Wärmetauscher sind Bestandteile moderner Heiztechnik und dieser Wärmetauscher Test geht ausführlich auf die Funktionsweise der umweltgerechten Technik ein. Die Wärmetauscher übertragen Wärme von einem Medium zum anderen.
Bei den Medien kann es sich um Luft, Wasser oder andere Stoffe handeln, die sich nach den physikalischen Gesetzen bewegen und Wärme aufnehmen sowie abgeben können. Die Wärmetauscher werden in der Heizungstechnik genutzt und sind beispielsweise bei Brennwertheizungen zu finden.
Wärmetauscher werden eingesetzt, um Restwärme effektiv zu nutzen und nicht entweichen zu lassen. Energie kann auf diese Weise effizient und umweltgerecht genutzt werden.
Inhaltsverzeichnis
- Was ist ein Wärmetauscher?
- Wo wird ein Wärmetauscher eingesetzt?
- Welche Vor- und Nachteile haben Wärmetauscher?
- Wie funktionieren Wärmetauscher?
- Welche Wärmetauscher-Varianten sind erhältlich?
- Worauf beim Kauf eines Wärmetauschers achten?
- Häufig gestellte Fragen
Was ist ein Wärmetauscher?
Wärmetauscher sorgen im Vergleich zu anderen Energieumwandlern für die Übertragung von Energie von einem Medium auf ein anderes Medium. Energie kann in verschiedenen Formen fließen. Wärmetauscher übertragen Wärmeenergie und können ein kaltes Medium aufwärmen.
Die beiden eingesetzt Medien müssen nicht in Kontakt miteinander kommen. Der Wärmetauscher übernimmt den Energiefluss. Dieser Wärmetauscher Vergleich zeigt, dass es sich bei den eingesetzten Medien um Luft und Wasser handeln kann. Die Eigenschaften eines Wärmetauschers sind für den Heiztechnikbereich interessant.
Welche Eigenschaften sollten Wärmeaustauscher-Medien besitzen?
Wärmetauscher übertragen die Energie von einem sich bewegenden Medium auf ein anderes sich bewegendes Medium. Das Medium sollte nach den physikalischen Gesetzen fließen und Wärme aufnehmen sowie abgeben können. Ziel des Wärmetauschers ist es, die Wärmeenergie eines Mediums auf ein kaltes Medium zu übertragen.
In der Folge wird das Medium erwärmt und leitet die Wärmeenergie weiter. Die fließende Wärmeenergie wird einem bestimmten Zweck zugeführt und kann beispielsweise zum Heizen eines Zimmers eingesetzt werden. Als Medien werden häufig Luft und Wasser eingesetzt.
Wie werden Wärmetausch in der Heiztechnik eingesetzt?
Wärmetauscher werden in der Heiztechnik verwendet und sind in umweltgerechten und modernen Heizgeräten zu finden. Die Brennwerttechnik setzt auf Wärmetauscher und sorgt dafür, dass entstehende Abgabe zum Wärmetauscher gelangen. Die Abgase enthalten Energie, die in Form von Wärmeenergie auf Luft übertragen wird.
Die Luft wird als Frischluft ebenfalls am Wärmetauscher vorbeigeführt. Abgase und Frischluft müssen im Wärmetauscher nicht miteinander in Kontakt kommen, um den Wärmetausch zu vollziehen. Die in den Abgasen vorhandene Restwärme kann so auf die Frischluft übertragen werden. Die erwärmte Luft kann beispielsweise zum Heizen eines Raumes eingesetzt werden.
Wo wird ein Wärmetauscher eingesetzt?
Wärmetauscher werden sowohl in Privathaushalten als auch in diversen Industriebereichen und Großbetrieben eingesetzt. Private Haushalte nutzen ein Hauskraftwerk und können beispielsweise die Wärme, die von einem Swimmingpool übrigbleibt oder die aus der Abluft entsteht (Abgase) mit der Hilfe eines Wärmetauschers nutzen.
Im Industriebereich findet häufig die Bearbeitung von Materialien statt. Bei der Materialbearbeitung finden häufig exergone Reaktionen statt und Wärmeenergie entsteht oder wird abgegeben. Diese Wärme kann mit einem Wärmetauscher sinnvoll genutzt werden. Eine solche Wärme wird auch als Abwärme bezeichnet und trägt zur Wirtschaftlichkeit eines Betriebes bei.
Es gibt aber auch Nachteile. Nicht jeder Prozess der Energieabgabe erzeugt ausreichend Abwärme. Wenn die Abwärme zu gering ist oder ein Austausch nicht möglich ist, dann kann keine Ressourcenschonung und keine Optimierung des Wärmetauschs stattfinden.
Vor dem Einsatz von Wärmetauschern solltest du daher genau wissen, ob genügend Abwärme vorhanden ist. Experten können die Ersparnis, die du mit einem Wärmeaustauscher hast, genau berechnen.
Welche Vor- und Nachteile haben Wärmetauscher?
Wärmetauscher sind im Vergleich zu anderen Heiztechniken energie- und umweltschonend. Je nach Modell können Energiekosten reduziert und Restwärme umweltgerecht eingesetzt werden. Die Restwärme wird auch als überschüssige Wärme bezeichnet.
Diese überschüssige Wärme kann zum Heizen genutzt werden und muss so nicht in der Luft ungenutzt verpuffen. Es werden Ressourcen gespart und die Umwelt geschont. Um Wärmeenergie über einen Wärmetauscher nutzen zu können, muss Wärme zunächst umgewandelt werden.
Vorteile
Die Vorteile eines Wärmetauschers sind nahezu selbsterklärend. Es wird Abwärme genutzt, die ansonsten ungenutzt in der Umgebung verpuffen würde. Es kann durch die Umwandlung der Abwärme in beispielweise Heizwärme eine Reduzierung der Heizkosten erfolgen. Die Ressourcen werden optimal eingesetzt.
Wärmeaustauscher sind zudem in wartungsarmen Varianten erhältlich. Durch die Nutzung eines Wärmetauschers steigerst du die Energieeffizienz von Haus, Wohnung oder Industrie und erhältst aus deiner Umwelt Energie, die nichts kostet. Neben der Schonung von Ressourcen arbeitest du zudem wirtschaftlich.
Nachteile
Wärmeaustauscher müssen zunächst angeschafft werden und es kommt zu Anschaffungskosten. Im Handel sind Varianten erhältlich, die eine komplexere Bedienung erfordern.
Neben den Anschaffungskosten müssen auch eventuelle Wartungskosten in die Rechnung einbezogen werden (selbst bei wartungsarmen Varianten).
Nicht jeder Wärmetauscher besitzt eine optimale Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit. Es gibt enorme Unterschied und eine Fachkraft sollte sich die Situation vor Ort ansehen, um dir die passende Wärmetauschertechnik zu empfehlen.
Wie funktionieren Wärmetauscher?
Dieser Wärmetauscher Test zeigt, dass Wärmeaustauscher verschiedene Eigenschaften haben. Diese hängen mit Aufbau, fließenden Medien (Stoffen) und dem Anlagentyp zusammen. Ein grundlegendes Prinzip haben alle Wärmeaustauscher und Wärmespeicher gemeinsam.
Es wird die Wärme eines Stoffes genutzt und auf einen anderen Stoff übertragen. Wärmespeicher können bei dem Austausch der Wärmeenergie als Zwischenspeicher dienen. Der Wärmeaustauscher sorgt für die Wärmeleitung oder die Umwandlung der Wärmeenergie.
Damit Wärme gespeichert oder von einem Stoff auf einen anderen übertragen werden kann, muss zunächst ein Temperaturunterschied zwischen den Stoffen herrschen.
Des Weiteren muss der Wärmeleiter, wenn eine Trennung zwischen den Stoffen besteht und kein direkter Austausch der Stoffe und Wärme erfolgt, die Wärme optimal weiterleiten oder speichern.
Wärmeaustauschstoffe
Als Stoffe oder Medien für Wärmetauscher werden häufig die Kombinationen Wasser und Wasser, Luft und Luft oder Öl und Öl verwendet. Im Industriebereich werden auch Gas und Gas oder Gas und Flüssigkeit (Wasser) eingesetzt.
Des Weiteren ist auch die Kombination Wasser und Luft (siehe Heizungsanlagen und Heizkörper) gängig. Die Wärmeenergie kann also nicht nur zwischen zwei identischen Aggregatzuständen und Stoffgruppen erfolgen.
Wärmetauscher sparen Heizkosten
Wärmeaustauscher können die überschüssige Wärme eines Mediums auf ein weiteres Medium übertragen. Das auf diese Weise erwärmte Medium kann beispielsweise zum Heizen von Räumen genutzt werden. Die überschüssige Wärme kann auf viele Arten entstehen. So kann sie beispielsweise von einem Swimmingpool kommen oder von der Lüftungsanlage (Abgase).
Die bereits vorhandenen Ressourcen werden optimal genutzt und die Heizkosten können reduziert werden. Wärmeaustauscher dienen also dem Zweck der Kostensenkung und sparen zudem Energie, die ohne Wärmeaustauscher von außen zugeführt werden müsste.
Prozess des Wärmeaustauschs
Dieser Wärmetauscher Vergleich zeigt, dass Wärmetauscher im Bereich Heiztechnik häufig durch räumliche Trennung der temperaturaustauschenden Stoffe funktionieren. Es gibt auch Regeneratoren, die die Wärmeenergie speichern. In beiden Fällen ist ein wärmeleitfähiges Material notwendig, das die Wärme von einem Medium zum anderen überträgt.
Durch den Wärmeaustauscher und die räumliche Trennung der temperaturaustauschenden Stoffe, können sogar Gase und flüssige Stoffe Wärme abgeben und aufnehmen, die ansonsten ohne die Trennung miteinander reagieren würden.
Der Wärmeaustauscher ermöglicht eine Angleichung der Temperatur, ohne Risiken. Durch diesen Austauschprozess ist sogar die Kühlung oder Erwärmung von Gasen, Ölen, viskosen und festen Stoffen möglich.
Funktionsweise von Heizkörpern
Heizkörper müssen aus wärmeleitenden bzw. wärmedurchlässigen Materialien bestehen. Es werden beispielsweise Stahl, Aluminium oder Kupfermaterialien für Wärmeaustauscher eingesetzt. Auch Emaille und bestimmte Kunststoffe kommen als Materialien für Wärmeaustauscher infrage.
Das Heizkörpermaterial ermöglicht es dem warmen Medium, die Wärme auf das zweite Medium zu übertragen. Bei handelsüblichen Heizkörpern ist das erste Medium in der Regel Wasser, das durch den Heizkörper fließt. Ein Heizungskessel erwärmt das Wasser zuvor und es wird über Hauspumpen an die Heizkörper verteilt.
Die Heizkörper leiten die Wärme an die Umgebungsluft als zweites Medium weiter. In der Folge werden die mit Heizkörper ausgestatteten Räume erwärmt. Das Wasser wird durch die Wärmeabgabe wieder kühler und wird zum Heizkessel zurückgeleitet, wo es wieder erwärmt wird. Wärmetauscher stellen ein Gleichgewicht her.
Es gibt verschiedene Wärmetauscher, die unterschiedliche Wärmeaustauschtechniken nutzen und diverse Aufbauten besitzen können. Je nach Aufbau und Technik können Medien wie Wasser, Öl, Dampf und Gas zum Wärmeaustausch genutzt werden. Es sind auch andere Flüssigkeiten außer Wasser (oder Öl) möglich.
Welche Wärmetauscher-Varianten sind erhältlich?
Dieser Wärmetauscher Test zeigt, dass die Modelle nach Klassen und den Grundformen der Ströme unterschieden werden.
Innerhalb der Klassen werden die einzelnen Wärmetauschervarianten nach ihrem Aufbau und ihrer Funktionsweise unterteilt.
Es werden Plattenwärmeübertrager von U-Rohr-Wärmetauscher, Spiralwärmeübertrager, Rohrwärmetauscher, Mantelrohrwärmeüberträger und Gegenstrom-Schichtwärmeübertrager unterschieden.
Wärmetauscher-Klassen
Wärmetauscher werden in die Klassen „Direkte Wärmeübertragung“, „Indirekte Wärmeübertragung“ und „Halbindirekte-Wärmeübertragung“ unterteilt.
Die verschiedenen Wärmetauscher-Klassen sind mal mehr und mal weniger geeignet für den Bereich der Heiztechnik. Nachfolgend werden die Klassen näher erläutert.
Direkte Wärmeübertragung
Bei der direkten Wärmeübertragung findet nicht nur eine Wärmeübertragung, sondern auch eine Stoffübertragung statt. Die Stoffströme sind trennbar und es erfolgt ein direkter, kombinierter Wärme- und Stoffübertrag.
Die direkte Wärmeübertragung wird in der Chemie (siehe Quenchen) genutzt, um Reaktionsgemische schnell abzukühlen und eine Rekombinationsreaktion zu verhindern.
Indirekte Wärmeübertragung
Die Wärmeübertragung, so zeigt es dieser Wärmetauscher Test, kann auch indirekt erfolgen. Bei einer indirekten Wärmeübertragung sind die Stoffe bzw. Medien voneinander getrennt und es erfolgt lediglich ein Wärmeaustausch. Damit der Wärmeaustausch funktioniert, muss die Trennwand durchlässig für Wärme sein.
Ein Beispiel für die indirekte Wärmeübertragung zwischen zwei Medien ist der Heizkörper. Dieser bildet die Trennwand zwischen dem warmen Wasser und der Umgebungsluft (Zimmerluft).
Der Heizkörper besteht aus einem wärmedurchlässigen und wärmeleitenden Material. Eine alternative Bezeichnung für Wärmetauscher mit indirekter Wärmeübertragung ist „Rekuperatoren“.
Halbindirekte Wärmeübertragung
Wärmeübertragung kann auch zeitversetzt erfolgen. Das bedeutet, dass zwar beide Medien zum Wärmetauscher geleitet werden, aber zu verschiedenen Zeitpunkten. Der Wärmetauscher fungiert als Wärmespeicher.
Der Wärmespeicher erhält die Wärmeenergie vom heißeren Medium und wird wiederum durch das zweite Medium abgekühlt. Das zweite Medium nimmt die Wärmeenergie aus dem Speicher auf. Halbindirekte Wärmeübertragung benötigt einen Wärmespeicher, weshalb diese Technik häufig in Regeneratoren zu finden ist.
Stromführung der Medien (Stoffe)
Die Stoffe, die Wärme abgeben und aufnehmen, können auf unterschiedliche Weisen fließen. Die sogenannte Stromführung erfordert jeweils einen unterschiedlichen Wärmetauscher- oder Wärmespeicheraufbau.
Es werden entsprechend der Stormführung der Stoffe fünf Formen von Wärmetauschern bzw. Wärmespeichern unterschieden.
Gleichstrom
Gleichstrom-Wärmetauscher sind so konstruiert, dass beide Medien nebeneinander fließen und die Temperatur sofort angeglichen wird. Die Gleichstromtechnik ist zur Kühlung interessant. Die Kühlung erfolgt mit Gleichstromtechnik sehr effizient.
Gleichzeitig wird das Material des Wärmetauschers enorm belastet, da es den ständigen Wechsel zwischen Hitze und Kälte aushalten muss und die Temperaturdifferenzen bisweilen groß sind.
Gegenstrom
Bei Gegenstrom-Wärmetauschern kommen sich die Medien entgegen und fließen quasi aneinander vorbei. Während des Vorbeifließens im Wärmetauscher werden die Temperaturdifferenzen angeglichen und Wärme wird ausgetauscht. Dieses Gegenstromprinzip wird beispielsweise bei Wärmerückgewinnungsanlagen genutzt. Diese Anlagen finden in der Heiztechnik Anwendung.
Damit die Wärmerückgewinnung und ein Austausch der Wärme zwischen den Strömen funktioniert, müssen die Wärmekapazitäten möglichst identisch (gleich) sein. Nur bei identischen Wärmekapazitäten ist ein 100-prozentiger Austausch der Wärme möglich.
Das bedeutet, dass dieser Wirkungsgrad in der Anwendung nicht 100-prozentig erreicht wird. Dennoch ist die Wärmerückgewinnungsanlage eine effiziente Technik.
Kreuzstrom
Die Medien, zwischen denen der Temperaturaustausch stattfindet, können sich kreuzen. Diese Funktionsweise wird als Kreuzstromtechnik bezeichnet und kann sowohl bei Gegenstrom als auch bei Gleichstrom genutzt werden.
Die Stoffe kreuzen sich in ihren Fließrichtungen und können auf eine vorher festgelegt Temperatur gebracht werden. Die Kreuzstromtechnik ist für einen effizienten Temperaturaustausch bekannt.
Kreuzgegenstrom
Neben der Kreuzstromtechnik ist auch die Kreuzgegenstromtechnik erhältlich. Diese Wärmetauscher haben nicht nur Ströme, die sich kreuzen, sondern Stoffe, die parallel gegeneinander fließen. Die Stoffe können parallelgegeneinander verlaufen, da der Fluss der Stoffe zunächst quer zueinander erfolgt.
Durch das quere aufeinander Zufließen, ergibt sich am Kreuzungsmittelteil automatisch ein paralleler Gegenfluss. Der Kreuzgegenstrom ist optimal, wenn die Ausgangstemperaturen effektiv getauscht werden sollen. Dank der Effizienz der Kreuzgegenstromtechnik werden Anlagen mit dieser Technik als strömungsgünstiger beschrieben.
Die Technik ermöglicht auch den Bau kompakter Anlagen. Modelle mit Kreuzgegenstromtechnik sind in der Regel kompakter als reine Gegenstromanlagen.
Wirbelstrom
Stoffströme können nicht nur aneinander vorbeigeführt oder einander zugeführt werden. Es sind auch Techniken erhältlich, die für eine Verwirbelung der Stoffströme sorgen. Diese Technik wird auch als Wirbelstrom bezeichnet. Der Wirbelstrom erfolgt zwischen Stoffströmen mit unterschiedlicher Temperatur.
Durch die Verwirbelung der Stoffströme wird die Temperatur angeglichen. Die Technik funktioniert nur, wenn eine Trennung der Stoffströme möglich ist. Damit die Trennung gewährleistet wird, wurde das Wirbelrohr entwickelt.
Mit einem Wirbelrohr können beispielsweise heiße und kalte Stoffe (Gase) getrennt werden. Wirbelstrom funktioniert in der Regel mit unterschiedlich temperierten Gasen.
Welche Wärmetauscher mit direkter Wärmeübertragung gibt es?
Dieser Wärmetauscher Vergleich zeigt, dass die Artikel mit direkter Wärmeübertragung erhältlich sind. Diese werden häufig in der Industrie eingesetzt. Ein Beispiel für Wärmetauscher mit direkter Wärmeübertragung sind Nasskühltürme. Diese Kühltürme sorgen für die Rückkühlung in Kraftwerken. In Kühltürmen wird warmes oder heißes Wassers direkt durch die Umgebungsluft abgekühlt.
Es findet zwischen Wasser und Umgebungsluft ein direkter Kontakt statt. Auch in der chemischen Prozesstechnik wird die direkte Wärmeübertragung eingesetzt (siehe Quenchen). Dort werden zwei Stoffe mit großer Temperaturdifferenz zueinander geführt.
Dank der enormen Temperaturdifferenz erfolgt ein schnelles Abkühlen des heißen Stoffes. Auf diese Weise kann eine erneute chemische Reaktion oder eine Rückreaktion unterbunden werden.
Welche Rekuperatoren (Anlagen mit indirektem Wärmeaustausch) sind bekannt?
Rekuperatoren sorgen für einen Wärmeaustausch bzw. eine Temperaturangleichung zweier Stoffe. Ein direkter Kontakt der Stoffe erfolgt nicht. Das bedeutet, dass die Anlagen getrennte Räume für die Stoffe besitzen.
Es werden nach Aufbau Spiralwärmeübertrager, Plattenwärmeübertrager, Rohr-Wärmetauscher, U-Rohr-Wärmetauscher, Mantelrohrwärmeübertrager und Hybrid Tubular Plattenwärmeübertrager voneinander unterschieden.
Des Weiteren sind auch Wärmerohre, Kühl-/Heizregister und Gegenstrom-Schichtwärmeübertrager erhältlich.
Spiralwärmeübertrager
Spiralwärmeübertrager zählen zu den Plattenwärmetauschern. Sie stellen allerdings eine Sonderform dar, denn es werden nicht nur ebene Platten in den Anlagen eingesetzt, sondern auch aufgewickelte, spiralförmige Bleche verwendet.
Plattenwärmeübertrager
Die Medien in diesen Anlagen sind durch parallele Platten voneinander getrennt. Die parallelen Platten bilden Zwischenräume. In die Zwischenräume gelangen die Medien abwechselnd.
Rohrwärmeaustauscher
Rohrwärmeaustauscher werden auch als Rohrbündelwärmeübertrager bezeichnet. Die Anlagen besitzen Rohrräume. Die Rohrräume sind häufig parallel aufgebaut und in großer Anzahl vorhanden. I
n die Rohrräume wird ein Medium geleitet. Das kann durch Förderung, wie beispielsweise Pumpen erfolgen. Die Rohre sind nicht wild durcheinander angeordnet, sondern besitzen eine parallele Anordnung und sind in einem Mantelraum angesiedelt.
Der Mantelraum ist ein größeres Rohr, durch den der zweite Stoff geleitet wird. Der Mantelraum wird auch als Kessel bezeichnet.
U-Rohr-Wärmetauscher
U-förmige Rohre bilden die Grundlage des U-Rohr-Wärmetauschers. Derartig geformte Rohre können problemlos in einem Kessel installiert werden.
Dank der U-Form ist auch die Herausnahme der Rohre relativ einfach. U-Rohre müssen nur auf einer Seite fixiert werden und sind häufig in den Kesseldeckel geschweißt.
Hybrid Tubular Plattenwärmeübertrager
Rohrwärmeaustauscher und Plattenwärmeübertrager können auch miteinander kombiniert werden. Diese Kombination ergibt den Hybrid Tubular Plattenwärmeübertrager. Diese Anlagen besitzen einen tubularen Querschnitt.
Der rohrenförmige Querschnitt wird durch vollständig miteinander verschweißte und übereinander gelegte Edelstahlplatten erzielt. Die Edelstahlplatten bilden eine Sandwichanordnung und besitzen einen wellenförmigen Querschnitt.
Hybrid Tubular Plattenwärmeübertrager nutzen den Kreuzgegenstrom und bieten einen effizienten Temperaturaustausch.
Wärmerohre
Das Medium zur Übertragung von Wärme (Hitze) ist in verschlossenen Wärmerohren vorhanden und wird durch Verdunstungs- und Kondensationsprozesse zur Zirkulation gebracht.
Die Verdunstung und Kondensation erfolgen kontinuierlich und die Enden der Wärmerohre sind verschlossen. Durch die stetige Zirkulation des Mediums wird ein effizienter Wärmeaustausch mit der Umgebung erzielt.
Mantelrohrwärmeübertrager
Mantelrohrwärmeübertrager sind aus zwei Rohren aufgebaut. Ein Rohr liegt außen und das andere liegt innen. Die unterschiedliche Lage (konzentrisch) sorgt dafür, dass ein Wärmeaustausch erfolgt. Das äußere Rohr trägt in der Regel das warme Medium und das innere Rohr beinhaltet das Medium, das erwärmt oder erhitzt werden soll.
Die Rohre können auch genutzt werden, um das innere Medium zu kühlen. Häufig wird Wasser als Medium für das äußere Rohr eingesetzt. Mantelrohrwärmeübertrager sind vor allem für feste Medien oder hochviskose Medien interessant. So können beispielsweise Schlämme oder viskose Suspensionen erhitzt oder gekühlt werden.
Mantelrohrwärmeübertrager sind nur geringfügig wirkungsvoll. Die Wärmeübergangsobefläche ist einfach zu klein, als das ein effektiver Wärmeaustausch stattfinden kann. Dennoch wird dieser Aufbau für Substanzen genutzt, die im Innenrohr hohe Drücke aufweisen.
Gegenstrom-Schichtwärmeübertrager
Diese Bauform besteht aus Lamellen-Wärmeübertragerschichten. Die Lamellenschichten können zweifach oder mehrfach vorhanden sein. Die Gegenstrom-Schichtwärmeübertrager gehören zu den Kühl- und Heizregistern.
Kühl-/Heizregister
Die Bauform der Kühl- und Heizregister wird für flüssige und gasförmige Medien eingesetzt. Die Bauform bietet die Möglichkeit des Temperaturaustausches von flüssigem zum gasförmigem Medium und umgekehrt.
Die Register bestehen aus Rohren und Lamellen. Die Rohre sind für die flüssigen Medien notwendig und die Lamellen werden für das gasförmige Medium benötigt.
Regeneratoren (Halbindirekte Wärmeaustauscher)
Die halbindirekten Wärmeaustauscher bestehen häufig aus Wärmespeichern, die auch als Regeneratoren bezeichnet werden. Diese Regeneratoren werden zeitversetzt von kalten und heißen Stoffen durchflossen. Dank der Speicherfähigkeit der Regeneratoren kann ein gezielter Temperaturaustausch erfolgen.
Wie oft heiße und kalte Stoffe den Regenerator durchfließen müssen, das hängt von der Wärmekapazität des Regeneratormaterials und von der Fließgeschwindigkeit des Mediums ab.
Einsatzbereich von Regeneratoren
Regeneratoren werden beispielsweise für Gase genutzt und ermöglichen es beispielsweise in der Industrie, die Wärmeenergie von Gasen zu nutzen und einem Festkörper zuzuführen.
Der Festkörper (Regeneratormaterial) dient als Zwischenspeicher. Der Zwischenspeicher gibt die gespeicherte Wärmeenergie an ein anderes Gas oder an die Luft ab.
Ortsfeste und bewegliche Speichermassen
Es werden ortsfeste von beweglichen Speichermassen unterschieden. Bewegliche Speicher sind als Stirlingmotor oder Rotationswärmeübertrager bekannt. Der Rotationswärmeübertrager wird auch als Luftvorwärmer bezeichnet und besteht beispielsweise aus Aluminiumblechen.
Stirlingmotoren nutzen Kupfergeflechte. Sogenannte Winderhitzer gehören zur den ortsfesten Speichermassen. Der Winderhitzer nutzt keramische Materialien oder Steine, die feuerfest sind. Ortsfeste Speichermassen werden zur dezentralen Belüftung genutzt und können beispielsweise einzelne Räume heizen.
Materialien
Die Materialien in Wärmetauschern sind von der Bauart und den Stoffen abhängig. Durch die Materialien, den Aufbau und die Art des Wärmeaustauschs besitzen die verschiedenen Anlagen eine unterschiedliche Langlebigkeit. Die Belastung des Materials ist auch von der Temperaturdifferenz abhängig.
Bei starken bzw. großen Temperaturunterschieden zwischen den Stoffen wird das Material extrem belastet. Häufig werden Metalle als Materialien für Wärmetauscher benutzt. Als Beispiel seien die Kupfergeflechte oder Aluminiumplatten von beweglichen Speichermassen genannt.
Weitere Materialien, die in Wärmetauschern Anwendung finden, sind Kunststoffe, Siliziumkarbide, Glasmaterialien und Emaille. Materialien wie Emaille sind vor allem für die Industrie interessant. Emaille ist reaktionsträge und wird daher in der Chemie genutzt. Dort werden auch robustere Materialien, wie beispielsweise Stahl eingesetzt, wenn hohe chemische und thermische Beständigkeit gefragt ist.
Kupfer wird als Material in Wärmetauschern genutzt, weil es sehr hygienisch ist. Auch Aluminium wird als hygienisches und leichtes Material gehandelt. Vor allem für Klimageräte ist Aluminium interessant. Wenn mit aggressiven Chemikalien gearbeitet wird, dann werden häufig Glasmaterialien eingesetzt.
Auch veredelte Kunststoffe werden für Wärmeaustauscher verwendet. Wenn du einen Wärmeaustauscher suchst, der extreme Temperaturen von 2200 °C aushält, dann ist Siliziumkarbid als Material für dich interessant.
Worauf beim Kauf eines Wärmetauschers achten?
Wärmetauscher sind im Vergleich zu anderen Heiztechniken und Heizsystemen in diversen Varianten erhältlich. Die Wärmeaustauscher sind für diverse Ausgangsvarianten gedacht und bringen unterschiedliche Leistungen und Effizienzen mit sich.
Du solltest vor dem Kauf wissen, dass nicht alle Wärmeaustauscher für das gewünschte Heizsystem geeignet sind. Des Weiteren sind nicht alle Wärmetauscher für alle Stoffe und Medien geeignet. Es ist ratsam, Wärmetauscher einzusetzen, deren Technik bereits erprobt ist und die gute Kundenrezensionen besitzen.
Des Weiteren solltest du beim Kauf auch über die Energieeinsparung nachdenken und das für dich am besten geeignete System wählen. Fachkräfte können eine Einschätzung geben, was du sparen kannst. Du solltest dich also eingehend vor dem Kauf und der fachgerechten Installation von Wärmetauschern beraten lassen.
Zudem solltest du die Preise verschiedener Firmen und Systeme vergleichen und neben den Anschaffungskosten und der Energieersparnis auch potenzielle Wartungskosten einrechnen. Im Handel werden Wärmetauscher von bekannten Herstellern und Marken angeboten.
Es ist ratsam, ein qualitatives Modell von einem bekannten Hersteller zu nutzen, der auch Service- und Dienstleistungen für Reparatur und Wartung anbietet. Das jeweilige Modell muss zu den Gegebenheiten vor Ort passen.
Wärmepumpen
Wärmepumpen besitzen Wärmetauscher. Dieser Wärmetauscher Test zeigt, dass die Modelle in Wärmepumpen die zentralen Bauteile darstellen und in vielen modernen Hausbauten zu finden sind. Wärmepumpen sind häufig als Luft-Wasser-Wärmepumpen installiert. Die Medien Luft und Wasser werden in diesem Fall als Wärmeaustauschstoffe eingesetzt.
Luft-Wasser-Wärmepumpen ziehen vor allem warme Luft von außen an und nutzen die Wärme zum Wassererhitzen. Das erhitzte Wasser gelangt in die Heizungsrohre und sorgt dort für eine Raumerwärmung. Wärmepumpen sind auch in anderen Varianten erhältlich und es gibt beispielsweise Wasser-Wasser-Wärmepumpen und Luft-Luft-Wärmepumpen.
Sogenannte Wasser-Wasser-Wärmepumpen sind zur Nutzung der Grundwasserwärme interessant. Die Umgebungswärme und die Grundwasserwärme kann kostenlos genutzt und zur Heizung von Räumen betrieben werden. Das Ziel ist es, die Ressourcen zu schonen und Heizkosten zu senken.
Split-Wärmepumpe
Die Split-Wärmepumpe ist ebenfalls eine bekannte und häufig genutzte Variante zur Senkung von Heizkosten. Split-Wärmepumpen besitzen zwei Geräte, die voneinander getrennt sind. Der Begriff Split bezieht sich auf die räumliche Trennung dieser Geräte. Aufgesplittet sind Ventilator und Wärmepumpe (Wärmetauscher).
Der Ventilator wird außen am Gebäude installiert und soll die Umgebungsluft ansaugen. Die warme Umgebungsluft wird zum Wärmetauscher geleitet. Dieser befindet sich im Gebäude.
Wenn du dich für Wärmepumpen mit aufgesplitteten Geräten interessierst, dann achte auf die Betriebslautstärke von Ventilator und Wärmepumpe. Gerade außerhalb des Gebäudes sollte der Ventilator nicht zu laut arbeiten, um Nachbarn und Besucher nicht zu verschrecken.
Brennstoffeinsparung
Wärmepumpen besitzen nicht nur kostentechnisch Einsparungspotenzial. Die moderne Heizungstechnik spart auch Brennstoffe ein und sorgt so für eine CO2-Reduzierung.
Beim Kauf sollte auf den Stromverbrauch der Anlage geachtet werden. Dieser kostet Geld und ohne Strom kann die Wärmepumpe nicht betrieben werden.
Es ist also wichtig, dass du dir von einer Fachkraft genau ausrechnen lässt, ob sich eine Wärmepumpe oder eine Split-Wärmepumpe bei dir lohnt. Denn Strom wird noch nicht CO2-neutral produziert.
Förderung
Wärmepumpen können von der KfW per zinsgünstigen Krediten gefördert werden. Das BAFA (Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle) bezuschusst umweltfreundliche Heiztechniken wie Wärmepumpen ebenfalls.
Je nach Baustatus und Wärmepumpe kann es beispielsweise bis zu 35 Prozent Förderung (förderfähige Kosten) geben. So werden Wärmepumpen in Neubauten und auch in Bestandsimmobilien (Nachrüsten) gefördert.
Der Einbau und die Nachrüstung kann förderungsfähig sein, wenn diese bestimmte technische Anforderungen (Mindestanforderungen) erfüllt. Diese Anforderungen müssen unbedingt eingehalten werden und werden in der Regel detailliert angegeben. Fördermittel werden nicht einfach spontan gezahlt, sondern müssen beantragt werden.
Die Beantragung der Fördermittel sollte bereits zuvor erfolgen. Eine nachträgliche Förderung ist nicht möglich. Du solltest unbedingt Erkundigungen zu den Förderprogrammen anstellen, denn bestimmte Förderungen sind ausgelaufen oder laufen aus und andere Förderungen sind noch erhältlich.
Du findest ausführliche Informationen zu den Förderungen für Wärmepumpen in Neubauten und Altbauten bei der KfW und beim Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle.
Brennwerttechnik
Wärmetauscher sind auch als Brennwerttechnik erhältlich. Diese ziehen nicht die Umgebungsluft von außen an, sondern nutzen die Abgase, die beim Heizen entstehen.
Die Funktionsweise des Wärmetauschers kann sich je nach Heizsystem unterscheiden. Moderne Gasheizungen und Ölheizungen können mit der Brennwerttechnik ausgestattet sein.
Funktionsweise
Brennwerttechnik ist auf die Nutzung von Abgasen ausgelegt, die beim Heizen entstehen. Die Abgase werden also nicht einfach weggeleitet und gehen in der Außenluft verloren, sondern sie werden in den Wärmetauscher geführt. Die beim Heizen entstehenden Abgase bestehen in der Regel aus Wasserdampf.
Wasserdampf kondensiert, sobald es auf eine bestimmte Temperatur abgekühlt wird. Die Kondensation findet im Wärmetauscher statt. Die Wärme aus der Kondensation, auch als Kondensationswärme bekannt, wird genutzt und in einem Wärmespeicher aufgefangen. Als zweites Medium, das die Wärme empfängt kann eine Flüssigkeit genutzt werden.
Auch ein Gas ist, je nach Wärmetauschertyp als wärmeempfangendes Medium möglich. Wenn der Heizkörper das kühle Medium zum Heizkessel leitet, dann wird das Medium zunächst über den Wärmetauscher geleitet. Der Wärmetauscher gibt die Kondensationswärme an das Medium ab und dieses wird entsprechend erwärmt wieder dem Heizzyklus zugeführt.
In der Folge muss der Heizkessel das bereits erwärmte Medium nicht mehr so stark aufwärmen. Es wird weniger Energie benötigt, um die Heizung und die Heizkörper zu betreiben, da die Heizflüssigkeit bereits durch die Kondensationswärme vortemperiert wurde.
Nachrüstung der Heizung
Ein Wärmetauscher kann auch nachgerüstet werden. Ob eine Nachrüstung möglich ist, das hängt beispielsweise von den örtlichen Begebenheiten ab. Es kann beispielsweise ein Nachrüstwärmetauscher bei einem älteren Heizsystem eingebaut werden.
Durch einen solchen Wärmetauscher können nicht nur Ressourcen geschont und Abgase weiterverwendet werden, sondern die Abgaswerte älterer Heizungen können auch reduziert werden.
In der Folge wird die Energieeffizienz erhöht und die energieeffizientere Heizung kann eventuell ohne einen kompletten Austausch der Heizelemente auskommen.
Förderung
Es ist möglich, auch für die Nachrüstung von Wärmetauschern eine Förderung zu bekommen. Es gibt bei der KfW entsprechende Förderprogramme.
Diese sind allerdings an bestimmte Voraussetzungen gebunden und ob diese erfüllt werden können, das sollte auf den Seiten der KfW nachgelesen werden.
Es ist ratsam, auch hierfür eine Fachkraft zurate zu ziehen und sich hinsichtlich Nachrüstmöglichkeiten und Förderungsmöglichkeiten eingehend beraten zu lassen.
Häufig gestellte Fragen
Wärmetauscher können ressourcenschonend und umweltgerecht sowie CO2-reduzierend agieren. Beim Kauf sollten aber bestimmte Voraussetzungen beachtet werden. Es ist beispielsweise nicht ratsam, eine neue Heizanlage und einen Wärmetauscher ohne fachlichen Rat zu erwerben.
Die örtlichen Gegebenheiten sowie die im Vorfeld zu beantragenden Fördermittel und zinsgünstigen Kredite sollten beachtet werden. Nachfolgend werden weitere wichtige Fragen zum Wärmetauscher beantwortet.
Wie viel kostet ein Wärmetauscher?
Die Anschaffungskosten richten sich nach Funktionstyp, Bauart und Modell des Wärmetauschers. Es können keine genauen Preise und Anschaffungskosten genannt werden.
Es gibt beispielsweise Rohrwärmetauscher, die aus Stahl gefertigt sind und relativ teuer in der Anschaffung sind, während andere Varianten günstiger erworben werden können.
Welcher Wärmetauscher für dich infrage kommt, das solltest du zusammen mit einer beratenden Fachkraft herausfinden. In die Kostenrechnung sollten auch eventuelle Wartungskosten miteinbezogen werden.
Welches Einsparungspotenzial bieten Wärmetauscher?
Je nach Wärmetauscher kann die Ersparnis an Heizkosten bei bis zu 20 Prozent liegen. Welche Ersparnis zu erreichen ist, hängt natürlich auch mit den aktuellen Heizkosten und Gaspreisen zusammen.
Abgesehen von den Heiz- und Gaspreisen sollte dennoch eine Ressourcenersparnis erfolgen. Sogar ältere Heizanlagen können mit einem Wärmetauscher nachgerüstet werden und für Einsparung von Energie sorgen.
Die Nachrüstung von Wärmetauschern kann kostengünstiger sein als ein kompletter Austausch der Heizungsanlage.
Wann können Wärmetauscher nachgerüstet werden?
Wärmetauscher können nachgerüstet werden, wenn die Heizungsanlage für diese Nachrüstung ausgelegt ist. Die Heiztechnik muss die Nachrüstung unterstützen und das gilt auch für das Material des Wärmetauschers. Es sind noch weitere Faktoren bei der Nachrüstung zu beachten, weshalb du eine Fachkraft hinzuziehen solltest.
Ob sich die Nachrüstung lohnt, das hängt auch davon ab, wann du die Anschaffungskosten für einen Wärmetauscher wieder herausbekommst. Die Einsparung an Heizkosten sollte sich in einer bestimmten Zeit rentieren.
Einzelne Wärmetauschermodule können ab 200 Euro aufwärts kosten und es gibt Modelle, bei denen du 800 Euro für das Modul investieren musst. Hinzu kommt der fachgerechte Einbau. Kostenintensive Modelle sind Rohrwärmetauscher. Kühlrippenwärmetauscher sind preisgünstiger zu erwerben.
Lohnt sich ein Wärmetauscher bei einem Ofen?
Wenn ein Ofen vorhanden ist, dann kann die Wärme, die ansonsten über den Schornstein abgeleitet wird, von einem Wärmetauscher genutzt werden.
Die Wärme wird in Haus oder Wohnung behalten und kann beispielweise auf das Heizwasser übertragen werden.
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