Gelötete Plattenwärmetauscher bestehen aus geprägten Edelstahlplatten, die mit Kupfer oder Nickel im Vakuumverfahren gelötet werden. Beim Zusammenfügen wird jede zweite Platte um 180 Grad in der Ebene gedreht. So entstehen zwei voneinander getrennte Strömungskanäle, in denen die an der Wärmeübertragung beteiligten Medien im Gegenstrom geführt werden. Die Prägung der Platten erzeugt einen hochturbulenten Durchfluss. Dies ermöglicht eine sehr effektive Wärmeübertragung schon bei geringen Volumenströmen.
gelötete Plattenwärmetauscher
Quelle: GEA Ecoflex GmbH
GKK-Plattenwärmetauscher
Quelle: Günther Kälte-klima GmbH
Quelle: MS-Schwarz GmbH
Vorteile von gelöteten Plattenwärmetauschern:
  • einfache Montage durch individuelle Anschlussgestaltung
  • höchste Betriebssicherheit durch umfangreiche Qualitätskontrollen
  • hohe Druck- und Temperaturbeständigkeit
  • kompakte Bauweise bei geringem Gewicht
  • Lötmittel Kupfer oder Nickel
  • Plattenmaterial aus Edelstahl oder XCR für normale und aggressive Medien
  • mehr Möglichkeiten durch Schaltungsvielfalt
  • praktisch wartungsfrei
Anwendungsgebiete:
  • Fernwärmeübergabestationen
  • Kältetechnik
  • Schwimmbeckenwassererwärmung
  • Wärmerückgewinnung
  • Brauchwarmwasser durch Solarenergie
  • Blockheizkraftwerke
    - Ölkühlung
    -  Wärmeauskopplung
  • Systemtrennung
    - Kaltwassersatz
    - Fußbodenheizung
    - Solaranlagen
    - Heizungsanlagen

Ein PWT der die Wärme einer thermischen Solaranlage in einen Speicher überträgt (Schichtenspeicherung), sollte ein 3-Wege-Ventil im Solarkreis haben. Über diese Kurzschlußstrecke (Bypass) vor dem PWT wird der Kreislauf während einer längeren oder starken Frostperioden erst frostfrei gefahren. Dadurch wird er PWT vor Beschädigung geschützt. > mehr

Wärmetauscher - Verkalkung
Der Kalkausfall (Calciumkarbonat) in einer Trinkwassererwärmungsanlage ist von der Wasserhärte und von der Wassertemperatur abhängig. Im Wasser befinden sich Erdalkalimetalle (Calcium, Magnesium) und die an den Erdalkalimetallen gebundene Kohlensäure, die bei ansteigender Wassertemperatur ausfallen. Bei der Kalkausfällung wird die Kohlensäure, welche die Salze in Lösung hält, ausgetrieben. Der Kalk-Kohlensäure-Gleichgewichtszustand ist nicht mehr vorhanden.
Die Folge von Kalkablagerungen ist die Reduzierung der Wärmeübertragung an den Wandungen des Wärmetauscherflächen. Bei höheren Wandungstemperaturen (z. B. direktbeheizte Wassererwärmer) kann es bei stärkeren Kalkablagerungen zu einer lokalen Überhitzung des Metalls kommen, die zu einer Rissbildung führen können. Aber auch innerhalb des Rohrnetzes kann es durch die Rohrquerschnittsverengungen zu erhöhten Strömungswiderständen und zum Ausfall von Armaturen (z. B. thermostatische Auslaufarmaturen) und Zirkulationspumpen kommen.


Wirkungsgrad und Wärmedurchgangskoeffizient des Wärmetauschers in Abhängigkeit von der Verkalkung
Quelle: VDI 2035 / Bosy

Besonders anfällig sind bzw. waren die Boiler, die direktbeheizten Gasgeräte (DLE, Speicher) und die elektrischbeheizten Durchlauferwärmer und Speicher für die Trinkwassererwärmung, denn hier setzt sich der ausgefallene Kalk inform von "Kesselstein" an der heißen Wärmeübergabefläche der Wärmetauscher bzw. der Heizstäbe fest. Was bei fehlender Wartung zum Dichtsetzen des Wärmetauscher bzw. Überhitzung der Heizstäbe und somit zur Leistungminderung bzw. Leistungsausfall führt bzw. führte.
Die erste Regel, um einen Wärmetauscher sauber zu halten, ist eine glatte Oberfläche, die auch möglichst glatt bleiben sollte. Es sollte also im Wärmetauscher nicht zur einer Steinbildung kommen. Dies erreicht man durch eine möglichst niedrige Wandtemperatur und mit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit   (Mindest-Strömungsgeschwindigkeit von 1,2 bis 1,4 m/s beim Wärmetausch), um sich bildende Kalkpartikel gleich im Ansatz mitzureißen. Einige Hersteller erreichen mit Hilfe spezieller Einbauten eine turbulente Strömung anstelle von laminaren Strömung. Bei dem Wasserzapfen sollte das Auslaufventil voll geöffnet werden, damit im Wärmetauscher eine hohe Fließgeschwindiglkeit vorhanden ist. Tropfende Armaturen führen erheblich zur Kalkablagerung in den Wärmetauschern und Speichern.

Da in Trinkwasserspeichern sehr niedrige Strömungsgeschwindigkeiten vorhanden sind, lagern sich hier die Kalkpartikel besonders stark ab.
Kalk- und Salzbeläge sind außerdem ein hervorragender Nährboden für Keime und Biofilme.

Verkalkung von Speichern

Kesselstein
Kesselstein entsteht durch Kalkausfall (Calciumkarbonat) an der Oberfläche, die das Kesselwasser von der Brennkammer trennt. Dort "brennt" sich der Kalk durch die hohe Temperatur (160 bis 270 °C) an der Kesselwandung oder Wärmetauscherwandungen von direktbeheizten Gasgeräte (DLE, Speicher) fest. Der "Kesselstein" entsteht auch an den elektrischen Heizwiderständen von elektrischbeheizten Durchlauferwärmer oder Heizpatronen in Speichern für die Trinkwassererwärmung.
Außerdem befindet sich dort auch ständig eine Schicht mit Mikroblasen.

Im Wasser befinden sich, abhängig von der Wasserhärte, Erdalkalimetalle (Calcium, Magnesium) und die an den Erdalkalimetallen gebundene Kohlensäure, die bei ansteigender Wassertemperatur ausfallen. Bei der Kalkausfällung wird die Kohlensäure, welche die Salze in Lösung hält, ausgetrieben. Der Kalk-Kohlensäure-Gleichgewichtszustand ist nicht mehr vorhanden.


Kesselsteinbildung und Mikroblasenbildung an heißen Wärmeübertragungsflächen



Abnahme des Wirkungsgrades



Extrem verkalkter Rohrwärmetauscher

Der Kesselstein an den Wärmeübertragungsflächen führt zu einer behinderten Wärmeabgabe bzw. Leistungsminderung.
Kesselstein hat eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit (gipshaltiger Kesselstein 0,5 bis 2,3 W/mK und silikatreicher Kesselstein 0,08 bis 0,18 W/mK). Diese dämmende Kalkschicht auf den Trennwandungen von der Brennraum zum Wasserraum führt zu einer lokalen Temperaturerhöhung. Da sich der Werkstoff an den überhitzen Flächen stärker ausdehnt, kann dies zu Rissen besonders an Schweißnähten führen. Besonders Dampfkessel, die ständig mit unzureichend aufbereitetem Kessel-(Speise)wasser betrieben werden, sind sehr anfällig.

Die Wasserrohre in Wasserrohrkesseln und Schnelldampferzeugern können so weit mit Kesselsteinablagerungen zuwachsen, dass dadurch die Kühlung der Wandung fehlt, was zu einer hohen Wandtemperatur führt. Die betroffenen Bauteile können aufgrund der Druckbeanspruchung im Kessel einbeulen oder eindellen und letztendlich zum Abplatzen der Kalkschicht und zum Zerplatzen des Kessels (Kesselsteinexplosion) führen.
Im Gegensatz zu den alten Walzen- und Flammrohrkesseln können die modernen Dampfkessel (Flammrohr-Rauchrohrkessel) mit hohen Feuerungswirkungsgraden durch Kesselsteinablagerungen bereits nach kurzer Betriebszeit geschädigt werden. Deshalb müssen diese Kessel mit aufbereitetem Kesselspeisewasser (Enthärtung) betrieben werden (z. B. Abschnitt 3 TRD 611 - Technische Regeln für Dampfkessel - Betrieb Speisewasser und Kesselwasser von Dampferzeugern der Gruppe IVRD 611).


Dreizug-Flammrohr-Rauchrohrkessel für Sattdampferzeugung
Quelle: VKK Standardkessel Köthen GmbH

Kesselsteinexplosion
Da ein Belag von Kesselstein (Verkalkung) und eingebranntem Rostschlamm (Magnetitschlamm) an der Wandung von dem Kesselbrennraum zum Wasserraum ein schlechter Wärmeleiter ist und dadurch den Wärmeübergang aus der erhitzten metallischen Kesselwand in das Kesselwasser behindert, kann eine sog. "Kesselsteinexplosion" entstehen. Die mit Kesselstein und Magnetitschlamm belegte Wandung ist heißer als eine unbelegte Wand. Platzt der angelagerte Belag aufgrund thermischer Spannungen ab, kommt Wasser die heiße Metallwand und verdampft explosionsartig (aus einem Liter Wasser entstehen ca. 1.700 Liter Dampf). Da das Sicherheitsventil die schlagartig entstehende Dampfmenge nicht schnell genug ableiten kann, zerreißt der Überdruck den Kessel vor allen Dingen an Schweißnähten. Da bei der entstehenden Druckabsenkung zusätzlich Dampf erzeugt wird, entsteht neben der Druckwelle auch eine Verbrühungsgefahr im Heizraum.

Wärmetauscher - Entkalkung
Auch bei dem Einhalten aller Regeln und einer regelmäßigen Wartung wird es früher oder später zu Kalkablagerungen in den Wärmetauschern kommen. Nun stellt sich die Frage, wie reinigt man den Wärmetauscher möglichst kostengünstig?
Wenn eine Leistungsminderung bei der Warmwasserversorgung festgestellt wird, dann liegt der Grund in der Regel an Kalkablagerungen in dem Wärmetauscher. In Anlagen mit Warmwasserspeicher sind oftmals die Anschlüsse und die Rohrleitungen bzw. Armaturen betroffen, was aber eher selten vorkommt.
Um den Wärmetauscher problemlos entkalken zu können, sollte dieser absperrbar und mit Spülanschlüssen versehen sein. Hier wird eine Spülstation angeschlossen. Die Art bzw. der Ort der Verkalkung hängt von der Bauart der Wärmetauscher ab. Eine Entkalkung sollte in regelmäßigen Abständen (je nach Wasserhärte 1 - 5 Jahren) im Rahmen einer Wartung durchgeführt werden. Oft wird gewartet, bis es zu spät ist.
Auf Grund der unterschiedlichen Temperaturen im Platten-Wärmetauscher gibt es eine ungleichmäßige Kalkverteilung. So können im Wärmetauscher Engstellen vorhanden sein. Da sich die Säure den Weg des geringsten Widerstands sucht, kann es vorkommen, dass die stärker verkalkten Bereiche nicht zuverlässig entkalkt werden können. Dann muss der Wärmetauscher ausgetauscht werden.
Bei Rippenrohr-Wärmetauschern wird die Spirale vom kompletten Spülvolumen durchströmt. Dadurch kann die Entkalkung sicher und schnell erfolgen. Dieser Vorgang kann mit Zitronensäure oder Ameisensäure immer wieder wiederholt werden. Hier muss man sich sich genau an die Gebrauchsanweisung der Hersteller halten.
Die Entkalkungssäuren (Zitronensäure, Ameisensäure, Essigsäure, Amidosulfonsäure) mit zusätzlichen Metallschutz werden über eine Spülstation durch die zu entkalkenden Bauteile (z. B. Wärmetauscher, Kühlsysteme, Rohrleitungen) geleitet.


Spülstation
Quelle: MS Schwarz GmbH

Das zu entkalkende Bauteil muss als erstes vom Netz getrennt (evtl. reicht eine Absperrung aus) werden. Danach sollte es abkühlen. Dann muss ein geeigneter Wasserbehälter bereitgestellt werden, der der Wassermenge z. B. im Wärmetauscher entspricht. Hier verwendet der Fachmann eine Spülstation.
Eine (säurefeste) Pumpe (Tauchpumpe oder Saugpumpe) saugt die Entkalkersäure an und und drückt sie über einen Schlauch in den Zulauf bzw. Spülstutzen des Wärmetauschers.
Über einen weiteren Schlauch, der am Ablauf bzw. Spülstutzen des Wärmetauschers angebracht ist, wird die verbrauchte Säure wieder in die Spülstation geleitet. Ein ständiger Durchfluss ist wichtig, damit der von der Säure gelöste Kalk aus dem Wärmetauscher abtransportiert wird.
Während des Vorgangs sollte mit einem pH-Wert-Teststreifen immer kontrolliert werden, ob die Säure ihren pH-Wert verändert hat. Wenn sie nicht mehr sauer ist (pH-Wert deutlich kleiner als 7), löst sie auch keinen Kalk mehr. Sie muss dann durch eine neue Lösung ersetzt werden. Danach wird der Vorgang so lange fortgesetzt, bis sich keine Bläschen mehr bilden.
Bei der Verwendung von Säuren ist entsprechende Vorsicht angebracht. Handschuhe schützen vor Säureschäden auf der Haut, die Kleidung sollte möglichst langärmelig und unempfindlich gegen Säurespritzer sein.
Die Augen sollte man während des Vorgangs mit einer Schutzbrille schützen – Säurespritzer ins Auge sind nicht nur schmerzhaft, sondern auch gefährlich.

Die Entkalkung sollte von einem Fachbetrieb durchgeführt werden, weil auch die Zitronensäure, die für Entkalkungszwecke eingesetzt wird, in der Regel nicht immer biologisch ist, sondern ein chemisches Produkt ist und entsprechend der Sicherheitsdatenblätter (z. B. Amidosulfonsäure) gehändelt werden muss.
Lamellenwärmetauscher (Lufterwärmer)
In lüftungstechnischen Anlagen kommen hauptsächlich Lamellenwärmetauscher zum Einsatz. Die Wärmeträger verlaufen im Kreuzstrom. In diesen Wärmetauschern sind die Aluminiumlamellen durch die Erweiterung der Kupferrohre fest mit den Rohren verbunden, was eine sehr gute Wärmeleitung gewährleistet. Der Verteiler und Sammler besteht aus Stahl. Diese Bauart ermöglicht eine hohe Wärmeleistung. Die Leistung wird durch die Anzahl der Rohrreihen bestimmt.
Wärmetauscher - Kreuzstrom - Luft/Wasser
Diese Wärmetauscher sind aber schwer zu reinigen, weil die Lamellen schnell verbiegen können. Aus sind diese Wärmetauscher nicht für Dampf und Thermoöl geeignet.
Außerdem gibt es Wärmetauscher mit ellipsenförmigen Rohren mit aufgesetzten Lamellen, die nachträglich verzinkt werden. die robusten Wärmetauscher können mit einem Hochdruckreiniger oder Pressluft gereinigt werden.
Wärmtauscher - Kreuzgegenstrom - Luft/Wasser
Luftkühler
Quelle: Walter Nuding Wärmeaustauscher GmbH
Luftkühler - Innengerät
Quelle: Güntner AG & Co. KG
Lamellenwärmetauscher (Luftkühler)
Bei den Luftkühlern (Wärmetauscher) sind die Lamellen so geformt, dass eine gute Luftzirkulation und ein leichtes Abtauen gewährleistet ist. Wichtig ist ein fester Sitz der Lamellen auf den Rohren, damit eine gute Wärmeübertragung erreicht wird. Jeder Luftkühler benötigt eine Kondeswasserwanne mit Ablauf über einen Siphon.
Die Lamellenabstände des Luftkühlers für Kühlräume liegen zwischen 3 und 12 mm , wobei die grösseren Abstände für grösseren Eisansatz, so z.B. in Gefrierräumen, bestimmt sind. Je kleiner der Lamellenabstand, desto kleiner kann der Wärmetauscher ausgeführt werden.
In Klimaanlagen werden kleinere Lamellenabstände eingesetzt. Die gebräuchlichsten Materialpaarungen zwischen Rohr und Lamelle sind Kupfer-Aluminium, beide stahlverzinkt oder Edelstahl-Aluminium, evtl. auch kunststoffbeschichtet. Der Materialeinsatz richtet sich nach den Korrosionsschutzanforderungen, die durch das jeweile Luftzusammensetzung festgelegt wird.
Der Lamellenverdampfer wird am häufigsten für Kühlräume, Kühlmöbel sowie Klimageräte und –anlagen eingesetzt. Für den Kanaleinbau gibt es Sonderausführungen.

Die einfachste Ausführung ist der Verdampfer mit konvektiver Luftbewegung (Konvektor). Diesen Einsatz nennt man dann „stille Kühlung“. Er kann in Deckenausführungen mit Tropfwasserjalousie oder als Wandverdampfer mit Luftleitblech verwendet werden.

1. Rohrbündel 2. Mantel 3. Innenrohr 4. Umlenkblech 5. Entlüftungsmuffe 6. Mantelseite 7. Rohrboden 8. Entleerungsmuffe
Quelle: AAN Nürnberg GmbH
Rohrbündelwärmetauscher
In einem Rohrbündelwärmetauscher durchströmt ein Medium die Rohre und das Zweite den Mantelraum. Im Mantelraum sind Umlenkbleche angebracht, die einerseits das im Mantelraum fließende Medium quer zu den Bündelrohren leiten, anderseits verhindern, dass die Innenrohre Vibrationen unterliegen.
Bei Rohrbündelwärmetauscher wird der Rohrraum ein- oder mehrwegig ausgeführt. Hierfür entscheidend sind Geschwindigkeit und Druckverlust des durch die Rohre fließenden Mediums.
Ein Rohrbündelwärmetauscher kann sowohl als Kühler, wie auch als Erwärmer für flüssige bzw. gasförmige Medien eingesetzt werden.
Flexrohrwärmetauscher
Quelle: Witzenmann GmbH
Flexrohrwärmetauscher
Der Wärmetauscher hat auf Grund der größeren Oberfläche des innenliegenden gewellten Flexrohres eine größere Leistung gegenüber den Glattrohrwärmetauschern.
Durch Verwirbelung in den gewellten Rohren entsteht eine turbulente Strömung, die zu einer Leistungssteigerung führt und das Ablagern von Kalk und Schmutz verhindern. Der Einsatzbereich liegt zwischen 90 bis 1000 °C.
Einsatzgebiete
  •  Trinkwassererwärmung
  •  Systemtrennung von Fußbodenheizungen
  •  Erwärmung von Schwimmbadwasser
  •  Kühlung oder Erwärmung von Kreislaufwasser
  •  Umformung in Fernwärme- und Solaranlagen
  •  Abgaskühlung und Abgaskondensation
Schwimmbad-Wärmetauscher
Schwimmbad-Wärmetauscher können in den Heizkessel-, Wärmepumpen- und Solarkreislauf eingebunden werden.
Schwimmbad-Wärmetauscher mit Edelstahlrohrschlange
Quelle: BEHNCKE® GmbH
Der Wärmetauscher hat einen Edelstahlaußenmantel und eine eingeschweißte Edelstahlrohrschlange. Dadurch ist eine Korrosion so gut wie ausgeschlossen.
Die Glattrohrwärmetauscher bestehen aus Titan, Kupfernickel, Bronze und Edelstahl, damit sie für die Erwärmung von chlorhaltigem Badewasser oder Meerwasser eingesetzt werden können. Durch die besondere Konstruktion, das Rohrbündel kann demontiert werden, sind sie einfach zu reinigen.
Schwimmbadwärmetauscher - BEHNCKE® GmbH
Schwimmbad-Wärmetauscher mit Glattrohren
Quelle: E. J. Bowman

Isolierverschraubung (galvanisches Trennstück)
Kyburz ® Isolierverschraubung
Quelle: INRAG AG
Wenn der Speicher oder Wärmetauscher und die Rohrleitungen aus verschiedene Werkstoffen bestehen und sich berühren, kann es  zu Kontaktkorrosion kommen. Durch die Verwendung eines Isolierschraubteiles wird die Kontaktkorrosion durch die isolierende Kunststoffschicht und die Anschlüsse aus zu Rohrleitung und Speicher passenden Werkstoffen verhindert. Außerdem wird z. B. der TW-Speicher vor vagabundierenden Strömen geschützt und ein vorzeitigem Abbau der Opferanode wird verhindert. Das Isolierschraubteil trennt die Leitung elektrisch auf und verhindert auf diese Weise einen schädlichen Stromfluss.
Die Isolierverschraubung besteht aus einem Gehäuse und einer Hülse. Die Hülse ist durch eine isolierende Kunststoffschicht stabil und unlösbar mit dem Gehäuse verbunden und mit Ihrem Innengewinde an den Speicher oder Wärmetauscher montiert. Die Rohrleitung wird dann mittels Einlegeteil und Überwurfmutter an das Aussengewinde des Isolierschraubteils geschraubt.
Isolierverschraubung für Heizöl - doppelt und einfach isoliert
Quelle: INRAG AG
Die Isolierverschraubung trennt Kupferleitungen elektrisch auf. Sie unterbindet Ströme und daraus resultierende Magnetfelder. Sie wird bei Tankanschlüssen für Treibstoffe eingesetzt und trennt Spannungen bis 1500 Volt (VSM) respektive 3000 Volt (VDS).

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.
Paul-Wärmerückgewinnungssysteme - PAUL Wärmerückgewinnung GmbH

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