Luft-Wärmetauscher – die Wärmeenergie der Luft effizient nutzen

Wie funktioniert ein Luft-Wärmetauscher?

Ein Luft-Wärmetauscher ist darauf ausgelegt, Wärmeenergie aus der Luft auf ein anderes Medium zu übertragen. Dieses Medium kann Wasser oder Luft sein und entweder für die Wärmeübertragung oder die Wärmespeicherung genutzt werden.

Wie es der Name bereits verrät, wird Wärme „getauscht“. Ein Wärmetauscher sorgt für einen Temperaturausgleich. Dabei verliert das wärmere Medium Energie an das kältere Medium.

Ein Beispiel: In den Luft-Wärmetauscher strömt warme Luft ein. Sie trifft im Wärmetauscher auf durch eine dünne Metallplatte getrenntes Wasser. Dieses Wasser nimmt die Wärmeenergie der warmen Luft auf und wird wärmer. Die einströmende Luft kühlt ab und fließt wieder zurück oder wird mit einem Ventilator nach draußen befördert.

Luft-Wärmetauscher gibt es in verschiedenen Ausführungen. Sie alle haben jedoch gemeinsam, dass Luft Wärme an ein anderes Medium abgibt. Dabei kann die Luft z. B. nach dem Kreuzstromprinzip über den Wärmeübertrager geführt werden.

Die Luft „kreuzt“ das Trägermedium dann nur an bestimmten Stellen. So lässt sich die Wärmeübertragung genauer regeln.

Daneben gibt es auch das sogenannte „Gleichstromprinzip“. In diesem Fall werden Luft und Trägermedium parallel zueinander durch den Übertrager geführt. Werden beide Ströme gegeneinander geführt, spricht man vom „Gegenstromprinzip“.

Während das Kreuzstromprinzip vor allem beim Heizen eingesetzt wird, kommt das Gleichstromprinzip von Luft-Wärmetauschern überwiegend beim Kühlen zum Einsatz. Wärmeübertrager bei dezentralen Lüftungen mit Wärmerückgewinnung zeichnen sich durch das Gegenstromprinzip aus.

Unabhängig vom Prinzip ist eine Wärmeübertragung von 100 Prozent nur theoretisch möglich. In der Praxis gibt es bei der Wärmeübertragung immer Wärmeverluste, so auch beim Luft-Wärmetauscher.

Im Lüftungsbereich lässt sich die Leistung eines Luft-Wärmetauschers anhand des Wärmerückgewinnungsgrads oder des Feuchterückgewinnungsgrad einstufen.

Arten von Luft-Wärmetauschern

In der Praxis werden zwei Arten von Luft-Wärmetauschern am häufigsten eingesetzt.

Rekuperative Luft-Wärmetauscher: Diese Wärmetauscher funktionieren nach dem Kreuzstromprinzip. Hierbei wird einströmende Luft in entgegengesetzter Richtung an ausströmender Luft vorbeigeführt.

Die beiden Luftströme fließen durch zwei separate Leitungen und werden von einem wärmeleitenden Material getrennt. Rekuperative Luft-Wärmetauscher werden meist in Lüftungsanlagen zur Wärmerückgewinnung verwendet.

Regenerative Luft-Wärmeübertrager: Auch diese Wärmeübertrager werden für die Wärmerückgewinnung eingesetzt. Dabei wird die Wärmeenergie nicht sofort, sondern zeitversetzt übertragen. Denn die Wärme wird von einem Trägermedium zwischengespeichert.

In der Praxis handelt es sich hier oft um sogenannte „Rotationswärmetauscher“. Sie funktionieren ähnlich wie ein Ventilator, nur mit dem Unterschied, dass die Blätter Wärme aus der Luft aufnehmen und wieder abgeben können.

Rotationswärmetauscher können im Sommer zudem Wärme nach draußen befördern und so zur Kühlung genutzt werden.

Außerdem gibt es regenerative Luft-Wärmetauscher, welche die Feuchtigkeit der einströmenden Luft mit an die erwärmte Luft übertragen und so das Raumklima im Winter verbessern können.

Es gibt noch weitere Varianten von Luft-Wärmetauschern, die z. B. in der Lüftungstechnik eingesetzt werden. Hierzu gehört das Wärmerohr. Es arbeitet zusätzlich mit Kondensation, um Wärme auf ein anderes Medium zu übertragen.

Einsatzmöglichkeiten für Luft-Wärmetauscher

Luft-Wärmetauscher können sowohl für Lüftungsanlagen als auch für Luft-Heizungen bzw. Luft-Wärmepumpen verwendet werden.

Wärmetauscher in Lüftungsanlagen: Lüftungsanlagen für die Wohnraumbelüftung spielen vor allem in Niedrigenergie- oder Passivhäusern eine wichtige Rolle. Da die Fenster zum Energiesparen nur kontrolliert geöffnet und geschlossen werden und die Gebäudehülle ansonsten nahezu luftdicht ist, muss die Lüftungsanlage für Frischluft sorgen.

Luft-Wärmetauscher machen die Lüftung noch effizienter, denn sie ermöglichen eine Wärmerückgewinnung. Auf die einströmende Frischluft wird dabei die Wärmeenergie der ausströmenden Abluft übertragen.

Niedrigenergiehäusern können je nach Außentemperatur nahezu ohne Heizkörper auskommen, wenn sie mit einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung ausgestattet sind.

Luft-Wärmetauscher in Heizsystemen: Wird nur das Lüftungssystem zum Heizen via Wärmerückgewinnung eingesetzt, wird auch von Luft-Heizung gesprochen.

Diese Heizungen nutzen bis zu 90 Prozent aus der Abwärme. Diese Wärme wird z. B. von Haushaltsgeräten oder den Bewohnern im Gebäude erzeugt. Reicht die Wärme nicht aus, wird die Luft mit elektrischen Heizspindeln nach erwärmt.

Damit die Luft-Heizung effizient bleibt, muss das Gebäude sehr gut gedämmt sein und der Anteil der mit Strom erwärmten Zuluft sollte nicht über 10 Prozent liegen.

Luft-Wärmetauscher in Kombination mit einer Wärmepumpe: Luft-Wärmepumpen beziehen ihre Wärmeenergie aus der Umgebungsluft. Zum Einsatz kommt ein großer Ventilator.

Er führt die Umgebungsluft über einen Luft-Wärmeübertrager. Durch diesen fließt ein Kältemittel, das sich erwärmt, verdampft und zu einem Verdichter fließt.

Dieser erhöht den Druck und die Temperatur des Mediums, das wiederum seine Wärme an Heizungswasser oder Brauchwasser abgibt. Durch die Wärmeübertragung wird das Kältemittel wieder flüssig und fließt zurück. Der Kreislauf beginnt von vorn.

Kommt eine Luft-Luft-Wärmepumpe zum Einsatz, wird kein Kältemittel benötigt. In diesem Fall wird die warme und verbrauchte Raumluft über einen Plattenwärmetauscher geführt.

Er nimmt die Wärme auf und gibt sie an die von draußen angesaugte und durchgeleitete Frischluft ab. Auf diese Weise lassen sich bis zu 90 Prozent der Wärmeenergie der Abluft nutzen.

Danach wird die aufgewärmte Frischluft nacherhitzt, z. B. elektrisch oder mithilfe eines Holzofens, und über das Lüftungssystem im Gebäude verteilt.

Vorteile von Luft-Wärmetauschern

Der große Vorteil von Luft-Wärmetauschern besteht darin, dass sie Wärme aus der verbrauchten Raumluft beziehen können. Auf diese Weise ist es in Niedrigenergiehäusern möglich, nahezu ohne zusätzliche Energieerzeugung zu heizen.

Da die Wärmetauscher nur in geringem Umfang Strom brauchen, z. B. für das Nacherhitzen oder für die Luftzirkulation, lässt sich damit sehr günstig Wärme erzeugen.

Fazit: Kontrollierte Wohnraumlüftung und Wärmepumpen profitieren von Luft-Wärmetauschern

Wer mit einer dezentralen Lüftungsanlage arbeitet, profitiert von der Wärmerückgewinnung mit einem Wärmetauscher. Gleiches gilt für Besitzer von Wärmepumpen. Das vergleichsweise einfache Bauteil und das simple Funktionsprinzip helfen effizient dabei, Heizkosten zu reduzieren und Emissionen zu senken.