Wie funktioniert Verdunstungskühlung, wo hilft sie und wo nicht?

Wie funktioniert Verdunstungskühlung?

Damit Wasser verdunstet, braucht es Energie. Diese Verdampfungsenthalpie nimmt das Wasser aus der Umgebung, und die Umgebung kühlt ab. Man nennt den Effekt Verdunstungskälte. Nasse Kleidung im Wind kühlt aus demselben Grund, und der Körper schwitzt, um sich zu kühlen. Sprühnebel-Gebläse nutzen den Effekt, um die Luft in öffentlichen Räumen zu kühlen.

Das Besondere daran ist, dass keine Kältemaschine nötig ist. Eine Verdunstungskühlung braucht Wasser, einen Weg, das Wasser fein zu verteilen, und Luft, die Wasserdampf aufnehmen kann. Alles Weitere ist Auslegung.

Wie viel Kühlleistung steckt im Verdunsten? Ein Rechenbeispiel

Die Verdampfungsenthalpie von Wasser hängt von der Temperatur ab. Bei 25 °C, der häufig tabellierten Temperatur, beträgt sie rund 2,441 Kilojoule je Gramm, am Siedepunkt bei 100 °C etwa 2,256 Kilojoule je Gramm. Ein Liter Wasser wiegt rund ein Kilogramm, also 1.000 Gramm. Verdunstet er bei etwa 25 °C vollständig, werden der Luft rund 2.441 Kilojoule entzogen, das sind etwa 0,68 Kilowattstunden. Verdunstet ein Liter im Mittel über eine Stunde, entspricht das einer Kühlleistung von rund 0,68 Kilowatt.

Die Rechnung zeigt zweierlei. Erstens steckt in kleinen Wassermengen viel Kühlwirkung, das erklärt, warum der Effekt so verbreitet ist. Zweitens ist das ein theoretischer Höchstwert. Im Freien verdunstet nie alles Wasser vollständig, ständig strömt neue Luft nach, und ein Teil der Tröpfchen landet auf Boden und Möbeln. Die tatsächliche Kühlwirkung am Sitzplatz ist deshalb kleiner und örtlich begrenzt. Als Praxisbeispiel nennt das vom Bundesgesundheitsministerium geförderte Hitzeservice-Portal Temperaturreduzierungen von bis zu 12 °C im Radius von einem Meter um eine Düse; auf einen ganzen Platz oder eine Terrasse lässt sich das nicht hochrechnen.

Was begrenzt die Wirkung?

Die wichtigste Grenze ist die Luftfeuchte. Je trockener und wärmer die Luft, desto mehr Wasser kann sie aufnehmen, und desto stärker ist die Abkühlung. Bei hoher Luftfeuchte ist die Luft fast gesättigt, das Wasser verdunstet kaum, und die Umgebung wird feucht statt kühl. Physikalisch kann Verdunstung die Luft nur bis zu einer Kühlgrenze abkühlen, die bei feuchter Luft dicht an der Lufttemperatur liegt. Deshalb funktioniert das Verfahren an trockenen Hitzetagen deutlich besser als an schwülen.

Dazu kommen Wind, Tropfengröße und Aufenthaltsdauer. Wind trägt Nebel aus der Zone, grobe Tropfen benetzen Flächen, statt in der Luft zu verdunsten, und wer nur kurz durch eine Zone geht, spürt weniger als jemand, der dort sitzt.

Was unterscheidet Verdunstungskühler, Sprühnebel und Klimaanlage?

Unter Verdunstungskühlung laufen mehrere Techniken, die sich im Einsatz stark unterscheiden. Im Innenraum führen Verdunstungskühler Luft über feuchte Matten, ihr Ziel ist die Raumluft. Im Außenbereich spricht man von Sprühnebel- oder Nebelkühlung: Wasser wird fein versprüht und verdunstet in der freien Luft. Eine Klimaanlage arbeitet dagegen mit einem Kältekreislauf und entfeuchtet die Luft, Verdunstungskühlung befeuchtet sie. Das ist der wichtigste Unterschied für die Planung, denn er entscheidet, ob Feuchte auf einer Terrasse gewünscht ist oder stört.

Wo hilft Verdunstungskühlung im Außenbereich?

Im Freien passt das Verfahren zu Orten, an denen Menschen länger stehen oder sitzen und die Luft an Hitzetagen trocken genug ist: Terrassen, Hotelgärten, Wartebereiche, Plätze. Die Bund/Länder-Empfehlungen für Hitzeaktionspläne führen Befeuchtungsanlagen in Außenanlagen und für Terrassen als stadt- und bauplanerische Maßnahme auf, neben Schattenplätzen, Trinkwasserspendern und Wasserspielen. Als Beispiel für den öffentlichen Raum betreibt die Stadt Wien Sprühnebelduschen auf Hydranten und Nebel-Stelen, die sich bei hohen Temperaturen automatisch einschalten.

Weniger sinnvoll ist das Verfahren bei hoher Luftfeuchte, in windigen Lagen und überall dort, wo Gäste, Speisen oder Kleidung nicht nass werden dürfen. Es ersetzt außerdem keinen Schatten: Nebel senkt die Lufttemperatur, ein Schirm nimmt die Strahlung. Wer beides plant, beginnt mit der Beschattung.

Welche Rolle spielen Wasser, Hygiene und Recht?

Wo Wasser fein verteilt wird, entsteht ein Aerosol. Nach dem Robert Koch-Institut erfolgt eine Legionelleninfektion in der Regel durch das Einatmen eines fein zerstäubten, legionellenhaltigen Wassernebels. Legionellen wachsen demnach am besten zwischen 25 und 45 °C, Stagnation und Totleitungen können die Keimzahlen erhöhen. Eine Anlage braucht deshalb Filter, Spülung, Entleerung bei Stillstand und eine dokumentierte Wartung.

Rechtlich ist die 42. Verordnung zum Bundes-Immissionsschutzgesetz der Bezugspunkt. Sie gilt für Anlagen, in denen Wasser verrieselt oder versprüht wird oder anderweitig in Kontakt mit der Atmosphäre kommen kann: Verdunstungskühlanlagen, Kühltürme und Nassabscheider. Ausgenommen sind unter anderem Befeuchtungseinrichtungen in raumlufttechnischen Anlagen, die integrierter Bestandteil der luftführenden Bereiche sind. Der Auslegungskatalog der Länder ordnet verschiedene Bauarten ein, vom adiabaten Rückkühler bis zur Sprühanlage an einer Lüftungsanlage. Ob eine Nebelanlage im Freien darunter fällt, entscheidet die zuständige Behörde im Einzelfall. Wir geben dazu keine Rechtsauskunft.

Welche Irrtümer sind verbreitet?

„Nebel kühlt immer.“ Nein. Bei schwüler Luft verdunstet er kaum, und der Gast erlebt Feuchte statt Abkühlung. Eine Anlage ohne Feuchtesteuerung läuft dann gegen ihren Zweck.

„Mehr Wasser kühlt mehr.“ Ebenfalls nicht. Gekühlt wird nur, was verdunstet. Wasser, das Tische, Boden oder Kleidung erreicht, benetzt, ohne zu kühlen, und erhöht Rutschgefahr und Reinigungsaufwand.

„Der Nebel ersetzt den Schatten.“ Er senkt die Lufttemperatur, nicht die Strahlung. In der prallen Sonne bleibt die gefühlte Belastung hoch.

„Sprühnebel ist harmlos, es ist ja nur Wasser.“ Es ist ein Aerosol aus einer Wasseranlage, und Wasseranlagen brauchen Hygiene. Das gehört in die Planung, nicht in die Nachrüstung.

Welche Fragen klären Betreiber vorab?

Bevor Sie Verdunstungskühlung einplanen, klären Sie diese Fragen. Wenn Sie mehrere davon nicht beantworten können, ist ein Standortgespräch der bessere erste Schritt als ein Angebot.

• Wie trocken ist die Luft an den Tagen, für die Sie kühlen wollen, und wie oft kommen schwüle Tage vor?
• Ist die Fläche windgeschützt oder eine Windschneise?
• Ist die Beschattung bereits gelöst, oder soll der Nebel den Schatten ersetzen?
• Wer betreibt, wartet und dokumentiert die Anlage, und wer schaltet sie im Störfall ab?
• Wo liegen Wasseranschluss, Stromversorgung und Abfluss, und was geschieht im Winter?
• Welche Behörden sind früh einzubinden: Immissionsschutz, Gesundheitsamt, bei öffentlichem Grund das Straßenverkehrs- oder Ordnungsamt?

Was bedeutet das für Projekte mit IPOMEA?

Für Schirme von IPOMEA Classic, IPOMEA Tulip und IPOMEA Prisma plant IPOMEA die Nebelkühlung projektbezogen, zusammen mit einem Wasser-, Spül-, Wartungs- und Hygienekonzept. Systembestandteile sind eine Pumpeneinheit, Düsen und Leitungen, die sich im Mast führen lassen, Filter oder Wasseraufbereitung, eine automatische Spül- und Entleerfunktion und eine Steuerung mit Sensorik. Eine Gradzahl versprechen wir nicht, Leistungswerte nennen wir nur mit Messwerten. Wir planen Beschattung und Kühlzone gemeinsam und legen die Auslegungsbedingungen offen. Wenn Sie wissen möchten, ob Ihre Fläche dafür geeignet ist, beschreiben Sie Lage, Größe, Wasseranschluss und Betriebszeiten in einer Projektanfrage.