„Auch wenn sie auf den ersten Blick unscheinbar wirken, kommen bei Wasserrutschen viele thermodynamische Effekte zusammen, die zu hohen Wärmeverlusten führen können. Dieses Zusammenspiel gilt es möglichst genau zu untersuchen, um damit aussagekräftige Ergebnisse zu den erwarteten Wärmeverlusten und möglichen Optimierungspotentialen zu erhalten“, erklärt Sebastian Dragosits, Projektleiter bei der Forschung Burgenland.
Unsichtbare Energieflüsse: Verlustmechanismen und ihr Zusammenspiel
Entscheidend ist, dass nicht nur sensible Wärme (Temperaturdifferenzen) bewegt wird, sondern auch latente Wärme, die beim Phasenwechsel zwischen Wasser und Wasserdampf entsteht:
- Verdunstung: Sie entzieht dem Wasser viel Energie, sodass es abkühlt. Die Luft nimmt diese Energie als latente Wärme auf.
- Kondensation: Trifft der feuchte, warme Luftstrom auf kältere Wandbereiche, kühlt er ab. Da kalte Luft weniger Wasserdampf aufnehmen kann, wird die Luft lokal schnell gesättigt. Überschüssiger Dampf kondensiert an der Wand und setzt die zuvor aufgenommene latente Wärme frei.
- Wärmeabgabe nach außen: Diese freigesetzte Wärme wandert durch Wärmeleitung durch die Rutschenwand und wird auf der Außenseite durch Konvektion und Wärmestrahlung an die Umgebung abgegeben.
Durch das Zusammenspiel von Verdunstung und Kondensation werden die Wärmeverluste in Richtung Außenwand verlagert. Der Luftstrom wirkt dabei wie ein Transportband für die Wärme. Mit dem charakteristisch hohen Wärmeübergang der Wasserströmung zur Rutschenwand kommt ein weiterer wesentlicher Faktor hinzu. In Summe ergeben sich aus diesen einzelnen Wärmeströmen somit hohe Wärmeverluste für die Rutschen.
Anwendungsfall: Sonnentherme Lutzmannsburg
Die Sonnentherme Lutzmannsburg plant die Errichtung einer neuen großen Rutschenanlage. Diese Rutschenerweiterung umfasst sieben „Mega-Rutschen“ mit einer Gesamtlänge von insgesamt 1284 m. Damit handelt es sich aktuell um das größte Rutschen-Projekt im DACH-Raum.
Die Forschung Burgenland unterstützt die Planung mit Berechnungen zur Abschätzung der Wärmeverluste und den Einfluss einer Rutschendämmung auf den Wärmebedarf. Damit soll der Betrieb effizient gestaltet und die Anschlussleistung der Wärmeversorgung optimal ausgelegt werden.
Wie stark lassen sich Wärmeverluste reduzieren?
Sowohl die Wasserströmung als auch die Luftzirkulation in der Rutsche verursachen Wärmeverluste an die Umgebung. Die genaue Aufteilung ist je Rutsche sehr individuell. Bei den betrachteten Rutschen lag der Anteil der wasserseitigen Verluste bei etwas über 50%, obwohl die benetzte Oberfläche üblicherweise nur einen kleinen Teil der gesamten Rutschenfläche ausmacht (im Schnitt etwa 10 bis 15 %). Hauptgrund dafür ist neben der Verdunstung vor allem der hohe Wärmeübergang vom Wasser hin zur Rutschenwand. Eine Dämmung der wasserberührten Oberfläche hat deshalb das größte Einsparpotential, weil hierfür nur eine vergleichsweise kleine Oberfläche zu dämmen ist. Die Berechnungen zeigten folgende wasserseitigen Einsparungspotentiale:
- Reduktion der Spitzenleistung von bis zu 90 Prozent
- Minderung des Jahresenergiebedarfs von bis zu 60 Prozent
Mit einer Volldämmung kann der Gesamtwärmebedarf weiter reduziert werden, da noch immer etwa die Hälfte der gesamten Wärmeverluste an den luftberührten Oberflächen auftreten. Mit einer Dämmung könnten höhere Wandtemperaturen an der Innenseite entlang der Rutsche gehalten werden, wodurch die Kondensation stark eingeschränkt und damit der energieintensivste Verlustpfad der luftbezogenen Wärmeverluste minimiert wird. Diese Maßnahme würde zwar die luftseitigen Wärmeverluste auch in ähnlicher Weise reduzieren, wie zuvor die wasserseitigen, jedoch ist der Dämmaufwand hierfür um einiges größer.
Nachhaltiger Rutschenspaß
Eine Reduktion der Spitzenlasten und des Jahresenergiebedarfs durch Dämmmaßnahmen schafft zentrale Voraussetzungen für nachhaltige und kostengünstige Energiesysteme – sowohl in der Errichtung, als auch im Betrieb. Niedrigere Vorlauftemperaturen und geringere Leistungsanforderungen erleichtern den Einsatz von Wärmepumpen, Solarthermie und Abwärmenutzung. Zudem reduzieren sie den Bedarf an Erzeuger- und Speicherkapazitäten, verbessern die Systemeffizienz und erleichtern die Integration erneuerbarer Energien sowie von Lastmanagement.Die Sonnentherme ist zudem Kooperationspartner des Forschungsprojekts GEO.MAT. Dabei werden die Effizienzpotenziale des Beckenbetriebs untersucht. Erste Optimierungen konnten bereits erfolgreich erprobt werden. Die Sonnentherme ist somit nicht nur ein Vorzeigebetrieb für Familienspaß, sondern auch für Bestrebungen zu einem nachhaltigen, CO₂-freien Thermenbetrieb.
