Wärmerückgewinnung in der Lüftung: Plattenwärmeübertrager, Rotor und Kreislaufverbund
Plattenwärmeübertrager, Rotor oder Kreislaufverbund: wie die drei Bauarten in Lüftungsanlagen Wärme zurückgewinnen und worauf es bei Auslegung und Betrieb ankommt.
Wie Wärmerückgewinnung in der Lüftung funktioniert
Eine Lüftungsanlage führt verbrauchte Raumluft nach außen ab und frische Außenluft zu. Ein Wärmeübertrager kann dabei einen Teil der Wärme aus der Abluft an die kältere Zuluft weitergeben, sodass diese weniger stark nachgeheizt werden muss. Die Luftströme bleiben grundsätzlich getrennt; die Wärme gelangt über eine Trennfläche oder über ein Zwischenmedium von der einen Seite auf die andere.
Wie gut das im Betrieb gelingt, hängt nicht nur von der Bauart ab. Auch Luftmengen, Temperaturunterschiede, Feuchte, Druckverluste und Regelung spielen mit. Für die Auslegung zählt deshalb das Zusammenspiel mit der gesamten Lüftungsanlage und nicht die Bauform des Wärmeübertragers allein.
Drei Bauarten im Überblick
Plattenwärmeübertrager, Rotor und Kreislaufverbund unterscheiden sich vor allem darin, wie sie Wärme übertragen und ob dabei auch Feuchte oder Bestandteile der Abluft mitgeführt werden können. Welche Lösung passt, hängt vom Aufbau der Anlage und von den Anforderungen an die Trennung der Luftströme ab.
Plattenwärmeübertrager: Übertragung durch eine Trennfläche
Im Plattenwärmeübertrager strömen Zu- und Abluft durch getrennte Kanäle, die durch dünne Platten voneinander abgegrenzt sind. Die Wärme der Abluft geht durch das Plattenmaterial auf die Zuluft über, ohne dass sich die Luftströme im bestimmungsgemäßen Betrieb vermischen.
Die Kanäle lassen sich so anordnen, dass sich die Luftströme kreuzen oder weitgehend gegeneinander laufen. Was Kreuz- und Gegenstrom grundsätzlich unterscheidet, erklären die Grundlagen der Wärmeübertragung. Eine gegenläufige Führung ermöglicht einen intensiven Wärmeaustausch, verlangt aber eine passende Konstruktion und Auslegung. Entscheidend sind unter anderem die verfügbare Fläche, die Strömungsführung und der Widerstand, den die Kanäle der Luft entgegensetzen.
Plattenbauarten übertragen in der Regel vor allem fühlbare Wärme; je nach Ausführung kann auch Feuchte übertragen werden. Bei kalter Außenluft kann sich an den Platten Kondensat bilden, das unter ungünstigen Bedingungen gefriert. Planung und Regelung müssen deshalb sicherstellen, dass Kondensat abgeführt und einer Vereisung begegnet wird.
Rotationswärmeübertrager: ein bewegter Speicherkörper
Ein Rotor ist ein langsam drehender Speicherkörper, der abwechselnd von Abluft und Zuluft durchströmt wird. Im Abluftbereich nimmt sein Material Wärme auf, die es nach dem Weiterdrehen an die Zuluft abgibt. Bei geeigneter Ausführung überträgt der Rotor auch Feuchte.
Das kann in Gebäuden erwünscht sein, wenn die zurückgewonnene Raumfeuchte der Zuluft zugutekommen soll. Zu bedenken ist aber, dass der Rotor ständig zwischen beiden Luftbereichen wechselt. Dichtungen und eine geeignete Spülzone begrenzen den Übertrag von Abluftanteilen, schließen ihn aber nicht in jedem Fall vollständig aus. Die Bauart muss deshalb zu den Anforderungen an Luftqualität und Lufttrennung passen.
Der Rotor braucht einen Antrieb, und bewegliche Teile und Dichtungen wollen bei Planung und Wartung berücksichtigt sein. Auch die Regelung des Rotors beeinflusst, wie die Anlage auf wechselnde Betriebsbedingungen reagiert.
Kreislaufverbund: Wärmetransport über einen Flüssigkeitskreis
Beim Kreislaufverbund sitzt je ein Wärmeübertrager im Zu- und im Abluftkanal. Zwischen beiden zirkuliert eine Flüssigkeit: Im Abluftkanal nimmt sie Wärme auf, transportiert sie zum Wärmeübertrager der Zuluft und gibt sie dort wieder ab. Die Luftströme können räumlich getrennt geführt werden, verbunden sind sie nur über das Rohrsystem des Kreislaufs.
Diese Bauart bietet sich vor allem an, wenn Zu- und Abluftkanal nicht direkt nebeneinander liegen oder die Luftbereiche konsequent getrennt bleiben sollen. Die Übertragung hängt dafür am Flüssigkeitskreis: Pumpe, Rohrleitungen, Wärmeübertrager und Regelung müssen aufeinander abgestimmt sein, und die zusätzlichen Bauteile samt Pumpenbetrieb gehören in die Energiebilanz der Gesamtanlage. Kann der Kreis Frost ausgesetzt sein, kommt die Frage nach einem Frostschutzgemisch hinzu; was ein Wasser-Glykol-Gemisch im Wärmeübertrager an Leistung und Druckverlust ändert, beschreibt ein eigener Beitrag.
Worauf es bei Auslegung und Betrieb ankommt
Ein Wärmeübertrager muss zu den vorgesehenen Luftmengen und den Bedingungen am Gebäude passen. Sind die Luftmengen nicht richtig eingestellt, kann die Wärmerückgewinnung hinter den Erwartungen zurückbleiben. Auch ungleichmäßige Anströmung oder verschmutzte Oberflächen beeinträchtigen den Austausch.
Zu berücksichtigen sind insbesondere:
- Druckverlust: Enge oder lange Strömungswege erhöhen den Widerstand. Die Ventilatoren brauchen dann mehr Antriebsenergie, um die Luft zu fördern.
- Kondensat und Frost: Je nach Bauart und Betriebszustand erfordern Feuchte und tiefe Temperaturen besondere Maßnahmen, etwa eine geeignete Kondensatableitung und eine Regelstrategie für kritische Betriebszustände.
- Lufttrennung: Bei Platten und Rotoren kommt es auf Dichtheit und mögliche Übertragungswege an. Ein Kreislaufverbund hält die Luftbereiche räumlich auseinander, braucht dafür aber einen zusätzlichen Flüssigkeitskreis.
- Wartungszugang: Wärmeübertrager, Filter und Kondensatbereiche müssen zugänglich sein, sonst werden regelmäßige Kontrolle und Reinigung schwierig.
- Regelung: Bypass, Rotordrehzahl oder Pumpenbetrieb lassen sich an Wärmebedarf und Außenbedingungen anpassen. Die Regelung sollte dabei den Schutz der Anlage und einen stabilen Luftbetrieb im Blick behalten.
Auch die Gebäudeplanung spielt hinein. Platzbedarf, Kanalführung und die Lage der Zu- und Abluftöffnungen bestimmen mit, welche Bauart sich sinnvoll integrieren lässt. Eine sorgfältige Auslegung betrachtet den Wärmeübertrager deshalb zusammen mit Ventilatoren, Filtern, Kanälen und Steuerung.
Fazit
Plattenwärmeübertrager, Rotor und Kreislaufverbund übertragen Wärme auf unterschiedliche Weise und stellen jeweils eigene Anforderungen an Lufttrennung, Platzbedarf und Betrieb. Damit die Wärmerückgewinnung in der Lüftung wirkt, müssen Bauart, Auslegung und Regelung auf die gesamte Anlage abgestimmt sein. Wie Wärmeübertrager in einer anderen Anlage der Gebäudetechnik eingebunden werden, zeigt der Beitrag zum Wärmeübertrager in der Solarthermie; alle Beiträge bündelt die Rubrik Wärmeübertragung.
Häufige Fragen
Was bewirkt ein Sommerbypass?
Ein Sommerbypass führt die Außenluft zeitweise am Wärmeübertrager vorbei. So wird verhindert, dass kühlere Außenluft durch die wärmere Abluft zusätzlich aufgeheizt wird, wenn diese Erwärmung nicht erwünscht ist.
Wie lässt sich die Übertragung von Geräuschen zwischen Räumen begrenzen?
Die Geräuschübertragung hängt von der gesamten Anlage und der Kanalführung ab, nicht allein vom Wärmeübertrager. Schalldämpfer, eine geeignete Leitungsführung und eine fachgerechte Auslegung können dazu beitragen, Geräusche zu mindern.
Was geschieht bei einem Stromausfall?
Ohne Strom stehen die Ventilatoren still, ebenso ein Rotor oder die Pumpe eines Kreislaufverbunds. Wie die Anlage danach wieder anläuft, hängt von ihrer Steuerung und ihren Sicherheitsfunktionen ab.
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