IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 16/1996, Seite 70 ff.

KLIMATECHNIK

Wohnungslüftung mit Wärmerückgewinnung

Dipl.-Ing. Eberhard Paul Teil 2

Teil 2 behandelt das Herzstück einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung: den Wärmetauscher.

5. WRG-Systeme

5.1 Zentrale Systeme

In solchen Systemen erfolgt der Wärmeaustausch in einem zentralen Luft-Luft-WRG-Gerät (Wärmetauscher, 2 Ventilatoren, Luftfilter) oder in einem Luft-Wasser-WRG-Gerät (Bild 7). Die Frischluft wird in Rohren oder Kanälen den einzelnen Räumen (Wohn-, Schlaf-, Kinderzimmer) zugeführt, aus den Bereichen schlechterer Luftqualität (Küche, WC, Bad) wird Luft abgesaugt und über Leitungen dem WRG-Gerät zugeleitet.

Bild 7: WRG-Systeme: links Luft-Luft, rechts Luft-Wasser.

5.1.1 Luft-Luft-Systeme

WRG-Geräte werden vorwiegend als Luft-Luft-Wärmetauschergerät angeboten, d.h. die abgesaugte Fortluft erwärmt die einströmende Außenluft. Damit wird dem Gebäude kontrolliert gleichmäßig erwärmte Frischluft zugeleitet.

5.1.2 Luft-Wasser-Systeme

Die Abluftenergie wird hier zur Vorwärmung von Brauch- und/oder Heizungswasser genutzt, meist kombiniert mit einer Wärmepumpe und/oder Gaskessel. Kalte Außenluft strömt ohne Vorwärmung in die Frischluftbereiche eines Hauses ein; die Frischluftzufuhr geschieht passiv durch den entstehenden Unterdruck.

Bild 8: Dezentrale WRG-Geräte.

5.2 Dezentrale Geräte

Dezentrale Geräte werden nur als Luft-Luft-Wärmetauschergeräte angeboten. Diese Geräte werden an die Außenwand montiert und sind für die Belüftung einzelner Zimmer vorgesehen (Bild 8).

Bild 9: Wärmerückgewinnung mit Wärmetauscher und nachgeschalteter Wärmepumpe.

5.3 Kopplung: Wärmetauscher und Wärmepumpe

Die in WRG-Geräten häufig eingesetzten Kreuzstromplattenwärmetauscher arbeiten mit einem Wirkungsgrad von ca. 60%, d.h. die Abluft wird von 20°C auf etwa 8°C abgekühlt. Die Restwärme kann mittels einer Wärmepumpe der Fortluft entzogen und auf die Zuluft übertragen werden (Bild 9).

Tabelle 6: Wärmerückgewinnungssysteme im Vergleich

Prinzipskizze

Strömungsprofil

Wärmetauschertyp

a) Kreuzstrom - Platten - Wärmetauscher

b) Gegenstrom - Platten - Wärmetauscher

Einsatz

in WRG-Anlagen weit verbreitet

in WRG-Anlagen kaum eingesetzt

Rückwärmezahl

50 - 70%

60 - 75%

Vorteile

- einfacher konstruktiver Aufbau

- thermodynamisch günstige Strömungsführung

Nachteile

- voluminöser "Würfel" Kreuzstromprinzip thermodynamisch ungünstig

- Strömung wird 90° umgelenkt - relativ geringe Wärmetauschfläche

 

Prinzipskizze

Strömungsprofil

Wärmetauschertyp

c) Gegenstrom - Kanal - Wärmetauscher (Paul)

d) Heat-pipe - Rohr-Lamellen-Wärmetauscher

Einsatz

für Haus- und Wohnungslüftung

in großtechnischen Anlagen

Rückwärmezahl

85 - 90%

40 - 65%

Vorteile

- höchster Wirkungsgrad

- doppelte Wärmetauschfläche im Vergleich zum Plattenwärmetauscher

- thermodynamisch günstige Gegenstromführung

- keine Strömungsumlenkung

- guter Wärmeübergang im Rohr (Verdampfung und Kondensation)

Nachteile

- spezielles Know-how für Herstellung

- Wärmeträgerflüssigkeit erforderlich

 

Prinzipskizze

Strömungsprofil

Wärmetauschertyp

e) Kreislauf verbundenes System

f) Rotationswärmetauscher

Einsatz

nicht in der Wohnungslüftung

dezentrale Geräte und Industrie

Rückwärmezahl

40 - 65%

45% poröse Masse ist gleichzeitig Ventilator-Rad;
50 - 80%
Metallspeicher, Ventilator separat

Vorteile

- guter Wärmeübergang durch Wasserumwälzung

- relativ hoher Wirkungsgrad bei industriellen Anlagen

Nachteile

- aufwendige Technik, Pumpe, Ausdehnungsgefäß, Überdruck- und Entlüftungsventil, Mischventil mit Antrieb usw.

- geringer Wirkungsgrad bei Wohnungslüftung

- keine getrennte Luftführung-Leckluft, Gerüche u. Bazillen gelangen in die Frischluft

- oder Spülluft separat erforderlich

- aufwendige Konstruktion (Spülung, Steuerung, drehende Teile)

 

Prinzipskizze

Strömungsprofil

Wärmetauschertyp

g) statischer Wärmetauscher

Einsatz

dezentrale Geräte und Industrie

Rückwärmezahl

60 - 75%

Vorteile

- relativ hoher Wirkungsgrad

Nachteile

- keine getrennte Luftführung

- Gerüche u. Staubpartikel gelangen aus Speichermasse u. Filter zurück in den Wohnraum

- durch ständigen Richtungswechsel des Lüfters gelangen Toiletten u. Küchengerüche in Wohnstube

- bei Absaugen von Fortluft gelangt u.U. Kaltluft in die Wohnung

6. WRG-Geräte-Auswahl

Die Tatsache, daß ein Haus mit der hygienisch notwendigen Frischluft versorgt werden muß, zwingt den Gebäudeplaner, beim Lüften Wärmerückgewinnungssysteme mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad einzusetzen, was auch vom Bundesbauministerium entsprechend gefördert wird [1]. Dabei ist entscheidend, daß mit möglichst geringen Mitteln ein hoher Wirkungsgrad erzielt wird. Das "Herzstück" des WRG-Gerätes ist der Wärmetauscher. Wird hier bereits ein hoher Wirkungsgrad erreicht, erübrigt sich der Einsatz einer nachgeschalteten Wärmepumpe (relativ hoher technischer Aufwand). Diese Wärmepumpen ersetzen nicht die Beheizung eines NEH (Niedrigenergiehaus), da die zur Verfügung stehende Wärmekapazität durch den Abluftvolumenstrom (150 . . . 250 m3/h) begrenzt ist; für eine 4 kW-Heizung müßte demnach die Abluft von 12°C (auf unter -50°C) abgekühlt werden, was praktisch und energetisch sinnlos ist. Luft-Luft-Wärmepumpen haben eine zunehmende Bedeutung bei der Nutzung des quasi unbegrenzt verfügbaren Wärmereservoirs der Umgebungsluft.

7. Wärmerückgewinnungsgeräte im Vergleich (eingesetzte Wärmetauschertypen)

Eine Übersicht von Wärmerückgewinnungssystemen enthält Tabelle 6.

Bild 10: WRG-Gerät mit Kreuzstromplattenwärmetauscher, .

8. Aufbau von WRG-Geräten

Das "Herzstück" eines jeden WRG-Gerätes ist der Wärmetauscher. Zur Standard-Ausrüstung gehören außerdem:

- Abluftventilator, Zuluftventilator,

- Abluftfilter, Zuluftfilter.

Die meisten Geräte sind mit Kreuzstromplattenwärmetauschern ausgerüstet (Bild 10). Dabei wird die auf ca. 12°C vorgewärmte Frischluft häufig mit einem elektrischen oder Warmwasser-Heizregister nachgeheizt. Um einen einwandfreien Betrieb auch bei Frost zu gewährleisten, ist darauf zu achten, daß die Geräte mit einer Frostschutzeinrichtung ausgerüstet sind (wenn kein Erdwärmetauscher vorgeschaltet ist). Bild 11 zeigt ein Gerät mit Gegenstrom-Kanalwärmetauscher.

Bild 11: WRG-Gerät mit Gegenstrom-Kanalwärmetauscher, .

Bei einigen Geräten wird im Sommerbetrieb der Wärmetauscher entfernt oder über eine Stellklappe (Bypass-Modul) umgangen; ein Wärmetausch findet dann nicht statt. Eine Abkühlung der Frischluft bei Sommerbetrieb ist bei den meisten Geräten nicht vorgesehen; eine Neuentwicklung sieht hier einen indirekten Verdunstungskühler vor. Geräte mit integrierter Wärmepumpe sind ebenfalls für die Luftkühlung geeignet. Einige Geräte sind mit einem Filterüberwachungssystem ausgestattet. (Fortsetzung folgt)

Bilder: Paul-Wärmerückgewinnung, Zwickau

L i t e r a t u r :

[1] Eigenheimzulagengesetz, Bundesdrucksache 716/95, Bundesanzeiger, Verlagsgesellschaft mbH, Bonn.

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