Einbau eines Wärmetauschers
Wie wird ein Gegenstrom-Plattenwärmetauscher in einem Lüftungsgerät richtig installiert?
(Allgemeine Empfehlungen für die Gerätekonstruktion, neue EN 308)
Was sind die wichtigsten Leistungsparameter des Wärmetauschers?
Dabei handelt es sich um den Temperatur- (Feuchte-) Wirkungsgrad, der Druckverlust und die Leckage bei einem gegebenen Volumenstrom, einer gegebenen Temperatur, einer gegebenen Feuchte und einem gegebenen Druck im Zu- und Abluftkanal.
Diese Parameter werden unter Laborbedingungen gemäß der überarbeiteten Norm EN 308:2022 in einer idealen Prüfbox gemessen. Der Kasten hat eine ideale Wärmedämmung und auch eine ideale Strömungsführung zum und vom Wärmetauscher. Diese Werte werden dann in der Auslegungssoftware rSelect verarbeitet, die die Grundlage für die Auslegung der Lüftungsgeräte ist.
Dabei ist zu beachten, dass der gezielte Einbau eines Wärmetauschers in ein Lüftungsgerät oft zu einer Verschlechterung dieser Leistungsparameter führt, wobei die Ursachen für diese Verschlechterungen in Abweichungen des realen Lüftungsgerätes von der idealen Testbox liegen.
Was ist für eine gute Rekuperatorleistung erforderlich?
Die Grundvoraussetzung für eine gute Leistung des Wärmetauschers ist seine eigene Dichtheit, aber auch die Dichtheit seiner Installation im Lüftungsgerät. Leckagen zwischen Zu- und Abluft sowie gegenüber der Umgebung können die realen Messergebnisse verfälschen. Die neue Norm EN308:2022 führt daher einen so genannten Bruttowirkungsgrad ein, der gemessen und um die gemessene Leckage zu einem so genannten Nettowirkungsgrad korrigiert (verschlechtert) wird, der den Wirkungsgrad des Wärmetauschers selbst unbeeinflusst von internen Leckagen ausdrückt. Es ist daher wünschenswert, dass der Wärmetauscher im Gehäuse des Lüftungsgeräts perfekt abgedichtet ist.
Andere Annahmen
Die Strömungsrichtung am Eintritt in den Wärmetauscher sollte möglichst senkrecht zur Eintrittsfläche des Wärmetauschers verlaufen. Ist die Einlassrichtung zu schräg, erhöht sich der Druckabfall am Einlass und die Strömung im Wärmetauscher verändert sich mit weniger aktiven Wärmeaustauschflächen im Luftstromplenum.
Die Verteilung der Luftgeschwindigkeiten über den Einlassbereich des Wärmetauschers sollte so gleichmäßig wie möglich sein, damit alle Wärmeaustauschbereiche so aktiv wie möglich sind. Dies kann durch eine geradlinige, allmähliche Aufweitung des Luftkanals ohne Kurven zum Eintritt des Rekuperators hin erreicht werden, ohne lokale Anomalien und Asymmetrien des Luftstroms. Der maximale Ausdehnungswinkel des Einlasskanals vom Lufteintritt bis zum Wärmetauscher sollte bis zu 15° betragen.
Auswirkung des Druckabfalls
Die Wärmetauscherplatten sind für eine gute Wärmeübertragung sehr dünn und daher nie vollkommen starr und unterliegen Druckunterschieden zwischen Einlass und Auslass. Die Druckunterschiede variieren je nach Stelle im Wärmetauscher und verursachen unterschiedliche Verformungen der Platten an verschiedenen Stellen im Wärmetauscher. So kann der Wärmetauscher lokal den Einlass gegenüber dem Auslass „aufblasen“ oder „entleeren“ und andersherum. Die Druckunterschiede im Wärmetauscher werden nicht nur durch den Druckverlust selbst verursacht, sondern vor allem durch das Druckverhältnis zwischen Zu- und Abluftstrang im Lüftungsgerät. Diese werden hauptsächlich durch die Anordnung der Komponenten im Gerät bestimmt (Position der Ventilatoren im Verhältnis zum Rekuperator), siehe folgende Abbildung.
Position des Wärmetauschers
Es ist ratsam, die Platten immer senkrecht in Richtung der Schwerkraft zu halten, um das Kondensat zuverlässig aus dem Wärmetauscher abfließen zu lassen, oder um den Abtauzyklus des Wärmetauschers im Winter so kurz wie möglich zu halten. Idealerweise sollte der gesamte Wärmetauscher zum Luftauslass hin geneigt sein, damit das Kondensat möglichst schnell in Strömungsrichtung abfließt und nicht im Wärmetauscher verbleibt und den Luftstrom blockiert.
Temperatursensoren und thermische Isolierung
Zu bedenken ist auch, dass die Temperaturverteilung am Austritt des Rekuperators durch das Funktionsprinzip des Wärmetauschers sehr ungleichmäßig ist, so dass es schwierig ist, eine durchschnittliche Austrittstemperatur zu erhalten. Ein einzelner Temperatursensor reicht hier nicht aus, da die Position des Sensors das Ergebnis stark beeinflusst. Es ist notwendig, mehrere Temperaturfühler zu verwenden oder die Luft über den gesamten Querschnitt des Kanals mit perfekter äußerer Wärmedämmung perfekt zu vermischen.
Die Wärmedämmung des Geräts ist ebenfalls wichtig, da es bei Unterdimensionierung zu Leckagen oder Wärmegewinnen außerhalb des Geräts kommen kann, die die Leistung des Wärmetauschers beeinträchtigen können.
Gegenstromanlage
Außerdem muss die Strömungsrichtung im Wärmetauscher immer so gesteuert werden, dass die Zu- und Abluftströme stets im Gegenstrom angeordnet sind. Eine parallele Strömungsanordnung hat einen erheblichen Einfluss auf die Verringerung der Wärmerückgewinnungseffizienz um bis zur Hälfte.