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"Die Qual der Wahl: Welcher Plattenwärmetauscher für maximale WRG"


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Die Qual der Wahl: Welcher Plattenwärmetauscher für maximale WRG

© Tarun – stock.adobe.com

Es existieren unterschiedliche Arten von Wärmeübertragern (Wärmeaustauscher, Wärmetauscher) am Markt. Alleine bei Plattenwärmetauschern gibt es in der Lüftungstechnik die traditionellen Kreuzstromwärmetauscher, die Gegenstromwärmetauscher und die Kreuzgegenstromwärmetauscher. Auch bei Materialien kann zwischen Aluminium oder Kunststoffen gewählt werden. Für deren Leistung (Übertragung von Kälte oder Wärme) sind meist die Lamellenanzahl, der Spaltabstand und das Material ausschlaggebend. Worin dabei die kleinen, aber feinen Unterschiede liegen und welcher Plattenwärmetauscher für welches regenerative Heiz- oder Luftsystem am geeignetsten ist, lesen Sie in unserem Fachartikel.

Inhaltsverzeichnis

  1. Material, Lammellenanzahl und Spaltabstand bei Plattenwärmeübertragern
  2. Enthalpie-Plattenwärmetauscher
  3. Rotationswärmeübertrager
  4. Vor- und Nachteile von Plattenwärmetauschern
  5. Fazit: Wann Plattenwärmetauscher

Material, Lamellenanzahl und Spaltabstand bei Plattenwärmetauschern

Die verwendeten Materialen (meist Edelstahl, Kupfer oder Aluminium), die Größe und Anordnung sind ausschlaggebend für die Übertragungsleistung der Plattenwärmetauscher. Sie bestimmen aber auch die jeweilige Einbaulage und die Anordnung des notwendigen Kondensat-Abflusses. Vor allem bei Frost ist dies entscheidend, um die Funktions- und Leistungsfähigkeit der Anlage zu garantieren. Zu diesem Zwecke wird vor allem bei neueren Anlagentypen oft Membrantechnik verwendet, die unter definierten Bedingungen (z. B. semipermeable Eigenschaft) einen Feuchtetransport von einem Stofffluss auf den anderen ermöglicht.

Wichtig bleibt dabei zu beachten, dass eine Membran nicht den Forstschutz des Heizungs- oder Lüftungsgeräts ersetzt, sondern "nur" ergänzt. Denn je höher die Wärmerückgewinnung durch Plattenwärmeüberträger ist, desto höher die Gefahr eines Frostschadens.

→ Bei Wärmetauschern wird thermische Energie von einem Stoffstrom auf einen anderen übertragen. Bei den Stoffen kann es sich um die Aggregatszustände gasförmig und flüssig handeln.

Plattenwärmetauscher: Aufbau und Anwendung

Plattenwärmetauscher bestehen immer aus parallel angeordneten Platten (Lamellen), in deren Zwischenräumen (Spalten) sich die beiden Stoffströme abwechseln. Anwendung finden sie im Bereich Heizung, Lüftung und Klimatechnik und gehören zu den indirekten Wärmeübertragern, auch Rekuperatoren genannt.

→ Am häufigsten finden sich Plattenwärmetauscher jedoch in Lüftungsanlagen zur Wärmerückgewinnung. Je nach Bauart und Baujahr sind dabei einige Varianten energieeffizienter als andere. Welche Arten es gibt und was die Vor- und Nachteile sind, erfahren Sie im Folgenden:

Enthalpie-Plattenwärmetauscher

Diese Plattenwärmetauscher können neben der Wärme auch Feuchtigkeit übertragen, wofür sie sich dem physikalischen Prinzip der Osmose bedienen. Dabei sind die Membranschichten so konzipiert, dass sie nur Wärme und Feuchtigkeit übertragen können. Gase, Gerüche und Mikroorganismen hingegen bleiben in der Trennschicht hängen. Dabei lagern sich die Wassermoleküle aus der Abluft an die Lamellen an und gelangen so in den Zuluftstrom. Die treibende Kraft dahinter ist der osmotische Druck, der die Wassermoleküle der feuchten Abluft auf die Seite der trockenen Zuluft „zwingt“.

Enthalpie-Wärmeübertrager finden sich überwiegend in der Lüftungstechnik wieder. Um eine angenehme Raumtemperatur und optimale Raumluftfeuchte zu erreichen, bieten sich derartige Lösungen gerade in Unternehmen mit Großraumbüros an.

Kreuzstrom-Enthalpie-Plattenwärmetauscher

In diesem Falle wird die Zu- und Abluft künstlich so gleitet, dass sich ihre Richtungen kreuzen. Dabei wird grundsätzlich auf mehrere Lamellenschichten zurückgegriffen. 

Vorteil: Durch die Kreuzung der beiden Luftströme kann ein erhöhter Wärmebereitstellungsgrad erreicht werden.

Ein generelles Problem bei der Ermittlung des Wärmebereitstellungskoeffizienten sind unterschiedliche Messmethoden und Testszenarien. Um dem Ganzen Herr zu werden, definieren die DIN V 4701-10 und DIN V 18599-6 ihn als die Temperaturerhöhung der Zuluft bezogen auf die maximal mögliche Temperaturerhöhung. Theoretisch ist damit ein höherer Wärmebereitstellungsgrad wünschenswert, da er auf eine effiziente Wärmenutzung hinweist. Da aber der Betrieb von Wärmetauschern von unterschiedlichen Faktoren beeinflusst wird, sind die Herstellerangaben zum (optimalen) Wärmebereitstellungsgrad in der Praxis nur schwer zu erreichen.

Gegenstromwärmetauscher

Im Gegensatz zum Kreuzstromwärmetauscher wird hier die Zu- und Abluft in getrennten Kanälen direkt aneinander vorbeigeführt. Dabei wird anhand der Membranplatten die Wärme zwischen den Luftströmen getauscht. Je länger die beiden Luftströme die Möglichkeit haben, parallel zueinander zu fließen, desto größer ist das Maß an Wärmeübertragung.

→ Diese Art von Wärmetauschern bietet sich vor allem in der industriellen Fertigung an, da große Luftvolumina über längere Strecken geleitet werden (müssen).

Spiralwärmeübertrager

Der Spiralwärmeübertrager ist eine Sonderform des Plattenwärmetauschers. Anstelle über die Platten wird die Wärme über eine Spirale aus Blech übertragen. Vor allem in der Klimatechnik und im industriellen Anlagenbau sind Spiralwärmetauscher oft im Einsatz, da dort ausreichend Platz für die verhältnismäßig sperrige Apparatur vorhanden ist. Ein weiterer Vorteil, weswegen die Industrie teils gerne auf diese Art der Wärmeaustauscher zurückgreift, ist deren Robustheit gegenüber Verschmutzungen. Denn aufgrund eines geschlossenen Systems – ohne Verzeigungen – gibt es wenig bis keine Möglichkeiten für Rückstände o. Ä.

Rotationswärmeübertrager

Beim Rotationswärmeübertrager handelt es sich um eine klassische und weitverbreitete Art der Wärmeübertragung und -rückgewinnung bei Lüftungsanlagen. Dabei wird über die Drehzahl des Motors die Feuchteübertragung reguliert. Hier gilt: je höher das Drehmoment, desto niedriger die Wärmerückgewinnung, aber desto größer der Anteil der Feuchterückgewinnung. Um diesen Faktor noch zu steigern, können Rotoren werksseitig hykroskopisch beschichtet werden.

→ Auch diese Art der Wärmeübertragung und Wärmerückgewinnung wird häufig in industriellen Anlagen eingesetzt. Der Rotor besteht dabei aus einer Trommel, die mit horizontal und parallel verlaufenden Kanälen durchzogen ist. Diese selbst bestehen meist aus pyramidal zueinanderstehenden Lamellen, die in gewohnter Weise für die Wärmeübertragung sorgen. Aber auch hier werden zwei Stoffströme parallel aneinander vorbeigeleitet – der Rotor überträgt entsprechend die Temperaturen.

Vor- und Nachteile von Plattenwärmetauschern

Aufgrund ihrer Bauweise und Funktion bringen Plattenwärmetauscher eine Reihe an „guten“ Eigenschaften mit sich: 

  • Hohe Energie-Effizienz: Durch die große Oberfläche der Platten kann innerhalb kürzester Zeit viel Wärme übertragen werden.
  • Einfache Wartung: Die einzelnen Platten können unkompliziert entnommen und gereinigt werden.

Zu den Nachteilen gehören:

  • Starke Effizienzverringerung durch Verschmutzung
  • Nicht für alle Trägerflüssigkeiten geeignet, da das Fließverhalten der Stoffe passend für den Plattenwärmetauscher sein muss.

→ Vor allem bei Lüftungsanlagen und Wärmerückgewinnung sollte die Dimensionierung des Wärmetauschers auf die Luftvolumina angepasst sein. Denn um das Ziel des größtmöglichen Wärmetausches zwischen zwei Luftströmen zu erreichen, sollten die jeweiligen Luftstrome gleich "stark" sein.

Fazit: Wann Plattenwärmetauscher?

Aufgrund der Vielzahl an verwendbaren Materialien für die Stoffströme, werden Plattenwärmetauscher in vielen Bereichen der Industrie und Wirtschaft eingesetzt:

  • Heizungs- und Kühlsystemen (auch bei Wohngebäuden oder in Kraftwerken)
  • Klima- und Kälteanlagen
  • Prozessindustrie (z. B. in der chemischen Industrie werden Plattenwärmer eingesetzt, um Prozessfluide zu temperieren)
  • Lebensmittelindustrie, bzw. Lebensmittelverarbeitung (Pasteurisierung oder Kühlung)

Daneben finden Plattenwärmetauscher aufgrund ihrer einfachen und kompakten Bauart auch in diversen anderen Sparten Anwendung: Die meisten solcher Systeme sind in modularer Bauweise ausgestaltet und lassen Platz für eine Erweiterung der Wärmeübertragungsfläche.

Plattenwärmetauscher sind somit eine der Möglichkeiten für Wärmerückgewinnung und damit ein kleines, aber wichtiges Rädchen in puncto Klimaanpassung und zukunftsorientierter Wärmeeffizienz. Eine Schlüsselrolle kommt dabei auch der Gebäudelüftung zu. Mit der „PlanungsPraxis Lüftung in Wohngebäuden“ erhalten Sie technische Details, praxisbezogene Hinweise und alles was sie zur erfolgreichen Umsetzung von Lüftungskonzepten nach DIN 1946-6 benötigen!

Quellen: "Fachgerechte Planung und Ausführung von konventioneller und regenerativer Haustechnik", „Planungs-Praxis Lüftung in Wohngebäuden“, www.energie-experten.org

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