Wie funktioniert Wärmerückgewinnung? Welche Verfahren sind gängig?
Moderne Gebäude werden immer energieeffizienter gebaut. Sie sollen die Umwelt schonen und Heizkosten sparen. Für den notwendigen Luftaustausch sorgen in diesen gut gedämmten Häusern häufig Ventilator gestützte Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung.
Das Wichtigste in Kürze
- Wärmerückgewinnung überträgt die Wärme der verbrauchten Abluft auf die frische Zuluft – das spart Heizenergie bei geschlossenen Fenstern.
- Es gibt rekuperative Verfahren mit getrennten Luftströmen und regenerative Verfahren mit einem Wärme-Zwischenspeicher.
- Der Wärmebereitstellungsgrad reicht je nach Typ von rund 60 bis über 90 Prozent; Gegenstromtauscher liegen deutlich höher als Kreuzstromtauscher.
- Enthalpie- und Rotationswärmetauscher geben zusätzlich Feuchte zurück und beugen so zu trockener Raumluft im Winter vor.
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Das Gebäudeenergiegesetz (GEG) legt energetische Anforderungen an Gebäude fest. Wärmerückgewinnung ist keine erneuerbare Energie, kann aber bei Lüftungsanlagen nach § 28 GEG in der Bilanz angerechnet werden, wenn die gesetzlichen Voraussetzungen erfüllt sind.
Lesen Sie hier in diesem Artikel, wie Sie mit Wärmerückgewinnung weitere Energie und Kosten sparen können.
Verfahren der Wärmerückgewinnung
Die Wärmerückgewinnung bezeichnet verschiedene Verfahren, die die Wärmeenergie eines Prozesses wieder nutzbar machen. Ziel ist es, den Primärenergiebedarf zu senken.
Es gibt rekuperative, wiedergewinnende Verfahren der Wärmerückgewinnung, die vor allem in zentralen Lüftungsanlagen verwendet werden. Zu- und Abluft werden getrennt geführt. Über einen Wärmetauscher wird die Wärmenergie der Abluft an die Frischluft übertragen.
Regenerative Verfahren gibt es in zwei typischen Formen: als Keramik-Wärmespeicher in der dezentralen Wohnraumlüftung und als Rotationswärmetauscher eher in größeren oder zentralen Anlagen. Dabei wird die Zu- und Abluft abwechselnd oder über ein rotierendes Speichermedium geführt.
Rekuperative Wärmerückgewinnung
Das Charakteristikum dieser Wärmerückgewinnung ist, dass Zu- und Abluft getrennt voneinander in Kanälen geführt wird. Das hat den Vorteil, dass Gerüche oder feste Partikel gar nicht oder nur in einem geringen Maße übertragen werden, da es zu keinerlei Vermischung der Luftströme kommt.
Der Austausch der Wärmeenergie erfolgt über einen Platten- oder Rohrbündel-Wärmetaucher. Sehr leitfähiges Aluminium oder spezielle Kunststoffe kommen als Überträgermaterial zum Einsatz.
- Plattenwärmetauscher – In Plattenwärmetauschern sind die Luftströme durch mehrere dünne Aluminium oder Kunststoffplatten getrennt. Durch diese Zwischenräume strömt die Abluft von innen und die Frischluft von außen. Je nach Bauart strömt die Luft in gleicher Richtung, im sogenannten Gleichstromprinzip, in entgegengesetzter Richtung, im Gegenstromprinzip, oder die Luftströme kreuzen sich im rechten Winkel, beim Kreuzstromprinzip.
Das Kreuzgegenstromprinzip kombiniert die beiden letztgenannten Prinzipien, dabei werden die beiden Luftströme gekreuzt und in entgegengesetzter Richtung aneinander vorbeigeführt. Der Vorteil dabei ist, dass die Kontaktzeit für die Wärmeübertragung verlängert wird und daher die Effizienz der Wärmerückgewinnung gegenüber dem reinen Kreuzstromprinzip erhöht wird.
Die Wärmeübertragung erfolgt dabei vom höheren zum niedrigeren Energieniveau, also von der warmen Abluft über den Wärmetauscher auf die einströmende Außenluft, die anschließend als vorgewärmte Zuluft in die Räume gelangt.
- Rohrbündelwärmetauscher – Wie der Name schon sagt, werden im Rohrbündelwärmetauscher die Luftströme in mehreren dünnen Rohren geführt. Die Wärmeübertragung findet über die Rohrwände statt. Dieses Prinzip kommt in der Wohnraumlüftung nur noch selten vor.
Feuchterückgewinnung mit Enthalpiewärmetauschern
Besonders an kalten Tagen kann es bei Lüftungsanlagen zu sehr trockener Raumluft kommen. Als behaglicher Bereich werden meist 40 bis 60 Prozent relative Luftfeuchte empfohlen; dauerhaft unter 30 Prozent wirkt oft unangenehm trocken. Grund dafür ist, dass viele Lüftungsgeräte keine Feuchterückgewinnung betreiben.
Wenn nun die kalte Außenluft in der Lüftungsanlage erwärmt wird, sinkt die relative Luftfeuchtigkeit. Zudem wird die im Wohnraum entstehende Feuchtigkeit nach außen abtransportiert. Die Folge kann eine extrem trockene Raumluft sein.
Abhilfe schaffen können Lüftungsgeräte mit Enthalpiewärmetauscher, die auch Feuchtigkeit aus der Abluft zurückführen. Die Übertragungsflächen bestehen aus einer speziellen Membran. Diese überträgt neben Wärme auch Wasserdampf: Wasserdampfmoleküle diffundieren von der feuchteren Abluftseite zur trockeneren Außenluftseite, während die Luftströme getrennt bleiben.
Kritikpunkt an diesem Verfahren ist die Tatsache, dass dieser Prozess der Feuchterückgewinnung nicht geregelt werden kann. Wenn in den Wohnräumen viel Feuchtigkeit anfällt, dann kann es sein, dass es zu feucht wird.
Worauf es bei der Wärmerückgewinnung ankommt
Regenerative Wärmerückgewinnung
Bei der Wohnraumlüftung mit regenerativer Wärmerückgewinnung wird die Wärmeenergie der Abluft kurzfristig gespeichert und dann wieder an die kalte Zuluft abgegeben. Dieser Zwischenspeicher wird Regenerator genannt und ist im Lüftungsgerät entweder fest oder beweglich eingebaut. Die bewegliche Variante nennt man auch Rotationswärmespeicher.
- Fest eingebaute Zwischenspeicher
In der Regel besteht der Regenerator aus einer hochwertigen Keramik. Die Ab- und Zuluft strömt abwechselnd alle 70 bis 90 Sekunden durch den Speicher. Ein Ventilator sorgt für die wechselnde Richtung des Luftstroms.
Dabei lädt die warme Abluft den Wärmespeicher auf und die danach durchströmende kalte Frischluft nimmt die gespeicherte Wärme auf. So vorgewärmt, wird sie dann in die Wohnräume geführt. Die Wabenform des Speichers maximiert die Oberfläche und damit die Speicher- und Kontaktfläche, so dass eine effiziente Wärmerückgewinnung erreicht wird.
- Rotationswärmetauscher
Bei Rotationswärmetauschern ist der Speicher rund und rotiert um eine Achse. Auf einer Seite wird die warme Abluft durch die Rotationsscheibe geleitet und die Wärme dort abgegeben. Durch die Drehbewegung wird auf der anderen Seite kalte Frischluft durch die Rotationsscheibe geführt und durch die gespeicherte thermische Energie erwärmt. So vorgewärmt, wird sie dann in das Gebäude geleitet. Die Rotationsscheibe kühlt sich dadurch ab und kann auf der anderen Seite wieder Wärme aus der Abluft aufnehmen.
Der Rotationswärmetauscher besteht aus vielen dünnen Folien. Abwechselnd ist eine glatte und eine gewellte Folie angeordnet. Diese Anordnung ergibt, ähnlich wie bei der Wellpappe, eine Art Kanal, durch den die Luft strömen kann. Die Folien bestehen meist aus einem gut wärmeleitenden Metall wie Aluminium oder Edelstahl.
Wie hoch ist der Wärmebereitstellungsgrad?
Wie viel Wärme tatsächlich zurückgewonnen wird, beschreibt der sogenannte Wärmebereitstellungsgrad. Er hängt stark von der Bauart ab: Einfache Kreuzstromtauscher liegen niedriger, moderne Gegenstrom-, Rotations- und Keramik-Wärmespeicher deutlich höher. Marktübliche Wohnungslüftungssysteme erreichen häufig 80 bis 95 Prozent; einzelne Produktwerte reichen laut HEA/TZWL-Produktübersicht bis etwa 95 Prozent. Für die Auswahl zählt deshalb der geprüfte Produktwert nach europäischer Prüfnorm, nicht allein der Typname. Die folgende Übersicht stellt die gängigen Wärmeübertrager als Orientierung gegenüber.
Wärmeübertrager-Typen im Vergleich
| Typ | Wärmebereitstellungsgrad | Feuchterückgewinnung | Typische Eignung |
|---|---|---|---|
| Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher | rund 60–75 % | nein | kompakte Standardgeräte, viele Wohnungslüftungen |
| Gegenstrom-/Kreuzgegenstrom-Plattenwärmetauscher | rund 85–95 % | nein | hohe Effizienz, am häufigsten in der zentralen Wohnraumlüftung |
| Rotationswärmetauscher (regenerativ) | rund 75–85 % | ja | größere Anlagen, geringes Vereisungsrisiko, drehzahlgeregelt |
| Enthalpiewärmetauscher (Membran) | rund 75–85 % | ja | wenn trockene Raumluft im Winter vermieden werden soll |
Die Werte sind typische Spannen aus Herstellerangaben und Fachliteratur; der tatsächliche Wert hängt von Bauart, Luftmengen und Betriebsbedingungen ab. Der dezentrale Keramik-Zwischenspeicher erreicht ähnlich hohe Werte und gibt ebenfalls Feuchte zurück.
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