RP-Energie-Lexikon
fachlich fundiert, unabhängig von Lobby-Interessen
www.energie-lexikon.info

Wärmeübertrager

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

Englisch: heat exchanger

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta (G+)

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 19.03.2010; letzte Änderung: 21.10.2018

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:

  • In einem Gleichstrom-Wärmeübertrager fließen die beiden Medien, die z. B. durch eine wärmeleitende Platte getrennt sind, in der gleichen Richtung. Im besten Fall wird am Ende ein vollständiger Ausgleich der Temperaturen erreicht. Die Endtemperatur liegt dann zwischen den beiden Eingangstemperaturen. Beispielsweise könnten zwei gleich starke Wasserströme mit Eingangstemperaturen von 60 °C bzw. 20 °C zu einer gemeinsamen Auslasstemperatur von ca. 40 °C führen. Die Temperaturangleichung ist mit einem Verlust an Exergie verbunden.
Gegenstrom-Wärmeübertrager
Abbildung 1: In einem Gegenstrom-Wärmeübertrager fließen die beiden Medien in entgegengesetzter Richtung, so dass im Prinzip ein kompletter Wärmeaustausch möglich ist.
  • In einem Gegenstrom-Wärmeübertrager fließen die beiden Medien in entgegengesetzter Richtung. Hierdurch wird ein stärkerer Wärmeaustausch möglich. Im Idealfall kann die Auslasstemperatur jedes Mediums annähernd der Einlasstemperatur des anderen Mediums entsprechen. Beispielsweise könnten zwei gleich starke Wasserströme mit Eingangstemperaturen von 60 °C bzw. 20 °C dazu führen, dass der anfangs warme Strom auf 20 °C abgekühlt und der andere auf 60 °C aufgeheizt wird. In diesem Extremfall würde praktisch keine Exergie verloren gehen.
  • Ein Verhalten zwischen diesen Extremen tritt beim Kreuzstrom-Wärmeübertrager auf, bei dem die beiden Stoffströme ca. im rechten Winkel zueinander strömen. Es gibt auch Mischformen wie den Kreuzgegenstrom-Wärmeübertrager.

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:

  • Die Strömungsverluste (Reibungsverluste der Stoffströme beim Durchgang) sollen möglichst gering sein, um den Energieaufwand für Pumpen oder Ventilatoren klein zu halten. Ein Maß für die Strömungsverluste ist der Druckverlust bei einem bestimmten Volumenstrom.
  • Ein Wärmeübertrager muß einen bestimmten Temperaturbereich und evtl. eine gewisse Druckbelastung aushalten können.
  • Verstopfung (z. B. durch Ablagerungen von Staub, Schmutz oder Kalk) müssen möglichst vermieden werden. Gegebenenfalls sollte eine Reinigung einfach möglich sein.
  • Die verwendeten Materialien sollten ggf. resistent gegen aggressive Stoffe sein, z. B. bei Brennwertkesseln gegen saures Kondensat.
  • Häufig müssen die Stoffströme zuverlässig getrennt bleiben, um z. B. das Übertreten von Schadstoffen in die Raumluft zu verhindern.
  • Eine kompakte und preisgünstig herzustellende Bauform ist oft wünschenswert.

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

Kommentare von Lesern

Hier können Sie einen Kommentar zur Veröffentlichung vorschlagen. Über die Annahme wird der Autor des RP-Energie-Lexikons nach gewissen Kriterien entscheiden. Im Kern geht es darum, dass der Kommentar für andere Leser potenziell nützlich ist.

Datenschutz: Bitte geben Sie hier keine personenbezogenen Daten ein. Wir würden solche allerdings ohnehin nicht veröffentlichen und bei uns bald löschen. Siehe auch unsere Datenschutzerklärung.

Wenn Sie nur dem Autor eine Rückmeldung zukommen lassen möchten, verwenden Sie bitte den Kasten "Wie gefällt Ihnen dieser Artikel" weiter unten. Wenn Sie eine Rückmeldung vom Autor wünschen, schreiben Sie ihm bitte per E-Mail.

Ihr Kommentar:

Ihr Hintergrund:

Spam-Prüfung:

  (Bitte die Summe von fünf und zwölf hier als Ziffern eintragen!)

Bem.: Mit dem Abschicken geben Sie Ihre Einwilligung, Ihren Kommentar hier zu veröffentlichen. (Sie können diese später auch widerrufen.) Da Kommentare zunächst vom Autor durchgesehen werden, erscheinen sie verzögert, evtl. erst nach mehreren Tagen.

Wie gefällt Ihnen dieser Artikel?

Ihr Gesamteindruck:

weiß nicht
unbefriedigend
in Ordnung
gut
ausgezeichnet

Fachliche Qualität:

weiß nicht
unbefriedigend
in Ordnung
gut
ausgezeichnet

Lesbarkeit:

weiß nicht
unbefriedigend
in Ordnung
gut
ausgezeichnet

Verdient dieser Artikel (oder das Energie-Lexikon insgesamt) Ihrer Ansicht nach Links von anderen Webseiten?

nein
eventuell
ja

Kommentar:

Vielleicht haben Sie auch konkrete Vorschläge für inhaltliche Ergänzungen, nützliche Literaturangaben etc. Falls Sie eine bessere Website für dieses Thema kennen, sind wir dankbar für einen Hinweis darauf.

Datenschutz: Bitte geben Sie hier keine personenbezogenen Daten ein. Wir würden solche zwar ohnehin nicht veröffentlichen, aber die eingegebenen Daten bleiben bei uns langfristig gespeichert. Siehe auch unsere Datenschutzerklärung.

Wenn Sie einen Kommentar zur Veröffentlichung auf unserer Seite vorschlagen möchten, verwenden Sie dazu bitte das Formular im Kasten "Kommentare von Lesern" weiter oben. Wenn Sie eine Antwort möchten, senden Sie bitte eine E-Mail.

Spam-Prüfung:

(bitte den Wert von 5 + 8 hier eintragen!)

Wenn Ihnen das RP-Energie-Lexikon gefällt, möchten Sie vielleicht auch den RP-Energie-Blog als E-Mail-Newsletter abonnieren.

Teilen Sie den Link auf diesen Artikel mit anderen: