Gegenstrom-Schicht-Wärmetauscher für keim- und schadstofffreie Wärmeübertragung
Mit Rückwärmzahlen von über 75 Prozent wurde es seinerzeit sinnvoll, auch die Nacherwärmung, Nachkühlung bis hin zur Rückkühlung von Kältemaschinen über das WRG-System zu betreiben. Mittlerweile sind in das GSWT-System viele weitere Funktionen integrierbar.
Mit den hohen Wärmeübertragungsgraden der GSWT-Technik werden alle Funktionen mit geringen Verlusten ausgeführt; zudem können weitere luftseitige Wärmetauscher bzw. Rückkühlaggregate entfallen. Mit der eingesparten Elektroenergie erhöht sich die Effizienz und es kann platzsparend gebaut werden.
Keim- und schadstoffübertragungsfreie Wärmerückgewinnung
Kreislaufverbundsysteme (KVS) übertragen keine Keime und Schadstoffe von der Fortluft auf die Außenluft. Allerdings waren die Rückwärmzahlen der KVS der 1. und 2. Generation nicht zufriedenstellend. Mit der GSWT-Technik konnten dann auch bei belasteter Fortluft oder bei gesteigerten Hygieneanforderungen hohe Rückgewinnungsleistungen erzielt werden. Zudem war es damit möglich die Luftführung im Gebäude günstiger anzuordnen, indem beispielsweise die Fortluft über das Dach geführt wird. Insbesondere die von SEW seit 1986 angewendete indirekt adiabatische Kühlung war nun möglich, da weder Feuchtigkeit noch Keime übertragen werden, sondern nur die Kälte.
Hohe Rückwärmzahlen und Effizienz
Eine der wichtigsten Kenngrößen von Wärmetauschern und WRG-Systemen sind der Wärmeübertragungsgrad und die Rückwärmzahl. Der Gegenstrom-Schicht-Wärmetauscher (GSWT) erzielt durch einen Gegenstromanteil von >99 Prozent Übertragungsgrade von 90 Prozent und zwar bei Flüssigkeiten und Luft gleichermaßen.
Dass die Wärmeübertragungsgrade beiderseits hoch sind, ist wichtig für das Zusammenspiel in einem Kreislaufverbundsystem (KVS). Im KVS werden damit Rückwärmzahlen von bis zu 80 Prozent unter Normbedingungen erreicht.
Wärmetauscher und WRG-Systeme nur nach der Rückwärmzahl zu beurteilen, greift allerdings zu kurz: Die zweite wichtige Kenngröße ist die Effizienz. Die hohen Rückwärmzahlen in Verbindung mit der hohen Redundanz erlauben die multifunktionale Nutzung. Mit jeder weiteren Funktion nimmt der Nutzen bei nahezu gleichbleibendem Aufwand zu – und damit die Effizienz.
Mit der EN 13053:2012 wurde erstmals der Versuch unternommen, den Eigenaufwand des Systems mit zu berücksichtigen. Bei der Berechnung des energetischen Wirkungsgrades fehlt jedoch die genaue Vorgabe, was an elektrischem Aufwand zu berücksichtigen ist. Die Effizienzsteigerung durch Wegfall luftseitiger Erhitzer und Kühler findet offiziell keine Berücksichtigung. Da die Berechnung nur einen Betriebsfall berücksichtigt, bleibt die Betrachtung nach EN 13053 eine Momentaufnahme und ohne Nachweispflicht im Einbauzustand nur eingeschränkt wertvoll.
Wesentlich informativer ist eine Betrachtung über das ganze Betriebsjahr. Rein auf die Wärme-/ Kälterückgewinnung bezogen, erreicht die GSWT-Technik eine Effizienz von etwa 1:20, mit der integrierten Nacherwärmung und Nachkühlung steigt diese auf 1:30, mit freier Kühlung, Entfeuchtungskälte-Rückgewinnung und Rückkühlung der Kältemaschine können bis zu 1:100 erreicht werden. Das heißt, mit einem Anteil Strom werden 100 Teile Wärme, Kälte und Rückkühlung erzielt.
Hohe Redundanz und Betriebssicherheit
Der modulare Aufbau des GSWT-Wärmetauschers ist die Basis für multifunktionale Wärme-/ Kälterückgewinnungssysteme. Durch die Vielzahl von eigenständigen, absperrbaren Wärmetauschermodulen kann bei der Leckage eines Wasserweges diese lokalisiert und abgesperrt werden und die anderen Module lassen sich weiter betreiben. Damit fällt das WRG-System nicht komplett aus und die Übertragungs- bzw. WRG-/KRG-Leistung bleibt nahezu vollständig erhalten. Ergänzt wird die Redundanz des GSWT von Doppelpumpen, separaten Frequenzumformern, Betriebssicherheitsroutinen und letztlich durch die Simatic S7-Steuerung von Siemens.
Substitution von Heiz-, Kühl- und Rückkühlleistung
Erst wenn das WRG-/KRG-System redundant und betriebssicher aufgebaut ist, können die üblicherweise vorzuhaltenden Leistungen reell reduziert und angepasst werden. Die dabei möglichen Investitionseinsparungen „finanzieren“ die Energieeinspartechnik. Neben kleineren und effizienteren Heiz- und Kälteaggregaten kann ggf. die komplette Rückkühltechnik ersetzt werden. Eine erfolgreiche Substitution erkennt man auch an kleineren Rohrdimensionen und Elektroleitungen.
Bei einer bestehenden Zentraltechnik wird man nicht die Aggregate austauschen wollen oder es gibt andere Gründe für eine entsprechende Vorhaltung der Leistungen – dann führt die GSWT-Technik zur Schaffung von Leistungsreserven. Insbesondere die indirekt adiabatische Verdunstungskühlung (IAVK) ist ein wirksamer Schutz bei sommerlichen Hitzerekorden. Durch die GSWT-Technik tragen eine sichere Energieeinsparung und die Substitution von Heiz-, Kühl- und Rückkühlleistungen zu einer dauerhaft hohen Wirtschaftlichkeit bei.
Wenn es eng wird: Zerlegbarkeit und Vorortmontage
Der modulare Aufbau des GSWT-Wärmetauschers ermöglicht die Montage auch bei beengten Platzverhältnissen. Eine normale Zimmertüre und gängige Treppen reichen aus, um auch Wärmetauscher für 100.000 m³/h zu montieren. Darüber hinaus wird mit der Zerlegbarkeit die erforderliche Auszugslänge, d.h. der Platzbedarf vor dem Lüftungsgerät, auf etwa 1 m begrenzt. Dies wiederum ermöglicht breitere Geräte für eine höhere Effizienz. Im Reparatur- und Sanierungsfall ist der Wärmetauscher zerlegbar und kann mit einfachen Hebewerkzeugen aus- und wieder eingebaut werden.
Geringe Verschmutzungsneigung und desinfizierbar
Trotz einer Baulänge von bis zu 1 m ist bei GSWT-Wärmetauschern auch nach über 30 Jahren Einsatz kaum eine gravierende Verschmutzung zu erkennen. Wie wird dieser Selbstreinigungseffekt erreicht?
Durch Trennlagen zwischen den Wärmetauschermodulen und wegen der glatten, durchgehenden Lamellen ohne Turbulatoren und ohne innenliegende Lamellenstöße besteht eine Zwangsströmung. Luft kann nicht mehr vertikal oder horizontal strömen und somit Verunreinigungen an weniger stark durchströmten Bereichen ablagern. Auch ein lichter Lamellenabstand von 3 mm trägt dazu bei. Eine Verschmutzung hat auch Auswirkung auf die Effizienz. Eine geringere Anforderung an die Filterung, z.B. F5- anstelle von F7-Filtern, wirkt sich ebenfalls positiv auf die Effizienz aus.
Ein weiterer wichtiger Vorteil liegt in der Reinigungsfähigkeit des GSWT-Wärmetauschers. Denn er kann mit Reinigungsflüssigkeit oder -schaum gespült werden, was die Trennlagen ermöglichen. Bei schwerwiegenden Verunreinigungen ist der GSWT-Wärmetauscher zu Reinigungszwecken zerlegbar und mit einer Durchdringungstiefe von lediglich ca. 150 mm sind gute Reinigungserfolge möglich. Mit entsprechenden Reinigungszusätzen kann der GSWT-Wärmeaustauscher auch desinfiziert werden.
KVS im System mit Wärmetauscher, Hydraulik und Steuerung
Bei einem KV-Wärmerückgewinnungssystem sind drei Gewerke beteiligt, nämlich Lüftung, Heizung und die Mess-, Steuer- und Regeltechnik (MSR). Der Lüftungsbau stellt die Wärmetauscher bereit, der Heizungsbauer erstellt die Verrohrung und Pumpentechnik und die MSR-Technik soll alles ansteuern und regeln. Dies führt oft zu Abstimmungsproblemen bei den Schnittstellen.
SEW stellt für ein KV-System alle wesentlichen Bauteile und Leistungen aus einer Hand bereit. Dazu ist das Definieren und Abarbeiten der Schnittstellen erforderlich. Das Zusammenfassen der Verantwortlichkeit bringt dem Betreiber Vorteile, insbesondere bei der Problembeseitigung.
Die Entwicklung der Pumpen- und Armaturenbaugruppen (PAG) und Anschlussschalteinheit (ASE), welche die Optimierung auf alle Betriebsfälle übernimmt, führt zu einer abgeschlossenen Einheit, nämlich dem WRG-System.
Werksinbetriebnahme und Werksservice
SEW stellt für die GSWT-Technik die Werksinbetriebnahme und einen Werksservice bereit. Dabei werden alle Schnittstellen definiert und spezifiziert. Die GSWT-Systeme werden vor Ort in Betrieb genommen und eingestellt, bis diese betriebsoptimiert übergeben werden können. Der Werksservice steht für eine fachgerechte Wartung, was durch das spezifische Anlagen-Know-how erleichtert wird. Eine Anlagenlebensdauer von 30 Jahren und mehr ist damit erreichbar, Übertragungsleistung und Effizienz bleiben auf dem Niveau der Inbetriebnahme.
