Wärmerückgewinnung in Lüftungssystemen – kostensparend und effizient
Die Wärmerückgewinnung in Lüftungsanlagen nutzt die Wärmeenergie aus der Abluft, um die Frischluft vor dem Einströmen in den Raum zu erwärmen. Das spart wertvolle Energiekosten in zentralen und dezentralen Lüftungssystemen. Zum Einsatz kommen dazu unterschiedliche Arten von Wärmetauschern.
Was ist Wärmerückgewinnung?
Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung nutzen die Abwärme der Abluft, um die Zuluft aufzuwärmen beziehungsweise im Sommer auch zu kühlen. Dazu befinden sich die Bauteile des Wärmetauschers in der Regel in den Luftkanälen der Lüftungsanlage. Die VDI-Richtlinie VDI 2071 Wärmerückgewinnung in Raumlufttechnischen Anlagen beschreibt dazu drei unterschiedliche Verfahren:
- rekuperative Wärmerückgewinnung
- regenerative Wärmerückgewinnung
- Einsatz von Wärmepumpen
Abhängig von der Bauform und der Methode zur Wärmerückgewinnung lässt sich rund 90% der Wärmeenergie zurückgewinnen. Ziele der Anlage sind damit die Senkung des Primärenergieverbrauchs eines Gebäudes und damit auch, einen Beitrag zur Ressourcenschonung zu leisten.
Rekuperative Wärmerückgewinnung in (zentralen) Lüftungssystemen
Bei diesem Wirkprinzip überträgt sich die Wärme der Abluft direkt über eine Trennwand auf die Zuluft, d. h. die beiden Luftströme sind getrennt, sodass auch kein Übertrag von Feuchtigkeit stattfindet. Beispiele für Bauweisen sind hier Platten- und Rohrwärmetauscher. Die rekuperativen Wärmetauscher sind dabei vor allem in zentralen Lüftungsanlagen zu finden.
So strömt die Luft bei Plattenwärmetauschern durch eine Vielzahl dünner Platten, die so angeordnet sind, dass sich Zu- und Abluft jeweils abwechseln. Dabei folgen sie dem Aufbau eines Gegenstrom- oder Kreuzstromprinzip oder einer Kombination beider Ströme. Letzteres bietet den Vorteil der höheren Kontaktzeit der Ströme, was den Wirkungsgrad und die Effizienz der Wärmerückgewinnung steigert. Der Wirkungsgrad dieser Bauform liegt bei ca. 50-80%, wobei die Plattenwärmetauscher vor allem bei vergleichsweise kleinen Luftvolumen bei hohen Luftvolumenströmen die wirtschaftlichste Lösung darstellen.
Bei einem Rohrbündelwärmetauscher besteht der Rekuperator aus einer Vielzahl von Rohren mit geringem Durchmesser, die in einem Hohlzylinder aus Stahlblech angeordnet sind. Im großen Rohr wird die Warmluft angesaugt, während die Kaltluft durch die kleineren Rohre geleitet wird. Der Wärmeübertrag erfolgt dabei indirekt über die Trennwand.
Regenerative Wärmerückgewinnung für (dezentrale) Anlagen
Bei dieser Form der Wärmerückgewinnung in Lüftungsanlagen kommt ein festes oder flüssiges Zwischenmedium zum Einsatz, das die Wärmeenergie zwischenspeichert und später an die Zuluft abgibt. Aufgrund der hygienischen Eigenschaften und der hohen Wärmekapazität hat sich in den vergangenen Jahren auch Keramik hierfür verbreitet. Hier differenziert die VDI nach beweglichen (Rotationswärmeaustauscher) und statischen Speichermassen (Umschalt-WRG). Die Bauform der regenerativen Wärmerückgewinnungssysteme eignet sich vor allem für dezentrale Lüftungsanlagen und Lüftungssysteme der Industrie.
Rotationswärmetauscher
Bei Rotationswärmetauschern dreht sich ein Rotor aus dünnen Blechen oder Folien, die einer Wellpappe ähneln, mehrmals in der Minute. Durch diese Drehbewegung strömt im Wechsel die Abluft und Zuluft durch den Rotor, der den einen Luftstrom erwärmt, den anderen hingegen abkühlt.
Neben der Temperatur überträgt der Rotor beziehungsweise die Speichermasse dabei gegebenenfalls auch die Feuchtigkeit aus der Luft. Dazu gibt es spezielle wasseranziehende (hygroskopische) Beschichtungen, die diesen Prozess zusätzlich unterstützen.
Die Rotoren sind deutlich teurer als Plattenwärmetauscher, eignen sich allerdings mit Durchmessern zwischen 40 cm bis zu mehr als 6 m auch für große Luftmassen, wie sich beispielsweise bei Lüftungsanlagen im Hallenbau zu finden sind. Da die Rückwärmezahlen jene des Plattenwärmetauschers übersteigen, ist die Amortisation allerdings dennoch schnell gewährleistet.
Hochleistungs-Kreislaufverbundsystem (KVS)
Das Verbundsystem besteht aus zwei Wärmetauschern, die im Zu- und Abluftstrom verbaut sind, wobei auch ein getrennter Einbau möglich ist. In der Regel kommen hier Lamellenrohrwärmetauscher zum Einsatz, zwischen denen ein Wärmeträger in einem Rohrsystem zirkuliert und die Wärme von Register zu Register überträgt. Der Übertragungsgrad dieser Hochleistungssysteme liegt bei rund 80%, die Wärmeübertrager verfügen über einen sehr hohen thermodynamischen Gegenstromanteil der eingesetzten Medien. Neben der Nutzung in Lüftungsanlagen eignen sich die KVS zudem für die Übertragung von Nachwärme, Betriebswasserwasservorerwärmung sowie Solar- und Abwärmenutzung.
Wärmerohraustauscher (Heatpipes)
Optisch ähneln die Wärrmerohrtauscher klassischen Heiz- beziehungsweise Kühlregistern. Anstelle der Rohrschlangen finden sich hier jedoch Wärmerohre, die unabhängig voneinander funktionieren. In den luftleeren Röhren befindet sich ein Kältemittel, das im unteren Bereich des Rohrs durch die Abluft erwärmt wird und anschließend verdampft. Dadurch steigt es nach oben und überträgt die Wärme dann an die Außenluft.
Umschalt-Wärmeaustauscher
Diese Bauform besteht aus mehreren statischen Wärmespeicherpaketen aus Aluminiumblechen, die im Wechsel von der Zu- und Abluft durchströmt werden. Gesteuert wird dieser Vorgang durch Umschaltklappen. Dabei lädt die Warmluft den Speicher auf, die Kaltluft lädt ihn ab. Zum Einsatz kommt diese Funktionsweise bei Anlagen, wenn Rückwärmezahlen von 0,6 bis 0,9 gefordert sind.
Wärmerückgewinnung mit Wärmepumpen
Die Wärmepumpe entzieht der Abluft Wärme und führt sie der einströmenden Zuluft zu beziehungsweise im Sommer auch umgekehrt. Als Bauformen sind dabei Luft-/Luft-Wärmepumpen oder Luft-/Wasser-Wärmepumpen üblich, die im Prinzip wie ein Kühlschrank funktionieren. Mit der Wärme aus der Umwelt wird ein Kältemittel verdampft, an einen Verdichter weitergeleitet und in einem weiteren Wärmeübertrager kondensiert.
Fragen zur Wärmerückgewinnung bei Lüftungsanlagen?
Die Wärmerückgewinnung in Lüftungssystemen geht mit Vorteilen wie der Senkung der Energiekosten, dem Filtern von Gerüchen, Pollen und Schmutz und einer dauerhaften Frischluftzufuhr einher. Die Effizienz hängt jedoch maßgeblich von der richtigen Dimensionierung und Auswahl des Rückgewinnungssystems ab. Damit Sie hier die richtige Wahl treffen, empfiehlt sich vor der Anschaffung eine eingehende Beratung durch unsere Expert:innen, die über eine jahrelange Expertise auf diesem Gebiet verfügen.
