kritische Anforderungen an niedrige Feuchte unabhängig von den Aussenbedingungen

4. Kann man beide Entfeuchtungsmethoden kombinieren?

Ja, kombinierte Systeme sind oft die optimale Lösung. Die kondensative Entfeuchtung senkt die Feuchte effizient auf einen Taupunkt von +4°C, danach kann das adsorptive System deutlich niedrigere Werte mit geringerem Energieeinsatz erreichen. Dieser Ansatz nutzt die Vorteile beider Technologien und minimiert deren Nachteile.

5. Wie beeinflusst die Temperatur die Wahl der Entfeuchtungsmethode?

Die Temperatur ist einer der Schlüsselfaktoren bei der Wahl der Entfeuchtungsmethode:

• Bei Temperaturen über +15°C sind cooling-based Systeme in der Regel energieeffizienter
• Bei Temperaturen unter +10°C werden desiccant-Systeme wirtschaftlicher
• Bei Minusgraden ist kondensative Entfeuchtung praktisch unmöglich, während adsorptive Entfeuchtung wirksam bleibt

6. Welche Branchen benötigen desiccant-Entfeuchtung?

Adsorptive Entfeuchtung ist unverzichtbar in folgenden Branchen:

• Pharma (Arzneimittelproduktion, Lagerung von Substanzen)
• Elektronikindustrie (Herstellung von Halbleitern, Mikrochips)
• Wehrtechnik (Lagerung von Ausrüstung, Munition)
• Lebensmittelindustrie (Trocknung, Verpackung, Lagerung)
• Konservierung historischer Objekte und Museumsexponate
• Kryolabore und Forschungseinrichtungen

Fazit: Wie wählen Sie die optimale Entfeuchtungsmethode

Bei der Wahl der Entfeuchtungsmethode für Ihr Projekt müssen technische, klimatische und wirtschaftliche Faktoren ganzheitlich berücksichtigt werden. Beide Technologien — kondensativ und adsorptiv — haben ihre Berechtigung und werden in verschiedenen Bereichen erfolgreich eingesetzt.

Schlüsselfaktoren, die die Wahl der Entfeuchtungsmethode beeinflussen:

• Ziel-Taupunkt und Anforderungen an den Feuchtegrad
• Arbeitstemperaturbereich
• Verfügbare Energieressourcen und deren Kosten
• Projektbudget für die Anschaffung
• Anforderungen an Zuverlässigkeit und Stabilität des Betriebs
• Ökologische Aspekte des Betriebs

Die kondensative Entfeuchtung bleibt die optimale Lösung für die meisten gewerblichen und wohnwirtschaftlichen Anwendungen mit moderaten Entfeuchtungsanforderungen. Sie kombiniert ausreichende Effizienz mit niedrigeren Anschaffungskosten und einfacher Bedienung.

Die adsorptive Entfeuchtung ist unersetzlich für spezialisierte Anwendungen, die extrem niedrige Feuchte, Betrieb bei niedrigen Temperaturen oder besonders stabile Mikroklimaparameter erfordern.

Kombinierte Systeme stellen eine vielversprechende Entwicklungsrichtung der Entfeuchtungstechnologien dar, da sie ein optimales Gleichgewicht zwischen Energieeffizienz, Leistung und Vielseitigkeit ermöglichen. Sie sind besonders relevant für Industrieobjekte mit hohen Anforderungen an das Mikroklima.

Letztlich ist die richtige Wahl der Entfeuchtungsmethode stets eine individuelle Entscheidung, die die Spezifika des jeweiligen Projekts und dessen zukünftige Entwicklung berücksichtigt.