Wärmerückgewinnung - Arten und Vorteile

Grundsätzlich ist die Wärmerückgewinnung ein Sammelbegriff für das erneute Nutzbarmachen von thermischer Energie innerhalb eines Prozesses. Im Detail heißt das, die thermische Energie eines Stoffes kann genutzt und auf einen anderen übertragen werden. Ein typisches Beispiel dabei ist die Wohnraumlüftung, bei der die Wärme der verbrauchten Abluft verwendet wird, um die frische und kalte Außenluft ganz ohne Heizung auf angenehme Temperaturen zu bringen. Wie die Wärmerückgewinnung funktioniert, welche Arten man unterscheidet und worin ihre Vorteile liegen, erklären wir in diesem Beitrag.

Was ist Wärmerückgewinnung eigentlich?

Energierückgewinnung

Die Wärmerückgewinnung ist ein Teilbereich der Energierückgewinnung. Neben dem Gebäudesektor spielt sie aktuell u.a. bei elektrischen Schienenfahrzeugen eine Rolle. 

Die Wärmerückgewinnung ist ein technischer Prozess, bei dem die Energie eines Stoffes auf einen anderen übertragen wird. Im Wohnbereich geht es dabei meist darum, die Wärme nicht mehr benötigter Raumluft, die in der Regel eine Temperatur von 20 Grad Celsius und mehr hat, zum Heizen nutzbar zu machen. Das spart nicht nur Heizkosten, sondern entlastet zusätzlich auch das Klima. Die thermische Energierückgewinnung kommt diesbezüglich auf verschiedene Weise zum Einsatz. Am bekanntesten ist wohl die bereits erwähnte Wohnraumlüftung mit Wärmerückgewinnung. Aber auch bestimmte Wärmepumpenarten machen sich dieses Prinzip zunutze. 

Welche Arten der Wärmerückgewinnung gibt es?

Um zum Beispiel in einer Lüftungsanlage die Energie der verbrauchten Abluft nutzen zu können, wird ein sogenannter Wärmerückgewinner benötigt. Je nachdem, wie dieser funktioniert, unterscheidet man heute:

  • die rekuperative Wärmerückgewinnung mit getrennten Stoffströmen
  • die regenerative Wärmerückgewinnung mit Wärmespeichermedium
  • die Wärmerückgewinnung mit Wärmepumpen

Rekuperative Wärmerückgewinner

Das Bild zeigt eine schematische Darstellung eines rekuperativen Wärmerückgewinners.

Kennzeichen für eine rekuperative Wärmerückgewinnung ist, dass beide Medien – bei der Wohnraumlüftung die frische Außenluft und die verbrauchte Raumluft – in getrennten Kanälen geführt werden. Das heißt, beide Luftströme kommen nicht in Berührung miteinander.

Ein typisches Beispiel ist der Plattenwärmeübertrager, der zum Beispiel in vielen zentralen Lüftungsgeräten eingesetzt wird. Außen- und Abluft strömen dabei in verschiedenen, neben- bzw. übereinander angeordneten Kanälen aneinander vorbei, während die Energie vom einen auf das andere Medium übergeht. Besonders viel Wärme kann dabei rückgewonnen werden, wenn Außen- und Abluft im Gegenstrom, also parallel und in unterschiedlichen Richtungen aneinander vorbeigeführt werden.

Da sich die unterschiedlichen Medien bei der rekuperativen Wärmerückgewinnung nicht berühren, eignet sie sich vor allem da, wo besonders hohe Ansprüche an die Hygiene bestehen.

Regenerative Wärmerückgewinner

Die Grafik zeigt einen regenrativen Wärmerückgewinner.

Im Gegensatz zu rekuperativen Wärmerückgewinnern wird die thermische Energie bei regenerativ funktionierenden Geräten nicht direkt, sondern indirekt vom einen auf das andere Medium übertragen. In der Lüftung werden Ab- und Außenluft dabei abwechselnd über ein bestimmtes Speichermedium geführt. Dieses nimmt dabei die Energie des ersten Stroms auf und überträgt sie zeitversetzt auf den zweiten.

Ein typisches Beispiel ist der Rotationswärmeübertrager. Dieser besteht aus zahlreichen, mit Speichermedien gefüllten Röhrchen, die zu einem großen Rad verbunden sind. Das sieht in etwa so aus, als würde man viele Strohhalme zusammenbinden. Während sich das Rad dreht, passieren die einzelnen Röhrchen abwechselnd den Abluft- und den Zuluftstrom. Das Besondere daran ist, dass neben der Wärme auch die Feuchte der verbrauchten Luft übertragen werden kann.

Da die beiden Luftströme bei der regenerativen Wärmeübertragung stofflich nicht voneinander getrennt sind, eignet sich die Technik nicht, wenn hohe Hygieneanforderungen bestehen. Durch die Rückgewinnung der Feuchte wird die vor allem im Winter sehr trockene Außenluft befeuchtet, wodurch ein gesundes Wohnklima entsteht.

Ein weiteres Beispiel für regenerative Wärmeübertrager sind Kreislauf-Verbund-Systeme. Bei diesen wird die Energie zunächst auf ein fließendes Medium und von diesem auf einen zweiten Stoff übertragen. Durch den zwischengeschalteten Kreislauf, in dem zum Beispiel Wasser zirkulieren kann, ist die Wärmerückgewinnung auch dann möglich, wenn Außen- und Abluftkanäle eigentlich weit entfernt voneinander angeordnet sind.

Wärmerückgewinnung mit der Wärmepumpe

Eine weitere Möglichkeit der Energierückgewinnung bietet die Wärmepumpe. Wie andere Systeme kann auch sie thermisch Energie aus der Abluft gewinnen. Das Besondere daran ist jedoch, dass eine Wärmepumpe die Energie nicht direkt zum Aufheizen der Zuluft nutzt. Denn über einen technischen Prozess, den wir im Beitrag Wärmepumpe einfach verständlich erklären, kann sie das Temperaturniveau der rückgewonnenen Wärme so weit anheben, dass diese sogar für Heizung oder Warmwasserbereitung genutzt werden kann. Sogenannte Abluft-Wärmepumpen, die Energie aus der verbrauchten Raumluft beziehen, lohnen sich meist dann, wenn ausreichend große Luftvolumen ausgetauscht werden. Denn nur dann können sie auch genügend Energie für Heizung und Warmwasser bereitstellen. In der Praxis beziehen Abluftwärmepumpen ihre Energie aus Kellerräumen und übernehmen vor allem die Warmwasserbereitung.

Neben der Abluft kommt auch das Abwasser als Energielieferant infrage. Die sogenannte Abwasser-Wärmepumpe arbeitet in dem Fall wie eine klassische Wasser-Wasser-Wärmepumpe und nutzt die im Brauchwasser enthaltene Energie (meist zwischen zehn und 20 Grad Celsius), um ein Kältemittel zum Verdampfen zu bringen. Sie findet vor allem in größeren Gebäuden mit konstant hohem Abwasservolumen Verwendung und weniger in privaten Haushalten.  

Worin liegen die Vorteile der Energierückgewinnung im Gebäudesektor?

Die Wärmerückgewinnung macht Energie nutzbar, die sonst über Fenster, Lüftungsanlage oder Abwasserleitung verloren gehen würde. Das spart Heizkosten und schont zusätzlich auch das Klima. Denn die Energie, die zum Beispiel von rekuperativen oder regenerativen Systemen zurückgewonnen wurde, muss vom Kessel nicht mehr erzeugt werden. Vor allem dann, wenn Geräte eingesetzt werden, die neben der Wärme auch einen Teil der Feuchte zurückgewinnen, entsteht darüber hinaus auch ein angenehmes Wohnklima.

Heizung.de Autor Alexander Rosenkranz
Fazit von Alexander Rosenkranz
Die Wärmerückgewinnung macht thermische Energie nutzbar, die sonst einfach verschwinden würde. Auf diese Weise kann die Effizienz eines Gebäudes oder einer Wohnung gesteigert werden, wodurch auch die Heizkosten spürbar sinken.
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