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Wärmeübertrager

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Definition: ein Apparat, der Wärme von einem Medium auf ein anderes übertragen kann

Englisch: heat exchanger

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 19.03.2010; letzte Änderung: 16.09.2016

Ein Wärmeübertrager (oder Wärmetauscher) ist ein Apparat, der Wärme von einem Medium auf ein anderes übertragen kann. In der Energietechnik wird eine breite Palette von unterschiedlichsten Wärmeübertragern eingesetzt, von denen einige im Folgenden beschrieben werden:

Bauarten von Wärmeübertragern

Es gibt eine große Vielfalt von Bauarten für Wärmeübertrager, die hier nicht erschöpfend behandelt wird. Eine wichtige Unterscheidung bei Wärmeübertragern für Wasser- oder Luftströme sei aber erläutert:

Gegenstrom-Wärmeübertrager

Abbildung 1: In einem Gegenstrom-Wärmeübertrager fließen die beiden Medien in entgegengesetzter Richtung, so dass im Prinzip ein kompletter Wärmeaustausch möglich ist.

Leistungsmerkmale

Ein idealer Wärmeübertrager würde nicht nur keine Wärme verlieren (etwa durch Wärmeleitung hin zur Außenluft), sondern auch die gesamte Exergie der Stoffströme erhalten. Dies ist im Prinzip mit dem Gegenstrom-Wärmeübertrager (siehe oben) annähernd möglich, wenn die Durchflussgeschwindigkeiten nicht zu hoch sind. Es ist dann z. B. bei einer Lüftungsanlage möglich, dass die Abluft (mit der Raumtemperatur von 20 °C) die Wärme weitgehend auf die Frischluft mit z. B. 0 °C überträgt, so dass die Frischluft auf fast 20 °C vorgewärmt und die Abluft mit fast 0 °C entlassen wird. Die Lüftungs-Wärmeverluste betragen bei guten Anlagen und kleinerer Leistungsstufe nur rund 10 % dessen, was ohne Wärmerückgewinnung verloren ginge. Der sogenannte Temperaturwirkungsgrad (auch Rückwärmzahl genannt) ist dann rund 90 %.

Je besser die Wärmeleitung im Wärmeübertrager funktioniert, desto höher dürfen die Stoffströme werden, ohne die Effizienz der Wärmeübertragung zu vermindern. Hierzu können große Oberflächen ebenso beitragen wie dünne Trennschichten aus gut wärmeleitendem Material (etwa Edelstahl). Ein wichtiger Kennwert ist der Wärmeübergangskoeffizient, der nicht nur durch Wärmeleitung, sondern auch durch Effekte ans Grenzflächen beeinflusst sein kann.

Wärmeübertrager müssen in aller Regel noch mehrere zusätzliche Anforderungen erfüllen:

Teilweise sind hier konstruktive Kompromisse nötig. Beispielsweise haben PlattenWärmeübertrager mit dünneren (und zahlreicheren) Kanälen einen besseren Wärmeübergang, dafür aber höhere Strömungsverluste und eine größere Gefahr der Verschmutzung, und kleine Bauformen sparen Material, begrenzen aber die Effizienz der Wärmeübertragung.

Siehe auch: Wärme, Abwärme, Lüftungsanlage, Frischwasserstation, Economiser

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