Wärmerückgewinnung in Lüftungsanlagen: Technologien und Kennzahlen

Die rekuperative Wärmerückgewinnung kennzeichnet, dass die Zu- und die Abluft voneinander getrennte Kanäle durchströmt und dadurch keine Vermischung stattfindet. In einem Wärmeübertrager kommt es dabei zum Übergang der thermischen Energie des Abluftstroms auf den Zuluftstrom.

Je nach Aufbau und Strömungsrichtung der Fluide wird eine Unterteilung in Gleichstrom, Gegenstrom und Kreuzstrom sowie Kombinationen, z. B. Kreuzgegenstrom vorgenommen. Beim Gleichstromwärmetauscher strömen Zu- und Abluft parallel und in die gleiche Richtung. Bei Gegenstromwärmetauschern strömen sie parallel aber gegenläufig im Wärmeübertrager und bei Kreuzstromwärmetauschern orthogonal aneinander vorbei. Im Kreuzgegenstromwärmetauscher treffen die Luftströme beispielsweise zunächst in einem Winkel von 90° im Wärmeübertrager aufeinander, werden anschließend umgelenkt und im Gegenstrom aneinander vorbeigeführt.

Plattenwärmetauscher

Die Plattenwärmetauscher sind die, vor allem in kleineren Geräten, am häufigsten in Lüftungssystemen eingesetzten rekuperativen Wärmeübertrager. Namensgebend für dieses Prinzip sind die Platten, die die beiden Luftströme voneinander trennen. Dass die Luftströme sich nicht mischen hat einerseits den Vorteil, dass keine Schadstoffe oder Aerosole von der Abluft auf die Zuluft übertragen werden. Nachteilig ist jedoch, dass auch keine Feuchteübertragung stattfindet, was bei kalter Außenluft zu trockener Luft führen kann.

Die Wärmeübertragung erfolgt über die einzelnen wärmeleitenden Trennwände zwischen den Luftströmen. Plattenwärmetauscher sind die am häufigsten eingesetzten Wärmetauscher für die kontrollierte Wohnraumlüftung, da sie kompakt und kostengünstig in der Herstellung sind. Die Rückwärmezahlen von Gegenstromgeräten sind allerdings höher als die von Kreuzstromgeräten. Deren Ausführung benötigt jedoch mehr Raum. Ein ähnliches Prinzip weisen Rohrbündelwärmetauscher auf, die anstelle von Platten Rohrbündel nutzen.

Plattenwärmetauscher sind außerdem immer mit einer Bypassklappe ausgestattet. Diese sorgt dafür, dass die Wärmerückgewinnung umgangen wird, sollte der Wärmebedarf im Raum negativ sein. Wenn die Abluft durch die Wärmerückgewinnung unter den Taupunkt abgekühlt wird, fällt im Wärmeübertrager Tauwasser an. Die bei der Tauwasserbildung abgegeben Wärme unterstützt einerseits die Rückgewinnung der Wärme. Andererseits muss das anfallende Kondensat aber auch wieder abgeführt werden, um Korrosion vorzubeugen.

Bei sehr niedrigen Außentemperaturen kommt häufig eine elektrische Vorheizung zum Frostschutz zum Einsatz. Außerdem kann zur weiteren Temperierung der Luft gegebenenfalls eine elektrische Nachheizung stattfinden.

Bei der regenerativen Wärmerückgewinnung findet der Wärmeaustausch in einem abwechselnd von Zu- und Abluft durchströmten Medium wie Wärmespeicher aus Keramik statt. Die Luftströme sind in diesem Fall nicht voneinander separiert, wodurch immer ein Anteil von Umluft vorhanden ist.

Die regenerative Wärmerückgewinnung wird im Betrieb häufig mittels Rotationswärmeübertragern umgesetzt. Dabei durchströmt Luft einen sich langsam drehenden Rotationskörper und gibt dabei die vorhandene Wärme an diesen ab. Der entgegengesetzte Luftstrom nimmt diese Wärme auf. Die dafür nötige Speichermasse besteht dabei häufig aus wellenförmigem Metall oder Kunststoff. In Rotationswärmeübertragern kommt es auch immer zu einer Feuchteübertragung, die durch eine spezielle Beschichtung verbessert werden kann. Über die Anpassung der Drehzahl ist außerdem eine Steuerung der Wärmeübertragung möglich.

Auch in dezentralen Geräten wird die regenerative Wärmeübertragung häufig eingesetzt. Sie wird in diesem Fall über das Ändern der Luftströmungsrichtung realisiert. Nachdem sich der Speicher im Abluftbetrieb erwärmt hat, kann er im anschließenden Zuluftbetrieb die Wärme wieder abgeben.

Eine zusätzliche Möglichkeit der Wärmerückgewinnung in Lüftungsgeräten bieten Kreislaufverbundsysteme. In der Regel durchfließt ein als Wärmeträger dienendes Wasser-Frostschutz-Gemisch die verbauten Wärmeübertrager. Das Gemisch zirkuliert mithilfe einer Pumpe zwischen diesen. Die Wärme wird von der Abluft per Wärmeübertrager auf den Wärmeträger transferiert. Auf der Zuluftseite erfolgt dies umgekehrt. Dank dieses Verfahrens können Ab- und Zuluft auch örtlich voneinander getrennt werden. Mittels Drehzahlregelung der Pumpe ist außerdem eine Steuerung der Leistung der Wärmerückgewinnung möglich.

Die Trennung der Luftströme hat wie beim Plattenwärmetauscher den Vorteil des Abhaltens von Schadstoffen oder Aerosolen aus der Zuluft. Aber auch hier kann es bei kalter Außenluft zu trockener Zuluft kommen.

Auch Wärmepumpen können zur Wärmerückgewinnung in Lüftungssystemen eingesetzt werden. Das Wirkprinzip der Wärmepumpe bleibt unverändert, es wird allerdings Abluft oder Abwasser als Wärmequelle) genutzt. Im Gegensatz zu den zuvor genannten Wärmerückgewinnungssystemen wird die zurückgewonnene Wärme häufig nicht zur Erwärmung der Zuluft genutzt, sondern zur Heizungsunterstützung oder zur Warmwasserbereitung.