Lüftungstechnik mit Wärmerückgewinnung

Lüftungstechnik mit Wärmerückgewinnung

 

Jede raumlufttechnische Anlage benötigt Wärme- und Kälteenergie zur Aufheizung bzw. Kühlung der angesaugten Außenluft. Die Wärmerückgewinnung (WRG) ist vom Prinzip ein Wärmetauscher, der die enthaltene Energie der Abluft nutzt, um die Zuluft vorzuwärmen bzw. vorzukühlen.
Im Winter gibt die Abluft ihre enthaltene Wärmeenergie an die kalte angesaugte Außenluft ab um diese "vorzuwärmen". Im Sommer hingegen wird die enthaltene Kälteenergie an die wärmere Außenluft übergeben um diese "vorzukühlen".
Diese Wärme bzw. Kälte wurde früher in älteren Anlagen einfach an die Umwelt abgegeben, heutzutage führt dieses "Zurückgewinnen von Energie" zu beachtlichen Einsparpotenzialen.

-	Reduzierung der zu installierenden Leistungen für Heizung, Kältemaschinen und Befeuchtung - Investitionskosten sinken.
-	Reduzierung des Wärme- und Kälteenergieverbrauchs - Betriebskosten sinken.
-	Reduzierung der Schadstoffemissionen.

 

Definition Rückwärmzahl Die Rückwärmzahl Φ (auch Wirkungsgrad der Wärme- rückgewinnung) drückt aus, wieviel Wärme aus der Abluft wieder zurückgewonnen werden kann, bezogen auf die Außenlufttemperatur. Sie ist ebenso ein Indikator zur Bewertung von WRG-Anlagen.

Wärmerückgewinnungsanlagen -
Beschreibung der marktüblichen Systeme

Durch Wärmerückgewinnung kann sensible Wärme und, je nach Bauart und Betriebszustand, auch latente Wärme (durch Kondensation und/oder Sorption) übertragen werden.
Gemäß VDI 2071 ist die Wärmerückgewinnung in vier Kategorien eingeteilt:

1.	Rekuperative Systeme
	Wärme übertragende Luftströme sind in einem Gehäuse zusammengefaßt. Es besteht keine direkte Verbindung zwischen Fort- und Außenluft. Beispiele:
	1.1.	Plattenwärmetauscher Φ: 0,4 – 0,8
	1.2.	Röhrenwärmetauscher Φ: 0,3 – 0,5
2.	Regenerative Systeme
	2.1.	Kreislaufverbundsystem (KVS) Der Wärme- bzw. Kälteaustausch erfolgt in zwei Wärmetauschern (Fort- und Außenluft), die durch ein Rohrsystem mit dem zirkulierenden Wärmeträger verbunden sind. Vorteile: Hygienisch, Nachrüstung mit externen Systemen geeignet.
		2.1.1.	Kompakt-Wärmetauscher Handelsübliche Glattrohr-, Rippenrohr- oder Blockwärmetauscher werden im KVS zusammengefügt. Φ: 0,3 – 0,5
		2.1.2.	Gegenstrom-Schicht-Wärmetauscher Zwischen den Wärmetauschern wird eine Gegenströmung erzwungen. Φ: 0,7 – 0,8
	2.2.	Wärmerohre "Heat-Pipe" Der Wärmeaustausch erfolgt rekuperativ über Trennflächen oder regenerativ mit Hilfe eines Wärmeträgers im Wärmerohr. Wärmerohre sind lamellenbestückte Rohre, die zum Teil in den Fortluftkanal und zum Teil in den Außenluftkanal ragen. Die Wärmeübertragung geschieht über ein Kältemittel in den Rohren. Φ: 0,5 – 0,8
3.	Regenerative Systeme mit drehendem / nicht drehendem Wärmeträger
	3.1.	Rotations-Wärmetauscher Es wird nicht nur die sensible Wärme bzw. Kälte zurückgewonnen, sondern auch die latente Wärme in Form der relativen Feuchte. Es besteht eine direkte Verbindung zwischen Fort- und Außenluft. Der sich drehende Wärmetauscher wird je zur Hälfte axial im Gegenstrom von warmer Fortluft und kalter Außenluft durchströmt. Beim Durchströmen des Wärmetauschers wird Wärme von der Fortluft an die Speichermasse abgeführt und danach von der Außenluft aufgenommen. Zusätzlich wird unterschieden zwischen
		3.1.1.	Wärmetauscher mit Sorption zur zusätzlichen Feuchteübertragung Φ: 0,7 – 0,8
		3.1.2.	Rotoren ohne Sorption zur geringeren Feuchteübertragung Φ: 0,6 – 0,8
	3.2.	Kapillargebläse - Laufrad aus porigem Schaumstoff Φ: 0,2 – 0,4
	3.3.	Umschaltspeicher - einfache Reinigung der Wärmeübertragungsflächen Φ: 0,6 – 0,9
4.	Luftwärmepumpen Grundsätzliches zur Funktionsweise von Wärmepumpen siehe Wärmepumpen. Die Luftwärmepumpe entzieht dem Luftstrom mit der niedrigeren Temperatur Wärme und führt sie bei höherer Temperatur einem anderen Luftstrom wieder zu. Umgekehrt kann auch der "warmen" Abluft die Wärme entzogen und der "kälteren" Zuluft zugeführt werden, wodurch eine Vorerwärmung gewährleistet wird. Es wird zwischen zwei Arten von Wärmepumpen unterschieden:
	4.1.	Kompressions-Wärmepumpen Φ ≥1,0
	4.2.	Absorptions-Wärmepumpen Φ ≥1,0

 

Luftkollektoren

Luftkollektoren

 

Luftkollektoren - oder solare Luftheizsysteme - sind Strahlungswärmetauscher, mit denen solare Strahlungsenergie absorbiert und zum Teil an die Luft übertragen wird. Sie sind in Dächern oder in senkrechten Fassaden eingebaut.

 

 

Anwendungsbereiche

Beschreibung der unterschiedlichen Einsatzbereiche und der daraus entstandenen Systeme:

-	Solares Zuluftsystem Frischluft für den Wohnraum wird durch den Luftkollektor erwärmt und eingeblasen.
-	Solar unterstützte, kontrollierte Wohnraumlüftung Frischluft für den Wohnraum wird durch den Luftkollektor erwärmt und eingeblasen. Falls die Temperatur nicht ausreicht, wird sie zusätzlich nachgeheizt. Der Abluft wird die restliche Wärme mittels eines Wärmetauschers entzogen und der Zuluft zugeführt.
-	Warmwasserbereitung Mittels Wärmetauscher - der Luftkollektor unterstützt die Warmwasserbereitung.
-	Trocknungsanlagen Solare Trocknungsanlagen in der Landwirtschaft.

 

Funktion Die Sonnenstrahlen dringen durch die transparente Abdeckung in das Gehäuse des Kollektors ein und treffen auf dem Absorber auf. Die transparente Abdeckung (meist Klarglas oder gehärtetes Spezialglas) schützt den Absorber vor Umwelteinflüssen und soll die Wärmeverluste nach außen minimieren. Der Absorber besteht meist aus feuerverzinktem Stahlblech oder Aluminium, welches in der Regel mit dunkler Farbe beschichtet ist. Der Absorber nimmt die Energie der Sonnenstrahlen auf und gibt diese an die vorbeiströmende Luft ab. Die erwärmte Luft dient nun als Transportmittel und gelangt anschließend über die Luftkanäle in das Gebäude.

Bauarten des Luftkollektors

Die Bauart des Luftkollektors ist ein entscheidender Faktor für den Kollektorwirkungsgrad und demzufolge für die Leistungsfähigkeit des gesamten Systems.
Wichtig ist hierbei die Art der Umströmung des Absorbers, sowie der Wärmeübergang vom Absorber an die Luft.

In den folgenden Abbildungen werden die verschiedenen Bauformen des Luftkollektors aufgezeigt. Es wird zwischen vier verschiedenen Bauformen unterschieden:

	Die zu erwärmende Luft strömt unterhalb des Absorbers und wird somit erwärmt.
	Die zu erwärmende Luft strömt über dem Absorber und wird somit erwärmt.
	Die zu erwärmende Luft strömt unter und über dem Absorber und wird somit erwärmt.
	Die zu erwärmende Luft strömt durch den Absorber und wird somit erwärmt.

Vorteile eines Luftkollektors Bereits bei niedriger Einstrahlung Nutzung des entstehenden Temperaturniveaus. Luft kann nicht einfrieren und nicht sieden. Keine Korrosionsprobleme.

Nachteile eines Luftkollektors Keine Speicherung möglich. Luftführung. Elektrische Hilfsenergie ist hoch.

Aufbau eines Luftkollektorsystems

Ein Luftkollektorsystem besteht aus den Bauteilen:

-	Luftkollektor (Kollektorgehäuse, transparente Abdeckung, Absorber, Dämmung auf der Rückseite um die thermischen Verluste zu minimieren
-	Ventilator
-	Luftauslässe

Beispiel: Zulufterwärmung über Luftkollektor