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Wärmetauscher – Arten und Einsatzbereiche
Ein Wärmeübertrager beziehungsweise Wärmetauscher erlaubt das Übertragen von Energie von einem auf den anderen Stoff. Elementar für diesen Prozess ist, dass sich die Stoffe und Materialien dafür nicht berühren müssen. Als Komponente in einem Heizsystem kann er die Effizienz steigern und bares Geld sparen. Das funktioniert, indem er verlorene Abwärme wieder aufgreift und sie wieder nutzt.
Der Wärmetauscher in der Heizungstechnik
Wie bereits eingangs erwähnt, kommt dieses moderne und innovative Bauteil in Heizsystemen zum Einsatz. Hier kann es die Effizienz steuern und den natürlichen Ablauf der Wärmeübertragung optimieren. Unterschieden wird generell zwischen der Funktionsweise in der Heizungstechnik und der Funktion in Kombination mit der Brennwerttechnik. Ersteres wird hier erläutert. Der zweite Abschnitt widmet sich der Betrachtung der Funktion in Kombination mit der Brennwerttechnik. Der Wärmetauscher in der Heizungstechnik wird unter anderem genutzt, um Wasser (und auch Brauchwasser) für die Heizung zu erwärmen.
Direkte, indirekte und halbindirekte Wärmeübertragung
Aus technischer Sicht ist zwischen der direkten, indirekten und halbindirekten Wärmeübertragung zu differenzieren. Wärmeübertrager in Heizkörpern nutzen eine indirekte Wärmeübertragung. Hierbei sind die Stoffströme durch eine wärmedurchlässige Wand räumlich getrennt. Im Fachjargon heißt dies "Rekuperator", wobei die gängigen Begriffe auch in der Heiztechnik schlicht "Wärmetauscher" oder "Wärmeübertrager" sind.
Zur näheren Erläuterung der Funktionalität lässt sich diese am besten an einem Praxisbeispiel darlegen. So wird Wasser durch eine Gastherme mit einer Gasflamme erhitzt – soweit ein ganz normaler Vorgang. Die Wärmeenergie der Flamme wird im nächsten Schritt durch den Wärmetauscher auf das fließende beziehungsweise durchlaufende Heizwasser übertragen. Gepaart mit der Erhitzung durch die bereits bekannte Heiztherme selbst kann das aufgeheizte Wasser nun durch die Heizungsrohre der Heizungsanlage strömen, wodurch sich ein Heizkreislauf bildet.
Der Wärmetauscher überträgt die Wärme von einem Stoff auf einen anderen
Der Wasserzulauf stellt sicher, dass dieses Wasser in die Heizkörper gelangt, wo es gebraucht wird (die thermische Energie abgibt) und anschließend wieder zurückfließt, um den Kreislauf erneut zu beginnen. Durch das Übertragen der Energie der Flamme auf das Wasser entsteht eine höhere Effizienz, für welche direkt der Wärmeübertrager verantwortlich ist. Er macht also genau das: die Wärme von einem Stoff (der Flamme) auf den zweiten (das Wasser) übermitteln.
Der Wärmetauscher in der Brennwerttechnik
Unterschiede zeigen sich bei der Nutzung in Kombination mit der Brennwerttechnik. Diese gilt als ein modernes und energieeffizientes Verfahren, um auch die Wärme und Energie der Abgase aktiv zu verwenden. Die Energie der entstehenden Verbrennungsabgase wird vom Wärmetauscher aufgegriffen und in einen wärmespeichernden Behälter verlagert. Der Wasserrücklauf führt auf seinen Weg durch den Kreislauf durch dieses Rohr, wodurch das Wasser bereits auf dem Rücklauf vorgewärmt wird. Dadurch muss es durch den eigentlichen Rohstoff nicht mehr so intensiv aufgewärmt werden. Das spart im Gegenzug erneut Energie. Die Therme benötigt also weniger Energie, um das zurückgeflossene Wasser wieder auf Betriebstemperatur zu bringen.
Der Wärmetauscher stößt keinen CO2 aus
Neben den positiven wirtschaftlichen Aspekten, welche sich durch eine gesteigerte Effizienz der Heizung ergeben, hat das auch direkte Vorteile für die Umwelt. Der Wärmetauscher stößt keinen CO2 aus, da er ja selbst keine Wärme produziert, sondern diese lediglich umleitet. Weil diese Umleitung in der Praxis aber stattfindet, muss während des gesamten Kreislaufes weniger neue Wärme erzeugt werden. Dadurch werden weniger Rohstoffe und damit auch eine geringere Verbrennung notwendig. Die Wärmetauscher sind auch deshalb eine unersetzliche Komponente in modernen Heizungssystemen und bei Heizungen, welche sich die Brennwerttechnik zunutze machen.
Wichtig ist, dass der Wärmetauscher gut erreichbar bleibt
Es existieren natürlich jeweils unterschiedliche Modelle. Umso wichtiger ist es, die richtige Auslegung zu bestimmen (mehr dazu im Artikel die Berechnung des Wärmetauschers). Darüber hinaus sollte der Wärmetauscher gut erreichbar bleiben, denn er muss mitunter in regelmäßigen Abständen gewartet werden. Das Material spielt ebenfalls eine Rolle. Metall gilt als besonders vorteilhaft. Vor allem Wärmetauscher aus Edelstahl sind beliebt, da sie korrosionsbeständig sind und auch gegenüber dem pH-Wert des Heizwassers unempfindlicher als Aluminium reagieren. Letzteres bietet aber auch viele Vorteile. Denn dieses lässt sich leicht warten und der Verschleiß fällt nur sehr gering aus. Allerdings gilt es darauf zu achten, dass das Heizwasser nicht zu sauer wird. Ein pH-Wert zwischen 8,2 und 10,5 ist erstrebenswert. Dieser kann vom Installateur bei einer Wartung überprüft werden. In einigen Fällen wird auch Kupfer als Material verwendet.
Infografik: So funktioniert ein Wärmetauscher
Fazit von Philipp Hermann
Der Wärmetauscher überträgt die thermische Energie von einem Stoff auf einen anderen. Dieser optimiert die natürliche Wärmeübertragung. Somit trägt der Wärmetauscher zum energieeffizienten Betrieb einer Heizungsanlage bei. Auch beim Einsatz von Brennwertgeräten ist der Wärmetauscher nicht mehr wegzudenken. Vor allem im Sinne der Heizkosten und gleichzeitig im wachsenden Umweltbewusstsein darf dieses Bauelement in einer modernen Heizung nicht mehr fehlen.
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