Lamellenwärmetauscher sind Rekuperatoren, die thermische Energie zwischen Luft und einem strömenden Medium übertragen. Sie gelten als leistungsfähig sowie effizient und kommen vor allem in der Klimatechnik zum Einsatz. Hier arbeiten sie als Luftkühler, Lufterhitzer, Verdampfer, Kondensator oder Rückkühler. Deutsche-Thermo informiert über den Aufbau und die Funktionsweise der Wärmeübertrager. Erfahren Sie außerdem, worauf es bei Auslegung und Berechnung ankommt, wenn Sie einen Lamellenwärmetauscher kaufen wollen.
Die Themen im Überblick
- Lamellenwärmetauscher: Verständlich erklärt
- Vorteile und Einsatzbereiche in der Übersicht
- Aufbau und Funktionsweise der Rekuperatoren
- Verschiedene Materialien stehen zur Auswahl
- Tipps: Lamellenwärmetauscher richtig planen
- Wartung und Reinigung für eine hohe Effizienz
- FAQ: Häufige Fragen zu den Wärmetauschern
Lamellenwärmetauscher für Heizung, Klima und Industrieanlagen
Lamellenwärmetauscher (auch Lamellenwärmeübertrager) sind Bauteile zur indirekten Wärmeübertragung. Diese heißen auch Rekuperatoren und sind dadurch gekennzeichnet, dass zwei Medien in räumlich getrennten Bereichen aneinander vorbeiströmen. Auf diese Weise geht zwar Wärme von einem Medium auf ein anderes über. Stofflich erfolgt aber keine Durchmischung. Das hat den Vorteil, dass die Anlagen neben der Wärme keine Schadstoffe, Schmutzpartikel oder Ähnliches übertragen. Zur gleichen Kategorie von Wärmeübertragern gehören auch Plattenwärmetauscher und Rohrbündelwärmetauscher.
An Rohren befestige Lamellen sorgen für effiziente Wärmeübertragung
Zu erkennen sind Lamellenwärmetauscher an zahlreichen Lamellen (auch Lamellenpakete genannt), die ein Netz aus Rohrleitungen umgeben. Beide Elemente sind fest miteinander verbunden, sodass die Lamellen die Oberfläche der Rohrleitungen deutlich vergrößern. Im praktischen Einsatz hat das folgende Vorteile:
- Wärme, die ein strömendes Medium an die Rohrwandungen abgibt, lässt sich effektiv an vorbeiziehende Luft abgeben oder
- Wärme eines vorbeiziehenden Luftstroms geht über die Lamellen und die Rohrwände effektiv auf ein strömendes Medium im Leitungsnetz über.
Thermische Energie lässt sich dabei also von Luft auf ein Fluid (Gas, Flüssigkeit oder Gemisch) und umgekehrt von einem Fluid auf Luft übertragen.
Übrigens:
Wie gut ein Lamellenwärmetauscher funktioniert, hängt neben den Temperaturverhältnissen der beiden Medien auch von der Oberfläche der Lamellen ab. Je größer dieser ist, umso mehr Wärme lässt sich übertragen.
Vorteile und Einsatzbereiche der Wärmeübertrager mit Lamellen
Lamellenwärmeübertrager zeichnen sich vor allem dadurch aus, dass sie in einem begrenzten Volumen eine sehr große Oberfläche unterbringen. Diese ermöglicht eine leistungsfähige Wärmeübertragung von verschiedenen strömenden Medien (Öl, Wasser, Gas, Kältemittel etc.) auf Luft und umgekehrt. Die Anlagen lassen sich vergleichsweise gut reinigen und durch die Verbindung mehrerer Lamellenpakete optimal an die individuellen Anforderungen anpassen. Von Vorteil ist es in diesem Zusammenhang auch, dass sich die Form der Wärmeübertrager an den Platz am Einsatzort anpassen lässt – ganz gleich, ob dieser rechteckig oder quadratisch ist.
Die wichtigsten Vorteile der Lamellenwärmetauscher im Überblick:
- große Wärmeübertragerfläche in einem vergleichsweise kleinen Volumen
- leistungsfähige Wärmeübertragung mit einem Lamellenwärmetauscher
- Übertragung thermischer Energie mit stofflicher Trennung der Medien
- Einsatz mit verschiedensten strömenden Medien problemlos möglich
- Bauteilform individuell an die eigenen Platzverhältnisse anpassbar
Die Übersicht zeigt: Geht es um die Wärmeübertragung von Luft auf ein anderes strömendes Medium oder umgekehrt, profitieren Sie von zahlreichen Vorteilen, wenn Sie einen Lamellenwärmetauscher kaufen.
Einsatzbereiche der Wärmeübertragung finden sich überall in der Technik
Ob im Kraftwerk, in der Papierindustrie oder in der chemischen Industrie: Überall dort, wo die Wärmeübertragung auf oder von Luft gefragt ist, können Sie einen Lamellenwärmetauscher kaufen. Das gilt gleichermaßen für den Maschinenbau, die Verfahrenstechnik, die Umwelttechnik sowie die Heizungs- und Lüftungstechnik. In all diesen Bereichen arbeiten die Wärmeübertrager dabei als:
- luftgekühlte Flüssigkeitskühler
- Lufterhitzer (Heizregister)
- Luftkühler (Kühlregister)
- Wärmerückgewinnungsregister
- Gebläseluftkühler
- Druckgaskühler
- Ölkühler
- Generatorkühler
- Verdampfer
- Kondensator
Auch in Bezug auf die Arbeitsmedien gibt es kaum Einschränkungen. So können Sie sogar für aggressive Medien einen Lamellenwärmetauscher kaufen, wenn die Auslegung der Materialien entsprechend erfolgt. Im Allgemeinen eignen sich die Anlagen unter anderem für:
- Wasser
- Öl (Hydraulik-, Schmier- oder Thermoöl)
- Dampf (auch mit hohen Drücken)
- Sole, Brunnen-, Oberflächen- oder Seewasser
- kondensierende bzw. verdampfende Medien wie Kältemittel
- aggressive Luft (z. B. in der Tabak- oder Papierindustrie)
- Abgase (etwa zur Abgaskühlung und Energierückgewinnung bei BHKWs)
- Chemikalien und aggressive Medien wie Ammoniak oder CO2
Möchten Sie einen Lamellenwärmetauscher kaufen, gibt es auch in Bezug auf die Leistung kaum Grenzen. Denn letztere hängt von der Übertragerfläche ab, die sich beliebig erweitern lässt, sofern ausreichend Platz vorhanden ist.
Aufbau und Funktionsweise der Wärmeübertrager verständlich erklärt
Lamellenwärmeübertrager bestehen einfach beschrieben aus Kernrohren, die ein strömendes Medium durch die Bauteile leiten. An diesen befinden sich Lamellen, die eine große Wärmeübertragerfläche ermöglichen. Um eine feste Verbindung zwischen beiden herzustellen und die Wärmeübertragung zu ermöglichen, weiten Hersteller die Kernrohre auf, nachdem sie diese durch die Lamellenpakete geführt haben. Die freien Rohrenden versehen sie anschließend mit Bögen. Diese sorgen dafür, dass die Fluide in einem Kreislauf durch den Wärmeübertrager strömen. Zusätzlich schließen Hersteller die Rohre an Verteiler und Sammler an. Diese leiten das in den Lamellenwärmetauscher einströmende Medien in die verschiedenen Rohrleitungen, bevor es über Sammler aus dem Rekuperator herausströmt. Abhängig von der Einbausituation lässt sich außerdem ein Rahmen an den Lamellenpaketen installieren. Dieser schützt vor mechanischen Einwirkungen und ermöglicht eine sichere Montage.
Übrigens:
Die Art, in der das Medium durch den Lamellenwärmeübertrager strömt, hängt von den individuellen Anforderungen am Einsatzort ab. Hersteller berücksichtigen diese, wenn es um die Planung und Produktion der Rekuperatoren geht.
Lamellen ermöglichen eine effektive Wärmeübertragung im Rekuperator
Im laufenden Betrieb strömt ein Medium durch die Verteiler in die Kernrohre. Über diese erreicht es den Sammler, aus dem das Medium anschließend in die Anlage zurückgelangt. Gleichzeitig strömt Luft durch den Lamellenwärmeübertrager, die thermische Energie vom Medium aufnimmt oder Wärme an dieses abgibt. Es kommt zur Wärmeübertragung und die Temperaturen von der Luft und dem Medium im Kernrohr werden getauscht. Effiziente Anlagen erreichen dabei einen Übertragungsgrad von über 90 Prozent, wobei fast die ganze Energie eines Mediums auf ein anderes übergeht.
Übrigens:
Wie viel Wärme sich übertragen lässt, hängt von der Größe der Lamellenwärmeübertrager ab. Bei der Auslegung geht es also darum, diese genau zu bestimmen.
Höhere Leistung durch mehrere Lamellenpakete und Ventilatoren
Um die Leistung der Lamellenwärmeübertrager im Zuge der Auslegung zu steigern, lassen sich mehrere Lamellenpakete übereinander anordnen. Das sorgt für eine größere Übertragungsfläche und damit auch für eine stärkere Wärmeübertragung. Hilfreich sind zudem Ventilatoren, die Luft durch die Lamellen blasen. Die Luftmassen nehmen dadurch mehr Wärme auf bzw. geben mehr Wärme ab, was ebenfalls zu einer höheren Übertragungsleistung führt.
Lamellenwärmeübertrager Anschlüsse mit Gewinde oder Flansch
Um den Lamellenwärmetauscher anschließen zu können, sind in der Regel Gewinde am Sammler bzw. Verteiler vorhanden. Wie groß diese sind, hängt dabei von der Baugröße und Leistung der Anlagen ab. Geht es um sehr große Rekuperatoren, etwa für die Luftbehandlung in der Industrie, sind auch Flansch-Anschlüsse denkbar.
Verschiedene Materialien zur Lamellenwärmetauscher Auslegung
Möchten Sie einen Lamellenwärmetauscher kaufen, müssen die einzelnen Bauteile den eingesetzten Medien standhalten. Wichtig ist daher eine optimale Materialwahl. Welche Werkstoffe für die einzelnen Bauteile infrage kommen, zeigt die folgende Tabelle.
| Bauteil des Lamellenwärmetauschers | Material |
|---|---|
| Kernrohre | Kupfer, Kupfer-Nickel, Stahl, rostfreier Stahl |
| Lamellen | Aluminium, Kupfer, rostfreier Stahl |
| Rahmen/ Gehäuse | Aluminium, Stahl, Stahl verzinkt, rostfreier Stahl |
Mit der optimalen Materialkombination eignen sich Lamellenwärmeübertrager nicht nur für Wasser, Sole oder aggressive Medien. Auch hohe temperaturbedingte Längenausdehnungen und Druckwerte von bis zu 800 bar lassen sich mit der richtigen Lamellenwärmetauscher Auslegung aushalten.
Lamellenwärmetauscher berechnen und auslegen: Darauf kommt es an
Wollen Sie einen Lamellenwärmeübertrager kaufen, kommt es auf die passgenaue Auslegung an. Diese beginnt mit der Berechnung des Wärmestroms. Auf dieser Basis ist die Übertragerfläche zu ermitteln, bevor es um die Auslegung der Materialien und die Detailplanung der Wärmeübertrager geht.
Schritt 1: Wärmestrom über den Lamellenwärmetauscher berechnen
Zur Berechnung der Bauteile nehmen Experten in einem ersten Schritt die wichtigsten Anlagenparameter auf. Sie erfragen, welche Medien im Einsatz sind, mit welchen Masseströmen zu rechnen ist und wie die Temperaturdifferenz ausfallen soll. Auf dieser Basis ist es möglich, den erforderlichen Wärmestrom zu berechnen. Dazu kommt folgende Gleichung zum Einsatz:
- Wärmestrom berechnen: Q = m x c x dt
Dabei steht „Q“ für den Wärmestrom oder die Leistung in Watt bzw. Kilowatt (W bzw. kW). „m“ symbolisiert den Massenstrom des Mediums in Kilogramm pro Stunde (kg/h) und „c“ dessen Wärmespeicherfähigkeit in Kilojoule pro Kilogramm und Kelvin (kJ/kg*K).
Schritt 2: Wärmeübertragerfläche der Lamellenpakete berechnen
Steht der Wärmestrom fest, können Experten den Lamellenwärmetauscher auslegen. Einen Schwerpunkt stellt dabei die Berechnung der Wärmeübertragerfläche dar. Dazu kommt folgende Gleichung zum Einsatz:
- Wärmeübertragerfläche berechnen: A = Q / (k * dT)
„A“ steht dabei für die benötigte Wärmeübertragerfläche. Das „k“ symbolisiert den Wärmedurchgangskoeffizient und „dT“ die Temperaturdifferenz der beiden Medien. Während der Wärmedurchgangskoeffizient vom Aufbau des Wärmeübertragers abhängt, ist bei der Temperaturdifferenz die logarithmische Temperaturdifferenz anzusetzen. Abhängig von der Art des Wärmetauschers kann es nötig sein, diese außerdem mit einem Korrekturfaktor zu multiplizieren.
Schritt 3: Lamellenwärmetauscher auslegen und Kosten kalkulieren
Mit den zuvor gesammelten und berechneten Daten können Experten nun den Lamellenwärmetauscher auslegen. Dazu wählen sie die individuell benötigten Materialien. Sie ermitteln die Größe der Bauteile, planen den Verlauf der Kernrohre sowie die nötigen Anschlüsse und kalkulieren, wie viel der Lamellenwärmetauscher kosten wird.
Wichtig zu wissen:
In der Praxis setzen Experten neben ihrer Erfahrung auch auf moderne Software, wenn sie einen Lamellenwärmetauscher berechnen und auslegen. Das sorgt für ein hohes Maß an Effizienz und dafür, dass der Rekuperator letztlich optimal zum gewünschten Einsatz passt.
Regelmäßige Wartung und Reinigung sichert Funktion und Effizienz
Abhängig vom Einsatzort können sich die feinen Lamellen der Wärmeübertrager mit der Zeit zusetzen. Schmutzablagerungen stören die Wärmeübertragung und führen in absehbarer Zeit zu einer spürbar geringeren Leistung. Grund dafür sind:
- Fette, Öle, Harze, Ruß, Grafit und andere Verschmutzungen aus der Luft am Einsatzort
- Kalkablagerungen durch nicht behandeltes Besprühwasser zur Verdunstungskühlung
- Lack-Ablagerungen aus der Luft von Autowerkstätten, Lackierereien und Fabriken
- Keime an durch Kondensation feuchten Stellen von Luftkühlern und Rückkühlern
Zudem kann es durch mechanische Einwirkungen zur Verformung der feinen Lamellen am Wärmetauscher kommen. Folgen dessen sind neben höheren Betriebskosten auch Leistungseinbußen, Ausfälle sowie kostenintensive Reparatur- oder Austauscharbeiten.
Grad der Verschmutzung und Beschädigungen bei Wartungsarbeiten prüfen
Um die oben genannten Folgen zu verhindern, sollten Sie Lamellenwärmeübertrager warten. Dabei prüfen geschulte Mitarbeiter oder Experten die Bauteile in regelmäßigen Abständen, um Verschmutzungen frühzeitig zu erkennen. Wie oft die Wartung erforderlich ist, hängt dabei von der Betriebsweise und vom Einsatzort ab. Experten geben im Rahmen der Planung wertvolle Hinweise dazu.
Schäden beseitigen und bei Verschmutzung Lamellenwärmetauscher reinigen
Sind Verformungen der Lamellen zu erkennen, können Fachleute diese beseitigen. Dazu biegen sie die Wärmeübertragerflächen mit geeigneten Werkzeugen zurecht. Sind die Lamellenwärmetauscher verschmutzt, stehen hingegen Reinigungsarbeiten an. Etabliert hat sich dabei ein sogenanntes Mehrstrahl-Hochdruckreinigungs-Verfahren. Dieses beseitigt wirksam alle oben genannten Ablagerungen ohne den Einsatz chemischer, teils korrosiver Stoffe. Geht es um den Einsatz in hygienisch relevanten Bereichen (Kühltechnik im Lebensmittelsektor), können Experten den Lamellenwärmeübertrager zudem desinfizieren und so langfristig vor einem möglichen Keimbefall schützen.
Wichtig zu wissen:
Versuchen Sie nicht, mit einem einfachen Hochdruckreiniger einen Lamellenwärmetauscher selbst zu reinigen. Das kann die Lamellen verbiegen und schwere Schäden an den Bauteilen verursachen.
FAQ: Häufig gestellte Fragen und Antworten zu Lamellenwärmetauschern
Was ist ein Lamellenwärmetauscher und wie funktioniert er?
Lamellenwärmetauscher sind Wärmeübertrager mit stofflicher Trennung. Sie gehören zur Kategorie der Rekuperatoren und eignen sich zur Wärmeübertragung von Luft auf ein strömendes Medium und umgekehrt. Möglich ist das durch Rohrleitungen, die von Lamellen umgeben sind. Letztere schaffen auf kleinem Volumen eine große Übertragerfläche. Um die Leistung zu steigern, lässt sich Luft mit Ventilatoren durch die Lamellen leiten.
Welche praktischen Vorteile bietet ein Lamellenwärmeübertrager?
Zu den Vorteilen der Geräte gehört die große Übertragerfläche auf kleinem Volumen. Die Anlagen erreichen eine hohe Leistung, übertragen Wärme ohne stoffliche Trennung und lassen sich vergleichsweise einfach reinigen. Ein weiterer Vorteil ist, dass Lamellenwärmeübertrager für nahezu alle Medien infrage kommen, sofern es um die Kühlung oder Beheizung von bzw. mit Luft geht. Günstig ist zudem die Möglichkeit, die Bauform der Lamellenwärmeübertrager individuell an die örtlichen Gegebenheiten anzupassen.
Wo kommen Wärmetauscher mit Lamellen heute zum Einsatz?
Die Rekuperatoren kommen in nahezu allen Bereichen der Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik zum Einsatz. So arbeiten sie beispielsweise als Lufterhitzer (Heizregister), Luftkühler (Kühlregister), Wärmerückgewinnungsregister, Gebläseluftkühler, Druckgaskühler, Ölkühler, Generatorkühler, Verdampfer oder Kondensatoren. Als Medien kommen dabei Wasser, Öl (Hydraulik-, Schmier- oder Thermoöl), Dampf (auch mit hohen Drücken), Sole, Brunnen-, Oberflächen- oder Seewasser, kondensierende bzw. verdampfende Medien wie Kältemittel, Chemikalien und aggressive Medien wie Ammoniak oder CO2 zum Einsatz.
Was ist bei der Auslegung und Auswahl der Geräte zu beachten?
Möchte Sie einen Lamellenwärmetauscher kaufen, kommt es bei der Auslegung in erster Linie auf den zu übertragenden Wärmestrom an. Weitere Einflussfaktoren auf Größe, Bauform und Materialzusammenstellung haben die geplanten Temperaturverhältnisse, die Platzsituation am Einbauort und die Medien, die später durch den Rekuperator hindurch strömen sollen. Experten nehmen all diese Daten auf und planen die Wärmeübertrager häufig individuell.
Warum ist die regelmäßige Wartung wichtig und wie funktioniert sie?
Mit der Zeit kann es zur Verformung der Lamellen oder zu Ablagerungen an diesen kommen. Beides stört die Wärmeübertragung, wodurch die Leistung fällt. Folge sind überdies auch höhere Betriebskosten, mögliche Ausfälle und teure Reparatur- oder Austaucharbeiten. Um das zu verhindern, sollten Sie den Zustand der Lamellenpakete regelmäßig prüfen. Bei Beschädigungen lassen sich die Lamellen dann schonend gerade biegen. Sind die Zwischenräume verschmutzt, führen Experten eine Reinigung mit Mehrstrahl-Hochdruckreinigern durch. Das Gute daran ist, dass der Lamellenwärmetauscher dazu in aller Regel nicht ausgebaut werden muss.
Wie viel kann ein Lamellenwärmetauscher kosten?
Eine pauschale Antwort auf diese Frage ist nicht möglich. Denn bei einem Lamellenwärmetauscher hängen die Kosten von der Größe, den eingesetzten Materialien und von der individuellen Bauform ab. Sicherheit verschafft hier lediglich ein eigens kalkuliertes Angebot. Dieses erstellen Experten auf Basis der örtlichen Gegebenheiten.
