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Green-Economy.de - Lexikon - Wärmetauscher
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Wärmetauscher
Wärmetauscher, auch als Wärmeaustauscher bezeichnet, sind ein wichtiger Bestandteil der modernen Heizungstechnik. Die Bezeichnung Wärmetauscher ist eigentlich nicht korrekt, da zwei Medien die Wärme nicht austauschen, sondern die Wärmeenergie von einem auf das andere Medium übertragen wird, ohne dass beide in direkten Kontakt miteinander kommen.

Deshalb wird der Wärmetauscher in der Fachsprache auch Wärmeüberträger genannt. Die Wärme fließt dabei nach den physikalischen Gesetzmäßigkeiten immer vom wärmeren zum kälteren Medium, wobei die Medien, zum Beispiel Wasser, Luft, Gase, oder Arbeitsmittel nicht miteinander in Berührung kommen. Die Wärmeenergie wird von dem Quellwärmeträger auf den Zielwärmeträger übertragen.

Die Medien sind dabei gasförmig oder flüssig. Für eine gute Effizienz muss das Material, das die Medien trennt, eine gute Wärmeleitung und große Oberfläche aufweisen. Weiter muss der Wärmeübergang zwischen Oberfläche und strömenden Medien möglichst gut sein, dafür ist eine turbulente Strömung günstig; diese findet vor allem bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten statt, bzw. bei einer hohen Reynoldszahl, zu der eine hohe Strömungsgeschwindigkeit und eine niedrige kinematische Viskosität des Mediums in gleichem Maße beitragen. Allerdings erhöht sich im Wärmeübertrager mit der Strömungsgeschwindigkeit auch der Strömungswiderstand, und die Effizienz reduziert sich wieder.

Erhöhter Strömungswiderstand bedeutet erhöhter Energieaufwand, um die Medien durch den Wärmeübertrager zu pumpen. Wärmeüberträger werden überall dort eingesetzt, wo beispielsweise Heizwärme erzeugt, Wasser erwärmt oder Solarwärme genutzt wird und bestehen in den meisten Fällen aus Metall, jedoch auch aus Email, Kunststoff, Glas oder Siliciumcarbid.

Im Klimabereich kommt überwiegend Kupfer und Aluminium aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit zum Einsatz. In der Industrie werden vor allem Stahl und hier besonders Edelstahl eingesetzt, da die Beständigkeit der Materialien benötigt wird. Heizkörper hingegen werden heute meist aus Stahlblech, früher aus Grauguss hergestellt. Kunststoff, Email, Glas oder Siliciumcarbid werden für Wärmeübertrager in der chemischen Industrie eingesetzt, wenn die Aggressivität der Fluide nicht den Einsatz metallischer Werkstoffe erlaubt. Siliciumcarbid kann aufgrund seiner extremen Temperaturbeständigkeit (Zersetzungstemperatur oberhalb von 2200 °C) auch bei Wärmeübertragern eingesetzt werden, deren Materialtemperaturen oberhalb der Einsatzgrenze der Metalle liegen.

Solche keramischen Hochtemperatur-Wärmeübertrager sind allerdings noch in der Entwicklung. Bei Wärmeübertragern, bei denen ein Medium eine Flüssigkeit, das andere Medium ein Gas (meist Luft) ist, unterscheidet sich die Wärmekapazität je Volumen der Medien sehr stark. Daher muss viel mehr Gas als Flüssigkeit durchströmen, und es ist notwendig, die Fläche für den Wärmeübergang an das Gas zu erhöhen. Dies erfolgt oft durch Rippen oder Bleche, z. B. bei Hochtemperatur-Heizkörpern, den Kühlschlangen an der Rückseite eines Kühlschrankes oder einer Klimaanlage und dem Kühler des Autos.

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