Heutzutage, da die effiziente Nutzung von Energie immer wichtiger wird, erfreuen sich Wärmerückgewinnungsgeräte mit Wärmerückgewinnung als wirksames Instrument zur Verbesserung der Energieeffizienz von Gebäuden immer größerer Beliebtheit. Das Schlüsselelement dieser fortschrittlichen Lüftungssysteme sind Wärmetauscher, allgemein bekannt als Rekuperatoren. Welche Arten von Wärmetauschern werden in Wärmerückgewinnungsanlagen verwendet und wie unterscheiden sie sich voneinander? Das erfahren Sie in diesem Artikel!
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Wie wurde die Wärmerückgewinnungsanlage in Einfamilienhäusern eingesetzt?
Das Wort „ Rekuperator “ ist seit vielen Jahren im alltäglichen Sprachgebrauch gebräuchlich. Was bedeutet dieser Begriff eigentlich? Ein Lüftungsgerät mit Wärmerückgewinnung wird als Rekuperator bezeichnet. Zunächst wurde die Wärmerückgewinnung in großen Lüftungsanlagen mit einer Luftleistung von mehreren Dutzendtausend, dann mehreren Tausend m3/h eingesetzt. Durch gesetzliche Bestimmungen wurde dieser Wert sukzessive gesenkt. Gemäß der aktuellen Verordnung des Ministers für Infrastruktur „Über die technischen Bedingungen, die Gebäude und deren Standort erfüllen müssen“, müssen bei der mechanischen Lüftung Geräte zur Wärmerückgewinnung aus der Abluft mit einer Leistung von 500 m3/h und mehr eingesetzt werden.
Der Temperaturwirkungsgrad des Wärmerückgewinnungsgeräts muss mindestens 50 % betragen. Doch nicht nur die aktuellen gesetzlichen Regelungen haben dazu beigetragen, dass in den letzten Jahren das Interesse an der Wärmerückgewinnung in Wohnhäusern gestiegen ist. Oftmals überschreitet die Effizienz des Lüftungsgeräts zu Hause nicht mehr als 500 m3/h. Den Menschen wird immer mehr bewusst, wie wichtig die Qualität der Luft, die wir jeden Tag atmen, ist, was zur Popularisierung der mechanischen Belüftung in Einfamilienhäusern beigetragen hat.
Welche Rolle spielt der Wärmetauscher im Rekuperator?
Der Rekuperator (Wärmerückgewinnungseinheit) besteht aus folgenden Elementen:
- Wärmetauscher
- Unterstützender Ventilator
- Abluftventilator
- Luftzufuhrfilter
- Auspufffilter
- Sensoren
- Elektrische Heizung
- Bypass
- Obodowa
Wir konzentrieren uns auf die wichtigste Komponente der Wärmerückgewinnungseinheit , nämlich den Wärmetauscher. Man kann mit Sicherheit sagen, dass es das Herzstück des Geräts ist. Der Wärmetauscher tauscht Wärme von der Abluft (aus den Räumen) an die Zuluft (von außen) aus. Dadurch verlieren wir nicht die gesamte Wärme mit der abgeführten Luft (was bei der typischen Schwerkraftlüftung der Fall ist) und ein großer Teil davon kann zurückgewonnen werden. Dadurch wird Energie eingespart, die für die Erwärmung der zur Belüftung benötigten Luft aufgewendet werden müsste.
Ein wichtiges Thema im Zusammenhang mit dem Wärmerückgewinnungsprozess ist die Feuchtigkeitsrückgewinnung bzw. deren Fehlen. Das Thema Luftfeuchtigkeit in einem Raum hat bei der Wahl des passenden Gerätes oft keine hohe Priorität. Die Luftfeuchtigkeit bestimmt viele Aspekte des Lebens und scheint einer der Schlüsselfaktoren für den Komfort im Alltag zu sein. Die Luftfeuchtigkeit wirkt sich direkt auf unser Wohlbefinden, gesundheitliche Probleme, die Entwicklung von Pilzen und Bakterien, die Übertragung von Viren und die Haltbarkeit von Baumaterialien aus. Deshalb werden auch die im Folgenden ausführlich besprochenen Austauschertypen unter diesem Gesichtspunkt beschrieben.
Aufteilung und Typen der in Wärmerückgewinnungsanlagen verwendeten Wärmetauscher
In Lüftungsgeräten mit Wärmerückgewinnung nehmen Wärmetauscher einen zentralen Platz ein und spielen eine Schlüsselrolle für die effektive Funktion des Systems. Sie sind für die Wärmeübertragung von der Abluft auf die Zuluft verantwortlich, was dazu beiträgt, Energieverluste zu minimieren und die Effizienz des gesamten Lüftungsprozesses zu steigern. Es gibt viele Arten von Wärmetauschern, die in Lüftungsgeräten mit Wärmerückgewinnung verwendet werden, jeder mit einzigartigen Eigenschaften und Anwendungen. Was zeichnet sie aus?
Plattenwärmetauscher
Plattenwärmetauscher bestehen aus dünnen Platten aus Stahl, Aluminium, Kunststoff oder einer speziellen Membran im Falle von Enthalpie-Wärmetauschern (Feuchtigkeitsrückgewinnung). Die genannten Platten bilden voneinander isolierte Zu- und Abluftkanäle. Die Luftströme berühren sich beim Durchströmen des Wärmetauschers nicht. Dann kommt es zum Phänomen der Rekuperation , also der Wärmerückgewinnung. Der warme Luftstrom (aus den Räumen abgesaugt) erwärmt die Wärmetauscherplatten, während der kalte Luftstrom (von außen zugeführt) Wärme von den beheizten Platten aufnimmt. Im Winter kondensiert aufgrund des Temperaturunterschieds zwischen Zu- und Abluft Feuchtigkeit an der Oberfläche des Wärmetauschers.
Das kondensierte Kondenswasser wird in die Tropfschale abgeleitet, wobei der Überschuss teilweise gefriert und die Räume blockiert, durch die die Luft strömt. Dieser Vorgang wird im Volksmund als Tauscherfrostung bezeichnet. Bei Außentemperaturen unter -4 °C muss ein Frostschutz verwendet werden. Lüftungsgeräte mit Plattenwärmetauschern sind mit Sicherheitssystemen in Form einer leeren Kammer mit einer Klappe neben dem Wärmetauscher (allgemein Bypass genannt), einem elektrischen Vorheizer oder Algorithmen zur Regelung des Ventilatorbetriebs ausgestattet. Abhängig von der Art der Luftströmung werden Plattenwärmetauscher in Kreuzstrom- oder Gegenstromwärmetauscher unterteilt.
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Kreuzstromaustauscher
Der Kreuzstromtauscher ist so aufgebaut, dass die Luftkanäle der Zu- und Abluftströme senkrecht zueinander stehen. Es sieht so aus, als würden sich die Luftströme kreuzen (daher der Name). Tatsächlich laufen sie in getrennten Kanälen. Aufgrund der relativ kurzen Kontaktzeit der Luftströme ist der Wirkungsgrad von Kreuzstromaustauschern geringer als der von Gegenstromaustauschern und liegt zwischen 50 und 75 %. Kreuzstromwärmetauscher sind am anfälligsten für Vereisungen. Ihr Vorteil ist zweifellos die Einfachheit, die sich in einem günstigen Preis niederschlägt.
Gegenstrom-Wärmetauscher
Der Gegenstromtauscher ist komplexer als der Kreuzstromtauscher. Dies ist die verbesserte Version. Der grundlegende Unterschied besteht darin, dass im zentralen Teil des Wärmetauschers die Zu- und Abluftkanäle parallel zueinander verlaufen. Die Bäche fließen in entgegengesetzte Richtungen. Dadurch wird die kalte Luft, die durch den letzten Abschnitt des Wärmetauschers strömt, durch die wärmste Abluft erwärmt. Rekuperatoren mit Gegenstromtauscher zeichnen sich durch einen höheren Wirkungsgrad aus als solche mit Kreuzstromtauscher. Ihr Wirkungsgrad erreicht bis zu 90 %. Sie sind weniger anfällig für Frost, aber das Gerät verfügt dennoch über eine Reihe von Schutzvorrichtungen, die darauf abzielen, den Wärmetauscher im Winter abzutauen, wenn ständig Wasserdampfkondensation auftritt. Aufgrund ihrer Konstruktion sind sie teurer als Kreuzstromwärmetauscher.
Kondensierender Gegenstromwärmetauscher
Ein Gegenstromwärmetauscher, der Kondensat irreversibel aus der Luftzirkulation entfernt, wird als kondensierender Gegenstromwärmetauscher bezeichnet. Das kann sowohl ein Vor- als auch ein Nachteil sein. Die von den Haushaltsmitgliedern erzeugten Wasserdampfgewinne reichen in der Regel nicht aus, um die Verluste zu decken, die durch den kontinuierlichen Betrieb der mechanischen Lüftung entstehen. Daher wird die Luft im Winter trocken, was sich erheblich auf den Nutzungskomfort auswirkt. In Regen- und Übergangszeiten wiederum ermöglicht das Vorhandensein eines solchen Wärmetauschers die Trocknung der Luft im Gebäude.
Es ist auch zu Beginn der Nutzung eines neuen Gebäudes nützlich, wenn sich noch Feuchtigkeit in Putzen und Estrichen ansammelt. An dieser Stelle wäre es sinnvoll, über den Einsatz eines Zuluftbefeuchters nachzudenken. Allerdings ist ihre Beliebtheit auf dem polnischen Markt gering. Hersteller, die einen Luftbefeuchter anbieten, passen ihn häufig so an, dass er nur mit einem speziellen Produktionszentrum funktioniert. Und aus rein kommerzieller Sicht kann man ihnen kaum einen Vorwurf machen.
Enthalpietauscher
Der Unterschied zwischen einem Enthalpie-Wärmetauscher und einem kondensierenden Gegenstrom-Wärmetauscher besteht im Material, aus dem die Platten bestehen. Bei einem Enthalpie-Gegenstromwärmetauscher bestehen die Platten aus einer Polymermembran, die wie ein Filter die Übertragung von Wasserdampf ermöglicht. Über einen solchen Wärmetauscher erfolgt die Wärmerückgewinnung und teilweise Feuchterückgewinnung.
Ein weiterer Vorteil von Enthalpietauschern ist ein größerer Betriebsbereich, ohne dass ein zusätzlicher Frostschutz verwendet werden muss (Betrieb bis -8°C). Allerdings sind Klimageräte mit diesen Wärmetauschern mit den oben genannten Sicherheitssystemen ausgestattet. Eine Feuchtigkeitsrückgewinnung im Winter ist sinnvoll und löst das Problem trockener Luft. Allerdings ist zu bedenken, dass die erwähnte Erholung auch im Sommer stattfinden kann. Die Raumluftfeuchte muss dann höher sein als die Außenluftfeuchte.
Gegenstrom-Spiralaustauscher
Erwähnenswert ist, dass es Gegenstrom-Spiralwärmetauscher gibt. Die Konstruktion eines solchen Wärmetauschers ist durch einen Patentanspruch geschützt. Dies ist eine einzigartige Lösung, die von einem der polnischen Unternehmen umgesetzt wurde. Der Wärmetauscher besteht aus Aluminiumfolie und spiralförmig gerolltem verzinktem Blech und hat die Form eines Zylinders. Der Wärmetauscher ist strukturell in zwei unabhängige Räume unterteilt: Zuluft und Abluft.
Beide Räume sind durch eine Dichtung getrennt und sorgen so für eine präzise Trennung, die eine Wärmerückgewinnung aus der Abluft ermöglicht, ohne diese mit der Zuluft zu vermischen. Durch die spiralförmige Bauweise des Wärmetauschers strömt die Luft kreisförmig, im Gegenstrom und teilweise kreuzweise. Die große Wärmetauscherfläche und der lange Luftströmungsweg machen den Wärmetauscher frostbeständig und sein Wirkungsgrad liegt bei über 85 % bei einem Verhältnis von Zuluft zu Abluft im Verhältnis 1:1.
Rekuperatoren mit dieser Lösung zeichnen sich durch eine hohe Frostbeständigkeit aus und ermöglichen den Einsatz ohne Schutzheizungen am Frischlufteintritt und ohne Abtausysteme, die bei anderen Geräten dieser Art erforderlich sind. Der Einsatz einer Vorheizung zum Schutz des Wärmetauschers vor Vereisung bei niedrigen Temperaturen entfällt und führt das ganze Jahr über zu messbaren Einsparungen.
Rotationskondensationswärmetauscher
Der kondensierende Rotationswärmetauscher besteht aus abwechselnd angeordneten gewellten und flachen Aluminiumblechen, die auf einen speziellen Zylinder (Trommel) gewickelt sind. Durch das Blech entstehen Kanäle, durch die abwechselnd Zu- und Abluftströme aus den Räumen strömen. Um den Tauscher ist ein Antriebsriemen gewickelt, der, angetrieben durch den Motor, die Walze in Bewegung (Rotation um die eigene Achse) versetzt. Bei der Rotation erfolgt eine Energierückgewinnung basierend auf dem Regenerationsprozess.
Ein Merkmal des Regenerationsprozesses ist die Tatsache, dass die internen und externen Luftströme die gleiche Oberfläche des Wärmetauschers (Mischung) berühren, wodurch eine Wärmerückgewinnung und eine teilweise Feuchtigkeitsrückgewinnung möglich sind. Im Winter, wenn die Außenlufttemperatur niedrig ist, kühlt die Abluft aus den Räumen auf eine Temperatur unter dem Taupunkt ab, was zur Kondensation führt. Das Wasser setzt sich in den Kanälen ab und gelangt dann durch die Rotation des Wärmetauschers in die kalte Umgebung der Außenluft.
Die Außenluft erwärmt sich und führt dazu, dass ein Teil des Kondensats verdunstet und wieder in den Kreislauf gelangt, wodurch die Frischluft teilweise befeuchtet wird. Der Prozess läuft ununterbrochen weiter und das Kondensat hat nicht genügend Zeit zum Gefrieren. Hier liegt der Vorteil von Rotationswärmetauschern: Sie können bei sehr niedrigen Außentemperaturen (-30 °C) betrieben werden, ohne dass ein Frostschutz erforderlich ist. Der Nachteil ist die Abhängigkeit von mechanischen Komponenten (Motor, Antriebsriemen usw.) und der zusätzliche Stromverbrauch (Notwendigkeit einer zusätzlichen Stromversorgung).
Sorptions-Rotationswärmetauscher
Ein Sorptions-Rotationswärmetauscher ist nichts anderes als ein kondensierender Wärmetauscher, der mit einem zusätzlichen hygroskopischen Material ausgestattet ist, das es ihm ermöglicht, Wasserdampf aus der Luft aufzunehmen. Ein solcher Wärmetauscher ist in der Lage, bis zu 90 % der Feuchtigkeit aus der Abluft zurückzugewinnen. Die Aufnahme von Wasserdampf aus der Luft erfolgt sowohl im Winter als auch im Sommer und beruht nicht auf dem Phänomen der Kondensation. Der Einsatz dieses Wärmetauschertyps funktioniert gut in Räumen mit niedriger Luftfeuchtigkeit, und die Einführung eines anderen Wärmetauschers (kondensierender Rotations- oder Enthalpie-Gegenstromtauscher) würde aufgrund einer zu geringen Feuchtigkeitsrückgewinnung keine zufriedenstellenden Ergebnisse bringen.
Was ist bei der Auswahl eines Rekuperators zu beachten?
Der Wahl eines Rekuperators sollte eine grundlegende Analyse der Bedürfnisse der Menschen vorausgehen, die belüftete Räume nutzen. Wir werden ein Gerät für einen Büroraum anders auswählen als für ein Wohnhaus. Bei Ein- und Mehrfamilienhäusern muss immer berücksichtigt werden, dass jede Familie anders ist, unterschiedliche Gewohnheiten und Funktionsweisen hat, was eng mit der Entstehung von Feuchtigkeitsgewinnen zusammenhängt. Bei der Auswahl der geeigneten Energierückgewinnungslösung sollte der Feuchtigkeitsgewinn ein wichtiger Gesichtspunkt sein.