Adiabatische Kühlung

 

 

Temperaturkontrolle:

Aufgrund der häufig gestellten Frage, was es mit der adiabatischen Kühlung auf sich hat, möchten wir das Funktionsprinzip anhand von einem Beispiel kurz beleuchten und unsere Einsatzgebiete daraus ableiten.

Der menschliche Körper schützt sich vor Überhitzung, indem er automatisch Schweiß absondert. Doch der Schweiß alleine kühlt den Körper nicht ab. Unser Körper macht sich den thermodynamischen Prozess der adiabaten Zustandsänderung zu nutze, bei dem die Verdunstung des Wassers dem Körper Energie in Form von Wärme entzieht. Der Effekt ist kühlend.

Mit unserer Wasservernebelungsanlage nutzen wir diesen Effekt in unterschiedlichen Bereichen. Neben dem klimatischen Effekt des Temperaturaustausches zwischen zwei Systemen, ist das Prinzip auch im Brandschutz von immenser Bedeutung. Ein Baustein für ein Feuer ist Wäremeentwicklung. Entzieht man einem Brand die Wärme, ist einer der drei wichtigen Pfeiler nicht mehr vorhanden und das Feuer wird gelöscht.

Entscheidend für diesen Prozess ist jedoch eine größtmögliche Oberfläche für eine schnelle Verdunstung. Doch warum reduzieren wir dann den Durchmesser unserer Wassertropfen auf unter 40µ (µ=Mikron=tausendstel Millimeter)?

Oberflächenvergrößerung bei kleinerem Durchmesser?

Betrachtet man die Verdunstung auf großen Wasserflächen wird deutlich, dass die Menge der verdunstenden Flüssigkeit von der Oberfläche abhängig ist. Je größer die Oberfläche, umso mehr Wasser kann in derselben Zeitspanne verdunsten. Damit haben wir mit unser Wasservernebelung Rechnung getragen, indem wir die Oberfläche unserer Wassertropfen so klein wie möglich gestalten. Warum das von Vorteil ist erklärt die Mathematik:

Formeln für Kugelvolumen und OberflächeStellen Sie sich einen Wassertropfen als Kugel mit einem Durchmesser von einem Meter vor. Was schätzen Sie, wieviele kleine Kugel mit 10 cm Durchmesser als Wassertropfen in die große Kugel passen? Wir haben einfach das Volumen beider Kugeln berechnet (siehe Formel) und nehmen das Ergebnis vorweg, es sind ca.

1.000 kleine Kugeln!

Nehmen wir das o.a. Beispiel und berechnen die Oberfläche der Kugeln:

Kugel 1= Durchmesser 100 cm, Radius 0,5m
Kugel 2= Durchmesser 10 cm, Radius 0,05m

Die mathematische Formel für die Berechnung der Oberfläche einer Kugel lautet:

Die Oberfläche der Kugel 1 beträgt demnach ca. 3,14 m2
Die Oberfläche der Kugel 2 beträgt demnach ca. 0,031 m2

Multipliziert man nun die Oberfläche der Kugel 2 mit 1.000, erhält man eine Oberfläche von ca. 31 m2. Das bedeutet, jedes mal, wenn Sie das berechnete Volumen mit auf 1% reduzierten Tröpfchen füllen, erhöht sich die erzielte Oberfläche um den Faktor 10.

Die mit unserer Düse erzeugten Tröpfchen haben einen Durchmesser von 40µ, das sind umgerechnet 0,000004m, also 0,0004% des ursprünglichen Durchmessers. Gegenüber dem im Beispiel angenommenen Tropfen mit 1m Durchmesser, würden wir die Oberfläche um das 250.000-fache vergrößern. Solche Vergleiche sind in der praktischen Anwendung wohl eher unrealistisch. Vergleicht man aber Wassertropfen herkömmlicher Löschanlagen von ca. 4 mm mit unserem Wassernebel, beträgt die Oberflächenvergrößerung immer noch den Faktor 1.000. Und da die Zwischenräume nicht mit Wasser, sondern mit Umgebungsluft gefüllt sind, reduziert sich die tatsächliche eingesetzte Wassermenge erheblich.

Fazit:

Da eine definierte Menge einer Flüssigkeit schneller verdunstet, wenn man Ihre Oberfläche vergrößert, muss man die Wassertröpfchen extrem verkleinern. Eine so vergrößerte Oberfläche erhöht die Verdunstungsgeschwindigkeit und damit auch den Wärmeentzug am Brandherd.