Physik  |  Technik

 

Cedric Gätzi, 2007 | Tübach, SG
Pascal Schildknecht, 2006 | Egg (Flawil), SG
David Thalmann, 2006 | Sulgen, TG

 

In unserer Arbeit geht es darum die Auswirkungen der adiabatischen Kühlung auf das Raumklima und den Menschen zu erforschen. Hierfür haben wir in einem ersten Schritt die Bedingungen betrachtet, die nötig sind, damit sich ein Mensch wohlfühlt. Es zeigte sich, dass es einen sogenannten Behaglichkeitsbereich gibt, in Abhängigkeit der Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Mithilfe von Jahressimulationen haben wir herausgefunden, dass für die adiabatische Kühlung im Sommer die Luftfeuchtigkeit zum Problem werden kann. Daher ist wichtig jeden Anwendung fall genau zu Prüfen im Vorhinein und zu beachten, dass das Potenzial nur am Spitzentagen voll ausgenutzt werden kann.
Das Ganze haben wir ebenfalls noch in der Praxis getestet. In sogenannten IBC-Tanks testeten wir drei verschiedene adiabatische Kühlungsaufbauten, wo man sehr klar sah, wie sich diese Art von Kühlung im Raum auswirkt. Je nach Aufbau ist die Temperatur unterschiedlich gesunken, wobei die Luftfeuchtigkeit in Abhängigkeit anstieg. Abschliessend kann man sagen, dass das Prinzip in der Praxis funktioniert, jedoch noch nicht die gleichen Resultate erzielt wie in der Theorie.

Fragestellung

In unserer Arbeit geht es darum zu betrachten, ob die adiabatische Kühlung in der Schweiz anwendbar ist. Wir wollen aufzeigen, wo sie einsetzbar ist und wann sie wie eingesetzt werden kann, um in den Behaglichkeitsbereich für den Menschen zu gelangen. Zudem möchten wir die adiabatische Kühlung theoretisch berechnen und mit praktischen Versuchen vergleichen.

Methodik

Zur Informationsbeschaffung haben wir das Wissen von Fachpersonen, das Internet und Fachbücher verwendet. Im späteren Verlauf des Projekts haben wir mithilfe des CAD-Programms Autodesk Inventor die Prototypen entworfen und eigenständig gefertigt. Zur Auswertung der Tests haben wir Bluetooth-fähige Messgeräte verwendet, wodurch wir später die Resultate aus der mitgelieferten App exportieren und in Excel auswerten und analysieren konnten. Die Wetterdaten für die Jahressimulation haben wir von MeteoSchweiz bezogen und diese vereinfacht mithilfe von Excel in ein Beispielgebäude eingerechnet.

Ergebnisse

Während der Zeit der Projektbearbeitung wurde uns bewusster, dass nicht nur die Temperatur eine wichtige Rolle spielt, sondern auch die Luftfeuchtigkeit sehr wichtig für das Wohlbefinden des Menschen ist. Denn die Behaglichkeit hängt von genau diesen beiden Faktoren ab. Die adiabatische Kühlung muss in Abhängigkeit zum Ort auf verschiedene Arten genutzt werden. In der Schweiz beispielsweise ist die adiabatische Kühlung nicht in jedem Anwendungsfall einsetzbar, in unserem Simulationshaus fand sie beispielsweise keinen Nutzen ohne ergänzende Komponenten, wie einem externen Entfeuchter oder einer Heizung. Je nach Anwendungsfall, dem gewünschten Behaglichkeitsbereich und dem Klima kann die adiabatische Kühlung auch in der Schweiz ideal für die Raumkühlung eingesetzt werden. Mithilfe der drei adiabatischen Kühlungsaufbauten entdeckten wir, dass die Kühlung in Abhängigkeit zur effektiven Wasseroberfläche verschieden gut funktioniert. Dabei konnte man gut sehen, wie sich die Temperatur senkt, während die Luftfeuchtigkeit steigt.

Diskussion

Die Hypothese, dass die reine adiabatische Kühlung funktioniert, hat sich bewiesen: Wir konnten durch unsere praktischen Versuche zeigen, dass die Temperatur im Raum gesenkt werden kann. Die zweite Hypothese, dass die adiabatische Kühlung ohne zusätzliche Komponenten in der Schweiz angewendet werden kann, hat sich in unserem Simulationshaus nicht bestätigt. Je nach Anwendungsfall, funktioniert es jedoch trotzdem, dass man die adiabatische Kühlung ohne zusätzliche Komponente einsetzen kann. Die Bedingungen dafür sind jedoch, dass die Temperatur über dem Behaglichkeitsbereich liegt und die Luftfeuchtigkeit tief ist.
Anfangs konzentrierten wir uns zu stark auf die praktischen Versuche, wodurch der theoretische Teil ein wenig von uns vernachlässigt wurde. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der praktische Teil aufgrund unserer Interessen unsere Aufmerksamkeit stärker fesselte.

Schlussfolgerungen

Mithilfe unserer Arbeit konnten wir aufzeigen, wie die adiabatische Kühlung zu bestimmten Zeiten eingesetzt werden muss, damit sie dem Menschen von Nutzen ist. Ebenfalls konnten wir aufzeigen, wie die adiabatische Kühlung je nach Wasserverteilungsart, wie man an den Prototypen sehen kann, ihre Wirkung entfaltet. In einem nächsten Schritt müsste man einen optimierten Prototypen anhand unserer Erkenntnisse entwickeln.

 

 

Würdigung durch den Experten

Dr. Thomas Bergmann

Die Arbeit von Pascal Schildknecht, Cedric Gätzi und David Thalmann widmet sich dem energieintensiven Thema der Klimatisierung, insbesondere der Kühlung. Mit Engagement untersuchte das Team die Wirkung adiabatischer Kühlung auf Raumklima und Wohlbefinden und berücksichtigte dabei Behaglichkeitsgrenzen von Temperatur und relativer Feuchte. Simulationen und Praxisversuche zeigen anschaulich Potenziale und Grenzen. Die Bearbeitung machte die fachliche Komplexität sichtbar und führte zu wertvollen Erkenntnissen für künftige Vertiefungen.

Prädikat:

Silber

Sonderpreis «Grundlagen der Metrologie» gestiftet vom Eidgenössischen Institut für Metrologie METAS

 

 

 

Berufs- und Weiterbildungszentrum Wil-Uzwil (BZWU), Niederuzwil
Lehrer: Johannes Murer