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.
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Das Gebäude-Energie-Gesetz (GEG) gibt klar vor, wie der Energiestandard eines Neubaus oder eines Bestandsbaus nach einer Sanierung aussehen soll. Die Wärmerückgewinnung bei Lüftungsanlagen ist eine sinnvolle Maßnahme, um die vorhandene Wärmeenergie möglichst gut zu nutzen.
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, wieder erzeugende Verfahren der Wärmerückgewinnung finden sich hauptsächlich in der dezentralen Wohnraumlüftung. Dabei wird die Zu- und Abluft abwechselnd durch einen Kurzzeit-Wärmespeicher geführt.
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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.
Wärmerückgewinnung: Es gibt verschiedene Möglichkeiten um Wärme zu tauschen 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 niedrigerem Energieniveau, also von der Raumluft über den Wärmetauscher zur Außenluft.
- 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 einer sehr trockenen Raumluft unter 30 Prozent kommen. Empfohlen werden Werte zwischen 30 und 60 Prozent, die als behaglich empfunden werden und gesund sind. 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 die Feuchtigkeit aus der Abluft zurückführen. Die Übertragungsflächen im Enthalpiewärmetauscher bestehen aus einer speziellen Membran. Diese sorgt nicht nur für die Wärmeübertragung, an ihr kondensieren auch die Wassermoleküle der Abluft. Sie wandern dann durch die Membran hindurch und werden von der trockenen Außenluft aufgenommen.
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.
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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.
Tipp: Rotationswärmetauscher werden auch als Wärmerad bezeichnet.
Wärmerückgewinnung: Im Wärmerad dreht sich der Wärmespeicher 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 leitfähigen Edelstahl wie Aluminium.
Tipp: Mit dem Prinzip des Rotationswärmetauscher kann Wärme und Feuchtigkeit übertragen werden.
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