Wie funktioniert ein Kreuzwärmetauscher?
Lüftungsgeräte mit Kreuzstromwärmetauscher tragen dazu bei, einen hohen Anteil der Wärme aus der verbrauchten Luft zurückzugewinnen und auf die Frischluft zu übertragen. Das reduziert den Primärenergiebedarf für das Erwärmen der Luftzufuhr erheblich.
Oft nutzt man diese Technik zusammen mit einem Erdwärmetauscher oder anderen Methoden der Lufterwärmung, sodass sich zu jeder Jahreszeit die ideale Raumtemperatur erzielen lässt.
Was bewirken Wärmetauscher?
Ganz allgemein dienen Wärmetauscher dazu, die Wärme des einen Stoffes mit höherer Temperatur auf einen anderen Stoff mit niedriger Temperatur zu übertragen. Daher finden sich oft auch der alternative Begriff des Wärmeübertragers.
Die Stoffe können dabei entweder gasförmig oder flüssig sein:
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gasförmig |
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flüssig | Medium 1 gasförmig, Medium 2 im Phasenübergang gasförmig oder flüssig:
Medium 1 flüssig, Medium 2 im Phasenübergang gasförmig oder flüssig:
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Quelle: de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmetauscher
Wärmetauscher lassen sich dabei zunächst in drei Gruppen unterteilen:
- Bei den Rekuperatoren verfügt jeder Strom über einen eigenen, abgegrenzten Strömungsweg. Die Wärmeübertragung erfolgt hier indirekt.
- Bei Regeneratoren strömen beide Ströme zeitlich versetzt durch einen einzigen Apparat, den Rotor, wobei die Wärme in einem Festkörper zwischengespeichert wird. Die Wärmeübertragung erfolgt hier halbindirekt.
- Einsatz von Wärmepumpen
Rekuperatoren
Bei den Rekuperatoren wiederum gibt es drei Funktionsweisen, die sich anhand der Anordnung der Strömungswege unterscheiden:
- Bei Gleichstrom- und Gegenstrom-Rekuperatoren liegt die Strömungsrichtung parallel zueinander. Die Stoffe strömen einmal in der gleichen, einmal in der entgegengesetzten Richtung durch die Rohre.
- Bei Kreuzstromwärmetauschern hingegen sind die Stoffströme in einem rechten Winkel zueinander angeordnet. Beispiele dafür sind Rohrregister oder Rippenrohrregister für Heiz- und Kühlaufgaben oder auch die Kühlung in einem Auto.
Die Wärme der Abluft wird hier direkt über die Trennwand auf die Zuluft übertragen, ohne dass eine direkte Verbindung zwischen den Luftströmen besteht. Dadurch wird auch die Übertragung von Feuchtigkeit verhindert.
Durch die Abkühlung der Abluft erhöht sich die relative Feuchtigkeit der Luft, sodass das Kondenswasser aus dem Gerät abgeführt werden muss.
Bauweise von Kreuzstromwärmetauschern
Bei den rekuperativen Wärmetauschern kommen meist Plattenwärmetauscher zum Einsatz. Die Luft strömt hier durch ein Paket aus dünnen Platten, die so angeordnet sind, dass durch sie abwechselnd Zu- und Abluft fließt. Dadurch ist die Energieübertragung gewährleistet. Weitere mögliche Bauformen sind:
- Rohrwärmetauscher
- Hybrid Tubular Plattenwärmeübertrager
- Mantelrohrwärmeübertrager
- Heizregister oder Kühlregister
Als Material kommt meist Aluminium zum Einsatz, das sich durch hervorragende Wärmeleiteigenschaften auszeichnet. Aber auch Keramik, Kunststoff oder spezielle Membranen, sind hier immer wieder zu finden. In der chemischen Industrie eignen sich emaillierter Stahl, technisches Glas oder auch Siliciumcarbid, um den aggressiven Fluiden standzuhalten.
Würfel- oder quaderförmige Plattenwärmetauscher erzielen eine effektive Rückwärme von 50 bis 80 Prozent, wenngleich Hersteller hier gern Werte von bis zu 98 Prozent angeben. Wie groß die Leistung tatsächlich ausfällt, hängt maßgeblich von der Tauscherfläche und der Anzahl der Platten ab. Vor allem bei kleineren Lüftungsanlagen stellen diese Systeme die ökonomisch effizienteste Lösung dar.
Die Bauteile eines Wärmetauschers befinden sich dabei in den Zu- und Abluftkanälen einer Lüftungsanlage.
Kreuzstromwärmetauscher in der industriellen Anwendung
Anders als bei Lüftungsanlagen entstehen in der industriellen Produktion Abgase, die teilweise 1000°C heiß und nicht selten schadstoffbelastet sind. Auch hier kann die Abwärme zum Erwärmen der Frischluft genutzt werden. Ein Kreuzstromwärmetauscher verhindert dabei, dass die Frischluft und die schadstoffbelastete Abluft miteinander in Kontakt kommen.
Regelungen zur Wärmerückgewinnung
Am 01. Januar trat eine EU-Richtlinie (1253) in Kraft, die für Plattenwärmetauscher einen minimalen thermischen Wirkungsgrad von 73 Prozent (bislang 67 Prozent) vorsieht. Gleichzeitig muss der SFP-Wert einem Druckverlust von 340 Pa entsprechen.
Diese Werte lassen sich mit Kreuzwärmetauschern nicht immer erzielen, sodass hier oft auch Gegenstromwärmetauscher genutzt werden – nicht zuletzt, da die Bauweise kompakter ausfallen kann.
Darüber hinaus gelten die Bestimmungen der VDI 2071 (Wärmerückgewinnung in Raumlufttechnischen Anlagen).
Vor- und Nachteile eines Kreuzstromwärmetauschers
Gegenüber Gegenstromtauschern spielen Kreuzwärmetauscher ihre Vorteile vor allem bei großen Volumenströmen von 10.000 m³/h und mehr aus.
Vorteile | Nachteile |
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Welcher Wärmetauscher die größte Effizienz bietet, hängt von mehreren Faktoren, wie beispielsweise auch dem Raumvolumen, ab. Bei allen Lösungen ist der Einbau in bestehende Lüftungsanlagen möglich, sodass sich hier die Hinzuziehung eines Experten zur kompetenten Beratung empfiehlt.
