Rotationswärmeübertrager
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Ein Rotationswärmeübertrager oder Rotationswärmetauscher ist ein Wärmeübertrager, bei dem die Wärme von einem Luftstrom auf einen anderen übertragen wird, indem eine rotierende Speichermasse abwechselnd durch den einen Luftstrom aufgewärmt und durch den anderen abgekühlt wird.
[Bearbeiten] Funktion
Der Rotor besteht aus zahlreichen zur Achse parallelen Kanälen; es wird die Fähigkeit der Wände dieser Kanäle, die Wärme zu speichern, ausgenutzt. Durch eine Hälfte des Rotors wird die warme Abluft geblasen, die Wände werden dadurch aufgewärmt. Dreht sich der Rotor weiter, erreichen die aufgewärmten Kanäle den Bereich, wo die kalte Außenluft angesaugt wird; an den warmen Wänden der Kanäle wird diese Luft erwärmt und die Wände werden abgekühlt. Die beiden Luftströme sind in Gegenrichtung angeordnet, sodass der Rotor eine kalte und eine warme Seite hat (Gegenstrom-Wärmeübertrager).
Bei der einfachsten Anordnung, die im Bild dargestellt ist, sind die Kanäle noch mit warmer Abluft gefüllt, wenn sich der Rotor weiterdreht und den Bereich der entgegengesetzten Luftströmung erreicht. Es wird dann die Abluft aus den Kanälen mit der Zuluft vermischt. Dies kann verhindert werden, indem in einem kleinen Bereich (Sektor) die Zuluft von außen nicht ins Gebäudeinnere weitergeleitet wird, sondern in einer sogenannten Spülkammer umgelenkt wird und in Gegenrichtung durch den Rotor in den Abluftkanal geblasen wird. Damit kommt es allerdings zu einer geringfügigen Verringerung der Effizienz.
[Bearbeiten] Aufbau
Der Rotor wird meistens aus einem dünnen Blech oder dünnen Folien gefertigt. Am einfachsten ist ein Aufbau, bei dem auf einer flachen Folie eine gewellte oder zick-zack gefaltete Folie aufgeklebt ist, ähnlich wie bei Wellpappe. Diese "Wellpappe" kann nun von innen beginnend auf die Achse aufgewickelt werden, bis der gewünschte Außendurchmesser erreicht ist. Zwischen den "Wellen" oder Dreiecken der Folie sind die benötigten Luftkanäle. Typische Blech- oder Foliendicken sind im Bereich von knapp unter 0,1 mm bis zu einigen zehntel Millimetern, die Kanäle sind einige Millimeter groß und so lang wie der Rotor dick ist, ca. 10 bis 50 cm. Das Material für den Rotor muss korrosionsbeständig sein, weil es bei feuchter Innenluft und niedrigen Außentemperaturen zur Kondensation von Wasser im Wärmeübertrager kommen kann. Häufig wird Aluminium verwendet, es kann jedoch auch ein Kunststoff sein (z.B. PET).
Rotationswärmeübertrager werden mit Rotordurchmessern von ca. 40 cm bis über 5 m gefertigt und laufen je nach Größe mit Umdrehungsgeschwindigkeiten von etwa einer halben Umdrehung je Sekunde bis zu einer Umdrehung je Minute.
Der Antrieb erfolgt meist mit einem Asynchronmotor, der mittels eines Riemens den Rotor dreht.
[Bearbeiten] Anwendungen
Rotationswärmeübertrager werden zur Wärmerückgewinnung beim Luftwechsel in klimatisierten Gebäuden und Passivhäusern eingesetzt. In den gemäßigten Breiten steht vor allem die Erwärmung der Zuluft in der kalten Jahreszeit im Vordergrund; bei hohen Außentemperaturen kann der Wärmeübertrager aber auch dazu verwendet werden, um mit der kühlen Abluft die angesaugte Außenluft abzukühlen.
Vorteile:
- Hoher Temperaturwirkungsgrad durch Gegenstromverfahren.
- Temperaturwirkungsgrad variierbar (wenn nur geringe Wärmerückgewinnung benötigt wird, kann die Drehzahl vermindert werden).
- Eignung für sehr hohe Luftmengen.
- Möglichkeit, neben Wärme auch Luftfeuchtigkeit rückzugewinnen (mit wasserabsorbierender Beschichtung des Wärmeübertragers) und so auch den Energiebedarf für die Luftbefeuchtung im Winter zu reduzieren.
- Keine Leitung für Abfuhr des Kondenswassers nötig (auch bei Metall- oder Kunststoffoberflächen wird eventuell auftretendes Kondenswasser von der Zuluft aufgenommen).
Nachteile:
- Mechanisch bewegte Teile, daher störanfälliger als z.B. Plattenwärmeübertrager.
- Keine vollständige Trennung von Zu- und Abluft. Reste der Luftverschmutzung in der Abluft können durch den Wärmeübertrager in verdünnter Form wieder in die Belüftung gelangen. Das ist besondere bei gesundheitsschädlichen Abgasen oder starken Gerüchen problematisch. Mit einer Spülkammer kann bei richtiger Ventilatoranordnung die Vermischung der Luftströme stark reduziert werden.
