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Um eine effektive Heizungsanlage nutzen zu können, bedarf es einiger Vorüberlegungen hinsichtlich Heizungsart, Leitungssystem, zentraler oder dezentraler Versorgung – und der Überlegung, einen Wärmetauscher für einen gesteigerten Wirkungsgrad zu installieren. Erfahren Sie mehr über die Funktionsweise, die Arten sowie Vor- und Nachteile, welche Sie bezüglich eines Wärmetauschers beachten und wissen sollten.
Inhaltsverzeichnis
Der Wärmetauscher ermöglicht in der Heizungstechnik die Wiedergewinnung der im Abgas nach der Verbrennung vorhandenen thermischen Energie. Daher wird er auch als Wärmeüberträger bezeichnet. Als Erwärmer für den Brauchwasserkreislauf steigert er die Effizienz der gesamten Heizungsanlage – insbesondere in Kombination mit einer Brennwerttherme.
Wärmetauscher werden in drei Klassen unterteilt:
Direkte Wärmeübertragung – Trennbare Stoffströme werden mittels kombinierter Stoff- und Wärmeübertragung unterhalten wie bei einem Nasskühlturm.
Indirekte Wärmeübertragung – Stoffströme werden hierbei durch eine wärmedurchlässige Wand gekennzeichnet, wie es bei einem Heizkörper realisiert wird. Diese Klasse wird auch Rekuperatoren genannt.
Halbindirekte Wärmeübertragung – zeitversetzt werden beide Stoffe mit dem Wärmespeicher in Kontakt gebracht. Im Wechsel erwärmt das heißere Medium den Speicher, während das kalte Medium die Energie aufzunehmen vermag. Zu diesen Regeneratoren gehört das Wärmerad.
Dabei hängt das Maß der Wärmeübertragung von der Führung beider Stoffe ab. So ergeben sich auch hier für unterschiedliche bauliche Rahmenbedingungen fünf Formen:
Wärmetauscher weisen, bezüglich der Langlebigkeit und aufgrund der Belastung des Temperaturgefälles, meist Metall als Material auf. Auf dem Absatzmarkt stehen folgende Materialien für Wärmetauscher zur Verfügung:
Oft wird Emaille für industrielle Anwendungen wie die Chemiewerke angewandt. Die Ansprüche hinsichtlich Belastbarkeit, Robustheit und Beständigkeit gegenüber diversen Einflüssen – mechanischer, chemischer und thermischer Art – werden in industriellen Einrichtungen ebenfalls gern mittels Exemplaren aus Stahl gerechtfertigt. Des Weiteren setzten sich für den Klimabereich Aluminium und Kupfer aufgrund von hygienischen Standards und Leichtbauweisen durch. Dagegen fordert die Aggressivität mancher chemischen Bestandteile die Verwendung von Modellen aus veredeltem Kunststoff oder Glas. Insbesondere Wärmetauscher aus Siliziumkarbid sind gegenüber Temperaturen oberhalb von 2200 Grad Celsius noch wirksam, während viele Metalle in ihrer Funktionalität einbrechen.
Der Austausch der Temperaturen erfolgt in der Heizungstechnik anstatt unter direktem Kontakt mit Hilfe eines Mediums – einer Flüssigkeit oder einem Gas. Speziell an Heizkörpern funktioniert dies durch eine wärmedurchlässige Wand (Heizkörpermaterial), sodass die Temperatur des erwärmten Heizwassers zum größten Teil an die Raumluft abgegeben werden kann. Das Medium wird nach Abgabe und damit verbundener Abkühlung durch die Rückführung an den Kessel samt Gasflamme (bei einer Gasheizung) oder die Sonden in der Erde (bei einer Erdwärmepumpe) im Strom eines Kreislaufes erneut erwärmt – das Procedere beginnt von neuem. Somit wird beim Wärmetauscher ein einfaches Gesetz der Entropie genutzt: Die Natur möchte stets im Gleichgewicht existieren. Im Fall der Heizungsanlage betrifft dies den Ausgleich des Wärmegefälles. Der Austausch kann dabei über folgende Medien geschehen:
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Bei der Verwendung eines Wärmetauschers kann sich der Nutzer über einige vorteilhafte Aspekte freuen:
Bei einer Entscheidung für einen Wärmetauscher sollten ebenso die Nachteile bekannt sein – im Gegensatz zu den Vorteilen eine kurze Liste:
Hinweis: Zudem bestehen Abhängigkeiten der Effektivität hinsichtlich der Wärmekapazität des Speichermoduls und des Massenstroms.
Einsatzgebiete für Wärmetauscher gibt es einige. Dabei werden hohe Temperaturen entweder abgekühlt beziehungsweise Wärme an kühlere Bauteile weitergeleitet. Zur Schonung von Belastungsgrenzen aufgrund von Überhitzung sowie zur möglichst verlustfreien Weitergabe von Erdwärme an die Umgebung, wie ein Wohngebäude, stellen sich durchaus zahlreiche Anwendungen zur Verfügung. Diese sind nach dem Einsatz der beteiligten Medien unterteilt:
Ein flüssiges und ein gasförmiges Medium
Ein gasförmiges Medium und eines im Phasenübergang (gasförmig / flüssig)
Hinweis: Zudem bestehen Abhängigkeiten der Effektivität hinsichtlich der Wärmekapazität des Speichermoduls und des Massenstroms.
Ein flüssiges Medium und eines im Phasenübergang (gasförmig / flüssig)
Zwei flüssige Medien
Info: Die Adern der Pinguinfüße verlaufen wie bei einem Gegenstromwärmetauscher, um den Wärmeverlust bei der Berührung mit dem teilweise eisigen Boden zu minimieren.
Des Weiteren verstehen sich einige Anwendungen für die optimierte Nutzung der thermischen Energie:
Anklang findet der Wärmetauscher deshalb auch in folgenden Bereichen:
Beispiel | Heizleistung | Wärmetauscher |
---|---|---|
Direkte Wärmeübertragung | > 400 kWh | Industriegebäude, Großanlagen |
Indirekte Wärmeübertragung | < 150 kWh | Heizungsanlagen, Wohnkomplexe |
Halbindirekte Wärmeübertragung | > 150 kWh und < 400 kWh | Lüftungsanlagen |
Die Kostenfrage bezüglich des Wärmetauschers kann nicht pauschal benannt werden. Die Ausgaben hängen von drei wesentlichen Punkten ab:
Generell kann aber ein Spektrum zwischen 200 bis 800 Euro in Betracht gezogen werden. Hierbei sind die Montagekosten noch nicht enthalten. Modelle mit Sondereigenschaften und für Spezialsituationen sind für Preise bis zu 1.500 Euro zu erwerben.
Beim Kauf eines Wärmetauschers sollte auf einige Aspekte Wert gelegt werden. Dann kann der Einbau in das Heizungssystem unkompliziert und effektiv erfolgen:
Info: Eine hohe Fließgeschwindigkeit sowie eine besonders große benetzte Oberfläche beanspruchen ebenso mehr Energieaufwand.
Tipp: Obacht sollte auch auf einen angemessenen Druckverlust gelegt werden. Bei raschem Druckabfall steigt der Energiebedarf und es kommt zu höheren Betriebskosten.
Im Sinne der Förderung umweltfreundlichen und regenerativen Energieverbrauchs, bewilligen BAFA und KfW verschiedene Kredite zur Integration moderner Heizungstechnik. Dies schließt die Installation der Brennwerttechnik mit ein. Außerdem werden den Anträgen auf Förderung einer Solarthermieanlage sowie einer Wärmepumpe lohnenswerte Fördermaßnahmen zur Seite gestellt. Somit ist auch die Nachrüstung mittels Wärmetauschers zur Senkung der CO2-Emission und des Energieverbrauchs subventioniert.
Die Integration eines Wärmetauschers in einen bestehenden Heizungskreislauf ist kompliziert. Deshalb sollte dieses Modul bereits bei der Erstmontage der Energieversorgung eingeplant werden. Um jedem Ärger aus dem Weg zu gehen und die erwartete Effizienzsteigerung später auch genießen zu können, sollte auf einen Fachmann zurückgegriffen werden. Speziell bei der Nachrüstung im Altbau muss mit einigen Komplikationen und Mehrkosten gerechnet werden. Bei der Montage des Wärmetauschers sollten zudem folgende Aspekte beachtet werden:
Tipp: Der störungsfreie Betrieb ist unter Berücksichtigung der Vorgaben des Herstellers gesichert.
Die Nähe zum Heizkessel oder der anderen Energiequelle ist elementar, weil es die Wege verkürzt. Daher sollte im Kellerraum oder in der Nähe der Erdsonde Platz für den Wärmetauscher eingeplant werden – der Platzbedarf ist nicht sonderlich groß.
Bezüglich der Heizungstechnik wirkt der Wärmetauscher als Transmitter zwischen der heißen Flamme der, als Beispiel genannten, Gastherme und dem Wasserkreislauf. Die Übertragung an das flüssige Medium kann somit realisiert werden. Außerdem übernehmen die Heizkörper eine Art Wärmetauscher, welcher die Hitze des Wassers an die Raumluft übermittelt.
Für die Brennwerttechnik ist der Wärmetauscher unerlässlich. Erfolgt durch ihn die Option einer etwa 30-prozentigen Energieeinsparung durch Nutzung der Abgaswärme nach der Verbrennung. Die aufgefangene Wärme wird hierbei meist in einem Speicher bewahrt. Da das Rücklaufrohr der Heizungsanlage durch dieses Wärmesilo führt, erfolgt eine Vorerwärmung und deshalb eine Senkung der letztendlich aufgewandten Energie.
Ist der Wärmetauscher nicht mehr hundertprozentig funktionstüchtig, ist dies nicht unbedingt ein Anzeichen für einen Defekt und somit einen bevorstehenden Austausch. Mitunter muss dieses Modul einfach nur gereinigt werden. In vielen Fällen ist sogar lediglich der Filter verstopft oder voll, sodass ein Austausch dieses kleinen Bauteils bereits die erneute vollständige Funktionstüchtigkeit garantiert. In der Luft befinden sich vor allem nach der Verbrennung kleinste Partikel, welche sich an den Rändern sowie an der Membran absetzen und den Wirkungsgrad beeinträchtigen können. Bei einer Reinigung des Filters kann im gleichen Atemzug auch der Korpus gesäubert werden – dies dient der Vorbeugung vor Korrosion. Mittels thermischer Hochdruckreinigung kann dieses Problem ebenfalls in die Hände einer Kompetenzwerkstatt gelegt werden.
Da viele Hersteller eine Garantie von fünf bis manchmal sogar zehn Jahren gewähren, sollte dies als Mindestwert angesehen werden. Dank einer regelmäßigen Reinigung sowie Wartung des Wärmetauschers wird diese Lebensdauer recht einfach erweitert.
Auf dem internationalen Markt der Heizungstechnik haben einige Hersteller auch im Sektor Wärmetauscher mit effektiven Geräten ihrem Namen als eine der Top Adressen bestätigt:
Über den Autor
Heiko Rexer
Heiko ist unser technischer Leiter bei ökoloco. Er ist Installateur- und Heizungsbauermeister und mit über 18 Jahren Berufserfahrung Spezialist im…
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