Damit bei einer Lüftung die Warme Luft aus dem Raum nicht einfach in die Umgebung abgegeben wird, gibt es Wärmerückgewinnungssysteme, kurz WRG. Durch eine solche WRG soll die Energie aus der Abluft (Luft aus dem Raum) wieder in die Zuluft (Luft in den Raum) zurückgeführt werden. Die gängigsten WRG Systeme und einige Sonderformen möchte ich hier kurz vorstellen.
Ich beziehe mich bei der WRG Vorstellung immer auf den Heizbetrieb, natürlich gilt das gleiche auch für eine WRG die Kaltluft zurückgewinnen soll. In bestimmten Fällen wird die WRG auch ausgeschaltet, zum Beispiel bei der Nachtkühlung, darauf gehe ich nicht im einzelnen ein. Zudem werden sehr oft mehrer WRG arten zusammen verwendet.
- Wärmerad
- Umluft (Bypass)
- Wärmetauscher mit Pumpe
- Kreuzstromwärmetauscher
- Wärmepumpe
- Sonderregelungen
- Reduzierung der Luftmenge
- Kältemittelwärmetauscher
- Adiabatik
1 Wärmerückgewinnung mit Wärmerad
Funktion:
Bei der WRG mit einem Wärmerad dreht sich ein Rad mit vielen kleinen Öffnungen aus Metall (meinst Aluminium) durch die Luft strömt. Strömt die Warme Abluft am Aluminium vorbei erwärmt sich das Metall. Nun dreht sich das Rad mit den erwärmten Lamellen weiter in die Außenluft. Die kalte Außenluft nimmt nun die Wärme aus der Abluft auf und wird erwärmt.
Regelung:
Durch die Geschwindigkeit mit der sich das Wärmerad dreht ändert sich die Wärmeaufnahme und die Wärmeabgabe. Ein Rotationsregler übernimmt die Geschwindikeitssteuerung und die Überwachung der Drehbewegung des Wäremrades. Die Vorgabe wie schnell sich das Rad drehen soll übernimmt normalerweise ein Übergeordnete Regelung.
Im Bild unten sieht man eine geöffnete Lüftungsanlage. Die Luft strömt direkt durch das Wärmerad, das sich in der Mitte befindet.
Der Motor unten der das Wärmerad über einen Riemen antreibt. Rechts in der Mitte auf dem Rad zu sehen ein kleiner Magnet. Über einen Sensor erkennt die Regelung nun wenn sich das Rad einmal gedreht hat. Ist der Motor an und es erfolgt nach einer bestimmt Zeit kein Impuls durch den Magnet, gibt es eine Störmeldung.
Die Lamellen des Wärmerades
Wärmerückgewinnung durch Umluft
Funktion
Vermutlich die einfachste und günstigste Art der Regelung. Anstatt 100% der kalten Außenluft über das WRG oder ein Register zu erhitzen wird ein Teil der Abluft der Zuluft beigemischt. Dazu wird die Jalousieklappe der Außenluft und Fortluft so weit geschlossen wie die Umluftklappe geöffnet wird. Dadurch wird die warme Abluft einfach der Zuluft wieder beigemischt. Ist etwa die Umluftklappe zu 70% geöffnet darf die Außen- und Fortluftklappe nur zu 30% geöffnet sein.
Diese Art der WRG darf bei Schmutziger- oder Geruchsbelasteter Luft nicht angewendet werden. Zudem muss ein gewisser Außenluftanteil als „Frischluft“ gewährleistet sein, da sonst der CO gehallt in der Luft stark ansteigen kann.
Regelung:
In aller Regel wird das Verhältnis zwischen der Außenlufttemperatur und der Ablufttemperatur zur Regelung verwendet. Je weiter der Sollwerte von der Außentemperatur entfernt ist, desto geringen der Außenluftanteil. Es kann aber auch fest nach der Außentemperatur geregelt werden. Dabei wird zum Beispiel ab 10 Grad die Klappe stufenlos zugefahren bei -10 Grad ist dann die Klappe maximal geschlossen (mindest Außenluftteil beachten).
Im Bild zu sehen, links die Außenluft und von oben die Abluft. Dieser wird in der Kammer in der Mitte gemischt und geht dann als Umluft mit Frischluftanlteil über Filter zurück in die Halle.
Zur Regelung der Jalousieklappen müssen natürlich Antriebe eingesetzt werden die Stufenlos regelbar sind, wie hier übe ein 0-10 Volt Signal.
Hier die Stellung der beiden Antriebe bei einem Mischungsverhältnis von 70% Außenluft und 30% Umluft.
Natürlich kann die Umluft auch in der Lüftung zwischen Abluft und Zuluft eingebaut sein. Das ganze sieht dann so aus (blauer Pfeil).
Wäremrückgewinnung durch Wärmetausche und Pumpe
Funktion:
Durch einen Wärmetauscher in der Abluft wird Wasser oder Glykol erwärmt. Über eine Pumpe die die Wassermenge Regelt und ggf. über ein Ventil dass den Durchfluss über einen Bypass regelt, wird die Wärme zu einem zweiten Wärmetauscher in der Außenluft gefördert. Hier wird die Wärme an die kalte Abluft abgegeben. Diese Bauweise hat vor allem den Vorteil dass die Zuluft und Außenluft bzw. die Abluft und Fortluft auch weiter voneinander entfernt sein können.
Regelung:
Bei der einfachen Regelungen wird nur eine Pumpe an und ausgeschaltet. Aufwendigere Regelungen haben dann noch Ventile die über einen Bypass die Durchflußmenge steuern. Auch eine Frequenzgeregelte Pumpe wäre möglich um den Volumenstrom des Wassers zu regeln.
Im Bild unten ist eine solche Wärmerückgewinnung zu sehen. Rechts sitzt ein Register in der warmen Abluft und links sitzt ein Register in der kalten Außenluft. Beide Wärmetauscher sind durch Rohre miteinander verbunden.
Auf dem Bild die Pumpe und das Ventil der Wärmerückgewinnung. Dabei ist immer auf einen korrekten Frostschutz des Wasser zu achten.
In dieser vereinfachten Darstellung ist gut zu sehen dass die Außenluft direkt zur Zuluft und die Abluft direkt zur Fortluft wird.
Wäremrückgewinnun durch Kreusstromwäretauscher
Funktion:
Die kalte Außenluft Strömt über Aluminiumbleche an der warmen Abluft vorbei. Dabei gibt die warme Abluft ihre Wärme über das Metall an die kalte Außenluft ab. Das Prinzip ist genau das gleiche wie beim Wäremrad, nur dass der Wärmetauscher sich nicht dreht. Anders wie beim Wärerad kann aber keine Luft oder Stoffe aus der Luft in die Zuluft gelangen. Die Bauweise des Kreuzstromwärmetauscher verhindert das, da die Außenluft und die Fortluft vollständig voneinander getrennt sind.
Regelung:
Durch öffnen oder schließen einer Bypassklappe kann die Luft durch den Kreuzstromwämretauscher oder am Kreuzstromwämretauscher vorbei geführt werden. Dadurch wird bestimmt wie viel Luft ihre Wärme abgeben und wieder aufnehmen kann. Dabei kann die Regelung auf zwei Arten realisiert werden.
- Zwei-Punkt Regelung. Dabei kann die Bypassklappe entweder ganz geschlossen also 100% WRG oder ganz geöffnet also 0% WRG sein (zum Beispiel bei einer Nachtkühlung).
- Stufenlos (wie hier auf den Bildern) über 0-10 Volt Signal. Dabei wird die Bypassklappe je nach Wärmemenge zwischen ganz geschlossen (0 Volt) und ganz geöffnet (10 Volt) stufenlos auf und zu gefahren.
Hier die Bleche auf der Luftaustrittsseite:
Hier die Bleche des Kreuzstromwämretauschers auf der Lufteintrittsseite. Hinter den Lamellen die von links nach rechts verlaufen sieht man die Lamellen die von oben nach unten verlaufen.
In diesem Fall kann die WRG stufenlos über einen Antrieb geregelt werden. Oben der Bypass, der die beiden Kanäle ohne Kreuzstromwämretauscher verbindet und unten der Lufteintritt des Kreuzstromwärmetauschers.
Den Kreuzstromwämretauscher kann man sich schwer vorstellen. Unter diesen Blechen sitzt er aber. Die Luft strömt über Kreuz aneinander vorbei, daher auch der Name.
Hier noch der Tropfenabscheider und das Heizregister nach dem WRG.
Wäremrückgewinnung durch Kälteanlage bzw. Wärmepumpe
Funktion:
Durch eine Kälteanlage dessen Verdampfer in der Fortluft eingebaut ist, wird der warmen Abluft die Energie entzogen. Über einen Verflüssiger der in der Zuluft oder in der Außenluft sitzt wird die Außenluft bzw. Zuluft erwärmt. Mit einer Wärmepumpe hat man nicht nur eine Wärmerückgewinnung sondern im Prinzip bei richtiger Auslegung, gleich eine gesamte Heizung für die Lüftungsanlage. Da der Fortluft nicht nur die Energie aus dem Raum entzogen wird, sondern der Fortluft gleich viel mehr Energie entzogen wird. Kann bei anderen WRG System der Abluft nur so viel Energie entzogen werden wie die Differenz zwischen der Abluft und Außenluft es ermöglicht. Arbeitet eine Wärmepumpe außerhalb dieser Temperaturdifferenz.
Regelung:
Die Regelung einer Wärmepumpe ist in aller Regel etwas komplexer. Zum einen verfügt die Wärmepumpe über viel Sicherheitseinrichtungen wie Hochdruck und Niederdruck, Freigabe (Verdichter darf nur in Betrieb sein, wenn die Lüfter in der Betrieb sind). Zum anderen kann die Wärme die der Verflüssiger an die Zuluft abgibt nur begrenzt geregelt werden. Aus diesem Grund benötigt man oft noch ein zusätzliches Heizregister, eine Frischluftbeimischung, einen weiteren Verflüssiger in der Fortluft, ein EEV anstatt eines TEV oder einen geregelten Verdichter. Normalerweise hat man dadurch zwei Regelkreise. Einen der die Kälteanlage überwacht und Regelt und einen zweiten der die Zulufttemperatur Regelt und die Kälteanlage freigibt.
Im Bild unten die Verdichtereinheit zu sehen, die direkt vor dem Verdampfer in der Fortluft sitzt. Damit sind die Verdichter optimal gekühlt und die Saugleitung ist rel. kurz.
Hier eine vereinfachte Darstellung. Die gelben Vierecke sollen die Lüftungskanäle darstellen.
Sonderregelungen:
Reduzierung der Luftmenge
Über die Reduzierung der Luftmenge kann auch Energie eingespart werden. Zum einen natürlich weil sich die Motoren nicht so schnell drehen. Zum anderen aber auch weil weniger Luft im System bewegt wird und dadurch auch weniger Luft geheizte werden muss. Diese art der WRG ist aber in aller Regel noch zusätzlich zu anderen System eingebaut, weil ja keine Wärme zurückgewonnen wird, sondern einfach Energie eingespart wird.
Adyabatik (im Kühlfall)
Bei der Adyabatik wird die Fortluft vor dem Kreuzstromwärmetauscher durch zerstäubtes Wasser gekühlt. Dadurch hat man nicht nur die kühlere Raumluft um die Warme Außenluft zu Kühlen sondern, kühlt die Luft zusätzlich ab. Dadurch kann nicht nur die Differenz zwischen Raum- und Außenluft zum Kühlen verwendet werden sondern kann die Differenz zwischen der gekühlten Abluft und der warmen Außenluft verwendet werden.
Da die Wasserseite, in der Abluft bzw. Fortluft ist, gibt es keine Belastung durch feuchte oder mit keimen belastet Zuluft. Deshalb baut man die Adiabatik in die Abluft vor dem Kreuzstromwäremtauscher.
Kältemittelwäremtauscher
Dies ist eine Form wie man sie nur noch in sehr alten Lüftungsanlagen findet. Zwei Wärmetauscher die sich direkt über einander befinden und mit Kältemittel gefüllt sind.
