Der Wärmetauscher: Funktion und Anwendung

Der Wärmetauscher als Herzstück moderner Heizanlagen

Wärmetauscher spielen in modernen Heizungsanlagen eine wichtige Rolle, um Luft oder Wasser zu erhitzen. Sie helfen dabei, Energie und damit Kosten zu sparen. Das nützt auch der Umwelt, weil weniger klimaschädliches CO2 freigesetzt wird. Wärmetauscher werden in Neubauten vor allem in Wärmepumpen eingesetzt und sind damit Teil der zentral kontrollierten Wohnraumlüftung. Dort entziehen sie der Abluft aus dem Haus die Wärme und geben sie an die frische Zuluft von draußen ab. Durch die so vorgewärmte Frischluft wird Heizenergie gespart.

Was ist ein Wärmetauscher?

Die meisten Techniker und Ingenieure würden die Frage „Was ist ein Wärmetauscher?“ so oder so ähnlich beantworten: Ein Wärmetauscher sorgt dafür, dass Wärme von einem Medium auf ein anderes Medium übertragen wird. Zwischen beiden liegt eine wärmedurchlässige Wand, damit sie sich nicht vermischen können.

Das klingt recht kompliziert, ist es aber nicht, denn eigentlich hat jeder schon mal einen Wärmetauscher benutzt. Ein typisches Beispiel ist nämlich der klassische Heizkörper, der ja bekanntlich mit Wasser gefüllt ist. Der Heizkörper überträgt die Wärme von einem Medium (Heizungswasser) auf ein anderes Medium (die Raumluft). Der eigentliche Metall-Behälter dient dabei als wärmedurchlässige Wand.

Häufig verwendet werden Luft-Wasser-Wärmetauscher, bei denen die Wärme aus dem gasförmigen Medium Luft auf das flüssige Medium Wasser übertragen wird. Es gibt aber auch Luft-Luft-Wärmetauscher und weitere Formen.

Wärmetauscher in der Heizung

Wärmetauscher werden in sehr vielen Bereichen eingesetzt, beispielsweise auch in Kühlschränken oder Industrieanlagen. Für Immobilienbesitzer besonders interessant sind Wärmetauscher in der Heizungsanlage. Eine Heizung verbrennt beispielsweise Öl, Gas oder Pellets und erwärmt darüber das Wasser im Heizungssystem bzw. das Leitungswasser, das wir zum Baden, Duschen usw. benötigen. Im Prinzip passiert in einer Heizungsanlage also nichts anderes, als wenn man über einem Lagerfeuer einen Topf mit Wasser erwärmt. Dabei entstehen, wie bei jedem Verbrennungsprozess, heiße Abgase.

Diese Wärme aus den Abgasen, die sogenannte Abwärme, blieb lange Zeit ungenutzt. Vielmehr wurden die warmen Abgase, so wie sie waren, über die entsprechenden Entsorgungsrohre nach draußen abgeleitet. Es wurde also Energie verschwendet. In modernen Heizungsanlagen dagegen wird die Abwärme aus den Abgasen wieder in den Heizkreislauf eingespeist, bevor man die Abgase endgültig abführt. Und genau dafür braucht man den Wärmetauscher, der sich meist in einem wärmespeichernden Behälter befindet.

Vorteile von Wärmetauschern

Ein Wärmetauscher zieht die Abwärme aus den Abgasen und wärmt damit das flüssige Medium Wasser in der Heizungsanlage vor. Dadurch braucht die Heizung weniger Energie, um das Wasser auf die gewünschte Temperatur zu bringen. Das spart kostbaren Brennstoff und damit bares Geld, denn solche Heizungen verbrauchen im Vergleich zu konventionellen Systemen erheblich weniger Energie. In manchen Fällen kann es sich deshalb lohnen, alte Heizungen mit einem Wärmetauscher nachzurüsten. Dies sollte man aber im Einzelfall durchrechnen. Ein weiterer Vorteil von Wärmetauschern besteht im Nutzen für die Umwelt, denn wenn weniger fossile Brennstoffe verbrannt werden, wird auch weniger klimaschädliches CO2 freigesetzt.

Luft-Wasser-Wärmepumpe x-change dynamic
Die außen stehende Luft-Wasser-Wärmepumpe erzeugt Wärme aus der Luft. So wird innen das Heiz- und Trinkwasser auf Temperatur gehalten. (Foto: Kermi)

Plattenwärmetauscher: Kreuzstromwärmetauscher und Gegenstromwärmetauscher

Bei Wärmetauschern gibt es verschiedene Bauweisen. Sogenannte Plattenwärmetauscher bestehen, wie der Name schon vermuten lässt, aus vielen parallelen einzelnen Platten. Je nachdem, wie die Platten montiert sind, unterscheidet man geschraubte Plattenwärmetauscher von gelöteten Modellen. Der Nachteil des gelöteten Plattenwärmetauschers liegt darin, dass es sich um fest montierte Module handelt, deren Größe nicht mehr verändert werden kann, weil alle Platten fest miteinander verbunden sind. Geschraubte Modelle dagegen können besser individuell angepasst werden, weil man je nach Bedarf einzelne Platten an- oder abschrauben kann. Es gibt aber auch andere Bauformen, beispielsweise mit spiralförmigen Rohren.

Wichtig ist das Material des Wärmetauschers, denn es muss hohe Temperaturen aushalten, darf durch die aggressiven Rauchgase nicht korrodieren und muss außerdem die Wärme möglichst gut von einem Medium in das andere übertragen. Üblicherweise werden dabei Metalle wie Edelstahl, Kupfer oder Aluminium verwendet.

Ein Kreuzstromwärmetauscher ist ein häufig eingesetzter Luft-Luft-Wärmetauscher in Anlagen zur kontrollierten Be- und Entlüftung mit Wärmerückgewinnung. Hier werden sowohl die Zuluft als auch die Abluft über Kreuz durch das Plattenpaket geführt, so dass sich die Luftströme nicht vermischen, die Wärme aber untereinander getauscht wird. Beim Gegenstromwärmetauscher werden die beiden Luftströme parallel geführt, mit entgegengesetzter Strömungsrichtung. Da hierbei die Temperaturniveaus besser übereinstimmen, ist der Gegenstromwärmetauscher prinzipiell effizienter.

Wärmetauscher in Wärmepumpen

Wärmetauscher sind auch ein zentrales Bauteil von Wärmepumpen, die inzwischen in vielen Neubauten verbaut werden. In den meisten Fällen handelt es sich dabei um Luft-Wasser-Wärmepumpen. Diese Geräte entziehen der warmen Luft außerhalb des Gebäudes die Wärme und erhitzen damit das Wasser in den Heizungsrohren. Es gibt aber auch andere Systeme, je nachdem zwischen welchen Medien die Wärmeübertragung stattfindet, beispielsweise Luft-Luft-Wärmepumpen oder Wasser-Wasser-Wärmepumpen, die die Wärme des Grundwassers nutzen. Der zentrale Grundgedanke aller dieser Systeme ist, dass man die kostenlose Wärme des Umgebungsmediums für die Immobilie nutzt.

Gängig sind so genannte Split-Wärmepumpen. Sie heißen so, weil sie zwei voneinander getrennte Elemente haben, also aufgesplittet sind: Der Ventilator, der die warme Umgebungsluft ansaugt, befindet sich dabei außerhalb des Hauses. Die eigentliche Wärmepumpe mit dem Wärmetauscher befindet sich dagegen innerhalb des Gebäudes. Bei solchen Geräten ist es wichtig, dass die Ventilatoren möglichst leise sind, damit es nicht zu Ärger mit den Nachbarn kommt.

Da Wärmepumpen die kostenlose Wärme in der Außenluft nutzen, sparen sie wertvolle Brennstoffe und damit klimaschädliches CO2. Auf der anderen Seite benötigt man zum Betrieb der Anlage nennenswert Strom, der natürlich ebenfalls Geld kostet. Man muss also im Einzelfall durchrechnen, ob sich der Einbau einer Wärmepumpe wirklich rechnet. Da der Strom nicht immer CO2-neutral erzeugt wird, ist auch der ökologische Vorteil unterschiedlich groß.

So funktioniert eine WärmepumpeFörderung von Wärmepumpen

Wärmepumpen werden vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) und der Förderbank KfW mit Zuschüssen oder zinsgünstigen Krediten gefördert. Bei Neubauten werden Wärmepumpenanlagen mit 35 Prozent der förderfähigen Kosten gefördert. Auch der nachträgliche Einbau einer Wärmepumpe in Bestandsimmobilien ist förderungsfähig. Bedingung ist allerdings immer, dass die Anlagen gewisse technische Mindestanforderungen erfüllen, die detailliert vorgegeben sind. In der Regel müssen die Fördermittel beantragt werden, bevor der Auftrag erteilt wird, denn eine nachträgliche Förderung ist normalerweise nicht möglich. Gut zu wissen: Seit dem 1. Januar 2021 findet diese Förderung im Rahmen des Programms „Bundesförderung effiziente Gebäude (BEG)“ statt. Auch wenn die bisherigen Förderprogramme Ende des Jahres 2020 ausgelaufen sind, gibt es also unter einem anderen Programmnamen weiterhin Fördermittel. Ausführliche Informationen und Antragsformulare finden sich auf den Webseiten vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle und der KfW.

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