Wärmerückgewinnung - WRG

Geschichte der Sanitär-, Heizungs-, Klima- und Solartechnik
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Messgeräte - Lüftungstechnik

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Wärmepumpen
Eine Wärmerückgewinnung findet hauptsächlich in raumlufttechnischen Anlagen (z. B. KWL) statt. Hier wird in Wärmetauschern der Fortluft Wärme entzogen und der Außenluft zugeführt. In günstigen Fällen lässt sich bis über 90% der thermische Energie zurückgewinnen. Wenn die Temperatur eines Mediums nicht hoch genug bzw. die Temperaturdifferenz zu klein ist, um sie in einem Wärmetauscher sinnvoll zu nutzen, können Wärmepumpen eingesetzt werden.
Wärmerückgewinnung beim Luftwechsel:
In zwangsbelüfteten Gebäuden (Passivhäuser und luftdichte Häuser) wird in der kalten Jahreszeit die Wärme der Fortluft genutzt, um die Außenluft zu erwärmen. In kleinen Anlagen werden Plattenwärmetauscher eingesetzt, in größeren Anlagen die effizienteren Rotationswärmetauscher, die auch den Wärmeinhalt der feuchten Luft nutzen. Außerdem gibt es die Heatpipes (Wärmerohr) und das Kreislaufverbundsystem.
Wärmerückgewinnung aus Abwasser:
In Wohnhäusern ist die Temperatur des Abwassers normalerweise so niedrig, dass die darin enthaltene thermische Energie nur mit Wärmepumpen genutzt werden kann. Wärmetauscher für Stellen, wo ausreichend warmes Wasser anfällt (Dusche, Badewanne) sind noch relativ wenig verbreitet.
Wärmerückgewinnung bei industriellen Prozessen:

Beim Abkühlen der Produkte, die in vielen industriellen Prozessen mithohe Temperaturen anfallen, aber auch aus der erhitzten Umgebungsluft oder anderen Gasen, die beim Prozess aufgewärmt werden, kann Wärme rückgewonnen werden. Hier sind oft große Energieeinsparungen möglich, wenn die unterschiedlichen Temperaturen ausgenutzt werden. So kann z. B. die Abwärme mit der höchsten Temperatur für den Prozess mit der zweithöchsten Temperatur eingesetzt werden, die Abwärme dieses Prozesses für einen Prozess, der bei noch tieferen Temperaturen abläuft.
Die Nutzung der Abgase von Dampfkesseln ("Economiser") und Kraftwerken (Kraft-Wärme-Kopplung) wird nicht als Wärmerückgewinnung bezeichnet.
Diese Seiten sind ein Auszug des Schulbuches "Zentralheizungs- und Lüftungsbau - Fachbildung", das im Jahre 2000 vom Gehlen Verlag (jetzt - Bildungsverlag E1NS) herausgegeben wurde. Aufgrund der Neuordnung der Berufe wird es nicht mehr aufgelegt.

Raumlufttechnik - das Buch



 
 

Die Rückwärmezahl (Wärmebereitstellungsgrad oder Temperaturänderungsgrad), die Rückfeuchtezahl und der Enthalpieübertragungsgrad in % sind in der VDI 2071, der DIN EN 13141-7:2004-09 (+ DIN V 18599-6), der DIN EN 308 und der DIN EN 13 053 2007-11 erklärt. Auch das Passivhaus Institut Darmstadt hat ein Prüfverfahren erarbeitet.
Bezeichnungen am Wärmerückgewinnungssystem
Quelle: VDI 2071: 1997-12, Wärmerückgewinnung in Raumlufttechnischen Anlagen
Die Rückwärmzahl ist die Kennzahl zur Berechnung von Wärmeübertragern, die die Temperaturdifferenz zwischen Zu- und Abluft und die Temperaturdifferenz der Ab- und Außenluft ins Verhältnis setzt. Sie ist zur Berechnung von Wohnungslüftungsgeräten ungeeignet, denn Verlust- und Umwandlungswärmeströme der Ventilatoren, des Kompressors oder der Regelung werden ebenso wenig berücksichtigt, wie der Energiegehalt der feuchten Luft (latente Wärme). Die Rückwärmzahl ist thermodynamisch leicht zu erfassen, bei der Berechnung der Rückfeuchtezahl deutlich schwieriger.
Rückwärmezahl-Fortluft phi1 = t11 - t12 / t11 - t21

Rückwärmezahl-Außenluft phi2 = t22 - t21 / t11 - t21
t - Temperatur in °C
t11 - Temperatur Abluft-Eintritt in °C
t12 - Temperatur Fortluft-Austritt in °C
t21 - Temperatur Außenluft-Eintritt in °C
t22 - Temperatur Zuluft-Austritt in °C
Rückfeuchtezahl-Fortluft psi1 = X11 – X12 / X11– X21

Rückfeuchtezahl-Außenluft psi2 = X22 – X21 / X11– X21
X - Absolute Feuchte in g/kg
X11 - Absolute Feuchte Abluft-Eintritt in g/kg
X12 - Absolute Feuchte Fortluft-Austritt in g/kg
X21 - Absolute Feuchte Außenluft-Eintritt in g/kg
X22 - Absolute Feuchte Zuluft-Eintritt in g/kg
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Wärmebereitstellungsgrad
Der Wärmebereitstellungsgrad setzt anstelle der von der Abluft abgegebenen Energie die der Außenluft zugeführte Energie mit an. So wird z. B. bei der Wärmerückgewinnung die Abwärme der Ventilatoren mit berücksichtigt.
Der Wärmerückgewinnungsgrad wird in der VDI 2071 als Verhältnis der ein- und austretenden Enthalpieströme interpretiert. Im Vergleich zur Rückwärmzahl werden hier neben der sensiblen auch die latente Wärme berücksichtigt. Mit dieser Kennzahl können sowohl Wärmetauscher als auch Wärmepumpen beschrieben werden, insbesondere, da nur auf die Energie bilanziert wird, die tatsächlich dem Abluftvolumenstrom entzogen wird.
Enthalpieübertragungsgrad-Fortluft

phi1 = h11 - h12 / h11 - h21

Enthalpieübertragungsgrad-Außenluft
phi2 = h22 - h21 / h11 - h21
h - Enthalpie in kj/kg
h11 - Enthalpie Abluft-Eintritt in kj/kg
h12 - Enthalpie Fortluft-Austritt in kj/kg
h21 - Enthalpie Außenluft-Eintritt in kj/kg
h22- Enthalpie Zuluft-Eintritt in kj/kg
Häufig gestellte Fragen - Dipl.-Ing. Eberhard Paul, Paul Wärmerückgewinnung GmbH
 
 
 
Kreislaufverbundsystem (KVS)
Schema - Kreislaufverbundsystem
Wärmetauscher

Quelle: AL-KO THERM GmbH
Sekundärfunktion des HP-KV-Systems
Quelle: HOWATHERM Klimatechnik GmbH
Bei dem Kreislaufverbundsystem wird in de Außen- und Fortluftkanälen ein Wärmetauscher eingebaut. Die Wärmetauscher sind mit Rohrleitungen verbunden und mit einem Wärmeträger (meistens ein Wasser/Glykolgemisch) gefüllt. Die warme Luft gibt Wärme an den Wärmeträger ab, eine Pumpe fördert diese zum anderen Wärmetauscher, wo die Energie an die kalte Luft abgegeben wird. Durch ein Mischventil kann die Leistung stufenlos geregelt werden. Außerdem lässt sich damit eine Vereisung am Register auf der warmen Luftseite vermeiden. Die Rückwärmezahl kann bis 80 % betragen.
Einsatz von Hochleistungswärmetauschern in einer mehrfachen Kreuz-Gegenstrom-Schaltung. Damit werden hohe Rückwärmezahlen bis zu 80% erreicht. Jeder Wärmetauscher wird immer nur von einer Luftart (Außen- bzw. Fortluft) durchströmt und dadurch ist eine Keim- und Schadstoffübertragung ausgeschlossen.
Das System kann im Winter zur Vorwärmung der Außenluft und im Sommer mit einer adiabaten Kühlung der Abluft zur Vorkühlung der Außenluft eingesetzt werden.
Die durch den Verdunstungseffekt erzeugte Kälte in der Fortluft kühlt die Außenluft. Eine Übertragung von Feuchte zwischen den Luftströmen ist nicht möglich. Durch die Temperaturanhebung der Fortluft im Fortluftwärmetauscher verlässt sie das Gebäude schwadenfrei.

Der große Vorteil bei diesem System liegt darin, dass die beiden Luftströme örtlich voneinander entfernt liegen können, da die Verbindung mit einem Rohrleitungssystem hergestellt wird.
Bei diesem System können auch sekundäre Funktionen realisiert werden. Durch die Zwischenschaltung eines Trägermediums können ohne weitere Wärmeübertrager auf der Luftseite über Wasser/Wasser-Wärmeübertrager zusätzliche Nachwärme oder Nachkühlung in das Zwischenträgermedium indirekt eingespeist werden. Auch eine direkte Einspeisung von zusätzlichen Medien (z. B. Kaltwasser) über ein Dreiwegeventil ist möglich..
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Rotationswärmetauscher (Regenerativer Wärmetauscher - Enthalpie-Wärmetauscher)
Die Rotationswärmeaustauscher sind nach den Richtlinien für Wärmerückgewinnung (z.B. VDI 2071) Regeneratoren mit drehendem Wärmeträger (Kategorie 3) gebaut. Der Wärme abgebende und der Wärme aufnehmende Luftstrom erwärmen bzw. kühlen im Gegenstrom die rotierende, luftdurchlässige Speichermasse. Abhängig von den Luftkonditionen und der Oberfläche des Speichermaterials kann dabei auch Feuchtigkeit übertragen werden. Zu- und Abluft müssen also zusammengeführt werden und durchströmen gleichzeitig den Wärmeaustauscher. Die Speichermasse besteht aus dreieckigen, axial angeordneten, kleinen Kanälen, die aus dünner Metallfolie bestehen. Die Tiefe der Speichermasse (in Luftrichtung gesehen) ist in der Regel 200 mm; die Lagenhöhe beträgt üblicherweise 1.4 – 1.9 mm, je nach Anwendung. Bei diesen Dimensionen stellt sich in den Rotorkanälen der Speichermasse eine laminare Strömung ein.
Rotationswärmetauscher
Funktionsschema und Luftkonditionen
Bypass
Quelle: Hoval AG
Regenerative Wärmetauscher (Rotationswärmetauscher - Enthalpie-Wärmetauscher) werden von der Außen- und Fortluft gegenläufig durchströmt. Sie besitzen ein nichthygroskopisches oder hygroskopisches kapillares Speichermedium, dass die Energie der warmen Fortluft speichert. Außerdem findet hier eine Feuchtigkeitsaufnahme inform von Absorbtion/Adsorbtion sowie Kondensation statt. Dadurch wird eine Rückwärmezahl bis zu 90 % erreicht. Die vom Speicher aufgenommene Wärme und Feuchtigkeit wird beim Weiterdrehen auf die Außenluft übertragen.

Nachteilig kann bei diesem Systen die Übertragung von Feuchtigkeit und Gerüche sein. Wobei die Übertragung der Feuchtigkeit auch als Vorteil gesehen werden kann.
Kondensationsrotor
Die Speichermasse besteht aus glattem, unbehandeltem Aluminium, das Feuchte nur dann überträgt, wenn auf der Warmluftseite Kondensat entsteht und dieses von der Kaltluft (teilweise) wieder aufgenommen wird. Bei großen Temperaturdifferenzen können Rückfeuchtzahlen über 80 % erreicht werden. Der Einsatz von Kondensationsrotoren für die Wärme- und Feuchtigkeitsübertragung empfiehlt sich vor allem in Lüftungsanlagen ohne mechanische Kühlung, also für den Winterbetrieb.
Sorptionsrotor
Die Speichermasse (z. B. Aluminium ist mit einem Sorptionsmittel, z. B. Silicagel) hat eine Oberfläche, die Feuchte durch reine Sorption überträgt (ohne Kondensation). Die Rückfeuchtzahl ist also nahezu unabhängig vom Kondensationspotenzial. Der geringe Rückgang lässt sich mit dem gleichzeitig geringer werdenden Temperaturunterschied begründen.
Der Einsatz von Sorptionsrotoren empfiehlt sich besonders in Anlagen mit mechanischer Kühlung. Durch die hohe Feuchterückgewinnung auch bei Sommerkonditionen wird die Außenluft getrocknet. Damit muss weniger Kühlleistung installiert werden und die Energiekosten für die Kühlung werden um bis zu 50 % reduziert.
Enthalpierotor (hygroskopischer Rotor)
Die metallische Speichermasse hat durch ine Behandlung eine kapillare Oberflächenstruktur erhalten. Die Feuchte wird durch Sorption und Kondensation übertragen, wobei der Sorptionsanteil sehr gering ist. Die Feuchteübertragung im sogenannten Sommerbetrieb (k <0) ist also ebenfalls sehr gering.
Bei unterschiedlichen Volumenströmen bei Umluft- und Mischluftbetrieb und wenn die Gefahr besteht, dass der Rotor bei Kondensation einfriert, kann die Verwendung eines Bypasses parallel zum Rotor sinnvoll sein. Die Auslegung sollte so erfolgen, dass der Druckverlust durch den Bypass durch einstellbare Stellklappen gleich hoch ist, wie durch den Rotor.
Definition des Kondensationspotenzials k
Typischer Verlauf der Rückfeuchtzahlen verschiedener Rotoren in Abhängigkeit des Kondensationspotenzials
Quelle: Hoval AG
Mit Rotationswärmeaustauschern kann neben der Wärme auch Feuchte übertragen werden. Entscheidend dafür ist das Material bzw. die Oberfläche der Speichermasse. Durch umfangreiche Messungen an der Prüfstelle Gebäudetechnik der Hochschule Luzern von Rotoren verschiedener Hersteller können charakteristische Kennlinien für die unterschiedlichen Ausführungen angegeben werden. Bezugsgröße für die Rückfeuchtzahl ist dabei das Kondensationspotenzial; das ist die Feuchtedifferenz
zwischen der Warmluftfeuchte und der Sättigungsfeuchte der Kaltluft.
- Je größer das Kondensationspotenzial ist, desto größer ist die zu erwartende Kondensatmenge auf der Warmluftseite.
- Ist das Kondensationspotenzial null oder negativ, so kann kein Kondensat entstehen. Die Feuchteüber-tragung ist also nur durch Sorption möglich.
- Die angegebenen Kennlinien geben typische Werte für das Massenstromverhältnis von 1 : 1 und den Druckverlust von ca. 130 Pa bei einer Lagenhöhe von 1,9 mm wieder.
- Der Geltungsbereich der Bezugsgröße k, also des Kondensationspotenzials, ist beschränkt auf übliche Konditionen der Lüftungstechnik. Die Rückwärmzahl muss mindestens 70 % betragen. Die Feuchteüber-tragung darf durch die Sättigungslinie (z.B. bei sehr tiefen Außentemperaturen) nicht begrenzt sein.
Zentralgerät mit Rotationswärmetauscher
 
Rotationswärmetauscher - Funktionsprinzip - RGS Technischer Service GmbH
Wärmerückgewinner
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Ventilatorrad mit Antrieb und Wärmetauscherring
Quelle: Josef Friedl GmbH - Luft- & Wärmetechnik
Bei diesem Frivent-Wärmerückgewinner-Kapillarradial-ventilator wird in einem Doppelspiralgehäuse mit zwei Ansaug- und zwei Ausblasöffnungen mit einem Ventilatorrad aus offenporigem Skelettschaum gleichzeitig Zu- und Abluft gefördert und Wärme ausgetauscht. Das Ventilatorrad dient hierbei als Wärmeträger.

Der Wärmeaustausch-Wirkungsgrad ist nicht von der Temperaturdifferenz abhängig. Wenn keine Taupunktunter-schreitung der Abluft stattfindet, werden 48 % der sensiblen Wärme und 40 % der latenten Wärme zurückgewonnen, der Enthalpieübertragungsgrad beträgt 44 %. Bei Taupunkt-unterschreitung wird das anfallende Kondensat durch die Fliehkraft ausgeschieden. Die dabei frei werdende Wärme geht als sensible Wärme in die Zuluft. Dabei erhöht sich der sensible Wirkungsgrad zu Lasten des latenten Wirkungsgrades. Der Enthalpieübertragungsgrad von 44 % bleibt erhalten.
Der wärmerückgewinnende Kapillarradialventilator ist in einem Doppelspiralgehäuse so ausgeführt, dass das Laufrad aus einem Stützkäfig, einem offenporigen Skelettschaum aus Polyurethan und dem Ventilator-Antrieb besteht. Der Ansaugraum ist durch eine Trennwand in zwei Hälften geteilt. Durch diese Anordnung können mit einem Ventilatorrad zwei Luftströme erzeugt werden. So kommt es zur Unterdruckbildung auf der Außenluft- und Ablufseite und zur Überdruckbildung auf der Zuluft- und Fortluftseite.
Der Wärmetauscher-Ring aus Polyurethan-Spezial-Skelettschaum hat eine Filterwirkung der Güteklasse A 2 und wirkt gleichzeitig schalldämmend. Da er lose in einem Stützkorb angeordnet ist, kann er zur Wartung herausgenommen werden.
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Enthalpie-Wärmetauscher
Im Gegensatz zu den Rotationswärmetauschern, bei denen die Feuchtigkeit "direkt" im Außenluftstrom übergeben wird, wird bei diesem Gegenstrom-Wärmetauscher (Plattenwärmetauscher) die Feuchtigkeit durch eine Membran von der Fort- zur Außenluftseite übertragen.
Funktionsschema Feuchterückgewinnung
Quelle: Wernig® Kunststoff- und Lüftungstechnik
Durch den neu entwickelten Enthalpietauscher kann ein großer Teil der Luftfeuchtigkeit aus der Abluft/Fortluft zurückgewonnen werden. Die Konstruktion als Plattentauscher mit getrenntem Zu- und Abluftvolumenstrom gewährleistet einen auch langfristig hygienisch einwandfreien Betrieb. Das Verfahren unterscheidet sich damit grundsätzlich von den ebenfalls zur Feuchtigkeitsrückgewinnung beschichteten Rotationstauschern oder Geräten mit Umluftbetrieb.
Die Funktionsweise der Feuchterückgewinnung basiert auf dem Osmoseprinzip, wobei die Wassermoleküle in flüssiger Form durch eine Membran wandern, angetrieben durch das Konzentrationsgefälle der Feuchtigkeit von der Warmluft- zur Kaltluftseite.
Der Dampf aus der feuchten Abluft „kondensiert“ an der kühleren Oberfläche der Membran. Diese Kondensation findet über der Taupunkttemperatur statt. Die Membran enthält einen hohen Anteil Salz und saugt den Wasserdampf wie ein Schwamm auf. Auf der Kaltluftseite verdampft das Wasser an der Membranoberfläche und wird von dem trockeneren Luftstrom aufgenommen. Das Salz ist chemisch an das Membranmaterial gebunden und wird im Wasser nicht gelöst oder ausgespült.
Die Membran transportiert Wassermoleküle wegen deren hohen dielektrischen (nichtleitenden) Konstante und kleinen Abmessungen. Mikroorganismen können wegen ihren im Vergleich zu Wasser großen Abmessungen nicht in die Membran eindringen. Zusätzlich wirkt die hohe Salzkonzentration in der Membran antibakteriell. Bakterien, Hefe, Schimmel und alle Mikroorganismen sterben auf der Membranoberfläche ab.
Ein zusätzlicher Vorteil ist der Einfrierschutz des Enthalpietauschers ohne Luftvorwärmung durch einen Erdwärmetauscher oder ein Vorheizregister bei einer Außenlufttemperatur bis ca. -12 °C bei ausgeglichenen Volumenströmen.
Da der Prozess der Feuchterückgewinnung durch einen Enthalpietauscher sich nicht regulieren lässt, könnte in einem Haus, in dem viel Feuchtigkeit produziert wird, zu feucht werden. In diesem Fall kann es z. B. zu Schimmelbildung kommen, wenn die Feuchtigkeit an Wärmebrücken oder durch Exfiltration kondensiert. Gegensteuern kann man, indem der Luftwechsel erheblich erhöht oder durch die Fenster gelüftet wird. empfiehlt Lüftungsgeräte mit Feuchterückgewinnung nur für große Wohngebäude mit geringer Belegung. Sinn machen könnten sie außerdem, wenn über die Zuluft geheizt wird. Deswegen sollte man bei der Planung darauf achten, wieviele Personen das Gebäude bewohnen und welche wieviel Feuchtigkeitsmengen anfallen. Ein Herunterregeln des Luftvolumenstroms bringt aber auch keinen Erfolg, weil dann eine niedrige CO2-Konzentration nicht erreicht und die "Hygienische Behaglichkeit" schlechter wird.
Enthalpie-Wärmetauscher - Helios Ventilatoren
Enthalpie-Wärmetauscher  - Heinemann GmbH
Wärmerückgewinnungsgerät mit Enthalpietauscher - Paul Wärmerückgewinnung GmbH
 
 
Plattenwärmetauscher (Rekuperator)
Schema-Rekuperator
Quelle: Hoval AG
Am häufigsten werden in einer kontrollierten Wohnungslüftung (KWL) Rekuperatoren in Form von Kreuzstrom-Wärmetauschern (Platten-wärmetauscher) eingesetzt. Außen- und Fortluft werden im rechten Winkel getrennt durch Kunststoff- oder Aluminiumplatten aneinander vorbeigeführt. Durch die Trennung der Luft wird vermieden, dass Feuchtigkeit und Gerüche übertragen werden.
Im Rekuperator wird die latente Wärme genutzt, sobald der warme Fortluftstrom vom kalten Außenluftstrom unter seinen Taupunkt abgekühlt wird, so dass Wasserdampf in der Fortluft kondensiert. Die Kondensationswärme stellt eine zusätzliche Temperaturerhöhung und wird durch die Trennflächen des Wärmetauschers auf die Außenluftluft übertragen. Das entstehende Kondenswasser muss über einen Siphon abgeleitet werden.

Die Luftströme in diesen Wärmetauschern werden durch dünne Platten, z.B. aus Aluminium, Kunststoff, voneinander getrennt. Die Platten sind in geringem Abstand parallel angeordnet. Die beiden Luftströme werden zwischen den Platten im Kreuzstrom durchgeführt. Eine Reinigung kann durch Abspritzen mit Wasser durchgeführt werden, da der PWT in den meisten Fällen einen Siphon haben sollte.
Auf Grund ihrer kompakten Bauweise und der einfachen Konstruktion des Plattenwärmetauschers benötigen sie wenig Platz und sind kostengünstig herzustellen. Die Rückwärmezahl erreicht inzwischen bis zu 85%.
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KWL mit Wärmerückgewinnung - Helios Ventilatoren
Dezentrale Wohnraumlüftung - Meltem GmbH & Co. KG
Schema einer Lüftungsanlage mit PWT
Quelle: TROX GmbH
Luft-Luft-Wärmetauscher
Die L-L-Wärmetauscher gibt es aus verschiedenen Materialien und Durchströmungsarten. Welcher Wärmetauscher eingesetzt wird, hängt von den jeweiligen Bedingungen ab.
Wärmetauscherarten
Quelle: Paul Wärmerückgewinnung GmbH

Kreuzstrom-Platten-Wärmetauscher sind einfach konstruierte Bauteile, aber thermodynamisch ungünstig und verhältnismäßig groß, werden aber am häufigsten eingebaut. Die Rückwärmezahl liegt zwischen 50 und 70.
Kreuz-Gegenstrom-Platten-Wärmetauscher haben eine thermodynamisch günstigere Strömungsführung. Hier wird die Strömung wird 90° umgelenkt und haben eine relativ geringe Wärmetauschfläche. Die Rückwärmezahl liegt zwischen 70 und 80. Die Wärmetauscher werden sehr selten eingesetzt.
Mit dem Gegenstrom-Kanal-Wärmetauscher wird auf Grund der neuen Profilstruktur eine Verdopplung der Wärmetauschfläche gegenüber dem Kreuzstrom-Wärmetauscher erreicht. Damit wird eine Rückwärmezahl von 85 bis 99 ermöglicht. Also können aus 20 °C Abluft bei 0 °C Außenluft ca. 18 °C Zuluft werden.
 
 
Bypass-Regelung
Ein Plattenwärmeaustauscher arbeitet immer wie ein Temperaturgleichrichter zwischen Abluft und Außenluft. Dabei kommt es  je nach dem Temperaturgefälle zwischen Abluft und Außenluft entweder zur Wärme- oder Kälterückgewinnung. Wenn die Ablufttemperatur mit der Solltemperatur identisch ist, wird keine Leistungsregelung notwendig. In diesem Fall wird die Außenlufttemperatur durch den Wärmeaustauscher immer in Richtung der Solltemperatur erwärmt bzw. gekühlt.
Bypass bei Plattenwärmetauscher
Quelle: Hoval AG
In vielen Fällen, besonders in sehr gut gedämmten Gebäuden, kommt es jedoch durch innere Wärmequellen (Personen, elektrische Geräte, Beleuchtung, Sonneneinstrahlung, Kaminöfen) dazu, dass die Raumtemperatur bzw. Ablufttemperatur höher ist als die Solltemperatur. Dadurch kann sich die Raumtemperatur aufschaukeln. In diesen Fällen ist zu prüfen, ab welcher Außentemperatur bei voller Leistung des Wärmeaustauschers ein Aufheizen des Systems erfolgt und eine Leistungsregelung (Bypass) sinnvoll ist.
 
Plattenwärmetauscher mit Bypass
Quelle: Hoval AG

Bypassanodnung bei Plattenwärmetauscher

 
Bypass bei Rotationswärmetauscher
Quelle: Hoval AG

Eine Leistungsregelung kann bei Platten- und Rotations-wärmeaustauschern durch das Verändern des Massenstrom-verhältnisses erfolgen. Hierzu wird ein Bypass eingesetzt.
Gute Wärmeaustauscher können mit einem integrierten Bypass und den zugehörigen Regelklappen ausgestattet werden. Dabei sollte bei dem Durchströmen etwa der gleiche Druckverlust eingestellt werden.
Bypass in der Außenluft/Zuluft
Je nach Stellung der Klappen werden zwischen 0 % und 100 % der Außenluft über den Bypass geführt. Die Abluft strömt als Fortluft immer durch den Wärmeaustauscher und wird entsprechend der Außenluftmenge abgekühlt. Mit dieser Anordnung des Bypasses kann zugleich das zu starke Abkühlen der Abluft und damit das Vereisen verhindert werden. Ein Mischluftbetrieb ist möglich.
Bypass in der Abluft/Fortluft
Zwischen 0 % und 100 % der Abluft werden über den Bypass geführt. Die Außenluft strömt immer durch den Wärmeaustauscher. Diese Anordnung ist bei verschmutzter Abluft zu empfehlen, da während des Sommerbetriebes der Wärmeaustauscher von der Abluft nicht durchströmt wird.
Zur Regelung der Luftströme durch den Bypass bzw. Wärmetauscher sind gegenläufige Regelklappen erforderlich. Diese werden in einem Rahmen montiert, der direkt auf dem Gehäuse vor dem Wärmetauscher und dem Bypass (in Strömungsrichtung) befestigt wird. Ein Mischluftbetrieb ist nicht möglich.
Auch bei einem Rotationswärmetauscher kann bei unterschiedlichen Volumenströmen bei Umluft- und Mischluftbetrieb und wenn die Gefahr besteht, dass der Rotor bei Kondensation einfriert, die Verwendung eines Bypasses parallel zum Rotor sinnvoll sein. Die Auslegung sollte so erfolgen, dass der Druckverlust durch den Bypass durch einstellbare Stellklappen gleich hoch ist, wie durch den Rotor.
 
 
 
 
 
Wärmerohr-Wärmetauscher (Heat-Pipe)
Schema - Wärmerohr
Quelle: Hoval AG
Wärmerohre (Heat Pipes) sind rekuperative Wärmetauscher. Die Wärme wird hierbei über evakuierte Rippenrohre, in denen eine Flüssigkeit (Kältemittel) bei konstanter Temperatur verdampft und sich verflüssigt, übertragen. Das Wärmerohr hat eine leichte Neigung. Der warme Fortluftstrom verdampft die Flüssigkeit, die nach oben steigt und in dem kälteren Außenluftstrom kondensiert. Durch die Schwerkraft (ohne Pumpe) fließt das Kondensat wieder zurück. Die Kondensation führt zur Nutzung latenter Wärme. Die Rückwärmezahl kann bis 75 % betragen.
Dieses System kann besonders gut bei höheren Temperaturen aus Brennöfen, Trockenanlagen und Gießereien eingesetzt werden.
Die Wärmetauscher werden meistens aus CuAl-Rohre hergestellt. Für besondere Anwendungen können auch beschichtete Rippenrohre oder Rippenrohre aus Aluminium, Kupfer oder Edelstahl eingesetzt werden. Das eingefüllte Kältemittel hängt von den Einsatztemperaturen ab, die bis 700 °C betragen können. Bekannt sind diese Rohre auch von dem Einsatz in den Vakuumröhren in thermischen Solaranlagen.
Die Regelung der Wärmerückgewinnung kann durch Kippregelung (bei horizontalen Rohren) oder über einen Bypass geregelt werden.

Die höchste Leistung bringen die Wärmerohr, wenn sie senkrecht stehen. Auch bei einem horizontalen Einbau müssen die Rohre trotz einer innenseitigen Kapillarmasse zum Zurücklaufen des Kondensats mit einer leichten Neigung angebracht sein. Hieraus ergibt sich, dass eine Kälterückgewinnung im Wechsel mit der Wärmerückgewinnung beim Wärmerohr nicht ohne weiteres möglich ist.
Der Wartungsaufwand ist gering, da das Wärmerohr keine beweglichen Teile hat. Bei falscher Anwendung (z. B. zu hohe Temperaturen) kann die Kältemittelfüllung altern.
Das Prinzip wurde im Jahre 1942 von Richard S. Gaugler bei der US-Firma GM entdeckt und 1962 von G. M. Grover in eine Erfindung umgesetzt. Später wurde es insbesondere für Anwendungen in der Raumfahrt weiterentwickelt, u.a. auch von Dornier. Die Rohre sind bei Temperaturen von -200 °C bis +1.500 °C einsetzbar.
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Heat-Pipe als Wärmesonde - M-TEC Mittermayr GmbH
 
 
Wärmepumpen
Kompressionswärmepumpe:
Die Kompressionswärmepumpe nutzt den physikalischen Effekt der Verdampfungswärme. Hier zirkuliert ein Kältemittel in einem Kreislauf. Das Kältemittel wird durch einen Kompressor angetrieben und ändert dabei abwechselnd seinen Aggregatzustände von flüssig-gasförmig und gasförmig-flüssig.
Absorptionswärmepumpe:
Die Absorptionswärmepumpe nutzt den physikalischen Effekt der Reaktionswärme bei Mischung zweier Flüssigkeiten bzw. Gase. Sie verfügt über einen Lösungsmittelkreis und einen Kältemittelkreis. Das Lösungsmittel wird im Kältemittel wiederholt gelöst bzw. ausgetrieben.
Adsorptionswärmepumpe:
Die Adsorptionswärmepumpe arbeitet mit einem festen Lösungsmittel, dem "Adsorbens", an dem das Kältemittel ad- bzw. desorbiert wird. Dem Prozess wird Wärme bei der Desorption zugeführt und bei der Adsorption entnommen. Da das Adsorbens nicht in einem Kreislauf umgewälzt werden kann, kann der Prozess nur diskontinuierlich ablaufen, indem zwischen Ad- und Desorption zyklisch gewechselt wird.
 
 
Relative Luftfeuchte
Mollier-h-x-Diagramm für feuchte Luft - Ingenieurbüro Dolder
Mollier-h-x-Diagramm für feuchte Luft - Druck 1013.25 hPa (NN) -20°C ... +50°C
0 g/kg ... 20 g/kg - Ingenieurbüro Dolder
Darstellung im h,x-Diagramm
Lüftungstechnik
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