Was ist ein Enthalpie-Gegenstrom­wärmetauscher?

Wie funktioniert eigentlich ein Enthalpie-Gegenstromtauscher?

Ein Enthalpie-Wärmetauscher ist ein Tauscher, der aufgrund seiner Eigenschaften und der verwendeten Materialien nicht nur Wärme, sondern auch Feuchtigkeit zurückgewinnen kann.

Warum sollten wir einen Enthalpie-Wärmetauscher verwenden?


Um diese Frage zu beantworten, müssen wir uns ansehen, wie das ideale Klima für ein gesundes Leben aussehen sollte. In Innenräumen liegt die ideale Luftfeuchtigkeit zwischen 40 und 60 % relativer Luftfeuchtigkeit und die Temperatur zwischen 18 und 22 °C.

Bei der Verwendung einer Wärmerückgewinnungsanlage mit einem herkömmlichen Kreuz- oder Gegenstrom­wärmetauscher trocknen die Innenräume vor allem im Winter aus, da die kalte Luft wenig Wasser enthält und die feuchtere Innenluft nach außen gelangt.

Die Folge ist eine Verringerung der relativen Luftfeuchtigkeit um bis zu 20%. Diese Werte verursachen eine Austrocknung der Schleimhäute. Infolgedessen brennen die Augen und die Resistenz gegen das Eindringen von Viren und Bakterien in den Körper sinkt rapide. In ungelüfteten Räumen mit niedriger Luftfeuchtigkeit schießt die Zahl der Viren regelrecht in die Höhe.

Ein sekundäres Phänomen ist das Austrocknen ganzer Räume, wodurch Holzböden und Möbel austrocknen.

Die Hersteller von Wärmerückgewinnungsanlagen sind sich des Mangels bewusst und beheben ihn beispielsweise durch zusätzliche Befeuchtung, den so genannten “Enthalpiedämpfer” oder den Einsatz eines Rotationswärmetauschers, der aufgrund seiner Konstruktion die Feuchtigkeit auf natürliche Weise teilt. Diese Lösungen haben jedoch große Nachteile. Alle Bestandteile der Abluft aus dem Raum passieren das Gerät.

Darüber hinaus hat der Rotationswärmetauscher mehr Leckagen. Bei der Verwendung eines Tauschers mit Spülkammer wird zwar die “schmutzige” Luft zumindest teilweise gereinigt, aber der Wirkungsgrad sinkt und die Anlagen werden größer.

Wie funktioniert eigentlich ein Enthalpie-Gegenstromtauscher?


Damit der Wärmetauscher Feuchtigkeit transportieren kann, muss das Material der Lamellen die Fähigkeit haben, Feuchtigkeit zu übertragen. Ermöglicht wird dies durch Membranen, spezielle Materialien, die die Feuchtigkeitsübertragung gewährleisten können. Dieses Phänomen wird als selektive Durchlässigkeit (Permeabilität) bezeichnet. Also idealerweise Durchlässigkeit nur für Wasserdampfmoleküle. Dies ist wichtig, um zu verhindern, dass CO2, usw. in den Raum zurückkehren.

Derzeit werden poröse Membranen verwendet, d. h. mit Mikroporen, die groß genug sind, um nur Wassermoleküle durchzulassen. Ihr Nachteil ist, dass auch jedes kleinere Molekül hindurchtreten kann und die Poren verstopfen können, wodurch die Wirksamkeit der Membran mit der Zeit abnimmt.

Ein anderer Typ sind Ionen­austauscher­membranen. Hier können Wassermoleküle imaginär eine Leiter aus Ionenbindungen hinaufklettern. Andere Gase und Moleküle können nicht “klettern”. Wasserdampfmoleküle dringen auf natürliche Weise von einem Ort mit höherer Luftfeuchtigkeit zu einem Ort mit niedrigerer Luftfeuchtigkeit vor. Für andere Moleküle und Gase gibt es keine Permeabilität.

Es ist die Selektivität der Membranen, die einen großen Unterschied macht. Die Selektivität kann jedoch gemessen werden und das so, dass die zu messende Membranprobe zwei Kammer trennt. Eine, in der sich Luft befindet, und eine, in der ein anderes Gas (CO2, CO, NH3) vorhanden ist. In der Luftkammer wird die Konzentration des Gases gemessen. Ist die Gaskonzentration standardmäßig nicht messbar, wird sie mit einem Gaschromatographen gemessen, der den Gehalt des schädlichen Gases genauer bestimmt.

Was sind die weiteren Vorteile eines Enthalpie-Wärmetauschers?


Der Hauptvorteil neben den oben genannten ist die deutliche Verzögerung des Gefrierpunkts. Im Winter kühlt kalte Luft, die von außen in den Tauscher einströmt, die Tauscherplatten ab, und die stark feuchte Abluft kondensiert infolgedessen. Diese Feuchtigkeit gefriert allmählich. Der Enthalpietauscher gibt die Feuchtigkeit an die Zuluft ab, und wenn die Luft in die kalten Teile des Tauschers eintritt, enthält sie viel weniger Feuchtigkeit.

Was sind die weiteren Vorteile eines Enthalpie-Wärmetauschers?

Begriffe wie Taupunkt und Mollier-Diagramm helfen uns, diese Phänomene zu verstehen. Dadurch kann das Gefrieren der Zuluft bis auf -10 °C verzögert werden. Ein herkömmlicher Wärmetauscher hat schon bei -3 °C Probleme. Dadurch wird die sonst notwendige Vorwärmung der Zuluft stark hinausgezögert und die eingesparte Energie erhöht den Gesamtwirkungsgrad einer solchen Wärmerückgewinnungseinheit weiter.

Die Kondensation ist ein weiteres negatives Phänomen herkömmlicher Plattenwärmetauscher. Überschüssige Feuchtigkeit muss über eine Kondensatwanne abgeführt werden und die Einheit benötigt einen Anschluss an den Abfluss. Außerdem verhindert das kondensierende Wasser den freien Luftdurchgang und erhöht den Druckverlust.

Ist der Enthalpie-Wärmetauscher auch für den Sommerbetrieb geeignet?


Die einfache Antwort lautet: Ja. Im Sommer ändert sich die Feuchtigkeitssituation oft. Das heißt, es kommt oft sehr feuchte Luft von draußen herein. Die feuchte Luft erhöht das Temperaturempfinden, und wir haben ein intensives Wärmegefühl. Dank des Enthalpie-Wärmetauschers kann die Feuchtigkeit der Zuluft reduziert und der Komfort erhöht werden.

In extrem trockenen Klimazonen hingegen werden die Innenräume wieder künstlich befeuchtet und die Feuchtigkeit würde während des Rückgewinnungsprozesses nutzlos entweichen. Der Enthalpie-Wärmetauscher wird einen wesentlichen Teil davon wieder zurückgeben.

Ist der Enthalpie-Wärmetauscher auch für den Sommerbetrieb geeignet?

Hat der derzeit verwendete Enthalpie-Wärmetauscher auch irgendwelche Nachteile?


Die derzeit verwendeten Enthalpietauscher weisen eine ganze Reihe von ihnen auf.

Preis – Enthalpie-Wärmetauscher sind mehrfach teurer als herkömmliche Aluminium- oder Kunststofftauscher. Aber wenn man bedenkt, dass wir bis zu 90 % unseres Lebens in Innenräumen verbringen, ist die höhere Investition eine Überlegung wert.

Geringerer Wärmewirkungsgrad – Dies ist darauf zurückzuführen, dass die meisten auf dem Markt erhältlichen Membranen sehr schwache Folien sind. Diese schwachen Folien erlauben nicht nur keine Verformung und damit eine Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche, sondern sind auch nicht selbsttragend und benötigen daher Stützrahmen, die gleichzeitig den Lamellenabstand bilden. Diese Rahmen wiederum reduzieren die Wärme- und Feuchtigkeitsübertragungsfläche um bis zu 20 %.

Geringerer Widerstand gegen Differenzdruck – der aufgrund der Biegeanfälligkeit der Membran entsteht. Dies hat zur Folge, dass der Druckverlust in einem Zweig sinkt und im anderen Zweig extrem steigt, bis zu dem Punkt, dass der Ventilator der Einheit die Differenz nicht mehr ausgleichen kann.

Was ist die Einzigartigkeit des von RECUTECH angebotenen Enthalpie-Wärmetauschers?


Hoher thermischer Wirkungsgrad – Dank der Materialien, die es ermöglichen, die Wärme­austausch­fläche zu formen und somit zu vergrößern, beträgt der Wärme­übertragungs­wirkungsgrad bis zu 90 %. Wir verzichten auf Distanzrahmen, da diese nicht benötigt werden.

Der Wirkungsgrad der Feuchtigkeits­übertragung beträgt bis zu 75 %.

Was ist die Einzigartigkeit des von RECUTECH angebotenen Enthalpie-Wärmetauschers?

Dichtheit – Wie Sie es von RECUTECH Wärmetauschern gewohnt sind, sind sie dicht. Davon lassen wir nicht einmal ben den Enthalpie-Wärmetauschern ab. Wir testen sie alle und nur die dichten kommen zu Ihnen.

Einfacher Umtausch in bestehenden Anlagen – Dank gleichen Abmessungen und ähnlichen thermischen Wirkungsgradparametern können Sie den Wärmetauscher in der Einheit problemlos durch einen Enthalpie-Wärmetauscher ersetzen.

Hohe Beständigkeit gegen ungleichmäßigen Druck – Dank der Steifheit der verwendeten Materialien können unsere Wärmetauscher einem ungleichmäßigen Druck von 800 Pa standhalten. Sie können auch in einer Konfiguration verwendet werden, bei der ein Ventilator in der Einheit saugt und der andere drückt.

Hohe Selektivität – Unsere Membran ist hochselektiv. Sie lässt wirklich nur Wasserdampf durch und keine anderen Gase. Die Selektivität wird durch Tests überprüft.

Wie wurden diese Parameter erreicht?


In erster Linie durch die Verwendung eines einzigartigen Materials namens Metalpic, das in Enthalpietauschern von Recutech eingesetzt wird. Dieses Material wurde nur für diesen Zweck entwickelt und von Recutech geschaffen. Es handelt sich um ein Sandwichmaterial, bei dem jede Komponente eine klar definierte Funktion hat.

Es besteht aus speziell behandeltem Streckmetall aus Aluminium mit der größtmöglichen offenen Oberfläche. Seine Hauptfunktion besteht darin, eine tragende Struktur für die zweite Komponente zu schaffen, bei der es sich um eine sehr dünne Polymermembran handelt. Warum Aluminium?  Nun, weil dieses Material die Wärme sehr gut leitet und leicht recycelbar ist.

METALPIC

Der zweite Teil des Sandwiches ist die Polymermembran. Ihre Hauptfunktion ist die Übertragung von Feuchtigkeit und sie muss die Dichtheit des resultierenden Materials gewährleisten. Es handelt sich um eine Ionenaustauschermembran, die selektiv durchlässig ist.

Dank der Unterstützung durch das Streckmetall kann die Membran sehr dünn sein, und je dünner die Membran, desto besser ist der Feuchtigkeitstransport. Beide Teile dieses Sandwiches werden durch Laminierung miteinander verbunden. Anschließend wird dieses Material bereits als klassische Aluminiumfolie für Wärmetauscher der Serien REK und REC verarbeitet. Dabei müssen die beiden Teile dieses Sandwiches die relative Dehnung von Aluminium beim Dehnen aushalten.

METALPIC

Dank dieser Eigenschaften ist es jedoch möglich, eine Lamelle zu schaffen, die bei der Verformung verstärkt wird und deren Wärmeaustausch- und Feuchtigkeitsaustauschoberfläche vergrößert wird. Durch die Dehnung wird die Membran noch dünner und je dünner sie ist, desto besser ist die Feuchtigkeitsübertragung, wie wir bereits oben geschrieben haben.

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