Rotationswärmeaustauscher Planungshandbuch ... - Hoval Herzog AG

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Verfahren und Funktion 1.2 feuchteübertragung Mit <strong>Rotationswärmeaustauscher</strong>n kann neben der Wärme auch Feuchte übertragen werden. Entscheidend dafür ist das Material bzw. die Oberfläche der Speichermasse. Marktüblich sind 3 verschiedene Ausführungen: Kondensationsrotor Die Speichermasse besteht aus glattem, unbehandeltem Metall (meist Aluminium), das Feuchte nur dann überträgt, wenn auf der Warmluftseite Kondensat entsteht und dieses von der Kaltluft (teilweise) wieder aufgenommen wird. Mit der Kondensation ist eine Erhöhung des Druckverlustes verbunden. Das Kondensat kann durch die durchströmende Luft mitgerissen werden. Hygroskopischer Rotor (Enthalpierotor) Die metallische Speichermasse hat durch chemische Behandlung (Beizen) eine kapillare Oberflächenstruktur erhalten. Diese überträgt (in begrenztem Maße) Feuchtigkeit durch Sorption, d.h. ohne Kondensation. Daneben kann sich zusätzlich, abhängig von den Luftkonditionen, Kondensation einstellen. Sorptionsrotor Hier hat die Speichermasse eine Oberfläche, die Feuchte durch reine Sorption, also ohne Kondensation, überträgt. Durch umfangreiche Messungen an der Prüfstelle HLK der Hochschule Luzern von Rotoren verschiedener Hersteller in den verschiedenen Kategorien können charakteristische Kennlinien für die unterschiedlichen Ausführungen 4 Rückfeuchtzahl Ψ 2 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 Temperatur Eintritt Kaltluft (t 21, x 21) Sättigungsfeuchte Kaltluft Bild 4: Definition des Kondensationspotenzials κ 0 -4 -2 0 2 4 6 8 10 Kondensationspotenzial κ [g/kg] Eintritt Warmluft (t 11, x 11) Kondensationspotenzial der Warmluft κ Sorptionsrotor Hygroskopischer Rotor Kondensationsrotor Wasser angegeben werden. Bezugsgröße für die Rückfeuchtzahl ist dabei das Kondensationspotenzial; das ist die Feuchtedifferenz zwischen der Warmluftfeuchte und der Sättigungsfeuchte der Kaltluft (Bild 4). Folgendes ist zu bemerken: ● Je größer das Kondensationspotenzial ist, desto größer ist die zu erwartende Kondensatmenge auf der Warmluftseite. ● Ist das Kondensationspotenzial null oder negativ, so kann kein Kondensat entstehen. Die Feuchteübertragung ist also nur durch Sorption möglich. ● Die angegebenen Kennlinien geben typische Werte für Bild 5: Typischer Verlauf der Rückfeuchtzahlen verschiedener Rotoren in Abhängigkeit des Kondensationspotenzials Rel. Feuchte
● das Massenstromverhältnis von 1.0 und den Druckverlust von ca. 130 Pa bei einer Lagenhöhe von 1.9 mm wieder. Der Geltungsbereich der Bezugsgröße κ, also des Kondensationspotenzials, ist beschränkt auf übliche Konditionen der Lüftungstechnik. Die Rückwärmzahl muss mindestens 70 % betragen. Die Feuchte übertragung darf durch die Sättigungslinie (z.B. bei sehr tiefen Außentemperaturen) nicht begrenzt sein. Mit den Messergebnissen können die verschiedenen Rotortypen wie folgt charakterisiert werden: Kondensationsrotor Die Feuchteübertragung ist nur bei Kondensation möglich. Bei großen Temperaturdifferenzen können Rückfeuchtzahlen bis zu 60 % erreicht werden. Im Bild 6 erkennt man, dass die Rückfeuchtzahl eines Kondensationsrotors über einen weiten Temperaturbereich recht hoch ist und dass Feuchte vor allem dann übertragen wird, wenn sie benötigt wird, also im Winter. Hygroskopischer Rotor Die Feuchte wird durch Sorption und Kondensation übertragen, wobei der Sorptionsanteil sehr gering ist. Die Feuchteübertragung im sogenannten Sommerbetrieb (κ < 0) ist also ebenfalls sehr gering. (Die Feuchteübertragung durch Sorption ist von der chemischen Behandlung abhängig und variiert von Hersteller zu Hersteller. Bestenfalls können Werte des Sorptionsrotors erreicht werden.) Sorptionsrotor Die Rückfeuchtzahl ist nahezu unabhängig vom Kondensationspotenzial. Der geringe Rückgang lässt sich mit dem gleichzeitig geringer werdenden Temperaturunterschied begründen. Aus den angeführten Messwerten lässt sich Folgendes schließen: ● Bei Lüftungsanlagen ohne mechanische Kühlung, also für den Einsatz im Winterbetrieb, sind Kondensationsrotoren für die Wärme und Feuchtigkeitsübertragung sinnvoll. Dies zeigt auch Bild 7, in dem die Zuluftfeuchte in Abhängigkeit der Außentemperatur für übliche Abluft konditionen (22 °C / 50 % r.F.) angegeben ist (bei durchschnittlicher Außenluftfeuchte nach VDI 2067). Im Vergleich zum hygroskopischen Rotor ist die Zuluftfeuchte nur im Temperaturbereich zwischen – 5 °C und + 10 °C geringfügig kleiner. ● Für den Kühlbetrieb im Sommer, also wenn die Außenluft für die mechanische Kühlung getrocknet werden soll, sollten Sorptionsräder eingesetzt werden. Feuchterückgewinnung Verfahren und Funktion Außentemperatur t 21 [°C] Bild 6: Rückfeuchtzahl eines Kondensationsrotors in Abhängigkeit der Außentemperatur t21 für Abluft mit 22 °C / 50 % Feuchte [g/kg] Außentemperatur t 21 [°C] Zuluft (hygroskopischer Rotor) Zuluft (Kondensationsrotor) Außenluft Bild 7: Zuluftfeuchte in Abhängigkeit der Außentemperatur t21 für Abluft mit 22 °C / 50 % ● Hygroskopische Räder mit geringem Sorptionsanteil sind im Winterbetrieb nicht notwendig und im Kühlbetrieb nicht ausreichend effizient. 1.3 Dichtigkeit Komponenten der Lüftungstechnik, wie z.B. Klappen, Kanäle, aber auch Gerätegehäuse, sind normalerweise nie 100%ig luftdicht. Das liegt vor allem daran, dass dies von der Funktion her nicht unbedingt nötig ist und auch sehr teuer wäre. Für den praktischen Betrieb muss die Leckage aber in technisch vertretbaren Grenzen bleiben. Für einige Komponenten, wie z.B. für Klappen, sind deshalb Prüfvorschriften und Grenzwerte definiert. Für Wärmerückgewinner gibt es bislang solche Daten nicht, jedoch sind Praxiswerte aus Messungen bekannt. Es ist zu unterscheiden zwischen der Undichtigkeit nach außen (externe Leckage) und der Undichtigkeit zwischen Zu und Abluft (interne Leckage). Während die Abdichtung 5
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