Selten sichtbar und doch ein entscheidender Player bei der Suche nach höheren Energieeffizienzraten von modernen Heiz-, Klima- und Kälteanlagen ist der Wärmeübertrager. Und doch finden in ihm die alles entscheidenden Prozesse der Übergabe von Energie von einem zum anderen Medium statt (Rekuperation). Letztendlich entscheidet sich genau an dieser Stelle, ob die vorab z. B. erzeugte Wärme oder entzogene Wärme, sprich Kälte, mit der gewünschten hohen Effizienz an den Bestimmungsort geführt wird. Und gerade in Zeiten, in denen die Technologien wie beispielsweise Brennwertgeräte in puncto Effizienz ausgereizt sind, geht das Augenmerk immer mehr auf die Geräteperipherie wie die Wärmeübertrager.
Eine entscheidende Größe dabei für die Effizienzsteigerung ist der Druck im Wärmeübertrager. Nimmt dieser ab, also geht Druck verloren, erhöht sich je nach Volumenstromgröße der Energiebedarf und verringert sich die Effizienz. Der Physik sind allerdings Grenzen gesetzt, gibt es somit noch Optimierungspotenzial?
Die KK-Redaktion sprach darüber mit Christian Huhn, Geschäftsführer der Secespol Deutschland GmbH. Der polnische Hersteller von Wärmeübertragern ist seit rund 30 Jahren auf internationalen Märkten tätig und seit zehn Jahren mit einer Tochtergesellschaft auf dem deutschen Markt vertreten. Im Grunde genommen, so Huhn, sei Secespol ein Systemlieferant, der von A bis Z Wärmeübertrager anbietet, gelötet, geschraubt und Rohrbündel-Wärmeübertrager. Zudem will das Unternehmen den Bereich Industrie-Wärmeübertrager-Sonderbau verstärkt ausbauen. Angefangen habe man vor 30 Jahren mit dem JAD, der quasi das Ur-Produkt des Unternehmens sei. Gegründet wurde Secespol relativ kurz nach der Öffnung des Eisernen Vorhangs in Polen. Derzeit wächst das Unternehmen sehr stark im Bereich der gelöteten Platten-Wärmeübertrager, die z. B. in der Kältetechnik eingesetzt werden.
KK-Redaktion: Herr Huhn, mit den JADs ging es vor 30 Jahren bei Secespol los, wo werden die heute eingesetzt?
Christian Huhn: Überall dort, wo man Dampfanwendungen hat. Aber der JAD findet auch Anwendung in der Kältetechnik als Rohrbündel-Verdampfer oder sogar als Rohrbündel-Verflüssiger. Der JAD hat ein ganz speziell gewickeltes Coil, das keine glatten gerade Rohre hat. Das hat bei der Dampfanwendung den Vorteil, dass Dampfschläge wesentlich besser kompensiert werden können, da die Rohre im Coil wie eine Art Feder gewickelt sind. Beim Verdampfer hat man den Vorteil, durch die vielen Umlenkungen viel mehr Turbulenzen zu bekommen. Durch die komplett gewickelten und gekerbten Rohre sind die Übergangsleistungen bei der Wärmeübertragung besonders hoch. Generell fließt bei dem JAD das Kältemittel in den Rohren. Dieses gibt eine bessere Kontrolle über den Phasenwechsel. Das Medium mit dem größeren Volumenstrom sollte im Mantel fließen. Ist aber auch abhängig von der thermischen Aufgabenstellung. Die Rohrbündel-Wärmeübertrager werden aus nichtrostendem Stahl geschweißt. Wir verwenden hauptsächlich Edelstahlrohre. Das hat den Vorteil, dass die Rohre bei dem Verfahren, das wir anwenden, viel flexibler werden. Dadurch haben wir die Möglichkeit, unsere Standard-Rohrbündel-Wärmeübertrager für unterschiedliche thermische Anwendungen zu nutzen.
KK-Redaktion: Hohe Übergangsleistungen bei der Wärmeübertragung heißt auch höhere Energieeffizienz. Sind da noch Steigerungspotenziale vorhanden?
Christian Huhn: Teilweise. Es kommt darauf an, ob an dem Coil noch etwas optimiert werden kann, z. B. an der Kerbung oder dem Kerbprofil des Rohres, um den Wärmeübertragungswert zu verbessern. Allerdings lassen sich gewisse Parameter nicht mehr verändern, z. B. der Werkstoff, der einen festen Wert vorgibt. Vielleicht lässt sich noch etwas an der Legierung machen, aber der Physik sind Grenzen gesetzt. Entscheidend bei den Wärmeübertragern ist auch der Druckverlust. Es werden immer noch Wärmeübertrager in kleineren, kompakteren Ausführungen hergestellt und auf dem Markt angeboten, weil die preiswerter sind. Der Kunde oder Betreiber hat dann allerdings über die Lifecycle-Kosten höhere Stromverbrauchswerte. Denn jedes bar oder Null-Komma bar Druckverlust erzeugt je nach Volumenstrom-Größe einen entsprechend höheren Energiebedarf. Das allerdings sehen die Kunden erstmal nicht, für sie ist der Einkaufspreis entscheidend. Man muss also den Kunden darüber aufklären, dass je kompakter ein Wärmeübertrager ist, desto höher der Druckverlust wird. Nimmt er einen größeren Wärmeübertrager, hat er einen deutlich kleineren Druckverlust. Und das wird vor allem interessant, wenn die Volumenströme im drei- oder vierstelligen Bereich und die Betriebsstunden z.B. zwischen 6 000 und 8 000 im Jahr liegen. Dann wird jedes Kilowatt, das beim Energiebedarf eingespart werden kann, zu barem Geld.
Bild: Secespol
KK-Redaktion: Sind die Rohrbündel-Wärmeübertrager heute technisch ausgreift oder gibt es noch Verbesserungsmöglichkeiten?
Christian Huhn: Unsere DNA-Baureihen sind der nächste Schritt in der Entwicklung von Rohrbündel-Wärmeübertrager, sie bieten durch ihren Aufbau erhebliche Vorteile. Im Vergleich zu Standardlösungen erreichen sie signifikant höhere Wärmeübertragungsraten. So ermöglicht die Anordnung der Wärmeübertragungsfläche in der Mantelseite einen effizienteren Betrieb bei Anwendungen mit hohem Volumen. Produziert werden die speziellen Rohre für den DNA-Wärmeübertrager an unserem Produktionsstandort in Tschechien, komplementiert werden sie als Rohrbündel-Wärmeübertrager aber dann in Polen an unserem Hauptsitz, wo wir bis zu 90 Prozent unserer Geräte bauen.
KK-Redaktion: Sie haben auch geschraubte Platten-Wärmeübertrager im Portfolio, wo werden die eingesetzt?
Christian Huhn: Im Prinzip überall dort, wo der logarithmische Temperaturunterschied sehr klein ist und große Wärmemengen bei niedrigen Durchflussgeschwindigkeiten übertragen werden sollen. Beispielsweise in Heiz- und Kühlsystemen, in Kaltwasser-Anwendungen, bei System-Trennungen, aber auch in der Prozesstechnik ebenso wie in der Umwelttechnik. Die geschraubten Platten-Wärmeübertrager gibt es in verschiedenen Größen, mit unterschiedlichen Plattenanzahlen, Materialien und Dichtungen. Je nach Anwendungsbereich sind verschiedene Plattenprägungen und Durchflussvarianten verfügbar. Zudem sind aufgrund ihrer Zerlegbarkeit die geschraubten Platten-Wärmeübertrager durch weitere Platten erweiterbar und sie sind einfach und schnell zur reinigen.
Bild: Secespol
KK-Redaktion: Neben kupfergelöteten Platten-Wärmeübertragern bieten Sie auch einen aus Edelstahl an, welche Vorteile hat der?
Christian Huhn: Das ist der Luna, der durch seine Konstruktion ein besonders langlebiger Platten-Wärmeübertrager ist und eine hohe Bandbreite an Einsatzmöglichkeiten hat. Vorwiegend wird er in der Trinkwassererwärmung und -aufbereitung eingesetzt. Ein anderes Einsatzfeld für den Luna-Wärmeübertrager ist der Bereich Ammoniak-Kälte, wo er durchaus eine Alternative zu anderen Produkten sein kann. Der Luna ist komplett und vollverschweißt aus Edelstahl.
KK-Redaktion: Kommen wir nochmal auf die Effizienzsteigerung zu sprechen. Was bieten Sie Ihren Kunden an, wenn sie mit einem solchen Anliegen auf Sie zukommen?
Christian Huhn: Wir bieten Lösungsansätze an. An unserem Hauptsitz in Polen haben wir ein eigenes Forschungs- und Entwicklungslabor mit einem großen Team von Ingenieuren und Thermodynamikern, die sich der Sache annehmen. Basierend auf unseren Standardprodukten wird dann untersucht, was sich entsprechend den Kundenwünschen optimieren lässt. Sei es z.B. eine andere Prägung der Platten oder eine andere Kerbung der Rohre. Ziel dabei ist es, die Turbulenz zu erhöhen oder mehr turbulente Strömung im Wärmeübertrager zu erzeugen, um bessere Wärmeübergangswerte zu erhalten und damit eine höhere Energieeffizienz.
KK-Redaktion: Vielen Dank für das Gespräch.
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