Wie funktioniert eigentlich...
ein Wärmeübertrager?
Bild 1: Prinzip eines Rekuperators: Die Wärme wird über eine feste Wand vom wärmeren zum kälteren Medium übertragen.
Bild 2: Betriebsarten von Rekuperatoren.
Bild 3: Prinzip eines Regenerators: Der Wärmespeicher dreht sich. Dabei nimmt er Energie von der wärmeren Fortluft auf und überträgt sie auf die kalte Außenluft.
Wärmetauscher sind Apparate, die die Aufgabe haben, Wärme von einem Medium höherer Temperatur auf ein Medium niedrigerer Temperatur zu übertragen. Daher ist die eigentlich verbindliche Bezeichnung „Wärmeübertrager“ physikalisch richtig und der in der Praxis oft verwendete Begriff „Wärmetauscher“ oder „Wärmeaustauscher“ falsch. Man unterscheidet zwei unterschiedliche Apparatetypen.
Rekuperator
Im ersten Fall sind die beiden Medien durch eine Wand dauerhaft voneinander getrennt (Bild 1). Der Wärmestrom fließt vom wärmeren Medium durch die Trennwand an das kältere Medium. Dieser Gerätetyp wird als Rekuperator bezeichnet. Beispiele dafür sind Plattenwärmeübertrager in Fernwärmeübergabestationen oder Rippenrohrregister wie beim Autokühler.
Die Rekuperatoren bilden die deutliche Mehrheit aller verwendeten Wärmeübertrager. Deshalb findet man bei dieser Apparategruppe eine sehr große Vielfalt von Formen und Betriebsarten. Betriebsarten unterscheiden sich durch die Führung der Medienströme zueinander. Dabei gibt es Gleichstrom, Gegenstrom, Kreuzstrom und etliche Mischformen (Bild 2). Die unterschiedliche Stromführung ist entweder durch die spezielle Bauform des Apparates bedingt (z.B. Kreuzstrom für Rohrregister in Luftkühlern) oder soll gezielt bestimmte Effekte erreichen (z.B. Gegentrom: kleinere Apparategröße; Gleichstrom: thermisch schonender).
Die große Formenvielfalt entsteht auch dadurch, dass die wärmeübertragenden Flächen vergrößert werden (Rippen, Noppen). Diese Oberflächenvergrößerung findet immer auf der Seite des schlechteren Wärmeüberganges statt. Bei Wärmeübertragung zwischen Flüssigkeit und Gas ist das die Gasseite. Bei gleichartigen Stoffen ist es die Seite mit den schlechteren Strömungsverhältnissen.
Regenerator
Regeneratoren werden vorwiegend zur Wärmeübertragung zwischen gasförmigen Medien verwendet. Deshalb trifft man diese zweite Bauform vorwiegend in der Lüftungs- und Klimatechnik an. Beispielsweise durchströmen Außen- und Fortluft wechselweise einen Wärmespeicher, bleiben aber voneinander getrennt (es kommt zu keiner Vermischung der Medien). Meist wird ein Rotationswärmeübertrager eingesetzt (Bild). Die langsam rotierende Speichermasse kommt wechselweise in den Strömungsweg der beiden Medien. Die Fortluft erwärmt zunächst die Speichermasse, die wiederum die Energie auf die kältere Außenluft überträgt. Sobald hygienische Probleme auftreten können, sind Rotationswärmeübertrager nicht einsetzbar.
