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Gegenstromwärmetauscher

Über diesen Artikel

Lesezeit

3 Minuten

Veröffentlichung

05.01.2021

Letztes Update

28.07.2021

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  • Gegenstromwärmetauscher

Prinzip und Vorteile von Gegenstromwärmetauschern und anderen Plattenwärmetauschern

Inhalt des Wiki-Artikels

Gegenstromwärmetauscher – Heizkosten sparen durch Wärmerückgewinnung

Beim Gegenstromwärmetauscher handelt es sich um ein Lüftungsgerät mit Wärmerückgewinnung. Wärmetauscher nutzen das thermodynamische Prinzip, dass Wärme stets vom wärmeren auf den kälteren Körper übertragen wird. Sie übertragen Wärmeenergie mittels strömenden Stoffen wie Luft, Wasser oder Gasen, ohne dass es dabei zu einer stofflichen Vermischung kommt. Ein Gegenstromwärmetauscher beinhaltet zwei voneinander getrennte Kanäle, in denen ein kaltes und ein warmes Fluid in entgegengesetzter Richtung strömen. Dabei wird thermische Energie von einem Strom auf den anderen übertragen, um je nach Bedarf Luft beziehungsweise Wasser abzukühlen oder zu erhitzen.1

Wärmerückgewinnung mit Rekuperatoren

Ein Rekuperator ist ein Wärmetauscher mit getrennten Kanälen, die einen Wärmedurchlauf ermöglichen. Rekuperatoren kommen bei Komfortlüftungen zum Einsatz, manche verfügen neben der Wärme- auch über eine Feuchterückgewinnung. Neben dem Gegenstromwärmetauscher gibt es weitere Arten an Rekuperatoren. Gemeinsam ist ihnen, dass sie die thermische Energie der Abluft auf die Außenluft übertragen, die dann vorgewärmt ins Haus geführt wird. Dieses Prinzip sorgt dafür, dass weniger geheizt werden muss. Auf diese Weise lassen sich Heizkosten einsparen, darüber hinaus sorgen Rekuperatoren für ein angenehmes Raumklima, da keine kalten Luftströmungen auftreten. In Normen wird der Begriff Wärmeübertrager statt Wärmetauscher verwendet.

Gegenstromwärmetauscher leiten Abluft und Zuluft in voneinander getrennten Kanälen nach außen beziehungsweise innen. Die Luftströme verlaufen konträr. Der Temperaturunterschied zwischen Ab- und Außenluft bleibt über die ganze Länge des Wärmeüberträgers ungefähr gleich, so dass sich viel Wärme übertragen lässt. Ein moderner Gegenstromwärmetauscher besitzt eine große Übertragungsfläche, der Wärmerückgewinnungsgrad liegt bei 85 bis 99 Prozent, und zählt zu den sogenannten Plattenwärmetauschern. Diese bestehen aus Platten, die dicht aneinandergereiht schmale Kanäle bilden, durch die Abluft und Frischluft strömen, ohne sich dabei zu vermengen. Die Trennflächen bestehen aus einem nicht korrosiven Material wie Aluminium oder einem thermoplastischen Kunststoff. Plattenwärmetauscher gibt es in diversen Ausführungen und mit verschiedenen Strömungsrichtungen:

  • Gegenstromwärmetauscher
  • Kreuzstromwärmetauscher
  • Kreuzgegenstromwärmetauscher

Bei einem Kreuzstromwärmetauscher verlaufen die Kanäle rechtwinklig zueinander. Bei gleicher Fläche fällt die Wärmeübertragung bei Kreuzstromwärmetauschern deutlich geringer aus als bei Gegenstromwärmeübertragern. Der Wärmerückgewinnungsgrad von Kreuzwärmetauschern beläuft sich auf unter 25 Prozent, was der Grund ist, weshalb sie kaum noch bei Lüftungen eingesetzt werden. Eine Kombination aus Kreuzwärme- und Gegenstromwärmetauscher stellen Kreuzgegenstromwärmetauscher dar. Ihr Wärmerückgewinnungsgrad liegt zwischen 25 und 75 Prozent. Die Temperatur der Zuluft unterscheidet sich bei Kreuzwärmetübertragern und Kreuzgegenstromwärmetauschern gravierend. Beträgt die Temperatur der Abluft 22 °C und die der Außenluft 12 °C, liegt die Zulufttemperatur bei Kreuzstromwärmetauschern bei etwa 12 °C und bei Kreuzgegenstromwärmetauscher um die 19 °C.2

Vorteile von Gegenstromwärmeübertragern

Neben dem hohen Wärmerückgewinnungsgrad bieten Gegenstromwärmeübertrager weitere Vorteile. Sie wirken sich positiv auf die Energieeffizienz eines Gebäudes aus und werden deshalb oft bei Passivhäusern eingesetzt. Beim Gegenstromwärmetransport kann die Triebkraft der Wärmeübertragung durch geeignete Wasserströme und Fluide auf einen wirtschaftlichen Mittelwert eingestellt werden, während sie beim Gleichstromwärmetransport zum Ende der Wärmeübertragung hin gegen null strebt. Darüber hinaus weisen die übertragenen Wärmemengen pro Flächeneinheit an den einzelnen Austauschflächen bei der Gegenstromwärmeführung einen geringeren Unterschied auf als bei der Gleichstromwärmeführung. Bei einer optimalen Ausführung ist die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Kanälen eines Gegenstromwärmetauscher über deren ganze Länge annähernd gleich.3

Gegenstromwärmetauscher mit Feuchterückgewinnung

Plattenstromwärmetauscher gibt es auch mit Feuchteübertragung. Bei diesen sind die Platten statt aus Aluminium oder thermoplastischen Kunststoffen aus wasserdampfdurchlässigen, luftdichten Materialien gefertigt. Neben Wärme wird dann auch Feuchte übertragen. Die Feuchterückgewinnung erfolgt, wenn zwischen den beiden Luftströmen eine Differenz des Wasserdrucks vorliegt. Vor allem im Winter wird die Feuchte der Abluft auf die Zuluft übertragen. Gegenstromwärmetauscher mit Feuchteübertragung können im Hinblick auf die trockene Wärmeübertragung Wirkungsgrade von mehr als 125 Prozent erreichen. Im Energieausweis findet die Feuchterückgewinnung bisher keine Berücksichtigung, denn Feuchte fließt nicht in die Gesamtenergiebilanz ein.

Vorteilhaft ist bei Gegenstromwärmetauschern mit Feuchterückgewinnung, dass sich bei Temperaturen bis zu circa − 10 °C kein Kondensat bildet, so dass kein Frostschutzmittel nötig ist, solange diese Temperatur nicht unterschritten wird. Zu den Nachteilen der Feuchterückgewinnung zählt, dass diese nicht immer erwünscht ist, zum Beispiel während der Austrocknungsphase eines Hauses oder bei sommerlichen Temperaturen. Zudem ist die Reinigung der Wärmetauscheroberfläche bei Gegenstromwärmetauschern mit Feuchteübertragung aufwendiger, da diese im Gegensatz zu Wärmetauschern ohne Feuchterückgewinnung nicht einfach mit Wasser durchgespült werden können.4

Leistungsfeststellung für Wärmeübertrager

Es gibt eine Reihe von Normen, die Prüfverfahren zur Leistungsfeststellung von Wärmeübertragern zum Inhalt haben. Zu diesen gehören unter anderem die folgenden europäischen Normen:5

DIN EN 327 „Wärmeübertrager – Ventilatorbelüftete Verflüssiger – Prüfverfahren zur Leistungsfeststellung"

  • DIN EN 328 „Wärmeübertrager – Ventilatorluftkühler – Prüfverfahren zur Leistungsfeststellung“
  • DIN EN 1048 „Wärmeübertrager – Luftgekühlte Flüssigkeitskühler (Trockenkühltürme) – Prüfverfahren zur Leistungsfeststellung“
  • DIN EN 1397 „Wärmeübertrager – Wasser-Luft-Ventilatorkonvektoren – Prüfverfahren zur Leistungsfeststellung"
  • DIN EN 16583 „Wärmeübertrager – Wasser-Luft-Ventilatorkonvektoren – Bestimmung des Schallleistungspegels“

Optimierung von bestehenden Wärmetauschern

Nicht immer wird die Abwärme optimal genutzt, wenn bereits ein Wärmetauscher in einem Gebäude installiert ist. Für die Bewertung eines Gegenstromwärmetauschers gibt es verschiedene Softwareprogramme. Im Rahmen der Optimierung werden Temperaturen, Massenströme und die Nutzung von Wärmetauschern analysiert. Unternehmen können darüber hinaus die sogenannte Pinch-Methode nutzen.6

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