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Der Gegenstrom-Schichtwärmetauscher (GSWT) ist ein rekuperativer Wärmeübertrager, der aus liegenden Wärmetauscherschichten vertikal zusammengesetzt ist.
Mit dem GSWT wird thermische Energie zwischen einem gasförmigen Medium – z. B. Luft – und einem flüssigen Medium – z. B. Wasserglykolgemisch – übertragen. Diese Paarung der Medien führt zu der Bauform eines Lamellenwärmetauschers, bei der die Flüssigkeit im Kreuzgegenstrom (99 % Gegenstromverhalten) geführt wird.
In dieser Bauweise werden leistungsstarke und effiziente Wärmeübertrager ausgeführt, die zudem vollständige Reinigungsfähigkeit und Redundanz in sich vereinen. Die Standardbauform ist konzipiert für einen Temperaturaustauschgrad von 90 % bei gleichen Wärmekapazitätenströmen. Eine hydraulische Verbindung von zwei Gegenstrom-Schichtwärmetauschern ergibt eine Wärmerückgewinnung. Die so gebildete Wärmerückgewinnung ist dann absolut keim- und schadstoffübertragungsfrei und auch im Störfall ohne jegliche Rauch- oder Brandübertragung.
Der GSWT besteht aus horizontal zerlegbaren Wärmetauscherschichten, die durch Trennebenen separiert sind. Dadurch bilden sich reinigungsaktive Strömungskanäle. Der GSWT ist sowohl im zusammengebauten als auch im zerlegten Zustand bis in den Kern vollständig reinigungsfähig. Die Zerlegbarkeit ist nützlich für Transport, Montage, Demontage und Reinigung. Die erhöhte Redundanz erklärt sich aus der Tatsache, dass jede einzelne Schicht funktionsfähig, absperrbar, entleerbar sowie gasseitig abschottbar ist. Bei Ausfall einer Schicht wird die Funktion der restlichen Schichten bis zum nächsten Wartungstermin aufrechterhalten.
Die Effizienz kennzeichnet hier die Wirtschaftlichkeit des Wärmeübertragungsprozesses. Mit wenig Aufwand (Pumpen- und Ventilatorenergie) soll so viel wie möglich Nutzen (Wärmeleistung) erzielt werden. Eine Kennzahl der Effizienz ist das Verhältnis der Wärmeleistung zur Förderleistung von Pumpe und Ventilator. Bei Wärmeübertragungsprozessen wird diese Kennzahl zusätzlich auf einen Nutztemperaturhub von 1 °C bezogen. Bei dem GSWT liegt diese bezogene Effizienz bei gleichen Wärmekapazitätenströmen immer höher als 4:1. Soll beispielsweise die Lufttemperatur um 30 °C angehoben werden, ergibt sich eine Effizienz von 30*(4:1) = 120:1. Das heißt, für die Bereitstellung von 120 Teilen Wärmeleistung wird nur ein Teil Förderleistung benötigt.
1973, im Jahr der ersten Energiekrise, wurden die ersten Heiz- und Kühlregister zu einfachen Wärmerückgewinnungsanlagen zusammen geschaltet. Während der zweiten Energiekrise (1979) reichte deren Leistungsfähigkeit nicht mehr aus und es lief die Entwicklung des hocheffizienten GSWT an, so dass 1983 die Marktreife erreicht wurde. Die ersten beiden eingesetzten GSWT arbeiteten in einer über ein Kreislaufverbundsystem (KV-System) zusammengeschalteten Wärmerückgewinnung (WRG). Drei Jahre später stand mit dem GSWT ein Bauelement zur Verfügung, mit dem die multifunktionale Nutzung umgesetzt werden konnte.
Verschmutzungen bzw. Ablagerungen können bei Wärmetauschern nicht unerhebliche Probleme bereiten. Es werden dabei im Wesentlichen zwei Problemfälle unterschieden:
Beim GSWT greifen bei der Reinigung im eingebauten Zustand drei Wirkmechanismen. Diese sind:
Für die Reinigung bis in den Kern kommen nur einfachste Reinigungsmethoden (Absaugen, Durchblasen oder Durchspülen) zur Anwendung. Eine Hochdruckreinigung, bei der sehr leicht Lamellen oder Beschichtungen ruiniert werden können, ist nicht nötig und käme höchstens für den ausgebauten Zustand sinnvoll zum Einsatz. Dabei wird dann jede einzelne Schicht des zerlegbaren GSWT von allen Seiten bis in den tiefsten Kern eingesehen und gereinigt. Das Reinigungsergebnis kann optisch oder mit anerkannten Prüfmethoden sofort und an jeder Stelle geprüft werden, da im zerlegten Zustand die komplette Oberfläche – auch wegen geringer Höhe zwischen den Lamellen – zugänglich ist.
Ziel der multifunktionalen Nutzung ist es, mit möglichst wenigen Baueinheiten möglichst viele technische Funktionen abzudecken. Systeme dieser Art bauen in den Abmessungen sehr kompakt und bieten durch ihre Effizienz wirtschaftlich einen erhöhten Nutzen. Anwendung finden sie vorwiegend bei der Wärmerückgewinnung (WRG) in Klimaanlagen. Als Basiseinheit sind zwei GSWT über ein Kreislaufverbundsystem (KV-System) zur WRG zusammengeschaltet. Dieser Basiseinheit können als Zubehör weitere Funktionen zur multifunktionalen Nutzung aufgeschaltet werden:
Als typische Einsatzgebiete sind
zu nennen.
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