Wärmetauscher in Lüftungsgeräten

Der Haupteffekt der Energieeinsparung bei Einbau einer Lüftungsanlage besteht darin, dass die Wärmeenergie aus der Abluft auf die Zuluft übertragen wird. Diese Wärmeübertragung passiert im Wärmetauscher. Je effizienter der Wärmetauscher ist, desto weniger Zusatzenergie müssen Sie für die Erwärmung der hygienisch notwendigen Luftmenge aufwenden.

Für alle Varianten von Lüftungsgeräten gilt: Vergleichen Sie nur Messwerte, die von unabhängigen Prüfstellen ermittelt wurden. Die Herstellerangaben weichen oft erheblich ab, weil andere (günstigere) Messverfahren verwendet werden. Folgende Werte sind relevant:

  • Wärmerückgewinnungsgrad: Bilanziert die Energie, die tatsächlich aus dem Abluftstrom entzogen wird in %. Je höher desto besser.
  • Wärmebereitstellungsgrad in %: Gibt an, wieviel Energie auf die Zuluft übertragen wird. Je höher desto besser. Da dieser Messwert neben der Abluftwärmemenge auch übertragene Energie durch Leckagen, Wärmeleitung, elektrische Abwärme oder eventuelle Beiträge integrierter Wärmepumpen enthält, ist er immer höher als der Wärmerückgewinnungsgrad.
  • Elektrisches Wirkungsverhältnis: Gibt an, wie viel elektrische Energie eingesetzt werden muss, um die Rückgewonnene Wärme bereit zu stellen. Schließt Verbrauch zB. des Ventilators, einer integrierten Wärmepumpe und auch der Regelung ein.

Plattenwärmetauscher

Bei allen Plattenwärmetauschern wird die Luft durch ein Paket aus parallelen, dünnen Platten geführt (immer abwechselnd eine Lage Zuluft und eine Lage Abluft). Die Energie wird von der warmen Luft über die Wärmeleitende PIatte an die kalte Luft übertragen.

  • Keine beweglichen Teile, wartungsarm
  • Einfacher konstruktiver Aufbau
  • Konsequente Trennung der Zuluft und Abluft
  • keine Vermischung


Kreuzstromwärmetauscher:
Beim Kreuzstromwärmetauscher werden die beiden Luftströme (Zuluft und Abluft) über Kreuz durch das Plattenpaket geführt. Diese Bauweise wird bei Lüftungsgeräten recht häufig angewendet.

Gegenstromwärmetauscher:
Beim Gegenstromwärmetauscher werden die beiden Luftströme parallel geführt, mit entgegengesetzter Strömungsrichtung. Da hierbei die Temperaturniveaus besser übereinstimmen, ist der Gegenstromwärmetauscher prinzipiell effizienter.

Variante Kreuz-Gegenstrom-Wärmetauscher:
Der Kreuzgegenstromwärmetauscher ist vom Prinzip her ein Gegenstromwärmetauscher und weist dementsprechend gute Effizienz auf.

Rotationswärmetauscher

Bei dieser Technik dreht sich ein Rotor, der aus zahlreichen Kanälen parallel zur Drehachse besteht (Aussehen ähnlich Wellpappe, jedoch aus korrosionsbeständigem dünnem Blech oder Folie). Jeder Kanal ist somit so lang, wie der Rotor dick ist. Eine Hälfte des Rotors (zB. oben) wird von der Abluft durchströmt, die andere Hälfte (zB. unten) wird in umgekehrter Richtung von der Zuluft durchströmt. Der Teil des Rotors, der oben ist, wird also von der Wärme der Abluft "aufgeladen" und dreht sich dann in die kalte Zuluft. Somit wird jeder einzelne Kanal eine halbe Umdrehung lang erwärmt und kann diese Wärme dann wiederum eine halbe Umdrehung lang abgeben.

  • Feuchtigkeit schlägt sich am kalten Rotor nieder und wird von der Zuluft wieder aufgenommen, somit weniger Probleme mit zu trockener Luft (Rückfeuchtung der Luft)
  • Keine Vorkehrungen für Frostschutz notwendig
  • Auch für großes Luftvolumen geeignet

Zuluftvorwärmung mit Erdwärmetauscher

Der Erdwärmetauscher dient dazu, dass die Temperatur des Erdreichs im Winter zur Vorwärmung der Zuluft und im Sommer zur Kühlung genutzt wird. Da im Winter das Erdreich wärmer ist als die Außenluft kann mit dieser Maßnahme Energie eingespart werden. Im Sommer kann der Erdwärmetauscher zur Kühlung der Zuluft verwendet werden, dabei ist jedoch der mögliche Kondenswasseranfall zu beachten. Die Planung des Erdwärmetauschers sollte bereits vor Ausführung der Kellerschalung abgeschlossen sein, da die Durchführung ins Haus berücksichtigt werden sollte.

Gefahr der Vereisung des Lüftungsanlagen-Wärmetauschers im Winter:

Bei hocheffizienter Wärmerückgewinnung im Lüftungsgerät wird der Abluft sehr viel Wärme entzogen, um die Raumluft zu erwärmen. Wenn die Zuluft zu kalt ist wird die Abluft so weit heruntergekühlt, dass im Wärmetauscher Eis gebildet wird. Dies kann einerseits den Wärmetauscher beschädigen, andererseits verschlechtert eine Vereisung den Wirkungsgrad des Wärmetauschers ganz wesentlich. Aus diesen Gründen ist es wichtig, dass die Zuluft nicht zu weit unter den Gefrierpunkt fällt (je nach Wirkungsgrad des Wärmetauschers), in der Praxis sollte die Zuluft nicht unter etwa -2°C fallen. Diese Zuluftvorwärmung kann mit unterschiedlichen Systemen erfolgen:

  • Luft-Erdwärmetauscher, "Luftwärmetauscher" (gebräuchlichstes System)
  • Sole-Erdwärmetauscher (empfehlenswert!)
  • Luftbrunnen (keine praktische Bedeutung) oder
  • elektrische Vorwärmung (billig, aus energetischen Gründen aber nicht empfehlenswert)

Luft-Erdwärmetauscher ("Luftwärmetauscher")

Der Luft-Erdwärmetauscher besteht aus Rohren, die nahezu horizontal im frostfreien Erdreich verlegt werden. Dies kann rund um die Baugrube oder auch frei unter offenen Flächen (z.B. Garten) erfolgen. Der Durchmesser der Rohre beträgt 150mm-200mm, größere Durchmesser erhöhen den Preis für das Rohrmaterial überproportional. Filter an der Ansaugöffnung sind notwendig, ein Insektenschutzgitter ist zu wenig. Weiters muss das verwendete Rohrmaterial absolut dicht gegen Regen- oder Grundwasser sein.

Sole-Erdwärmetauscher (s0ledurchströmter Erdwärmetauscher)

Als Variante zu diesen Luftwärmetauschern sind auch Erdwärmetauscher erhältlich, bei denen eine Solelösung als Wärmeträger verwendet wird. Beim Sole-Erdwärmetauscher wird durch die Erde ein 25-32 mm starke PE-Leitung verlegt, wie man sie vom Trinkwasser-Hausanschluss kennt. Durch diese Leitung wird ein Wasser-Frostschutzmittel-Gemisch gepumpt. Sie benötigt kein Gefälle und kann bei Häusern mit Keller z.B. zweimal um das Fundament herum oder in anderen vorhandene Baugräben, z.B. parallel zum Abwasser verlegt werden (in etwa 1,5 bis 2,5m Tiefe). Zur Vorwärmung von 200m³ Luft pro Stunde sollten etwa 100m Soleleitung verlegt werden. In die Frischluftleitung der Lüftungsanlage wird ein Sole-Luft-Wärmetauscher eingebaut, bei dem im Winterbetrieb die Luft von der Sole vorgewärmt (bzw. im Sommer vorgekühlt) wird.

Vorteile und Nachteile Sole-Erdwärmetauscher:

  • Hohe Robustheit der Erdleitung
  • Viel bessere und stufenlosen Regelbarkeit und damit bessere Ausnutzung der Erdwärme bzw. Abschaltung bei ausreichend hohen Außentemperaturen (Grenztemperatur kann genau definiert werden)
  • Wegfall aller hygienischen Probleme bzw. Risiken einer Luft-Erdleitung (problemlose Stillstandszeiten im Sommer oder in der Übergangszeit)
  • Geringere Kosten beim Aushub, da Sole-Erdwärmetauscher im Unterschied zu Erdluftkanälen kein sorgfältig nivelliertes Gefälle benötigen.

Luftbrunnen

Der Luftbrunnen besteht grundsätzlich aus einem porösen Massespeicher (z.B. Kies- oder Steinschüttung), der von der zu erwärmenden Luft durchströmt wird.

Vorteile und Nachteile Luftbrunnen:

  • Automatische" Be- und Entfeuchtungswirkung durch die Feuchte des Massespeichers

Luft-Erdwärmetauscher ("Luftwärmetauscher"): Planung, Material, Tipps

Die Planung des Erdwärmetauschers sollte bereits vor Ausführung der Kellerschalung abgeschlossen sein, da hierbei die Durchführung ins Haus berücksichtigt werden sollte.

Geeignetes Rohrmaterial

Der Durchmesser der Rohre beträgt 150mm-200mm, größere Durchmesser erhöhen den Preis für das Rohrmaterial überproportional. Achten Sie auf eine gute (dichte) Verbindung zum Lüftungsgerät. Weiters muss für das verwendete Rohrmaterial eine dichte Durchführung durch die Kellerwand möglich sein (PU-Schaum ersetzt keine sachgemäße Dichtung!). Obwohl die Wärmeleitfähigkeit der Rohrmaterialien unterschiedlich ist, hat das Rohrmaterial für den Ertrag des Erdwärmetauschers fast keine Auswirkung (<5%).

Rohrmaterialien

Verwenden Sie trotz des günstigen Preises eher keine PVC-Rohre (Kanalrohre). An den Steckverbindungen kann sich Wasser ansammeln (Keimbildungsgefahr). Außerdem sind Steckverbindungen nicht wirklich luftdicht, somit könnte das Lüftungsgerät Luft durch das Erdreich ansaugen. Aus hygienischen Gründen sollten nur weichmacherfreie PVC-Rohre eingebaut werden ("PVC-Hart").Sehr gut geeignet sind PE-Rohre, die an den Stößen geschweißt werden (gute Dichtheit). Diese Rohre sind auch statisch gut belastbar und unempfindlich gegen Ablagerungen, Verkrustungen, Abrieb und Frost.

Betonrohre sind aus heutiger Sicht nicht mehr erste Wahl (rauhe Innenseite mit Gefahr von Ablagerungen). Steinzeug und Gussrohre sind nicht nötig ("überqualifiziert").

Achten Sie darauf, dass die Rohrenden bereits bei Einbau gut abgedichtet werden (zB. mit Folie). Während der Bauzeit könnten sonst Verunreinigungen oder sogar Lebewesen in die Rohre kommen, die nachher praktisch nicht mehr entfernbar sind.

Verlegung der Rohre

Die Rohre des Luft-Erdwärmetauschers werden nahezu horizontal im frostfreien Erdreich verlegt (ca. 1,5 bis 2 m Tiefe). Dies kann rund um die Baugrube oder auch frei unter offenen Flächen (z.B. Garten) erfolgen. Die Länge beträgt maximal 30-40m, darüber ändert sich die erzielbare Temperatur kaum mehr. Da die Aufenthaltsdauer der Luft im Erdwärmetauscher entscheidend ist, können auch 2 parallel geführte Stränge mit halber Länge verwendet werden. Für eine eventuelle spätere Inspektion oder Reinigung sollten keine 90°-Winkelstücke verwendet werden, sondern lieber mehrere 30° oder 45°-Bogen hintereinander mit kurzen geraden Stücken dazwischen.

Die Verlegung von parallelen Strängen sollte aus strömungstechnischen Gründen nach Tichelmann erfolgen ("Tichelmannschema", alle Wege durch die Rohre sind gleich lang). Damit wird eine gleichmäßige Aufteilung der Ströme sichergestellt. Der Abstand der Rohre muss jedenfalls größer als 1m sein, da sonst der Ertrag merkbar abnimmt. Bei kleineren AnIagen (Einfamilienhäuser) reicht aber ohnehin meist ein Einrohrsystem aus.

Vermeiden Sie aus hygienischen Gründen jede Wasseransammlung im Rohr
Im Frühling und Sommer kann nämlich es durch Kondensation zu erheblichem Tauwasseranfall im Rohr kommen (etwa 0,15 l/h, aus einem h/x-Diagramm ablesbar). Aus diesem Grund sollten Sie auf eine konstante Steigung von mindestens 2% achten. Flexible und gerippte Rohre sind ungeeignet!

Der tiefste Punkt des Rohres sollte an der Durchführung ins Haus liegen.
So können Sie bei Tauwasseranfall im Sommer das Rohr leicht entleeren. Es gibt auch die Möglichkeit, den Erdwärmetauscher bei Tauwassergefahr mittels Bypass zu umgehen. Die Variante mit Sickerschacht vor der Hausdurchführung ist nicht zu empfehlen, da der Schacht nicht luftdicht ausführbar ist und die Zuluft mit dem Erdreich in Berührung kommt.

Haustechnik Bussysteme

Bussystem waren früher nur in teuren Bürogebäuden zu finden, heute sind sie durch die niedrigeren Kosten durchaus auch schon für Hausbauer interessant.

Aus der teuren Gebäudeleittechnik ist die "Home Automation" für den Privatanwender entstanden. Verbraucher, Sensoren und Schalter (Aktoren) werden dabei nicht konventionell verdrahtet (Kabel vom E-Verteiler über Schalter zum Verbraucher), sondern über ein sog. Bus-System verbunden. Damit ist eigentlich nur ein Niederspannungskabel gemeint, das alle Geräte verbindet und über das alle Geräte miteinander "kommunizieren" können. Ausser dieser Datenleitung brauchen die Verbraucher natürlich auch noch eine Energieleitung (Wechselstromversorgung). Sämtliche Funktionen (vom Lichtschalter über die Heizungsregelung bis zur Alarmanlage) werden von einem Rechner über dieses Bussystem gesteuert.

Vorteile:

  • Komfortsteigerung, z.B. Programm "Abwesenheit" mit geschlossenen Rolläden in der Nacht, Abschalten unnötiger Verbraucher, Temperaturabsenkung,
  • Alle Schalter-Verbraucher-Zuordnungen und deren Funktionalität sind änderbar. Passt die Zuordnung nicht mehr (z.B. Änderung der Einrichtung), so wird die Zuordnung einfach neu festgelegt. Natürlich kann auch aus einem Schalter ein Taster werden, Wechselschalter sind ganz einfach nachzubilden, Zeitschalter können einfach programiert werden,
  • Lichtszenen können programmiert werden statt mehrere einzelne Leuchten einzuschalten.
  • Geringerer Installationsaufwand, vereinfachte Installationsplanung, leichte Fehlerbehebung
  • Alarme, Fehlfunktionen etc. sind bei vielen Systemen beliebig anzeigbar (z.B. SMS auf das Handy bei Heizungsstörung)
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