Autor: Technische Abteilung Mycond
Luftentfeuchtungssysteme spielen eine wichtige Rolle bei der Gewährleistung eines komfortablen Raumklimas und beim Schutz von Baukonstruktionen, doch ihr Betrieb hat einen erheblichen Einfluss auf die Umwelt. Das Verständnis der Mechanismen der CO₂-Emissionen bei der Entfeuchtung und die Wahl der optimalen Technologie ermöglichen eine deutliche Reduktion des Fussabdrucks. In diesem Artikel betrachten wir eine umfassende Methodik zur Bewertung der Emissionen verschiedener Feuchteregelungssysteme und Wege zu deren Minimierung.
Thermodynamische Natur der CO₂-Emissionen in Entfeuchtungsprozessen
Luftentfeuchtung ist aufgrund der hohen Verdampfungswärme von Wasser ein energieintensiver Prozess. Um Feuchte aus der Luft zu entfernen, muss eine energetische Barriere überwunden werden, die sich mit folgender Formel ergibt: Verdampfungswärme = 2501 - 2,38 × Temperatur (kJ/kg). Somit beträgt bei einer typischen Temperatur von 20°C die Verdampfungswärme ungefähr 2453 kJ/kg entfernter Feuchte.
Verschiedene Entfeuchtungsverfahren (kondensierend, adsorptiv, lüftungsbasiert) erfordern unterschiedliche Energiemengen, um die gleiche Feuchtigkeitsmenge zu entfernen. Diese Energie wird über den Primärenergiefaktor (für das Stromnetz üblicherweise 2,0 bis 3,0, für Gas 1,1 bis 1,3) und die Kohlenstoffintensität der Energiequelle (g CO₂/kWh) in CO₂-Emissionen umgerechnet.
Es ist wichtig, nicht nur den direkten Energieverbrauch der Entfeuchter zu berücksichtigen, sondern auch deren Einfluss auf das übergeordnete HLK-System des Gebäudes. Das Ignorieren zusätzlicher Lasten auf Kältemaschinen und Kessel führt zu einer Unterschätzung des gesamten CO₂-Fussabdrucks um 40–80 %, was die Technologieauswahl kritisch beeinflusst.
Energie- und Kohlenstoffprofil der Kondensationsentfeuchtung
Die Kondensationsentfeuchtung basiert auf dem thermodynamischen Kreisprozess einer Kältemaschine, bei dem die Luft unter den Taupunkt abgekühlt, die Feuchte kondensiert und die Luft anschliessend wieder erwärmt wird. Der Leistungskoeffizient (COP) solcher Systeme hängt stark von der Lufttemperatur ab und liegt üblicherweise zwischen 1,5 bei +5°C und 3,5 bei +35°C.
Der spezifische Energieverbrauch von Kondensationsentfeuchtern wird wie folgt berechnet: E(spezifisch) = P(elektrisch) / G(Feuchte), wobei P(elektrisch) die elektrische Leistung und G(Feuchte) die Entfeuchtungsleistung ist. Für moderne Systeme liegt dieser Wert zwischen 0,3 und 0,7 kWh/kg entfernter Feuchte.
Ein wichtiges Merkmal von Kondensationsentfeuchtern ist die Wärmeabgabe an den Raum, die der Summe aus Verdampfungswärme und elektrischer Leistung entspricht. Dies erhöht die Kühllast des Gebäudes und erzeugt indirekte CO₂-Emissionen. Zudem sind direkte Emissionen durch Kältemittelleckagen zu berücksichtigen, die ein hohes Treibhauspotenzial (GWP) besitzen.
Energie- und Kohlenstoffprofil der Adsorptionsentfeuchtung
Die Adsorptionsentfeuchtung beruht auf der Fähigkeit spezieller Materialien (Silicagel, Zeolith), Feuchte aus der Luft aufzunehmen. Der Prozess besteht aus zwei Phasen: Adsorption (Feuchteaufnahme) und Regeneration (Entfernung der Feuchte aus dem Adsorbens durch Erwärmung).
Der spezifische Energieverbrauch von Adsorptionsentfeuchtern hängt von der Effizienz der Regeneration ab und wird wie folgt definiert: E(spezifisch) = Q(Regeneration) / G(Feuchte), wobei Q(Regeneration) die Wärmeenergie zur Erwärmung der Regenerationsluft ist. Dieser Wert beträgt bei elektrischer Regeneration in der Regel 3,5–5,5 kWh/kg.
Der CO₂-Fussabdruck von Adsorptionssystemen hängt wesentlich von der Energiequelle für die Regeneration ab. Der Einsatz von Gas statt Elektrizität kann die CO₂-Emissionen in Regionen mit hoher Strom-Kohlenstoffintensität um 30–60 % senken. Die Regenerationstemperatur (typisch 120–180°C) beeinflusst ebenfalls die Effizienz: Höhere Temperaturen erhöhen den Energieverbrauch, steigern jedoch die Leistungsfähigkeit.
Energie- und Kohlenstoffprofil der lüftungsbasierten Entfeuchtung
Die lüftungsbasierte Entfeuchtung nutzt das Prinzip, feuchte Innenluft durch trockenere Aussenluft zu ersetzen. Diese Methode ist nur effizient, wenn der Feuchtegehalt der Aussenluft niedriger ist als der der Innenluft, was ihren Einsatz auf bestimmte Klimazonen beschränkt.
Der Energieverbrauch der lüftungsbasierten Entfeuchtung setzt sich aus der Energie für den Lufttransport und deren thermische Behandlung zusammen. In der Heizperiode ist zusätzliche Beheizung erforderlich, im Sommer Kühlung. Der Einsatz von Wärmerückgewinnung mit einer Effizienz von 0,5 bis 0,85 reduziert den Energieverbrauch.
Der spezifische Energieverbrauch der lüftungsbasierten Entfeuchtung hängt stark von Temperatur- und Feuchteunterschieden zwischen Aussen- und Innenluft ab. Unter günstigen Bedingungen kann er um 40–60 % niedriger sein als bei mechanischen Entfeuchtungsverfahren.
Algorithmus zur Technologieauswahl nach dem Kriterium minimaler CO₂-Emissionen
Eine rationale Technologieauswahl erfordert ein systematisches Vorgehen:
1. Bestimmung der jährlichen Entfeuchtungsleistung auf Basis der Feuchtebilanz des Objekts.
2. Berechnung des spezifischen Energieverbrauchs für jede Technologie unter Berücksichtigung der lokalen Bedingungen.
3. Berücksichtigung des Einflusses auf das übergeordnete HLK-System (zusätzliche Last oder Entlastung).
4. Multiplikation des Energieverbrauchs mit Primärenergiefaktor und Kohlenstoffintensität.
5. Addition direkter Emissionen durch Kältemittel bei Kondensationssystemen.
6. Vergleich der Gesamtemissionen und Auswahl der optimalen Technologie.
Grenzbedingungen der Technologieauswahl:
- Liegt die Lufttemperatur unter 15°C, ist die Adsorptionsentfeuchtung im Vorteil.
- Ist der Feuchtegehalt der Aussenluft während mehr als 4000 Stunden pro Jahr niedriger als der der Innenluft, ist die lüftungsbasierte Entfeuchtung im Vorteil.
- Ist ein Verbraucher für Niedertemperaturwärme vorhanden, ist die Kondensationsentfeuchtung mit Wärmerückgewinnung im Vorteil.
Wärmerückgewinnung der Kondensationswärme: Berechnung des Potenzials zur Emissionsminderung
Bei der Kondensationsentfeuchtung fällt eine beträchtliche Wärmemenge an, die genutzt werden kann. Die maximale rückgewinnbare Wärme berechnet sich wie folgt: Q(Rekuperation) = G(Feuchte) × r + P(elektrisch), wobei r die Verdampfungswärme, G(Feuchte) die Entfeuchtungsleistung und P(elektrisch) die elektrische Leistung des Entfeuchters ist.
Optimale Abnehmer dieser Wärme sind Systeme mit Heiztemperaturen bis 50–60°C: Beheizung von Schwimmbadwasser (26–28°C), Warmwasserversorgung (40–55°C) oder Niedertemperatur-Heizsysteme (35–45°C). Die Effizienz der Wärmetauscher ist dabei unter Berücksichtigung einer minimalen Temperaturdifferenz von 3–5 K zu berechnen.
Die Emissionsreduktion bei Ersatz traditioneller Wärmequellen kann 40–70 % des gesamten CO₂-Fussabdrucks des Entfeuchtungssystems erreichen. Die wirtschaftliche Zweckmässigkeit der Rückgewinnung hängt vom Systemmassstab und von verfügbaren Wärmesenken ab; typische Amortisationszeiten liegen bei 2 bis 7 Jahren.
Methodik zur Berechnung des gesamten CO₂-Fussabdrucks eines Entfeuchtungssystems (TEWI-Methodik)
Für eine umfassende Bewertung der Umweltwirkung von Entfeuchtungssystemen wird die (Total Equivalent Warming Impact) verwendet – der gesamte äquivalente Erwärmungsbeitrag. Für Kondensationssysteme wird TEWI wie folgt berechnet:
TEWI = (GWP × M × L × n) + [GWP × M × (1 - α)] + (n × E × β × PEF)
wobei GWP das Treibhauspotenzial des Kältemittels, M die Füllmasse, L die jährliche Leckagerate, n die Lebensdauer, α der Rückgewinnungsanteil des Kältemittels bei der Entsorgung, E der jährliche Energieverbrauch, β die Kohlenstoffintensität der Elektrizität und PEF der Primärenergiefaktor ist.
Zur Anpassung der Methodik an Adsorptionssysteme werden die kältemittelbezogenen Komponenten ausgeschlossen. Für den Vergleich unterschiedlicher Technologien werden die Resultate üblicherweise auf kg CO₂-Äquivalent pro kg entfernter Feuchte oder pro m² Gebäudefläche normiert.
Integration mit erneuerbaren Energien: Berechnung der Reduktion des CO₂-Fussabdrucks
Die Kombination von Entfeuchtungssystemen mit erneuerbaren Energiequellen ermöglicht eine deutliche Reduktion ihres CO₂-Fussabdrucks. Für Adsorptionssysteme bietet sich der Einsatz von Hochtemperatur-Wärmepumpen mit einem COP von 2,0 bis 3,5 zur Erwärmung der Regenerationsluft auf 120–140°C an.
Solarkollektoren für die Regeneration des Adsorbens erfordern die Berechnung der notwendigen Fläche nach folgender Formel: A(Kollektoren) = Q(Regeneration) / (I × η × k), wobei I die mittlere Einstrahlung, η der Kollektorwirkungsgrad (0,4–0,7) und k der Nutzungsfaktor ist. Klimatische Einschränkungen machen diese Lösung in den südlichen Regionen Europas effizienter.
Für Kondensationsentfeuchter ist der Einsatz von Photovoltaiksystemen vielversprechend. Der Lastdeckungsgrad wird als Verhältnis der erzeugten Energie zum jährlichen Energieverbrauch berechnet. Energiespeicherung kann den Deckungsanteil erhöhen, steigert jedoch die Systemkosten.
Einfluss der Kohlenstoffintensität des Stromnetzes auf die Technologieauswahl
Die Kohlenstoffintensität der Elektrizität beeinflusst die gesamten CO₂-Emissionen von Entfeuchtungssystemen erheblich. In den europäischen Ländern variiert sie von 50 g CO₂/kWh (Norwegen, Schweiz) bis 800 g CO₂/kWh (Polen).
Bei niedriger Kohlenstoffintensität (bis 100 g CO₂/kWh) weisen Kondensationsentfeuchter mit COP 2,5 in der Regel einen geringeren CO₂-Fussabdruck auf als Adsorptionssysteme mit Gasregeneration. Bei hoher Intensität (über 400 g CO₂/kWh) kehrt sich die Situation um.
Grüne Tarife und Herkunftsnachweise für erneuerbaren Strom erlauben die Reduktion des berechneten CO₂-Fussabdrucks, erfordern jedoch eine Bestätigung der tatsächlichen Herkunft der Energie. Die bis 2040 prognostizierte Reduktion der Kohlenstoffintensität um 50 % kann zukünftige optimale Technologieentscheidungen verändern.
Normative Anforderungen und ökologische Gebäudebewertung
Die europäische Gebäuderichtlinie über die Gesamtenergieeffizienz (EPBD) legt Anforderungen an Gebäude mit nahezu Nullenergiebedarf (nZEB) fest, was die Auswahl der Entfeuchtungssysteme beeinflusst. Die F-Gase-Verordnung (517/2014) begrenzt die Nutzung von Kältemitteln mit GWP über 2500 (seit 2020) und über 150 (ab 2025).
Ökologische Gebäudebewertungssysteme (BREEAM, LEED, DGNB) berücksichtigen die Energieeffizienz und Emissionen technischer Anlagen bei der Gebäudezertifizierung. Die TEWI-Methodik wird häufig als Grundlage zur Bewertung der Wirkung von Entfeuchtungssystemen im Rahmen der Zertifizierung verwendet.
Es zeichnet sich eine Tendenz zu verschärften Anforderungen ab, einschliesslich eines vollständigen Verbots von Kältemitteln mit hohem GWP, des obligatorischen Einsatzes erneuerbarer Energien und der Einführung von CO₂-Bepreisungsmechanismen.
Typische Ingenieurfehler und Missverständnisse
Bei der Bewertung des CO₂-Fussabdrucks von Entfeuchtungssystemen treten häufig folgende Fehler auf:
- Vergleich von Technologien nur anhand des direkten Energieverbrauchs ohne Berücksichtigung des Einflusses auf das HLK-System.
- Verwendung eines universellen Werts der Kohlenstoffintensität ohne Berücksichtigung regionaler Besonderheiten (Fehler bis zu 400 %).
- Ignorieren direkter Emissionen durch Kältemittelleckagen.
- Überschätzung des Potenzials der Wärmerückgewinnung ohne Analyse realer Abnehmer.
- Unzutreffende Bewertung der Effizienz erneuerbarer Quellen ohne Berücksichtigung des Nutzungsfaktors.
- Vergleich von Adsorptionssystemen mit elektrischer statt gasbasierter Regeneration.
- Nichtberücksichtigung der Effizienzdegradation der Anlagen über die Lebensdauer.
Grenzen der Anwendbarkeit der Methodiken und Bedingungen für Ineffizienz
Es gibt eine Reihe von Einschränkungen, die bei der Auswahl der Entfeuchtungstechnologie zu berücksichtigen sind:
- Kondensationsentfeuchtung ist bei Temperaturen unter +5°C ineffizient (COP unter 1,5).
- Lüftungsbasierte Entfeuchtung funktioniert nur, wenn der Feuchtegehalt der Aussenluft niedriger ist als der der Innenluft.
- Wärmerückgewinnung ist wirtschaftlich sinnvoll ab einer Leistung von 50 kg Feuchte pro Tag.
- Solare Regeneration ist in nördlichen Regionen (Breite über 55°) wenig effizient.
- Zukünftige Beschränkungen für Kältemittel mit GWP über 150 werden die Auswahl von Kondensationssystemen beeinflussen.
Häufig gestellte Fragen
Wie lässt sich bestimmen, welche Entfeuchtungstechnologie für ein konkretes Objekt den kleinsten CO₂-Fussabdruck hat?
Es ist notwendig, die gesamten CO₂-Emissionen für jede Technologie zu berechnen, unter Berücksichtigung von: direktem Energieverbrauch, Einfluss auf das HLK-System, Kohlenstoffintensität der Energiequellen, direkten Emissionen durch Kältemittel sowie der Möglichkeit der Wärmerückgewinnung. Für die Schweiz mit ihrer niedrigen Kohlenstoffintensität des Stroms (rund 100 g CO₂/kWh) haben Kondensationssysteme oft Vorteile, insbesondere bei vorhandenen Wärmeabnehmern.
Ist Adsorptionsentfeuchtung mit Gasregeneration immer umweltfreundlicher als Kondensationsentfeuchtung?
Nein, das hängt von der Kohlenstoffintensität der Elektrizität ab. In der Schweiz und den skandinavischen Ländern, wo die Intensität unter 100 g CO₂/kWh liegt, verursacht die Kondensationsentfeuchtung mit COP 2,5 weniger Emissionen als die Adsorptionsentfeuchtung mit Gasregeneration. Bei Intensitäten über 400 g CO₂/kWh kehrt sich die Situation um.
Wie lässt sich die wirtschaftliche Zweckmässigkeit der Rückgewinnung von Kondensationswärme bewerten?
Berechnen Sie die verfügbare Wärme (Q(Rekuperation) = G(Feuchte) × r + P(elektrisch)), bestimmen Sie potenzielle Abnehmer mit passendem Temperaturniveau, bewerten Sie die Kosten der ersetzten Energie und die Investitionskosten für die Rückgewinnung. Für ein typisches Schwimmbad mit einer Entfeuchtungsleistung von 100 kg/Tag liegt die Amortisationszeit unter Schweizer Bedingungen bei 3–5 Jahren.
Kann ein Entfeuchtungssystem vollständig dekarbonisiert werden?
Theoretisch ja, bei Nutzung von 100 % erneuerbarer Energie und Kältemitteln mit niedrigem GWP. Praktisch erfordert dies einen ganzheitlichen Ansatz: Photovoltaik oder grüne Tarife für Kondensationssysteme, Solarkollektoren für die Regeneration des Adsorbens, Wärmerückgewinnung und eine optimale Kombination der Technologien in Abhängigkeit von der Saison.
Fazit
Eine umfassende Bewertung des CO₂-Fussabdrucks von Entfeuchtungssystemen erfordert die Erweiterung der Systemgrenzen über den direkten Energieverbrauch hinaus. Die optimale Technologieauswahl hängt von lokalen Bedingungen ab: Klima, Kohlenstoffintensität des Stromnetzes, Verfügbarkeit von Wärmeabnehmern und der Möglichkeit, erneuerbare Energien zu nutzen.
Für Planungsingenieurinnen und -ingenieure wird empfohlen: den Einfluss der Entfeuchtung auf das übergeordnete HLK-System stets zu berücksichtigen; lokale Werte der Kohlenstoffintensität zu verwenden; Technologien saison- und betriebsabhängig zu kombinieren; das Potenzial der Wärmerückgewinnung maximal auszuschöpfen.
Die Integration der Methodik zur Bewertung des CO₂-Fussabdrucks in den Planungsprozess ermöglicht eine Reduktion der CO₂-Emissionen um 30–70 % im Vergleich zum traditionellen Ansatz. Besonders vielversprechend für die Schweiz sind hybride Systeme mit saisonaler Umschaltung zwischen Betriebsarten und Integration erneuerbarer Energiequellen.
