Möglichkeiten der Wärmerückgewinnung

Wertvolle Energie gespart – Möglichkeiten der Wärmerückgewinnung bzw. -rückführung

Verantwortungsbewusstsein gegenüber der Umwelt und bezüglich begrenzter Ressourcen hört nicht bei der Investierung in erneuerbare Energien auf. Auch mit der von Photovoltaikanlagen, Windrädern, Wärmepumpen oder mit Holz heizenden Anlagen produzierten Wärme müssen sowohl die Industrie als auch Eigentümer bzw. Mieter von zum BeispielNiedrigenergiehäusernbewusst und sparsam umgehen. Verschiedene Methoden, die Energie bereits zur Verfügung gestellter Luft und zudem des Warmwasserseffektiv– genauer gesagt: wiederholt – zu nutzen, vor allem also dazu fähige Lüftungsanlagen, sind zwar bekannt und verbreitet, insgesamt aber immer noch weit unterschätzt. 

Die möglichen Maßnahmen, die dem Wiedernutzbarmachen thermischer Energie und somit der Senkung des Bedarfs an Primärenergie dienlich sind, sind unter dem Begriff „Wärmerückgewinnung“ zusammengefasst. Lüftungsanlagen mit dieser Funktion etwa nutzen die Abluft, um zum einen die winterliche Zuluft zu erwärmen und zum anderen im Sommer eine kühlende Wirkung im Haus zu erzielen.

Die Rückgewinnung funktioniert im Wesentlichen entweder mit einem Wärmespeicher (oft ein Regenerator), innerhalb der Luftkanäle der Anlage verbaut, oder kommt – bei weitgehend gleichbleibender Wärmezufuhr – mit einem sogenannten Wärmeübertrager aus. Wärmeübertrager bestehen meistens aus Metall, zum Beispiel dem besonders leitfähigen Stahl oder Aluminium, doch kommen auch verschiedene andere Materialien, darunter Glas, zum Einsatz. In Abhängigkeit vom Übertrager bieten sich der Industrie oder den Verbrauchern verschiedene Wärmerückgewinnungsprozesse an.

Regenerative Systeme

Anlagen für sogenannte regenerative Wärmerückgewinnung bedienen sich eines entweder festen oder flüssigen Wärmetauschers. Dieser Zwischenspeicher nimmt die thermische Energie auf und gibt sie an selber Stelle später an die Zuluft wieder ab. Er kann dabei fest verankert oder aber beweglich sein. In letzterem Fall ist von einem Rotationswärmetauscher/Wärmerad die Rede. Wie der Name andeutet, erfolgt die Rückgewinnung über einen sich drehenden Rotor. Dieser besteht aus einem der genannten Metalle und überträgt Energie zwischen dem Zu- und dem Abluftstrom, die an dieser Stelle aufeinandertreffen, abwechselnd durch den Rotor dringen und ihn aufwärmen bzw. abkühlen. Das Wärmerad kann also entweder für Kühlung sorgen oder aber heizend wirken, zudem sammelt es die mitzirkulierende Feuchtigkeit und deren thermische Energie. Bei großen Luftleistungen ab 10.000 Kubikmeter pro Stunde kommen die im Vergleich zu den Plattenwärmetauschern teureren Rotoren zum Einsatz.  Sie amortisieren sich dennoch recht zügig aufgrund der hohen Rückwärme. Die Durchmesser der Rotoren betragen üblicherweise 40 Zentimeter bis mehr als sechs Meter.
Sogenannte Kreislaufverbundsysteme bestehen aus zwei Wärmetauschern. Diese sind in den Luftstrom der Fortluft und der Außenluft integriert. Sie stehen über einen Wärmeüberträger – meist eine Sole – in Verbindung und zeichnen sich nicht nur durch einen hocheffizienten Wärmeübertragungsgrad (vgl. den Infokasten zur sogenannten Rückwärmzahl), sondern auch dadurch aus, dass sie zusätzlich zu der Wärmerückgewinnung über die Luft auch andere Energien (zum Beispiel aus Solaranlagen) nutzen oder Wasser vorwärmen können.

Mit Umschalt-WRG-Geräten sind Wärmeaustauscher gemeint, die mindestens zwei statische, aus Aluminiumblech bestehende Speicher enthalten. Durch diese strömt im Wechsel die Ab- und die Außenluft und wärmt sie entweder auf oder kühlt sie ab. Die Speicher werden elektrisch über Umschaltklappen gesteuert.
Einige Industrieanlagen arbeiten mit sogenannten Heatpipes. Damit sind Wärmerohre gemeint, die aus Lamellenrohren bestehen, in denen ein Kältemittel lagert. Strömt warme Fortluft durch das Rohr, erwärmt sich das Mittel, verdampft und überträgt dabei seine Wärme an die Außenluft.

Kurz-Glossar zu verschiedenen Luftströmen (Auswahl)

• Abluft: die aus dem Raum abgeführte Luft; Öffnung oft an der Zimmerdecke
• Zuluft: die einem Gebäude/Raum zugeführte Luft
  (direkt von außen oder aus einer Anlage kommend)
  je nach Lüftungsanlage vorgeheizt, gekühlt, be- oder entfeuchtet
• Umluft: die einem Raum nicht entnommene, wieder zugeführte Luft
• Sekundärluft: die einem Raum nach einer externen Behandlung wieder zugeführte Abluft
• Fortluft: die ins Freie gelassene Abluft

Wärmerückführung vs. Wärmerückgewinnung

Eine spezielle Energiesparmaßnahme für bewohnte oder unbewohnte Räumlichkeiten stellt die Wärmerückführung mithilfe von Temperatur-Differenz-Ausgleichs-Systemen dar. Es handelt sich dabei im engeren Sinn nicht um Wärmerückgewinnung: Die Energie des Massestroms, der den vorgesehenen Prozess – das Erwärmen des Raums – nach oben verlässt, wird zwar wiedergenutzt, jedoch verbleibt die Abluft, wie unter creoven.de nachzulesen und zu sehen ist, als Umluft direkt im Raum. Sie kommt also ohne Wärmetauscher oder -speicher aus, sondern arbeitet mit Ventilatoren, die mit modernsten Sensoren ausgerüstet sind und im Sommer- oder Winterbetrieb laufen können. Sie reduzieren den immensen Energieverlust, vor allem wenn über dem entsprechenden Raum keine Heizung vonnöten ist.

Rekuperative Systeme

Von rekuperativer Wärmerückgewinnung ist die Rede, wenn der Abluftstrom von der Zuluft getrennt ist und der Austausch zwischen beiden indirekt über einen Wärmetauscher in Rohrbündel- oder Plattenform nach dem Kreuzstrom- und/oder Gegenstromprinzip erfolgt. Im Fall der quader- oder würfelförmigen Plattenwärmetauscher strömt die Luft durch parallel angeordnete Plättchen aus Metall oder Kunststoff. In ihren Zwischenräumen fließt abwechselnd die Zu- und die Abluft. Über den Wärmeleiter gibt die warme Luft die Energie an die kalte ab. Feuchtigkeit, Gerüche oder feste Partikel werden deswegen meist nicht übertragen. Plattenwärmetauscher haben eine maximale Rückwärmzahl von 80 Prozent und eignen sich besonders für geringere Luftleistungen von bis zu 25.000 Kubikmeter in der Stunde. Rekuperative Systeme kommen daher oft in Lüftungsanlagen von Wohnungen zum Tragen. Mit dem Thema „Lüftungsanlagen zu Hause und Schimmelbildung“ beschäftigt sich auch die Stiftung Warentest.

Wärmepumpen

Auch Luft-/Luft- oder Luft-/Wasser-Wärmepumpen können für die Rückgewinnung thermischer Energie – Wärme oder Kälte – zum Einsatz kommen. Als Teil der Wohnungslüftungsanlage führen sie die Ab- oder Fortluft der kalten Außenluft zu.

Weitere Formen der „Ersatzmaßnahme“ Wärmerückgewinnung

Laut Erneuerbare Energien-Wärmegesetz sind Bauherren verpflichtet, im Neubau anteilig regenerative Energien zum Heizen bzw. Kühlen zu verwenden. In Bezug auf sogenannte raumlufttechnische Anlagen (RLT) definiert das Gesetz in § 7 Absatz 1 a Wärmerückgewinnung als „Ersatzmaßnahme“, um den entsprechenden Bedarf mindestens zu genau 50 Prozent zu decken. Der Gesetzgeber weist zudem darauf hin, dass die Rückgewinnungsmaßnahmen mit dem Einbau erneuerbarer Energien kombinierbar sind. Neben der Wärmerückgewinnung aus der Abluft kann, abgesehen von Drucklufterwärmung durch Kompressoren, vor allem die Wärme im Abwasser dazu beitragen, den Bedarf an Primärenergie drastisch zu senken.

Auch in vielen Energiesparhäusern fließt immer noch unverbrauchte Wärme in den Kanal, anstatt sie wiederzuverwenden. Dieser unnötige Verlust betrifft vor allem das Dusch- sowie das Badewasser. Moderne Rückgewinnungssysteme führen die „verlorene“ Abwasserwärme – und nur die Wärme – mithilfe eines Wärmetauschers wieder dem Heizkessel zu, der in diesem Fall kein Frischwasser von schätzungsweise zehn, sondern lediglich noch das vorgewärmte, hygienisch gebliebene Wasser von bis zu 30 °C auf Betriebstemperatur zu erhitzen hat. Die thermische Energie des bereits aufbereiteten Wassers auch nur zum Teil wiederzuverwenden, stellt eine wertvolle Maßnahme der Wärmerückgewinnung und Sparmaßnahme für die Haushalte dar – ob deren Heizanlagen nun mit Öl, Gas, Strom oder Holz, Solarenergie bzw. Wärmepumpen arbeiten und ob deren Eigentümer bzw. Mieter die sogenannte Energiewende nun befürworten mögen oder nicht.