Kreuz- oder Gegenstrom?

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Mit der Einführung der Öko-Design-Richtlinie 2009/125/EG wurden erstmals Mindest-Rückwärmzahlen (RWZ) gefordert, die sich direkt auf die Wahl und Ausführung der Wärmerückgewinnung auswirkten. Zwischenzeitlich gibt es weitere Normen und Richtlinien zu diesem Thema, wobei die europäische Verordnung EU 1253/2014 dominiert. 

In ihr wird für den Plattenwärmeübertrager ab 01.01.2018 eine Mindest-RWZ von 0.73 (vorher 0.67) gefordert. Darüber hinaus gibt es - indirekt über den SFP-Wert - Vorgaben für den Druckverlust; er liegt umgerechnet bei etwa max. 340 Pa. Dies ist wesentlich restriktiver als der Maximalwert von 480 Pa in der Norm EN 13053 (2017).
Ab 2018 sind diese neuen Vorgaben also einzuhalten, was mit Plattenwärmeübertrager nach dem Kreuzstromprinzip bei geringen Luftleistungen (ca. 1000 - 4000 m³/h) schwierig ist. Lösungen sind aber mit Gegenströmer möglich.

Um die Auswirkung der Strömungform im Plattenwärmeübertrager (Kreuz- oder Gegen-strom) beurteilen zu können, bietet sich die Berechnung nach der NTU-Methode an.
Vereinfacht ausgedrückt erkennt man damit, dass der reine Kreuzströmer für die gleiche RWZ von 0.73 die 1.57-fache Grösse des Gegenströmers haben muss. Dies bestätigt die alte Weisheit, dass man bei Kreuzströmern grosse Kantenlängen und kleine Plattenabstände für hohe RWZ braucht. Für die Praxis heisst das, dass Kreuzströmer mit minimalem zulässigen Plattenabstand in der Regel eine Kantenlänge von mindestens 0.8 m benötigen, um die geforderte RWZ von 0.73 zu erreichen. Bei üblichen Lüftungsgerätebreiten und erlaubten Druckverlusten ergibt dies eine Luftleistung von etwa 3500 m³/h. Unterhalb dieses Wertes ist keine wirtschaftliche Lösung mit einem Plattenwärmeübertrager nach dem reinen Kreuz-stromprinzip möglich. Für grössere Luftleistungen bis hin zu 100 000 m3/h bietet der bewährte Kreuzströmer aber gewichtige Vorteile.

Wenn der Gegenströmer so leistungsstark ist, fragt man sich, warum er nicht generell eingesetzt wird. Grund ist die diffizile Strömungsführung am Ein- und Austritt, die die Konstruktion und die Fertigung kompliziert macht. So besteht der so genannte Gegenströmer schlussendlich aus zwei Mischzonen (Ein- und Austritt) und dem eigentlichen Gegenströmer dazwischen. In den Mischzonen entspricht die Strömung mehr oder weniger dem Kreuzstrom, während im Mittelteil ein reiner Gegenstrom vorliegt. Mit der Länge dieses Mittelteils wird primär die Leistung bestimmt. Die geforderte RWZ von 0.73 ist somit immer erreichbar; kostet aber seinen Preis. Ein wirtschaftlicher Einsatz ist deshalb nur so lange gegeben, solange nicht auch ein Kreuzströmer mit gleicher Leistung einsetzbar ist. Praktisch bedeutet dies, dass - mit einer gewissen Grauzone - eine Luftleistung von etwa 1000 - 4000 m³/h abgedeckt werden kann.

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Autor
Thomas Richter