Wärmerückgewinnung
Moderne Gebäudetechnik kommt ohne Wärmerückgewinnung (WRG) nicht aus. Besonders bei Lüftungsanlagen hat sich das Prinzip bewährt, um den Primärenergiebedarf zu senken. Dabei wird der Abluft überschüssige Wärme entzogen und der kühleren Zuluft zugeführt.
Was genau ist die Wärmerückgewinnung?
Physikalisch gesehen ist die Wärmerückgewinnung die erneute Nutzung thermischer Energie, indem sie von einem Stoff auf einen anderen übertragen wird. In der Gebäudetechnik erfolgt die Wärmerückgewinnung meistens über die Lüftungsanlage, seltener auch über Abwasserleitungen.
Nicht mehr benötigte Raumluft, die gegen frische Außenluft ausgetauscht wird, hat meist eine Temperatur von 20 °C oder mehr. Die kühlere Außenluft muss das Heizsystem hingegen erst wieder aufwendig erwärmen. Die Wärmerückgewinnung entzieht der Abluft die überschüssige Wärme und führt sie der Frischluft zu – wodurch sich der Primärenergiebedarf eines Gebäudes reduziert.
Besonders energieeffiziente Gebäude wie Passivhäuser verzichten inzwischen sogar weitgehend auf traditionelle Heizsysteme Hier stellt die Wärmerückgewinnung in Verbindung mit einer zentralen Wohnraumlüftung und der exzellenten Wärmedämmung genügend Energie zur Verfügung.
Wie funktioniert die Wärmerückgewinnung?
Unabhängig vom jeweiligen Medium (Luft, Wasser, andere Stoffe) ist das Prinzip der Wärmerückgewinnung immer gleich: Wärmetauscher entziehen dem einen Stoff thermische Energie und führen sie einem anderen zu. Entweder erfolgt diese Wärmeübertragung direkt oder indirekt über Zwischenspeicher.
Das Funktionsprinzip kennen Sie sicherlich aus dem Auto, denn Kühler und Heizung arbeiten exakt nach dem gleichen Prinzip. Im Winter wird die überschüssige Wärme des Motors im Innenraum des Fahrzeugs über Wärmetauscher an die Lüftung abgegeben.
Die Wärmerückgewinnung kommt nicht nur in Fahrzeugen und anderen Maschinen zum Einsatz, sondern auch in der Gebäudetechnik, der Industrie und bei Produktionsanlagen.
Das Funktionsprinzip der Wärmerückgewinnung.
Die gängigsten Arten für Wärmerückgewinnung in Gebäuden
- rekuperative Wärmerückgewinnung (nutzt getrennte Luftströme)
- regenerative Wärmerückgewinnung (in der Regel in Verbindung mit einem Wärmespeicher)
- Wärmerückgewinnung mittels Wärmepumpe
Rekuperative Wärmerückgewinnung
Bei einer rekuperativen Wärmerückgewinnung besteht keine direkte Verbindung zwischen der Abluft und Zuluft, da die Wärme der Abluft über eine Trennwand des Wärmetauschers an die Zuluft übertragen wird. Die Luftströme vermischen sich also nicht miteinander.
Solche Anlagen zur Wärmerückgewinnung eignen sich besonders gut, wenn keine Feuchteübertragung gewünscht ist, um beispielsweise die Gefahr von Schimmelbildung zu reduzieren. Am häufigsten kommt dabei der sogenannte Plattenwärmetauscher zum Einsatz.
Funktion eines Plattenwärmetauschers
Der Aufbau des Plattenwärmetauschers ähnelt einem Paket, in dem sich zahlreiche dünne Platten befinden, die parallel zueinander aufgeschichtet sind. Es gibt Zwischenräume, die das Durchströmen von Luft ermöglichen. Plattenwärmetauscher bestehen meist aus Aluminium- oder Edelstahlblechen, seltener aus Kunststofffolien.
Durch den Wärmetauscher strömen abwechselnd die Zuluft und Abluft, wobei die Energie über die wärmeleitenden Platten von der warmen zur kühleren Luft hin übertragen wird. Plattenwärmetauscher erreichen einen Wärmerückgewinnungsgrad zwischen 50 bis 80 Prozent und gelten insbesondere bei kleinen Luftmengen (wie bei einer kontrollierten Wohnraumlüftung) als sehr wirtschaftlich.
Regenerative Wärmerückgewinnung
Bei der regenerativen Wärmerückgewinnung erfolgt die Wärmeübertragung nicht direkt von einem Luftstrom zum anderen, sondern indirekt durch die Einbindung eines Speichermediums. Neben der Wärme lässt sich in solchen Systemen auch die Feuchtigkeit übertragen. Das verhindert das Austrocknen der Raumluft im Winter und verbessert das Raumklima.
Allerdings eignet sich das Verfahren aufgrund der fehlenden Trennung der Luftströme nicht für Prozesse mit hohen Hygieneanforderungen. Für die regenerative Wärmerückgewinnung kommen häufig Rotationswärmetauscher zum Einsatz.
Funktion eines Rotationswärmetauschers
Hier fungiert der Wärmetauscher selbst als fester Wärmespeicher. Die auch als Wärmerad bezeichneten Geräte bestehen aus rostfreien Metallen (Alu, Edelstahl) oder aus Folien, die aus Schichten mit Zwischenräumen aufgebaut sind.
Der Rotationswärmetauscher dreht sich zwischen fünf- und zwanzigmal pro Minute. Durch die Drehbewegung strömen abwechselnd warme Abluft und kalte Zuluft durch den Rotor, wobei die Wärme vom einen zum anderen Luftstrom übergeht. Dies erfolgt jedoch indirekt über die Speichermasse des Rotors und nicht durch eine Vermischung der Luftströme.
Rotationswärmetauscher eignen sich auch bestens zur Kühlung im Sommer, wenn sich das Prinzip umkehrt. Der Wärmerückgewinnungsgrad ist bei dieser Art Wärmetauscher besonders hoch: Werte von 80 oder sogar über 95 Prozent sind je nach Hersteller und Modell keine Seltenheit.
Wärmerückgewinnung durch Wärmepumpen
Die Wärmepumpe kann im Gegensatz zu anderen Systemen nicht nur die thermische Energie von einem Medium zum anderen übertragen. Sie kann die Temperatur aufgrund ihrer technischen Eigenschaften, die einem umgekehrten Kühlschrank ähneln, sogar deutlich anheben. Somit lässt sich mit einer Wärmepumpe die Heizung oder Warmwasserbereitung wirksam unterstützen.
Allerdings erfordert dies ein entsprechend großes Luftvolumen. Die meisten Wärmepumpen erlauben die Umkehrung des Prozesses, sodass sie sich auch zur Kühlung im Sommer eignen.
Vorteile der Wärmerückgewinnung
Energie, die normalerweise ungenutzt über Fenster, Türen, Wasserleitungen oder Lüftungsanlagen verloren geht, können Sie dank Wärmerückgewinnung effizient nutzen, um die Heizkosten zu senken. Außerdem ist diese Art der Energienutzung sehr klimafreundlich, da sie weitgehend ohne zusätzliche Heizsysteme auskommt.
Allerdings eignet sich die Wärmerückgewinnung zum Heizungsersatz vorrangig in neuen Gebäuden mit sehr hoher Energieeffizienz, die mit einer kontrollierten Wohnraumlüftung ausgestattet sind. In vielen Altbauten lohnt sich der technische Aufwand eher nicht, sofern die Heizung und Wärmedämmung sich nicht auf einem entsprechenden Stand befinden.
Wenn Sie den Einbau einer Lüftungsanlage im Neubau planen und die sonstigen Voraussetzungen des Gebäudes stimmen, sollten Sie die Möglichkeiten der Wärmerückgewinnung (gegebenenfalls über Wärmepumpen) unbedingt berücksichtigen.
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