Über die Eigenschaften von Wärmetauschern

Mit dem Wunsch nach mehr Energieeffizienz im Gebäude steigt der Wunsch nach der optimalen Nutzung der in einem Gebäude vorhandenen Energien. Um diese Energien von einer Stelle an eine andere zu transportieren, sind nicht nur Leitungs- und Rohrsysteme erforderlich, sondern auch Wärmetauscher, die den Energieaustausch so verlustarm wie möglich durchführen.

Bei einem Kreislaufverbundsystem (KVS) wird die Wärme zwischen Luft und einer Flüssigkeit ausgetauscht. Optimaler Weise sollten für einen perfekten Wärmeübergang Luft und Flüssigkeit (Wasser bzw. Sole) im Gegenstrom geführt werden. Vermeidbare Umlenkungen sollten dabei vermieden werden, um Druckverluste zu minimieren. Denn der Druckverlust des Flüssigkeitskreislaufs ist letztlich die bestimmende Größe für die Energiekosten der Umwälzpumpe. Für das flüssige Medium sind schlanke Strömungskanäle sinnvoll, deren Verteiler und Sammler im Luftstrom platziert werden und so am Wärmeaustausch teilnehmen. Das Wärmetauschermaterial sollte aus einem guten Wärmeleiter bestehen, korrosionsbeständig und leicht sein. Außerdem sollte das Material preiswert sein.

Wärmetauscher von microxal ( www.microxal.com ) werden nach diesen Prinzipien gebaut. Sie haben gerade Strömungskanäle für die Luft, die auf ihrem Weg durch den Wärmetauscher keine quer zum Luftstrom liegenden Hindernisse (Rohre) umströmen müssen. Die schlanke Bauweise der wasserführenden Platten nimmt nur wenig Platz in Anspruch. Daher verbleibt eine große Anströmfläche für die luftseitigen Strömungskanäle. So bleiben die Druckverluste gering.

Bei dieser Gestaltung der Wärmetauscher wird etwaig entstehendes Kondensat in den geraden Luftkanälen mit der Luftströmung aus den Strömungskanälen gespült. Daher wird unter dem Wärmetauscher keine Kondensatwanne benötigt. Eine Kondensatwanne an der Luftaustrittsseite gilt als ausreichend. Auch eine Reinigung der Wärmetauscher ist dank der geraden Führung der Luftkanäle einfach. Sie können mit Druckluft, Wasser oder Hochdruckreiniger gereinigt werden, und sind dabei über ihre volle Länge einsehbar. Damit sind die Anforderungen bezüglich Wartung und Reinigung gemäß DIN 1946-4 und VDI 6022 erfüllt.

Bei der Planung der Verbindungs­leitungen zwischen den Wärme­rückgewinnungs-Wärmetauschern ist die Einhaltung des Gegen­strom­prinzips sehr wichtig. Die Luftaustrittsseite ist Eintritts­seite der Flüssigkeit. 

Die in der Abluft enthaltene Feuch­tigkeit kondensiert beim Kon­takt mit kalten Wärmeaus­tausch­flächen des Abluftwärme­tauschers. Das aus der Luft ausgeschiedene Wasser bildet auf Oberflächen mit einer Oberflächentemperatur von 0 °C oder kälter eine dünne Eisschicht. Die Bildung einer Eisschicht sollte vermieden werden, da die Vereisung den Wärmeübergang verschlechtert und eine fortschreitende Vereisung die Strömungsquerschnitte der Luft reduziert. Die Oberflächentemperatur des Abluftwärmetauschers darf daher auch bei sehr niedrigen Außenlufttemperaturen nicht unter 0 °C abgekühlt werden. Die Eintrittstemperatur der Sole in den Abluftwärmetauscher muss bei Soletemperaturen kleiner 0 °C auf 0 °C angehoben werden. Bei einer Außenlufttemperatur von z. B. -12 °C und einer Ablufttemperatur von z.B. 22 °C müssen in diesem Fall rund 1/3 des Solevolumenstroms über den Bypass geführt werden. Der Bypass für die Vereisungsschutzschaltung sollte dabei grundsätzlich mit einem 2-Wege-Regelventil in der Bypass-Leitung realisiert werden. Die Bypass-Leitung und das Regelventil sollen für ca. 1/3 des Auslegungsvolumenstroms dimensioniert werden. Die Bypass-Leitung und das 2-Wege-Regelventil werden nur bei Betrieb der Vereisungsschutzschaltung durchströmt. Diese Art der Vereisungsschutzschaltung verursacht keine in der Pumpenauslegung zu berücksichtigenden Druckverluste. So wird auch in diesem Fall hohen Verlusten vorgebeugt.

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