Autor: Technische Abteilung Mycond
Die Feuchteregelung in Innenräumen ist eine wichtige technische Aufgabe, doch Entfeuchtungssysteme beeinflussen den CO₂-Ausstoß nicht nur durch den direkten Energieverbrauch, sondern auch indirekt über die Gesamtsysteme der Heizung, Lüftung und Klimatisierung (HLK). Für eine korrekte Bewertung des CO₂-Fußabdrucks ist es notwendig, das Zusammenspiel zwischen thermodynamischen Prozessen, energetischen Parametern und Umwelteinwirkungen zu berücksichtigen.
Thermodynamische Herkunft der CO₂-Emissionen in Entfeuchtungsprozessen
Die physikalische Grundlage der CO₂-Emissionen bei der Luftentfeuchtung steht unmittelbar mit dem energieintensiven Prozess der Feuchteabfuhr in Zusammenhang. Die Verdampfungswärme von Wasser ist temperaturabhängig und kann berechnet werden als: Verdampfungswärme = 2501 − 2,38 × Temperatur (kJ/kg). Diese Energie muss zur Kondensation abgeführt oder für die Adsorption der Feuchte aufgewendet werden.
Psychrometrische Entfeuchtungsprozesse werden im h-x-Diagramm (Enthalpie–Feuchtegehalt) abgebildet und zeigen, dass der Energiebedarf je nach Verfahren (kondensations-, adsorptions- oder lüftungsbasiert) stark variiert. Die Umwandlung dieser Energie in CO₂-Emissionen erfolgt über den Primärenergiefaktor, der für Strom zwischen 2,0 und 3,0 und für Gas zwischen 1,1 und 1,3 liegt, multipliziert mit der CO₂-Intensität (in Gramm CO₂ pro Kilowattstunde).
Es ist wichtig, den direkten Energiebedarf des Entfeuchters und seinen indirekten Einfluss auf das übergeordnete HLK-System zu unterscheiden. Das Ignorieren der Auswirkungen der Entfeuchter auf Kaltwassersätze (Chiller) und Kessel führt zu einem Fehler bei der Bewertung der CO₂-Emissionen von 40–80 %, da zusätzliche Kühllasten durch Kondensationswärme oder Wärmeverluste bei der Regeneration des Sorbens unberücksichtigt bleiben.
Energie- und CO₂-Profil der Kondensationsentfeuchtung
Der thermodynamische Kältekreis eines Kondensationsentfeuchters umfasst die Verdampfung des Kältemittels bei niedrigen Temperaturen (unter dem Taupunkt), die Kondensation des Wasserdampfs aus der Luft sowie die Abführung der Kondensationswärme in den Raum oder nach außen. Die Leistungszahl (COP) dieses Prozesses hängt stark von der Lufttemperatur ab und liegt zwischen 1,5 bei +5 °C und 3,5 bei +35 °C.
Der spezifische Energieverbrauch eines Kondensationsentfeuchters wird als Verhältnis der elektrischen Leistung zur Feuchteentnahme berechnet und beträgt üblicherweise 0,3–0,7 kWh/kg Feuchte. Beim Betrieb wird die Kondensatorwärme in den Raum abgegeben, die der Summe aus Verdampfungswärme und elektrischer Leistung entspricht und eine zusätzliche Last für das Kühlsystem des Gebäudes erzeugt.
Direkte CO₂-Emissionen von Kondensationsentfeuchtern umfassen auch potenzielle Kältemittelverluste, die als Produkt aus Verlustmasse und Treibhauspotenzial (GWP) berechnet werden. Aktuelle Trends sehen die Substitution traditioneller Kältemittel durch Alternativen mit niedrigem Treibhauspotenzial vor.
Energie- und CO₂-Profil der Adsorptionsentfeuchtung
Die Adsorptionsentfeuchtung beruht auf der Absenkung des Partialdrucks von Wasserdampf beim Kontakt der Luft mit einem Sorbens (Silicagel, Zeolith usw.). Bei der Adsorption erwärmt sich das Sorbens durch Benetzungswärme, während die Regeneration eine Aufheizung der Luft auf 120–180 °C für die Desorption der Feuchte erfordert.
Der spezifische Energiebedarf für die Regeneration des Sorbens wird unter Berücksichtigung der Erwärmung der Luft, der Desorptionswärme und der Effizienz der Wärmerückgewinnung berechnet. Abhängig von der Energiequelle der Regeneration (Elektroheizer, Gasbrenner, Heißwasser, Dampf) kann die CO₂-Intensität des Prozesses deutlich variieren.
Ein wichtiger Aspekt ist die Möglichkeit der Wärmerückgewinnung nach dem Adsorber oder die zusätzliche Last für das Kühlsystem. Die Regenerationstemperatur beeinflusst die Balance zwischen Energieverbrauch und Leistung erheblich: Höhere Temperaturen ermöglichen eine bessere Desorption, erfordern jedoch mehr Energie.
Energie- und CO₂-Profil der Lüftungsentfeuchtung
Die Lüftungsentfeuchtung basiert auf dem psychrometrischen Prinzip des Austauschs von Innenluft durch Außenluft, sofern der Feuchtegehalt der Außenluft niedriger ist als der der Innenluft. Die klimatische Verfügbarkeit dieser Methode wird durch die Analyse stündlicher Wetterdaten und den Anteil der Stunden pro Jahr bestimmt, in denen die Außenluft akzeptable Parameter aufweist.
Der Energiebedarf für die thermische Behandlung der Zuluft umfasst Heizwärme in der kalten Jahreszeit und Kühlleistung im Sommer. Wärmerückgewinnung ermöglicht die Reduzierung dieser Last in dem Maß, das dem Wirkungsgrad des Wärmerückgewinners entspricht (typisch 0,5–0,85).
Der spezifische Energieverbrauch der Lüftungsentfeuchtung hängt von der Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenluft ab. Im Vergleich zur mechanischen Entfeuchtung wird die Wirtschaftlichkeit der lüftungsbasierten Methode durch die Klimabedingungen und die Verfügbarkeit energieeffizienter Wärmerückgewinnungssysteme bestimmt.
Algorithmus zur Technologieauswahl nach dem Kriterium minimaler CO₂-Emissionen
Für die optimale Wahl der Entfeuchtungstechnologie nach dem Kriterium minimaler CO₂-Emissionen ist folgender Algorithmus zu beachten:
- Die jährliche Feuchteabfuhr anhand der Feuchtebilanz des Objekts bestimmen
- Den spezifischen Energieverbrauch für jede verfügbare Technologie berechnen
- Den Einfluss auf das übergeordnete HLK-System berücksichtigen (Zusatzlast oder Einsparung)
- Den Gesamtenergieverbrauch mit dem Primärenergiefaktor und der CO₂-Intensität multiplizieren
- Direkte Emissionen aus Kältemittel hinzufügen (für Kondensationssysteme)
- Technologien anhand der Gesamt-CO₂-Emissionen vergleichen
Dabei sind Randbedingungen zu berücksichtigen: Liegt die Lufttemperatur unter 15 °C, hat die Adsorptionsentfeuchtung Vorteile; ist der Feuchtegehalt der Außenluft mehr als 4000 Stunden pro Jahr niedriger als innen, ist die Lüftungsentfeuchtung optimal; bei vorhandenem Abnehmer für Niedertemperaturwärme ist die Kondensationsentfeuchtung mit Wärmerückgewinnung am effizientesten.
Wärmerückgewinnung der Kondensationswärme: Berechnung des Potenzials zur Emissionsminderung
Bei Kondensationsentfeuchtern entspricht die maximal für die Wärmerückgewinnung verfügbare Wärme dem Produkt aus Feuchteentnahme und Verdampfungswärme plus elektrischer Leistung. Diese Wärmeenergie kann für die Warmwasserbereitung (Aufheizung auf 50–60 °C), die Beheizung von Schwimmbecken (auf 26–28 °C), die Luftheizung (auf 35–50 °C) oder für technische Prozesse genutzt werden.
Das Temperaturpotenzial der Kondensationswärme hängt von den Betriebsbedingungen ab und beträgt üblicherweise 40–55 °C bei Entfeuchtung von Luft mit einer Temperatur von +20 °C. Bei der Berechnung der Effizienz des Wärmetauschers wird eine minimale Temperaturdifferenz von 3 bis 5 Kelvin berücksichtigt.
Die Reduktion der CO₂-Emissionen durch Wärmerückgewinnung wird auf Basis der Substitution traditioneller Wärmequellen (Kessel oder Wärmepumpe) berechnet. Die wirtschaftliche Zweckmäßigkeit der Wärmerückgewinnung hängt von der Anlagengröße, den Energieträgerpreisen und den Investitionskosten ab, mit typischen Amortisationszeiten von 2 bis 7 Jahren.
Berechnungsmethodik des vollständigen CO₂-Fußabdrucks von Entfeuchtungssystemen – TEWI-Methode
Zur objektiven Bewertung der Umweltauswirkungen von Entfeuchtungssystemen wird die Methode des Total Equivalent Warming Impact (TEWI) verwendet. Für kondensationsbasierte Systeme ergibt sich TEWI als Summe aus drei Komponenten:
- Direkte Emissionen durch Kältemittelverluste über die Lebensdauer
- Emissionen bei der Entsorgung des Kältemittels am Lebensende
- Indirekte Emissionen aus dem Energieverbrauch über den gesamten Lebenszyklus
Bei erweiterten Systemgrenzen wird auch der Einfluss auf Chiller und Kessel berücksichtigt. Für Adsorptionssysteme wird die Berechnung modifiziert, wobei das Fehlen von Kältemitteln und die Besonderheiten des Energieverbrauchs für die Regeneration einfließen.
Zum Vergleich verschiedener Technologien werden die Ergebnisse auf Kilogramm CO₂-Äquivalent pro Kilogramm abgeführter Feuchte pro Jahr oder pro Quadratmeter Fläche und Jahr normiert. Bei den Berechnungen sind mögliche Unsicherheiten zu berücksichtigen, wie die Veränderung der CO₂-Intensität im Verlauf der Lebensdauer, Effizienzdegradation sowie reale Kältemittelverluste.
Integration erneuerbarer Energien: Berechnung der Reduktion des CO₂-Fußabdrucks
Die Integration von Entfeuchtungssystemen mit erneuerbaren Energien ermöglicht eine deutliche Reduktion des CO₂-Fußabdrucks. Für Adsorptionsentfeuchter können Wärmepumpen zur Regeneration des Sorbens mit Leistungszahlen von 2,0 bis 3,5 bei Regenerationstemperaturen von 120–140 °C eingesetzt werden.
Der Einsatz von Solarkollektoren zur Regeneration erfordert die Berechnung der notwendigen Fläche, die von der Regenerationswärmemenge, der mittleren Einstrahlung, dem Kollektorwirkungsgrad (0,4–0,7) und dem Nutzungsgrad abhängt. Die Klimabedingungen in verschiedenen Regionen Europas beeinflussen die Effizienz dieser Lösung erheblich.
Photovoltaikanlagen können einen Teil des Energieverbrauchs von Kondensationsentfeuchtern decken. Der Deckungsgrad wird als Verhältnis aus der Produktleistung der PV-Anlage und der Erzeugungszeit zum jährlichen Energieverbrauch berechnet. Zur Nivellierung von Lastspitzen können Speichersysteme eingesetzt werden.
Einfluss der CO₂-Intensität des Stromnetzes auf die Technologieauswahl
Die CO₂-Intensität von Strom variiert regional stark: von 50 g CO₂/kWh (Norwegen, Schweden) bis 800 g CO₂/kWh (Polen). Diese Werte können anhand offizieller Daten der Netzbetreiber ermittelt werden.
Beim Vergleich eines Kondensationsentfeuchters mit einer Leistungszahl von 2,5 und eines Adsorptionsentfeuchters mit Gasregeneration hängt die optimale Technologiewahl wesentlich von der CO₂-Intensität ab. So ist bei 100 g CO₂/kWh die Kondensationsentfeuchtung im Vorteil, während bei 700 g CO₂/kWh die Adsorptionsentfeuchtung mit Gasregeneration ökologisch günstiger ist.
Wichtig ist, die prognostizierten Veränderungen der CO₂-Intensität infolge der Dekarbonisierung des Energiesektors zu berücksichtigen, die sich bis 2040 um 50 % verringern kann. Die Nutzung grüner Tarife und der Erwerb von Zertifikaten für erneuerbare Energie beeinflussen ebenfalls die tatsächliche CO₂-Intensität.
Regulatorische Anforderungen und Systeme der ökologischen Gebäudezertifizierung
Die Richtlinie über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden (EPBD) legt Anforderungen an Niedrigstenergiegebäude (nZEB) fest, was die Wahl der Entfeuchtungssysteme beeinflusst. Die F-Gas-Verordnung 517/2014 beschränkt die Verwendung von Kältemitteln mit einem Treibhauspotenzial über 2500 (seit 2020) und über 150 (ab 2025).
Systeme der ökologischen Gebäudezertifizierung (BREEAM, LEED, DGNB) enthalten Bewertungskriterien für Energieeffizienz und CO₂-Emissionen von technischen Systemen, einschließlich Entfeuchtung. Die TEWI-Methode dient zur Beurteilung der Auswirkungen von Kälteanlagen im Rahmen der Zertifizierung.
Aktuelle Trends der Verschärfung ökologischer Anforderungen umfassen das vollständige Verbot von Kältemitteln mit hohem Treibhauspotenzial, die Einführung verbindlicher Quoten für erneuerbare Energien und eine CO₂-Bepreisung, die die Wahl von Technologien mit geringem Kohlenstofffußabdruck fördert.
Typische ingenieurtechnische Fehler und Fehlannahmen
Bei der Bewertung des CO₂-Fußabdrucks von Entfeuchtungssystemen treten häufig folgende Fehler auf:
- Vergleich von Technologien ausschließlich anhand des direkten Energieverbrauchs ohne Berücksichtigung des Einflusses auf das HLK-System
- Verwendung eines pauschalen CO₂-Intensitätswerts ohne Berücksichtigung der lokalen Erzeugungsstruktur (Fehler bis zu 400 %)
- Ignorieren der direkten Emissionen aus Kältemitteln
- Überschätzung des Potenzials der Wärmerückgewinnung ohne Berechnung eines realen Verbrauchers und der Temperaturanpassung
- Bewertung erneuerbarer Quellen anhand der installierten Leistung ohne Berechnung des Nutzungsgrads
- Vergleich der Adsorptionsentfeuchtung mit elektrischer Regeneration anstelle von Gasregeneration
- Nichtberücksichtigung der Effizienzdegradation über die Lebensdauer
- Ignorieren des eingebetteten Kohlenstoffs aus der Geräteproduktion
Einsatzgrenzen der Methoden und Bedingungen der Ineffizienz
Jede Entfeuchtungstechnologie hat ihre Grenzen des effizienten Einsatzes:
- Kondensationsentfeuchtung wird bei Temperaturen unter +5 °C unwirtschaftlich, wenn die Leistungszahl unter 1,5 fällt
- Die lüftungsbasierte Methode ist nur wirksam, wenn der Feuchtegehalt der Außenluft niedriger ist als innen, und in feuchten Klimata nicht anwendbar
- Wärmerückgewinnung ist wirtschaftlich ab einer Feuchteabfuhr von mindestens 50 kg pro Tag gerechtfertigt
- Solare Regeneration ist in Nordeuropa (Breite über 55°) begrenzt, wo die mittlere Einstrahlung unter 1 kWh/m² pro Tag liegt und der Deckungsgrad unter 20 % bleibt
- Regulatorische Beschränkungen verdrängen Kältemittel mit einem Treibhauspotenzial über 150 schrittweise vom Markt
- Energiespeichersysteme sind bei kontinuierlicher Entfeuchtung ineffizient
- Prognosen der CO₂-Intensität über 10–15 Jahre sind mit hoher Unsicherheit behaftet
Häufige Fragen
Welche Entfeuchtungstechnologie hat den niedrigsten CO₂-Fußabdruck?
Es gibt keine universelle Antwort – die Wahl hängt von den konkreten Bedingungen ab. Bei niedriger CO₂-Intensität des Stroms (unter 200 g CO₂/kWh) und vorhandenem Abnehmer für Niedertemperaturwärme ist die Kondensationsentfeuchtung mit Wärmerückgewinnung im Vorteil. In Regionen mit hoher CO₂-Intensität des Stroms kann die Adsorptionsentfeuchtung mit Gasregeneration um 30–50 % geringere Emissionen aufweisen.
Wie berechnet man den Einfluss des Entfeuchtungssystems auf das gesamte HLK-System?
Für den Kondensationsentfeuchter entspricht die Zusatzlast für das Kühlsystem der Differenz zwischen der gesamten Kondensationswärme und der nutzbaren Verwendung dieser Wärme (falls vorhanden). Beim Adsorptionsentfeuchter wird die durch das Regenerationssystem eingebrachte Wärme minus der mit der Abluft der Regeneration abgeführten Wärme berücksichtigt.
Lässt sich der CO₂-Fußabdruck von Entfeuchtungssystemen vollständig neutralisieren?
Theoretisch ja, praktisch schwierig. Erforderlich sind: 100 % erneuerbare Energie zur Versorgung des Systems, null Kältemittelverluste oder der Einsatz natürlicher Kältemittel mit nahezu null Treibhauspotenzial, sowie die Kompensation des eingebetteten Kohlenstoffs aus der Geräteherstellung.
Welche Vorteile hat die TEWI-Methode im Vergleich zu einer einfachen Energieverbrauchsrechnung?
Die TEWI-Methode berücksichtigt sowohl direkte Emissionen aus Kältemitteln als auch indirekte Emissionen aus dem Energieverbrauch über den gesamten Lebenszyklus sowie Emissionen bei der Entsorgung. Das ermöglicht eine ganzheitliche Bewertung der Klimawirkung und einen korrekten Vergleich verschiedener Technologien.
Wie beeinflusst die Wärmerückgewinnung den CO₂-Fußabdruck eines Kondensationsentfeuchters?
Bei effizienter Wärmerückgewinnung der Kondensationswärme kann der CO₂-Fußabdruck je nach Effizienz des ersetzten Systems um 30–60 % sinken. Der größte Effekt wird erzielt, wenn elektrische oder gasbasierte Beheizung substituiert wird.
Schlussfolgerungen
Die Bewertung und Minimierung des CO₂-Fußabdrucks von Entfeuchtungssystemen erfordert einen ganzheitlichen Ansatz, der nicht nur den direkten Energieverbrauch, sondern auch die Auswirkungen auf das HLK-Gesamtsystem des Gebäudes sowie direkte Emissionen aus Kältemitteln berücksichtigt.
Für die praktische Anwendung wird Planungsingenieurinnen und -ingenieuren empfohlen:
- Den Total Equivalent Warming Impact (TEWI) unter Berücksichtigung aller Komponenten und erweiterter Systemgrenzen zu berechnen
- Die Entfeuchtungstechnologie unter Berücksichtigung der konkreten klimatischen Bedingungen, des Betriebsregimes und der CO₂-Intensität des Stromnetzes auszuwählen
- Die Möglichkeiten der Wärmerückgewinnung und der Integration erneuerbarer Energien maximal zu nutzen
- Prognostizierte Änderungen der CO₂-Intensität und regulatorischer Anforderungen über die erwartete Lebensdauer der Ausrüstung zu berücksichtigen
- Die wirtschaftliche Zweckmäßigkeit von Technologien mit minimalem Kohlenstofffußabdruck unter Berücksichtigung potenzieller CO₂-Bepreisungsmechanismen zu bewerten
Die Integration der Methodik zur Bewertung des CO₂-Fußabdrucks in den allgemeinen HLK-Planungsprozess ermöglicht fundierte Entscheidungen zur Erreichung von Klimazielen bei gleichzeitiger Wahrung der funktionalen Eigenschaften des Gebäudes und der Wirtschaftlichkeit.
