Wärmerückgewinnung in Lüftungsanlagen: Funktionsprinzip und Gestaltungsmöglichkeiten

Beim Lüftungsprozess wird nicht nur die Abluft aus dem Raum recycelt, sondern auch ein Teil der Wärmeenergie. Im Winter führt dies zu höheren Energiekosten.

Durch die Wärmerückgewinnung in zentralen und lokalen Lüftungssystemen können Sie ungerechtfertigte Kosten reduzieren, ohne den Luftaustausch zu beeinträchtigen. Zur Rückgewinnung thermischer Energie werden verschiedene Arten von Wärmetauschern eingesetzt – Rekuperatoren.

Der Artikel beschreibt ausführlich die Gerätemodelle, ihre Konstruktionsmerkmale, Funktionsprinzipien sowie Vor- und Nachteile. Die präsentierten Informationen helfen bei der Auswahl der optimalen Option für die Anordnung des Lüftungssystems.

Das Konzept der Rückgewinnung: das Funktionsprinzip des Wärmetauschers

Aus dem Lateinischen übersetzt bedeutet Erholung Wiedergutmachung oder Gegenleistung. Im Hinblick auf Wärmeaustauschreaktionen wird die Rückgewinnung als eine teilweise Rückführung der für einen technologischen Vorgang aufgewendeten Energie zum Zweck der Anwendung im selben Prozess charakterisiert.

IN Belüftungssystem Zur Einsparung thermischer Energie wird das Rückgewinnungsprinzip genutzt.

Analog wird bei heißem Wetter die Kühlung zurückgewonnen – warme Zulaufmassen erwärmen die Abgase und ihre Temperatur sinkt.

Die Energierückgewinnung erfolgt in einem rekuperativen Wärmetauscher.Das Gerät umfasst ein Wärmetauscherelement und Ventilatoren zum Pumpen multidirektionaler Luftströme. Zur Steuerung des Prozesses und zur Kontrolle der Qualität der Luftversorgung kommt ein Automatisierungssystem zum Einsatz.

Das Design ist so konzipiert, dass Zu- und Abluftströme in getrennten Kammern verlaufen und sich nicht vermischen – die Wärmerückgewinnung erfolgt durch die Wände des Wärmetauschers.

Verstehe und verstehe, was es ist Belüftung mit Erholung Ein visuelles Diagramm der Luftzirkulation hilft.

In Nassräumen (WC, Bad, Küche) strömt die Abluft über Abzugshauben ab. Bevor es nach draußen abgeführt wird, durchläuft es den Rekuperator und gibt einen Teil der Wärme ab. Die zugeführte Luft bewegt sich in die entgegengesetzte Richtung, erwärmt sich und gelangt in die Wohnräume (+)

Die Machbarkeit eines Rekuperators in der Belüftung

Wir können über die Machbarkeit der Installation einer rekuperativen Lüftung sprechen, indem wir die Wirksamkeit des Systems bewerten und seine Vor- und Nachteile vergleichen.

Ein Teil der Wärme wird der nach außen angesaugten Abluft entnommen und an forcierte Frischluftdüsen in den Raum abgegeben. Dadurch können Sie den Wärmeverlust um bis zu 70 % (+) reduzieren.

Die Notwendigkeit der Wärmerückgewinnung ist vor allem in Gebäuden mit forcierter Luftabsaugung relevant. In der Regel handelt es sich dabei um Gebäude mit geringer Trägheit, die mit innovativen Wärmedämmtechnologien errichtet werden (Häuser aus Sandwichelementen, Gassilikatplatten, Schaumstoffblöcke).

In solchen Gebäuden speichern die Wände die Wärme nicht gut und der natürliche Luftaustausch ist wirkungslos.

Aber auch bei „traditionellen“ Gebäuden aus Ziegel und Beton sind Probleme mit der Luftzirkulation typisch.Das Vorhandensein versiegelter, wärme- und schalldämmender PVC-Fenster blockiert die Zirkulation mit einem natürlichen Impuls – der Frischluftstrom stoppt und der Luftzug im Lüftungskanal kippt oder tendiert gegen Null.

Die Lösung des Problems der „Eurofenster“ ist die Organisation einer Zwangsbelüftung. Das System stellt den Luftaustausch wieder her, der Wärmeverlust steigt jedoch um bis zu 60 %. Und hier ist eine Wärmerückgewinnung nicht mehr wegzudenken.

Die Effizienz des Austauschprozesses wird in Prozent ausgedrückt und zeigt die Wärmemenge an, die von der Abluft aufgewendet wird, um die frische „Ansaugluft“ zu erwärmen.

Indikator für die Effizienz der Lüftungswärmerückgewinnung:

• 0% - offenes Fenster – warme Luft wird in die Atmosphäre abgeführt und kalte Luft dringt ein, wodurch die Temperatur im Raum gesenkt wird;
• 100% - die Zuluft wird auf die „Abluft“-Temperatur erwärmt – technisch nicht umsetzbar;
• 30-90% - ein akzeptabler Parameter, eine Rückgewinnung mit einem Wirkungsgrad von 60 % oder mehr gilt als gut, ein Wirkungsgrad von über 80 % bedeutet eine hervorragende Wärmeübertragung.

Die Effizienz des Systems hängt von der Art des Rekuperators, den Raumabmessungen und dem Luftstrom ab. In jedem Fall ist der Einsatz einer Rekuperationslüftung selbst bei einem Wirkungsgrad von 30 % rentabler als der Verzicht darauf. Neben einer erheblichen Einsparung von Energieressourcen verbessert die Wärme-„Regeneration“ auch das gesamte Mikroklima im Raum.

Nachteile der Verwendung eines Wärmetauschers:

1. Energieabhängigkeit. Die Anschaffung von Klimageräten ist dann gerechtfertigt, wenn der Stromverbrauch deutlich geringer ist als die Einsparung nach Einbau des Rekuperators.
2. Kondensation. Aufgrund von Temperaturunterschieden kann es zur Kondensation von Feuchtigkeit an den Wänden des Wärmetauschers kommen. Im Winter besteht die Möglichkeit einer Vereisung, die zu einem schnellen Leistungsabfall oder Ausfall des Rekuperators führen kann.
3. Laute Arbeit. Einige Modelle geben während des Betriebs ein Brummen von sich.Wenn dieser Nachteil tagsüber nicht besonders spürbar ist, verursacht der Lärm nachts Unbehagen. Rekuperatoren mit verbesserter Isolierung arbeiten leise.

Hohe Anfangsinvestitionen sind oft das Hauptargument gegen eine energieeffiziente Lüftung.

Es empfiehlt sich, Geld in ein System zu investieren, das sich innerhalb von 5-8 Jahren amortisiert. Es ist zu berücksichtigen, dass für die Wartung des Komplexes zusätzliche Kosten anfallen, beispielsweise für den regelmäßigen Austausch von Lüftern

Merkmale verschiedener Arten von Wärmetauschern

Die Konstruktion des Rekuperators bestimmt das Strömungsbild des Kühlmittels, die Effizienz des Lüftungssystems, die Energieverbrauchsklasse und die Kosten der Ausrüstung. Es kommen fünf Arten von Wärmetauschern zum Einsatz: Platten-, Rotations-, Wärmerohr-, Kammerwärmetauscher und Modelle mit Zwischenkühlmittel.

Plattenrekuperator – einfaches Design

Die Basis des Wärmetauschers ist eine geschlossene Kammer mit vielen parallelen Luftkanälen. Die Kanäle sind durch Trennwände – Wärmeleitplatten aus Stahl oder Aluminium – getrennt.

Wellenförmige Platten (60-70 Stück) werden in einem Block gruppiert, sodass die gebildeten Kanäle kreuzweise zueinander liegen – die erzeugten Turbulenzen verbessern die Wärmeübertragung (+)

Gasströme bewegen sich aufeinander zu, kreuzen sich in der Rekuperatorkassette, vermischen sich jedoch nicht. Der Wärmeaustausch erfolgt durch gleichzeitiges Kühlen und Heizen der Platten von verschiedenen Seiten.

Vorteile eines Kreuzwärmetauschers:

• einfache Installation und Konfiguration der Ausrüstung;
• Ausschluss des Kontakts von Luftmassen;
• erschwingliche Kosten und kompakte Abmessungen;
• Fehlen reibender und beweglicher Teile.

Der Wirkungsgrad variiert im Bereich von 40-70 %.

Der Hauptnachteil des Plattenmodells ist die Kondensatablagerung im Abluftkanal und die Eisbildung im Winter. Um das Gerät abzutauen, wird der einströmende Strom umgeleitet, um den Wärmetauscher zu umgehen, und der warme ausströmende Strom schmilzt das Eis auf den Platten.

Im „Abtau“-Modus kommt es nicht zu Energieeinsparungen, zur Erwärmung der einströmenden Luft werden Lufterhitzer mit einer Leistung von bis zu 5 kW eingesetzt. Der durchschnittliche Effizienzwert sinkt um 20 % (+)

Es gibt zwei Möglichkeiten, das Problem zu lösen:

1. Vorwärmen des einströmenden Luftstroms auf eine Temperatur, bei der eine Eisbildung ausgeschlossen ist.
2. Rekuperator mit Platten aus hygroskopischer Zellulose. Das Material nimmt Feuchtigkeit aus Abluftmassen auf und gibt sie an neu einströmende Luftströme weiter.

Bei der Auswahl eines Kreuzwärmetauschers sollten Sie die Betriebseigenschaften der Platten berücksichtigen.

Ihre Eigenschaften hängen vom Herstellungsmaterial ab:

1. Alufolie – erschwinglicher Preis, aber eingeschränkte Leistung im Winter. Darüber hinaus ist es aufgrund der Lufttrocknung nicht für Wohnräume zu empfehlen. Modifikationen mit Aluminium-„Füllung“ sind die beste Option für Bäder und Schwimmbäder.
2. Kunststofftrennwände - ähnlich im Preis wie Metallprodukte, unterscheiden sich jedoch in der verbesserten Betriebseffizienz.
3. Zellulose-Wärmetauscher – Verhindern Sie das Einfrieren und halten Sie den normalen Feuchtigkeitsgehalt in Innenräumen aufrecht.

Der Hygrozellulose-Rekuperator ist der wirtschaftlichste und optimalste für die Belüftung von Wohngebäuden.

Rotationsrekuperator – hohe Systemeffizienz

Der Wärmetauscher hat die Form eines Zylinders, der mit Schichten aus Wellblech gefüllt ist. Während sich die Trommeleinheit dreht, gelangen abwechselnd warme und kalte Luftströme in jedes Fach.

Aufbau eines Rotationsrekuperators: Rotationswelle und zwei Luftkanäle.Ein Abschnitt des Rotors wird durch „Abarbeiten“ erhitzt, die Trommel dreht sich und die Wärme wird an die im angrenzenden Kanal konzentrierten kalten Massen weitergeleitet (+)

Die Effizienz der Wärmeübertragung wird durch die Drehzahl des Rotors bestimmt; die Betriebseffizienz kann angepasst werden.

Argumente für einen Rotationsrekuperator:

• Wärmerückführung bis zu 65-90 %;
• Effizienz Stromverbrauch;
• teilweiser Feuchtigkeitsaustausch – Sie können auf einen Luftbefeuchter verzichten;
• Amortisationszeit – bis zu 4 Jahre.

Trotz seines hohen Wirkungsgrades hat sich der Trommelwärmetauscher unter ähnlichen Anlagen nicht zu einem Spitzenreiter entwickelt.

Nachteile des Lüftungssystems:

1. Hinzufügen verschmutzter Luft zur Versorgung. Durch die Mikrokanäle zirkulieren abwechselnd Abluft- und Zufuhrmassen, so dass etwa 3-8 % der „Arbeit“ zurückgeführt werden. Die Trommel transportiert oft den Geruch der ausströmenden Luft.
2. Komplexität des Designs. Die rotierenden Teile des Rotors erfordern eine regelmäßige Wartung und einen regelmäßigen Austausch. Bewegliche Elemente erzeugen im Betrieb Geräusche und Vibrationen.
3. Hoher Preis. Der Preis für Rotationsmodelle ist höher als für Plattenprodukte. Dies ist auf den Einsatz einer komplexen Mechanik bei der Konstruktion des Trommelwärmetauschers zurückzuführen.
4. Große Größen. Die Installation erfolgt in einer geräumigen Lüftungskammer.

Aufgrund ihrer Sperrigkeit werden Rotationseinheiten hauptsächlich in Industriebetrieben eingesetzt.

Um die Vermischung der Luftströme zu minimieren, werden Rotationswärmetauscher durch Zwischensektoren ergänzt – hier werden die Mikrokanäle mit Frischluft angeblasen, die in die Haube zurückströmt. Der Nachteil der Schaltung ist eine Verringerung des Wirkungsgrades (+)

Gekoppelte Wärmetauscher – Glykol-Modell

Aufgrund seiner Konstruktionsmerkmale wird eine Rückgewinnungseinheit mit Zwischenkühlmittel oft als gekoppelte Wärmetauscher oder Gletschereinheit bezeichnet. Dies ist eines der flexibelsten Wärmerückgewinnungssysteme. Ein Wärmetauscher schneidet in den Zuluftkanal und der zweite in den Abluftkanal.

Der Rohrleitungsplan enthält: Umwälzpumpe, Ausdehnungsgefäß, Luftventil, Regler, Temperatursensor, Sicherheitsventil, Druckanzeige (+)

Arbeitsprinzip. Die Glykolzusammensetzung zirkuliert zwischen den Wärmetauschern. Durch den erwärmten Abgasstrom steigt die Temperatur des Kühlmittels, anschließend wird die Wärmeenergie an die Frischluft übertragen. Das geschlossene System verhindert die Vermischung entgegenkommender Luftmassen.

Merkmale des Betriebs von Wärmetauschern mit Kühlmittel:

• Effizienz – 45–55 %;
• Effizienzanpassung mit einer Pumpe – die Geschwindigkeit der Frostschutzmittelbewegung wird ausgewählt;
• Möglichkeit, Zu- und Abluftkanäle voneinander entfernt zu platzieren (bis zu 800 m);
• der Rekuperator wird vertikal oder horizontal installiert;
• bei starkem Frost gefriert die Oberfläche des Abgaswärmetauschers und es entsteht Eis; Durch die Verwendung von Frostschutzmittel können Sie den Rekuperator betreiben, ohne auf Abtauen zurückgreifen zu müssen.
• Amortisationszeit des Systems – bis zu 2 Jahre;
• eine Kombination aus 1 Haube und mehreren Zuläufen oder umgekehrt ist zulässig.

Das Volumen von Abluft und Ansaugluft sollte ungefähr gleich sein. Solche Rekuperatoren werden normalerweise verwendet, wenn der Zufluss giftig oder stark verschmutzt ist und eine Vermischung der Ströme nicht akzeptabel ist.

Kammereinheit – vielseitig einsetzbar

Strukturell ist der Kammerwärmetauscher ein geschlossener Kasten, der im Inneren durch eine bewegliche Klappe unterteilt ist.Die Öffnungstrennwand bestimmt das Betriebsschema des Rekuperators.

Der Abfluss verläuft entlang eines Kanals und der Zufluss gelangt in die zweite Kammer. Im Wärmetauscher erhitzen warme Massen die Wände des ersten Fachs. Nach einer Weile bewegt sich die Klappe und der Luftstrom ändert die Richtung

Dadurch bewegt sich der Zustrom entlang der warmen Wände des ersten Luftkanals und der „Abgas“ erwärmt die Oberfläche der zweiten Kammer. An einem bestimmten Punkt kommt das Septum zurück und der Zyklus wiederholt sich.

Vorteile einer Kammerwärmetauschereinheit:

• Effizienz – 80-90 %;
• gepaart mit einer hochwertigen Wärmedämmung werden die Heizkosten auf ein Minimum reduziert;
• einfache Installation – bei der Auswahl der Parameter des Lüftungsgeräts ist die Hilfe eines Spezialisten erforderlich;
• Aufrechterhaltung der Luftfeuchtigkeit;
• Ein Einfrieren des Systems ist ausgeschlossen.

Ein Kammerwärmetauscher ist eine hervorragende Option für Regionen, in denen über einen langen Zeitraum des Jahres ein erhebliches Ungleichgewicht zwischen Innen- und Außentemperaturen herrscht.

Zu den Nachteilen der Wärmerückgewinnungseinheit gehören:

• die Notwendigkeit einer regelmäßigen Wartung beweglicher Elemente;
• Gegenluftströme vermischen sich teilweise – Gerüche und Verunreinigungen können in das Gebäude zurückströmen.

Um die Beimischung zu reduzieren, ist das System ausgestattet mit filter Element. Die Luft wird sauberer, die Effizienz des Rekuperators nimmt jedoch ab.

Wärmerohre – geschlossenes Wärmeaustauschsystem

Der Rekuperator besteht aus vielen Kupfer- oder Aluminiumrohren, die mit einer leicht verdampfenden Substanz wie Freon gefüllt sind. Das Funktionsprinzip eines Röhrenwärmetauschers basiert auf physikalischen Prozessen – Zustandsänderungen eines Stoffes beim Erhitzen.

Das Wärmerohr wird vertikal platziert – das untere Ende des Wärmetauschers befindet sich im Abluftkanal und das obere Ende im Zuluftkanal. Die austretenden Ströme fließen um das Ende des Rohrs herum – das Freon erwärmt sich, kocht und verdampft (+)

Das Gas steigt auf und gibt Wärmeenergie an den Zufluss ab, woraufhin das Freon kondensiert und durch den Rekuperator fließt. Der thermische Zyklus wiederholt sich im Kreis.

Technische und betriebliche Eigenschaften des Röhrenwärmetauschers:

• Geräteeffizienz – bis zu 65 %;
• leiser Betrieb aufgrund des Fehlens beweglicher Elemente;
• Einfachheit des Designs und wartungsarm;
• Kompaktheit — kleine Abmessungen und geringes Gewicht;
• Energieunabhängigkeit – das Kühlmittel zirkuliert auf natürliche Weise;

Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass sich Zu- und Abluftstrom nicht vermischen.

Schwächen von Heatpipes:

• hohe Effizienz wird über einen engen Temperaturbereich erreicht – bei plötzlicher Überhitzung verdampft das gesamte Freon und bei unzureichender Erwärmung verlangsamt sich die Verdampfungsintensität;
• geringe Festigkeit der Rohre – Formänderungen oder Druckverlust verringern die Leistung des Geräts.

Rohrwärmetauscher werden in privaten Bau-, Verwaltungs- und Bürogebäuden sowie kleinen Industriegebieten eingesetzt.

Methoden zur Organisation der rekuperativen Beatmung

Die Wiederherstellung erfolgt auf eine der folgenden Arten: zentral und dezentral. Im ersten Fall strömen Lüftungsströme aus dem gesamten Raum durch den Wärmetauscher, im zweiten Fall aus einem Raum.

Zentraler Komplex – Lüftungsanlage

Ein zentrales System wird in der Phase des Baus oder einer größeren Modernisierung des Lüftungssystems installiert.

Es wird eine Zwangsversorgungs- und Ablufteinheit (PVU) mit eingebautem Rekuperator ausgewählt. Das Hauptauswahlkriterium ist die Gesamtleistung des Komplexes basierend auf dem gesamten Luftvolumen in der Struktur (+)

Eine PVU mit Rekuperator gewährleistet auch in Häusern mit geschlossenen Fenstern einen ausreichenden Luftaustausch. Gleichzeitig werden die Luftströme gleichmäßig verteilt, ohne dass Zugerscheinungen entstehen.

Komplex Lüftungsgeräte Monoblock-Typ ausgestattet mit:

• Fans – Versorgung mit sauberer Luft rund um die Uhr und Ausstoß von mit Kohlendioxid gesättigten Strahlen;
• Heizungen – Vorwärmung des Zulaufs;
• Filter – Staub und Mikropartikel einfangen;
• Rekuperator — Es können verschiedene Arten von Installationen verwendet werden.

Die Funktionalität einiger PVUs wird durch einen Verzögerungstimer, einen Leistungsregler, Feuchtigkeitssensoren usw. erweitert.

Das Gehäuse der Monoblock-Modelle ist mit geräuschabsorbierendem Material überzogen, wodurch der Betrieb der PVU sehr leise ist. Es sind vertikale, horizontale und hängende Ausführungen von Lüftungsgeräten möglich

Rekuperativ hergestellte Monoblock-PVUs haben sich bestens bewährt: „Entlüftungsöffnungen“ (Ukraine), Dantherm (Dänemark), „Daikin“ (Japan), „Dantex“ (England).

Lokale Einheiten – eine Ergänzung zum bestehenden Lüftungssystem

Um die Zirkulation der Luftmassen im genutzten Raum wiederherzustellen, eignen sich dezentrale Lufteinlässe mit Wärmerückgewinnung.

Sie werden in die Fassade eines Gebäudes geschnitten oder durch ein Fenster montiert. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, sich zu verbessern Versorgungsbelüftung im Haus.

Lokale Rekuperatoren sind mit einem Ventilator und einem Plattenwärmetauscher ausgestattet. Die Einlasshülse ist mit schallabsorbierendem Material isoliert.Bei Kompaktlüftungsgeräten befindet sich die Steuereinheit an der Innenwand

Merkmale dezentraler Lüftungsanlagen mit Rückgewinnung:

• Effizienz – 60-96%;
• geringe Produktivität – Die Geräte sind für den Luftaustausch in Räumen mit einer Größe von bis zu 20–35 m² ausgelegt.
• bezahlbarer Preis und eine große Auswahl an Einheiten, die von herkömmlichen Wandventilen bis hin zu automatisierten Modellen mit einem mehrstufigen Filtersystem und der Möglichkeit zur Regulierung der Luftfeuchtigkeit reicht;
• erleichterte Installation – für die Inbetriebnahme sind keine Luftkanäle erforderlich, Wandventil installieren Sie können es selbst tun.

Beliebte Hersteller lokaler Rekuperatoren: Prana (Ukraine), O.Erre (Italien), Schneesturm (Deutschland), Lüftungsschlitze (Ukraine), Aerovital (Deutschland).

Wichtige Kriterien für die Auswahl eines Mauerdurchlasses: zulässige Wandstärke, Leistung, Wirkungsgrad des Rekuperators, Durchmesser des Luftkanals und Temperatur des Fördermediums

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

Vergleich des Betriebs einer natürlichen Belüftung und eines Zwangssystems mit Rückgewinnung:

Das Funktionsprinzip eines zentralen Rekuperators, Berechnung des Wirkungsgrades:

Aufbau und Funktionsweise eines dezentralen Wärmetauschers am Beispiel des Prana-Wandventils:

Etwa 25–35 % der Wärme verlassen den Raum über die Lüftungsanlage. Um Verluste zu reduzieren und Wärme effektiv zurückzugewinnen, werden Rekuperatoren eingesetzt. Mit Klimageräten können Sie die Energie von Abfallmassen nutzen, um die einströmende Luft zu erwärmen.

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