Wärmetauscher

Wärmetauscher bestehen aus einem Primärkreislauf, mit welchem sie thermische Energie aus der Umwelt, also der warmen Umgebungsluft, aufnehmen, und einem Sekundärkreislauf, mit dem die aufgenommene Energie beispielsweise zu Heizzwecken an das den Kreislauf umgebende Brauchwasser abgegeben wird.

Um einen hohen Wirkungsgrad erzielen zu können, müssen Wärmetauscher eine große Fläche aufweisen. Der Wärmewiderstand des Materials sollte möglichst gering sein. Diese Anforderungen werden von Wärmetauschern erfüllt, die als spiralförmig ausgeführte Rohrleitungen aus Kupfer aufgebaut sind. Auch Metall weist eine gute Wärmeleitfähigkeit auf.

In industriellen Großanlagen werden vorzugsweise Wärmetauscher aus Edelstahl eingesetzt, da sie eine höhere Beständigkeit aufweisen. Um die Wärmeübertragung zwischen dem strömenden Energieträger (der Warmluft) und dem Material des Wärmetauschers zu optimieren, sollte eine möglichst turbulente Luftströmung mit hoher Geschwindigkeit erzielt werden. Neben einer spiralförmigen Ausführung erfüllt auch die Anordnung mehrerer paralleler Platten wie bei einem Plattenwärmeübertrager die Flächenanforderung.

Neben dieser indirekten Wärmeübertragung bestehen prinzipiell zwei weitere Wärmetauschverfahren. Bei der direkten Wärmeübertragung strömen die eine unterschiedliche thermische Energie aufweisenden Energieträger direkt aneinander vorbei. So wird in Kühltürmen das nach einem Arbeitsprozess aufgewärmte Kühlwasser an den Betonwänden des Kühlturms entlang durch den Turm geleitet, um seine Energie an die kühlere Außenluft abzugeben. Bei der halbdirekten Wärmeübertragung kommt es zu einem abwechselnden zeitversetzten Kontakt mit dem Wärmespeicher. In Gebäudeklimaanlagen arbeiten Rotationswärmetauscher mit dem Prinzip der halbdirekten Wärmeübertragung.

Wärmetauscher können sehr flexibel je nach Einsatzzweck ausgeführt werden. Neben den genannten Spiral- und Plattenwärmeübertragern werden auch Rohr-, U-Rohr- und Doppelrohrwärmetauscher eingesetzt, durch die das zu kühlende oder zu heizende Medium durch Luft oder Wasser geleitet wird. Heizregister und Schichtwärmetauscher arbeiten mit Lamellen.

Die speziellen Konstruktionsarten lassen zu, dass die Wärmeträger-Medien, in denen sich der Wärmeaustausch vollzieht, in jeder Kombination sowohl gasförmig als auch flüssig vorliegen können.