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Wie funktioniert ein Wärmetauscher in einer Lüftungsanlage?
Bei einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung wird die in der Abluft enthaltene thermische Energie genutzt, bevor die Luft als Fortluft ins Freie gelangt. Im Wärmetauscher wird ein großer Teil dieser Energie auf die einströmende Außenluft übertragen. Die Außenluft wird dadurch bereits im Lüftungsgerät vorgewärmt und muss anschließend für die gewünschte Zulufttemperatur weniger stark nacherwärmt werden.
Im Sommer kann das Prinzip auch zur Kälterückgewinnung genutzt werden. Ist die Abluft aus dem Gebäude kühler als die Außenluft, kann sie der warmen Außenluft einen Teil ihrer Wärme entziehen. Wie viel Energie zurückgewonnen wird, hängt unter anderem von der Bauart des Wärmetauschers, den Luftmengen, den Temperatur- und Feuchtebedingungen sowie dem jeweiligen Betriebspunkt ab.
Für die Auswahl eines Wärmetauschers ist deshalb nicht nur der Temperaturwirkungsgrad entscheidend. Ebenso wichtig sind die Anforderungen an die Trennung der Luftströme, mögliche Feuchteübertragung, Frostschutz, Druckverlust, Platzbedarf und die konkrete Nutzung des Gebäudes.
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Wärmetauscher für Lüftungsanlagen im Vergleich
In zentralen und kompakten Lüftungsgeräten kommen unterschiedliche Systeme zur Wärmerückgewinnung zum Einsatz. Die wichtigsten Bauarten sind Gegenstromwärmetauscher, Kreuzstromwärmetauscher und Rotationswärmetauscher. Sie unterscheiden sich unter anderem in der Luftführung, der Trennung der Luftströme, der möglichen Feuchteübertragung und ihren typischen Einsatzbereichen.
Symbol | Bauart | Luftführung | Luftströme getrennt | Feuchteübertragung | Typische Stärke |
| Gegenstromwärmetauscher
| weitgehend gegenläufig | Ja | bei Standardausführung nein | hohe Wärmerückgewinnung bei getrennten Luftströmen |
| Kreuzstromwärmetauscher | quer zueinander | Ja | bei Standardausführung nein | robuste Bauweise und konsequente Luftstromtrennung |
| Rotationswärmetauscher | rotierender Wärmespeicher zwischen beiden Luftströmen |
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Gegenstromwärmetauscher für Lüftungsanlagen
Bei einem Gegenstromwärmetauscher werden Zu- und Abluft in voneinander getrennten Kanälen in entgegengesetzter Richtung aneinander vorbeigeführt. Dadurch bleibt über eine große Wärmeübertragungsfläche eine nutzbare Temperaturdifferenz zwischen beiden Luftströmen bestehen und eine hohe Wärmerückgewinnung kann erreicht werden.
Da die Luftströme durch Platten voneinander getrennt sind, findet bei einer klassischen Ausführung keine direkte Vermischung von Zu- und Abluft statt. Standard-Plattenwärmetauscher übertragen in der Regel keine Feuchtigkeit. Spezielle Enthalpiewärmetauscher bilden hier eine Ausnahme.
Bei niedrigen Außentemperaturen kann Feuchtigkeit aus der Abluft im Wärmetauscher kondensieren und unter bestimmten Bedingungen vereisen. Frostschutz, Kondensatmanagement und eine geeignete Regelstrategie müssen deshalb bei der Auslegung berücksichtigt werden.
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Warum spricht man auch von Kreuzgegenstromwärmetauschern?
Bei realen Gegenstrom-Plattenwärmetauschern verlaufen die Luftströme nicht zwangsläufig über die gesamte Wärmetauscherfläche ausschließlich parallel gegeneinander. Häufig gibt es im Ein- und Ausströmbereich Kreuzstromzonen, während der überwiegende Teil der Wärmeübertragung in einer Gegenstromzone erfolgt.
Solche Konstruktionen werden auch als Kreuzgegenstromwärmetauscher bezeichnet. In der Produktkommunikation wird dafür häufig verkürzt der Begriff Gegenstromwärmetauscher verwendet. Entscheidend für die hohe Wärmerückgewinnung ist der große Anteil der Wärmeübertragungsfläche, auf dem warme und kalte Luft im Gegenstrom geführt werden.
Die von EXHAUSTO als Gegenstromwärmetauscher bezeichneten Plattenwärmetauscher sind konstruktiv nach diesem Kreuzgegenstromprinzip aufgebaut.
Kreuzstromwärmetauscher mit getrennten Luftströmen
Beim Kreuzstromwärmetauscher strömen Zu- und Abluft in getrennten Kanälen quer zueinander. Die Wärme wird über die Trennflächen zwischen beiden Luftströmen übertragen, ohne dass sich die Luftströme direkt vermischen.
Die robuste Konstruktion und die konsequente Trennung von Zu- und Abluft machen diese Bauart insbesondere für Anwendungen interessant, bei denen eine Übertragung zwischen den Luftströmen vermieden werden soll. Das kann beispielsweise bei bestimmten Küchen- oder Prozessluftanwendungen relevant sein. Im Vergleich zu optimierten Gegenstromsystemen fällt der Temperaturwirkungsgrad konstruktionsbedingt häufig niedriger aus, die geeignete Lösung hängt jedoch immer vom konkreten Anwendungsfall ab.
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Rotationswärmetauscher für Wärme- und Feuchterückgewinnung
Ein Rotationswärmetauscher arbeitet mit einem rotierenden Wärmespeicher. Der Rotor bewegt sich abwechselnd durch den Abluft- und den Zuluftstrom. Dabei nimmt die Speichermasse thermische Energie aus der Abluft auf und gibt sie anschließend an die einströmende Außenluft ab.
Abhängig von der gewählten Rotorvariante kann neben Wärme auch Feuchtigkeit übertragen werden. Das kann beispielsweise in Büro- oder Bildungsgebäuden interessant sein, weil die Rückgewinnung von Feuchtigkeit im Winter einem starken Austrocknen der Raumluft entgegenwirken kann. Auch im Sommer kann die Feuchterückgewinnung Einfluss auf die Kühl- und Entfeuchtungslast haben.
Durch das Rotorprinzip sind die beiden Luftströme konstruktionsbedingt nicht vollständig voneinander getrennt. Deshalb müssen mögliche Leckageströme sowie die Druckverhältnisse im Gerät berücksichtigt werden. Technische Lösungen zur Leckagekontrolle können die Übertragung von Abluft auf die Zuluftseite gezielt minimieren.
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Sondervarianten: zusätzliche Eigenschaften für unterschiedliche Anforderungen
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Varianten von Rotationswärmetauschern
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Kondensationsrotor
Der Kondensationsrotor ist eine bewährte Standardausführung für eine effiziente Wärmerückgewinnung. Bei geeigneten Temperatur- und Feuchtebedingungen kann zusätzlich Feuchtigkeit über Kondensation zurückgewonnen werden. Er eignet sich für viele klassische Komfortlüftungsanwendungen.
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Sorptionsrotor
Ein Sorptionsrotor besitzt eine hygroskopische Oberfläche und ermöglicht eine gezielte Feuchteübertragung. Dadurch kann im Winter ein Teil der Feuchtigkeit aus der Abluft auf die Zuluft übertragen werden. Im Sommer kann die Feuchterückgewinnung dazu beitragen, die Entfeuchtungs- und Kühllast der Außenluft zu reduzieren.
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Epoxidbeschichteter Rotor
Eine Epoxidbeschichtung erhöht die Korrosionsbeständigkeit des Rotors. Diese Ausführung kann für Anwendungen interessant sein, bei denen das Material erhöhten Belastungen durch Feuchtigkeit oder korrosive Bestandteile in der Abluft ausgesetzt ist. Die konkrete Eignung muss projektspezifisch geprüft werden.
Varianten von Gegenstromwärmetauschern
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Gegenstromwärmetauscher
Gegenstromwärmetauscher übertragen Wärme über voneinander getrennte Plattenflächen. Die Luftströme bleiben dabei getrennt, eine Feuchteübertragung findet bei klassischen Ausführungen nicht statt. Je nach Bauart kann der Wärmetauscher auf unterschiedliche Anforderungen an Effizienz und Anwendung abgestimmt werden.
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Enthalpiewärmetauscher
Ein Enthalpiewärmetauscher ermöglicht neben der Wärmeübertragung zusätzlich einen Feuchtetransport zwischen Abluft und Zuluft. Dadurch kann ein Teil der in der Abluft enthaltenen Feuchtigkeit zurückgewonnen werden. Das kann den Raumkomfort verbessern und die energetische Aufbereitung der Außenluft unterstützen.
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Epoxidbeschichteter Gegenstromwärmetauscher
Eine Epoxidbeschichtung dient auch beim Plattenwärmetauscher in erster Linie dem zusätzlichen Korrosionsschutz. Sie erweitert damit die Einsatzmöglichkeiten in anspruchsvolleren Umgebungsbedingungen, stellt aber kein eigenes Wärmerückgewinnungsprinzip dar.
Wärmetauschervarianten im Vergleich
Ausführung | Wärmeübertragung | Feuchteübertragung | Besondere Eigenschaft |
Kondensationsrotor | Ja | bedingt | bewährte Standard-Rotorlösung |
Sorptionsrotor | Ja | Ja | gezielte Feuchterückgewinnung |
Epoxidbeschichteter Rotor | Ja | abhängig vom Rotorprinzip | erhöhter Korrosionsschutz |
Standard-Gegenstrom | Ja | Nein | getrennte Luftströme |
Hocheffizienter Gegenstrom | Ja | Nein | optimierte Wärmerückgewinnung |
Enthalpiewärmetauscher |
Gegenstrom- oder Rotationswärmetauscher: Welche Lösung ist geeignet?
Es gibt nicht den grundsätzlich besseren Wärmetauscher. Die geeignete Technologie ergibt sich aus den Anforderungen des Projekts. Neben dem Wirkungsgrad spielen die Trennung der Luftströme, gewünschte oder unerwünschte Feuchteübertragung, Frostschutz, Platzbedarf, Druckverlust und die Betriebsweise der Anlage eine wichtige Rolle.
Anforderung | Gegenstrom | Rotation |
Hohe Wärmerückgewinnung | sehr gut geeignet | sehr gut geeignet |
Konsequent getrennte Luftströme | sehr gut geeignet | konstruktionsbedingt zu prüfen |
Feuchterückgewinnung erwünscht | mit Enthalpieausführung möglich | je nach Rotorvariante möglich |
Kompakte Gerätekonstruktion | gut | sehr gut |
Geruchs-/Stoffübertragung vermeiden | sehr gut geeignet | Druckverhältnisse und Leckagekonzept beachten |
Winterbetrieb | Frostschutz und Kondensat beachten |
Welcher Wärmetauscher eignet sich für welche Anwendung?
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Bürogebäude
In Bürogebäuden stehen Energieeffizienz und thermischer Komfort im Vordergrund. Rotationswärmetauscher können durch die mögliche Feuchterückgewinnung insbesondere im Winter Vorteile bieten. Gegenstromwärmetauscher sind eine interessante Alternative, wenn eine konsequentere Trennung der Luftströme gefragt ist.
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Bildungseinrichtungen
In Schulen und Bildungseinrichtungen entstehen durch hohe Belegungsdichten große Außenluftvolumenströme. Eine effiziente Wärmerückgewinnung reduziert den Energiebedarf. Die Wahl des Wärmetauschers hängt von Luftführung, Systemkonzept und Anforderungen an die Luftstromtrennung ab.
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Gastronomie und Küche
In Gastronomie und Küchen ist der Umgang mit belasteter Abluft besonders wichtig. In Küchen kommen häufig Plattenwärmetauscher zum Einsatz, während für Gasträume Rotationswärmetauscher eine passende Lösung sein können. Entscheidend sind die unterschiedlichen Anforderungen an Abluft, Komfort und WRG.
Wärmetauscher bei EXHAUSTO
EXHAUSTO setzt unterschiedliche Wärmerückgewinnungssysteme ein, damit sich das Lüftungsgerät an die Anforderungen des jeweiligen Projekts anpassen lässt. Welche Wärmetauscher- und Sondervarianten verfügbar sind, hängt von der jeweiligen Baureihe und Gerätekonfiguration ab.
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Gegenstromwärmetauscher | Rotationswärmetauscher | Kreuzstromwärmetauscher |
Hohe Wärmerückgewinnung bei getrennten Luftströmen. Je nach Baureihe stehen unterschiedliche Funktions- und Materialvarianten zur Verfügung.
| Kompakte Wärmerückgewinnung mit unterschiedlichen Rotorvarianten für Wärme-, Feuchte- und Korrosionsanforderungen.
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Wärmetauscher richtig auswählen und auslegen
Bei der Auswahl eines Wärmetauschers sollten die Anforderungen des gesamten Lüftungssystems betrachtet werden. Eine hohe Wärmerückgewinnung allein ist nicht automatisch die energetisch oder betrieblich beste Lösung. Relevant sind unter anderem:
erforderlicher Luftvolumenstrom und Betriebspunkt
Temperatur- und gegebenenfalls Feuchtewirkungsgrad
Druckverlust und Einfluss auf die Ventilatorenergie
Anforderungen an die Trennung von Zu- und Abluft
gewünschte oder unerwünschte Feuchteübertragung
Frostschutz, Abtauung und Kondensatmanagement
Platzbedarf und Einbausituation
Reinigungs- und Wartungsanforderungen
Eigenschaften der Abluft und mögliche Korrosionsbelastung
energetische Gesamtbetrachtung des Lüftungsgerätes über den Jahresbetrieb
Die Auswahl sollte deshalb immer anhand der konkreten Projektbedingungen erfolgen. Eine Auslegung im tatsächlichen Betriebspunkt liefert eine belastbarere Entscheidungsgrundlage als der Vergleich einzelner Maximalwerte.
Häufige Fragen zu Wärmetauschern in Lüftungsanlagen
Beim Gegenstromwärmetauscher werden die Luftströme über einen großen Teil der Wärmeübertragungsfläche in entgegengesetzter Richtung geführt. Beim Kreuzstromwärmetauscher kreuzen sich die Strömungsrichtungen. Gegenstromsysteme ermöglichen durch die längere gegenläufige Wärmeübertragung in der Regel hohe Temperaturwirkungsgrade. Beide Bauarten können mit voneinander getrennten Zu- und Abluftströmen ausgeführt werden.
Nicht ganz. Der Begriff Gegenstromwärmetauscher beschreibt das maßgebliche Strömungsprinzip, während Kreuzgegenstromwärmetauscher die konstruktive Ausführung genauer bezeichnet. Dabei können sich die Luftströme im Ein- und Ausströmbereich kreuzen, während der wesentliche Teil der Wärmeübertragung im Gegenstrom erfolgt. Bei EXHAUSTO werden diese Wärmetauscher in der Produktkommunikation verkürzt als Gegenstromwärmetauscher bezeichnet.
Ein klassischer Gegenstromwärmetauscher mit konventionellen Trennplatten überträgt in der Regel keine Feuchtigkeit zwischen den Luftströmen. Spezielle Enthalpiewärmetauscher ermöglichen dagegen neben der Wärme- auch eine Feuchteübertragung.
Ein Enthalpiewärmetauscher überträgt neben sensibler Wärme auch einen Teil der in der Abluft enthaltenen Feuchtigkeit auf die Zuluft. Dadurch kann im Winter die Austrocknung der Raumluft reduziert und im Sommer die Aufbereitung feuchter Außenluft unterstützt werden.
Das lässt sich nicht allein anhand der Bauart beantworten. Gegenstrom- und Rotationswärmetauscher können sehr hohe Wärmerückgewinnungsgrade erreichen. Entscheidend sind das konkrete Produkt, der Betriebspunkt, der Druckverlust, Frostschutz, Feuchteübertragung sowie die Anforderungen des Gebäudes. Deshalb sollte immer das gesamte Lüftungssystem betrachtet werden.
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Planungssicherheit durch projektspezifische Auslegung
Wärmetauscher beeinflussen Energieeffizienz, Raumkomfort und Betriebssicherheit einer Lüftungsanlage maßgeblich. Gegenstrom-, Kreuzstrom- und Rotationswärmetauscher bieten unterschiedliche Stärken und lassen sich durch Sonderausführungen gezielt an den jeweiligen Einsatzbereich anpassen.
Für eine belastbare Auswahl sollten Wärmerückgewinnung, Luftstromtrennung, Feuchteverhalten, Druckverlust und die konkreten Betriebsbedingungen gemeinsam betrachtet werden. EXHAUSTO unterstützt TGA-Fachplaner und Anlagenbauer bei der Auswahl und Auslegung der passenden Lüftungslösung.