Wärmetauscher: Funktion & Arten

Ein Wärmetauscher gehört zu den zentralsten Komponenten jedes Heizungssetups. Aber was macht ihn so wichtig und was ist eigentlich die Aufgabe des Wärmetauschers?

Alles zur Funktion, Anwendungsgebieten und den unterschiedlichen Bauweisen erfahren Sie in diese m Blogbeitrag.

> Welche Aufgabe hat ein Wärmetauscher?
> Welche Arten von Wärmetauschern gibt es?
> Aus welchem Material besteht ein Wärmetauscher?
> Wie ist ein Wärmetauscher aufgebaut?
> Kann man einen Wärmetauscher auch nachrüsten?

Welche Aufgabe hat ein Wärmetauscher?

Wofür ein Wärmetauscher zuständig ist, lässt sich allein schon an dessen Namen problemlos ablesen: Er tauscht Wärme.

Beim Einsatz eines Wärmetauschers geht es um die Übertragung von Energie von einem Stoff auf einen anderen Stoff. Dabei muss es sich nicht zwingend um dieselbe Art von Stoff handeln, nicht einmal der Aggregatzustand muss gleich sein. Die Übertragung funktioniert auch problemlos von Flüssigkeiten auf Gase und umgekehrt.

Welche Arten von Wärmetauschern gibt es?

Die Bandbreite an verfügbaren Wärmetauschern ist größer, als viele im ersten Moment vermutlich denken würden. Die Geräte lassen sich sowohl nach der Art der Wärmeübertragung einteilen als auch nach ihrem „Einsatzort“. Was das genau bedeutet, wird im nachfolgenden Abschnitt erläutert.

Art der Wärmeübertragung:

Grundsätzlich gibt es drei verschiedene Arten der Wärmeübertragung: Die direkte, die indirekte und die halbindirekte.

Die zentralen Unterschiede:

Direkte Wärmeübertragung: Charakteristisch für diese Bauart ist der Umstand, dass die beiden Stoffströme tatsächlich direkt miteinander in Kontakt kommen. Als privater Heizungsbesitzer muss man sich mit dieser Technik allerdings nicht befassen. Sie kommt im Privathaushalt nicht zum Einsatz und ist hauptsächlich im industriellen und kraftwerkstechnischen Sektor zu finden.
Indirekte Wärmeübertragung: Hier sind die beiden Stoffströme räumlich klar voneinander getrennt. Geräte dieser Bauart sind auch als Rekuperatoren bekannt und sehr häufig in der Heizungstechnik anzutreffen.

Heizkörper = Rekuperator

Tatsächlich ist der klassische Heizkörper nichts anderes als ein Rekuperator. Das heiße Wasser gibt seine Wärmeenergie über ein leitendes Material (= indirekt) an die Umgebungsluft ab.

Halbindirekte Wärmeübertragung: Auch hier haben die beiden Stoffströme keinen direkten Kontakt. Die Wärmeübertragung läuft allerdings zeitversetzt ab – das ist der große Unterschied zur indirekten Variante. Die Wärmeenergie des heißeren Stoffstroms wird dabei zunächst an einen Speicher abgegeben, aus dem sich der zweite Stoffstrom später eben jene Energie holt. Diese Technik kommt etwa bei einer kontrollierten Wohnraumlüftung mit Wärmerückgewinnung zum Einsatz.

Unterschiedliche Strömungsrichtungen

Alternativ lassen sich Wärmetauscher auch nach ihrer Stromrichtung unterscheiden. In einem Gegenstrom-Wärmetauscher strömen die beiden Stoffe in entgegengesetzter Richtung aneinander vorbei. Das ermöglicht einen kompletten Temperaturaustausch. Bei der Gleichstrom-Variante fließen die Stoffe in dieselbe Richtung, was eine Angleichung der Temperaturen bedingt. Im Kreuzstrom-Wärmetauscher kreuzen sich die Stoffe.

Einsatzort des Wärmetauschers

Eine weitere Möglichkeit der Einteilung ist jene nach dem Einsatzort. Bei Wärmetauschern wird hier üblicherweise zwischen Heizungstechnik und Brennwerttechnik unterschieden.

Wärmetauscher in der Heizungstechnik:

Wie weiter oben bereits kurz erwähnt, ist der klassische Heizkörper ein typischer (indirekter) Wärmetauscher. Das erhitzte Wasser gibt seine thermische Energie über das Heizkörpermaterial an die Umgebungsluft ab.

Weitere sehr bekannte Einsatzorte eines Wärmetauschers in der Heizungstechnik sind die Gastherme oder die Ölheizung. Eine Gas- oder eine Öl-Flamme überträgt ihre thermische Energie dabei über einen Wärmetauscher an das durchströmende Wasser. Das so erhitzte Wasser strömt weiter durch das Rohrsystem, liefert die benötigte Wärme ab und fließt dann zurück in die Therme, wo es erneut erhitzt wird.

Auch in Wärmepumpen findet sich ein Wärmetauscher – um genau zu sein, sind es sogar zwei. Das Funktionsprinzip kurz zusammengefasst: Die Pumpe saugt Umgebungsenergie an und überträgt diese über Tauscher Nr. 1 zunächst an das Kältemittel. Die Energie durchläuft einige Stationen, verändert dabei seinen Aggregatzustand von flüssig zu gasförmig und strömt dann in Tauscher Nr. 2. Dort wird die thermische Energie auf das Heizungswasser übertragen. Das Kältemittel kühlt aus, entspannt sich und strömt zum Ausgangspunkt des Zyklus‘ zurück. Der Kreislauf beginnt von Neuem.

In einer Solarthermieanlage findet sich auch ein Wärmetauscher. Zunächst wird die gesammelte Sonnenenergie allerdings auf eine Solarflüssigkeit übertragen, welche in weiterer Folge zu einem Wärmetauscher gelangt. Dort geht die thermische Energie auf einen Wasserkreislauf über, um danach von einem zweiten Wasserkreislauf aufgenommen zu werden. In diesem zirkuliert das Wasser des Heizungssystems.

Der in Pelletheizungen oder Kaminen verbaute Wärmetauscher wird meist als Wassertasche bezeichnet. Dieser nimmt direkt die thermische Energie aus dem Brennraum auf und überträgt sie auf das Heizungswasser.

Wärmetauscher in der Brennwerttechnik:

Moderne Gasheizungen nutzen fast immer die effiziente Brennwerttechnik, die im Vergleich zu älteren Nieder- und Konstanttemperatur-Heizungen eine Energieeinsparung von 25-30 % ermöglicht. Der Clou: Die warmen Abgase der Therme werden nicht ungenutzt ins Freie geleitet, sondern für die Warmwasseraufbereitung genutzt.

Die Abgase gelangen in den Wärmetauscher und werden dort in einem wärmespeichernden Behälter bevorratet. Der Wasserrücklauf von der Heizung zurück in die Therme führt genau durch diesen Behälter, die thermische Energie geht auf das Heizungswasser über, das somit bereits vorgewärmt in der Therme angelangt. Dadurch benötigt das Gerät weniger Energie, um das abgekühlte Heizungswasser wieder auf die notwendige Temperatur zu bringen.

Aus welchem Material besteht ein Wärmetauscher?

Eine pauschale Antwort auf diese grundsätzlich recht einfache Frage gibt es nicht. Tatsächlich werden Wärmetauscher aus unterschiedlichen Materialien hergestellt. Die konkrete Wahl hat dabei Auswirkungen auf die Effizienz.

So sind Modelle aus Edelstahl etwa weniger anfällig für Rost und elektrochemisch robuster. Das bedeutet auch, dass der pH-Wert des Heizungswassers keine besonders große Rolle spielt. Dasselbe gilt übrigens für Wärmetauscher aus Kupfer.

Bei Modellen aus Aluminium ist der pH-Wert hingegen sehr wichtig. Bewegen sich die Werte nicht einem vordefinierten und eher engen Bereich, kann sich das Material zersetzen. Was die Wärmeleitfähigkeit angeht, hat das Aluminium hingegen klar die Nase vorne. Auch lässt es sich einfacher gestalten.

Im Heizungsbereich kommt üblicherweise Stahlblech zum Einsatz, Aluminium und Kupfer finden sich eher im Sektor der Klimaanlagen, Edelstahl-Wärmetauscher werden hauptsächlich in der Industrie eingesetzt.

Andere Materialien als Metall?

Normalerweise kommt bei der Herstellung eines Wärmetauschers irgendeine Art von Metall zum Einsatz. Vereinzelt gibt es allerdings auch Modelle, die aus Kunststoff, Glas oder Emaille bestehen.

Wie ist ein Wärmetauscher aufgebaut?

Hinsichtlich der Funktionsweise unterscheiden sich die diversen Wärmetauscher-Varianten nicht. Was die konkrete Bauweise angeht, sieht die Sache wieder völlig anders aus. Es gibt unzählige Konstruktionsarten. Welche die im konkreten Fall passende ist, hängt hauptsächlich von den Stoffen ab, mit denen man es zu tun hat. Grundsätzlich existieren hier drei große Gruppen: flüssig -> flüssig, gasförmig -> flüssig (und umgekehrt), gasförmig -> gasförmig. Es folgt ein genauerer, aber kurzer Blick in die jeweiligen Kategorien.

Welche Wärmetauscherarten sind hier zu finden?

flüssig -> flüssig: Platten-, Rohrbündel- und Doppelrohrwärmetauscher
gasförmig -> flüssig (und umgekehrt): Rippenrohr-, Lamellen- und Spiralwärmetauscher
gasförmig -> gasförmig: Rotations- und Wärmerohrtauscher

Die vielen unterschiedlichen Bezeichnungen sind für Laien an dieser Stelle vermutlich sehr verwirrend. Grundsätzlich geht es dabei um nichts anderes als um die Anordnung der Leitungen im Inneren des Wärmetauschers.

Kann man einen Wärmetauscher auch nachrüsten?

In Ihrem Heizungssystem findet sich noch kein Wärmetauscher, aber Sie würden gerne nachträglich einen einbauen? Dann gibt es gute Nachrichten für Sie. Denn ja: Der nachträgliche Einbau eines Wärmetauschers ist möglich. Sie müssen dafür nicht die komplette Heizung in Ihrem Zuhause ersetzen. Ein gezielter und begrenzter Eingriff reicht vollkommen aus. Die Hersteller wissen um das Problemfeld der Nachrüstung und haben entsprechende Geräte im Angebot. Egal, ob Sie einen Kamin mit einer Wassertasche ausstatten oder mit ihrem neuen Wärmetauscher die Abgaswärme Ihres Heizungssystems nutzen wollen: Sie finden garantiert das passende Modell. Was die Kosten angeht, können Sie mit einer Summe zwischen 350 und 500 Euro rechnen.

Aber keine Sorge, der Einbau von Wärmetauschern wird von staatlicher Seite gefördert. Die Arbeiten fallen immerhin unter den Punkt der energieeffizienten Sanierung – und diese ist der Bundesregierung ein großes Anliegen. Sollten Sie eine energetische Sanierung im Sinn haben durch diese Möglichkeit, erfahren Sie alle weiteren Dinge und Fördermöglichkeiten in Blogbeitrag: “Energetische Sanierung: Förderungen”.

Der Wärmetauscher: Fazit

Wärmetauscher sind eine unverzichtbare Komponente in modernen und effizienten Heizungssystemen. Sie ermöglichen den einfachen Transfer von thermischer Energie zwischen zwei Stoffen. Dabei ist es egal, ob es sich um Flüssigkeiten oder um Gase handelt. Obwohl es mittlerweile unzählige Varianten unterschiedlicher Bauart gibt, ändert sich am Grundprinzip der Bauteile nichts. Wer kein komplett neues Heizungssystem einbauen, sondern nur sein bestehendes sanieren möchte, kann in den allermeisten Fällen einen Wärmetauscher problemlos nachrüsten.

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