Wenn Sie heißes Wasser in kaltes Wasser schütten, erhalten Sie warmes Wasser. Dahinter steckt ein altbekanntes physikalisches Prinzip. Dieses macht sich auch der Plattenwärmetauscher zunutze. Allerdings sorgt sein Aufbau aus mehreren, dicht aneinander liegenden Einzelplatten dafür, dass sich die beiden Medien nicht miteinander vermischen. Im Folgenden erfahren Sie mehr über Anwendung, Funktionsweise und Kosten.
Alles auf einen Blick:
- Der Plattenwärmetauscher ist eine besondere Form eines Wärmetauschers.
- Er überträgt die thermische Energie eines warmen Mediums auf ein kaltes und sorgt dadurch für einen Temperaturausgleich zwischen beiden.
- Dabei bleiben die Medien, in der Regel Wasser oder Gas, in getrennten Kreisläufen und vermischen sich nicht.
- Dieser Wärmetauscher setzt sich aus einem mehrteiligen Plattenpaket zusammen: am Anfang und am Ende jeweils eine Abschlussplatte, in der Mitte mehrere Kanalplatten.
- Die Plattenanzahl kann je nach Leistung des Gerätes variieren. Unterschiede gibt es auch in der Art der Plattenverbindung (meist gelötet), der Fließrichtung der Medienströme, dem Material und der Größe.
Definition und Verwendung
Ein Plattenwärmetauscher ist ein Gerät, das zum Beispiel in der Kälte- und Klimatechnik oder dem Heizungsbau seine Anwendung findet. Er überträgt die Wärme eines Mediums auf ein kälteres, anderes Medium.
Was ist ein Plattenwärmetauscher?
Ein Plattenwärmetauscher ist eine spezielle Form eines Wärmeübertragers. Er dient dem Zweck, Flüssigkeiten zu erwärmen. Eine andere Bezeichnung lautet Plattenwärmeübertrager. Wie die Bezeichnung bereits vermuten lässt, besteht dieses Gerät aus mehreren Platten. Diese haben einen kleinen Abstand zueinander. Dazwischen strömen flüssige oder gasförmige Medien getrennt voneinander hindurch. Während dieses Vorgangs geht thermische Energie von dem warmen auf das kalte Medium über.
Wo werden Plattenwärmetauscher verwendet?
Plattenwärmetauscher kommen überall dort zum Einsatz, wo ein flüssiges Medium aufgewärmt oder abgekühlt werden soll. Diese Funktion ist für sämtliche technische Anlagen wichtig, besonders aus den folgenden Bereichen:
- Industrieanlagen (Heizkraftwerke, Nahrungsmitteltechnik, Maschinenbau)
- Heizungstechnik (Heizkessel, Fernwärme, Trinkwassererwärmung, Solaranlagen)
- Kälte- und Klimatechnik (Kondensator, Überhitzer, Unterkühler)
- Offshoretechnik (Ölkühlung, Dieselvorwärmung)
Aufbau
Diese Art des Wärmetauschers zeichnet sich vor allem durch seine spezielle Bauform aus. Er besteht aus mehreren einzelnen Platten, die die Funktion der indirekten Wärmeübertragung erfüllen.
Wie ist ein Plattenwärmetauscher aufgebaut?
Generell besteht ein Plattenwärmetauscher aus mehreren wellenförmig profilierten Platten, die miteinander verbunden sind. Daraus ergibt sich dann ein sogenanntes Plattenpaket.
An jedem Ende wird dieses Paket von einer Abschlussplatte begrenzt. Die vordere heißt Anschlussplatte. An ihr befinden sich die Anschlüsse für die Rohrleitungen. Ihr Gegenstück auf der Hinterseite ist die Druckplatte. Jede Abschlussplatte, also sowohl die Anschluss- als auch die Druckplatte, setzt sich wiederum aus mehreren Teilen zusammen: einer Dichtplatte, Blindringen und einer Abdeckplatte. Diese Elemente sorgen für eine optimale Dichtung und damit für eine hohe Übertragungsleistung.
Zwischen den beiden Abschlussplatten liegen die wärmeübertragenden Einzelplatten, die sogenannten Kanalplatten. Diese haben keine glatte Oberfläche, sondern besitzen wellenförmige Einkerbungen. Auch Fischgräten- oder Winkelmuster sind nicht selten. In diesen kleinen Zwischenräumen entwickeln sich dann kleine Luftströme. Dadurch wird die Wärmeübertragung im Vergleich zu einer glatten Oberfläche deutlich effizienter. Außerdem hat jede Platte innenliegend einen Kanal, durch den das jeweilige Medium fließen kann.
Die Anzahl, die Größe, das Material und die Prägung der Einzelplatten können sich von Gerät zu Gerät unterscheiden. Entscheidend dafür ist die Art der Anwendung, die erforderliche Wärmeleistung und das zu transportierende Medium.
Gibt es Unterschiede im Aufbau?
Die Plattenverbindung kann unterschiedlich sein. Es gibt gelötete, geschweißte oder geschraubte Modelle.
- Gelötet: Die einzelnen Platten sind an den Kontaktstellen miteinander fest verlötet. Ein Austausch defekter Teile ist nicht möglich. Hier muss gleich das gesamte Gerät getauscht werden.
- Verschraubt: Spannschrauben halten die Kanalplatten zusammen. Diese recht lose Bauweise ermöglicht, den Wärmetauscher nachträglich zu erweitern oder defekte Platten auszutauschen.
- Laserverschweißt: Immer zwei Kanalplatten sind zusammengeschweißt und bilden quasi eine dichte Kassette. Diese werden dann durch Schrauben zusammengehalten. Die einzelnen Kassetten können ausgewechselt werden.
Welche Größe haben Plattenwärmetauscher?
Ein haushaltsübliches Gerät, das sich zum Beispiel in Ihrer Heizung befindet, hat eine handliche Größe. Er ist etwa 10 Zentimeter breit, 20 Zentimeter lang. Wie tief der Wärmetauscher ist, ist davon abhängig, wie viele Kanalplatten darin verwendet sind. Je mehr es sind, umso größer ist seine erbringbare Leistung.
Anders sieht das bei Plattenwärmeübertragern aus, die in großen Industrieanlagen zum Einsatz kommen. Diese können selbst stehen und bis zu zwei Meter groß sein.
Funktionsweise
Der Aufbau des wärmeübertragenden Gerätes ist entscheidend für seine Funktionsweise. Ein Medium kann ein anderes erwärmen, ohne sich damit stofflich zu vermischen.
Wie funktioniert ein Plattenwärmetauscher?
Jeder Plattenwärmetauscher hat vier Anschlüsse, zwei für das wärmeabgebende Medium und zwei für das wärmeaufnehmende. Beide strömen, ohne sich zu vermischen, durch den Wärmetauscher und tauschen darin quasi die Wärme aus. Dabei ist die Fließrichtung ausschlaggebend dafür, wie hoch die Menge an Energie ist, die auf das kältere Medium übergeht. Sie kann parallel oder diagonal verlaufen:
- Gegenstrom: Die beiden Medien fließen in gegensätzlicher Richtung aufeinander zu und aneinander vorbei.
- Gleichstrom: Die Fließrichtung der beiden Ströme ist die gleiche.
- Kreuzstrom: Die beiden Strömungen verlaufen über Kreuz.
Die mit Abstand höchste Wärmeübertragung findet bei Modellen mit Gegenstrom statt. Diese sind am effizientesten und finden deshalb auch am häufigsten Verwendung.
Unabhängig von der Fließrichtung funktioniert jeder Plattenwärmeübertrager auf die gleiche Weise. Über die Anschlüsse fließen die beiden Ströme mit deutlich unterschiedlicher Temperatur in den Wärmetauscher: Der eine ist warm, der andere kalt. Direkt nach dem Eintritt in die Apparatur treffen sie auf die Platten und fließen in die jeweiligen Kanäle.
Abwechselnd werden die Platten entweder vom kalten oder vom warmen Strom ausgefüllt. Das Ergebnis ist, dass immer eine Platte kalt ist und die nächste wieder warm und so weiter. Die Kanalplatten sitzen sehr dicht nebeneinander. Dadurch wärmt jede Platte mit hoher Temperatur die danebenliegende Platte mit niedriger Temperatur. Oder andersrum: Jede kalte Platte kühlt die warme ab. Die Energie geht also von dem wärmeren auf das kältere Medium über.
Was kann ein Plattenwärmetauscher noch?
Die Hauptaufgabe besteht im Wärmeaustausch. Doch das ist nicht die einzige Funktion dieses Wärmetauschers. Die beiden Ströme sind strikt voneinander getrennt, das heißt, sie vermischen sich nicht. Dies ist zum Beispiel bei einer Solarheizanlage wichtig. Die Energie der Solarflüssigkeit kann auf das Heizungswasser übertragen werden, ohne dass das darin enthaltene Frostschutzmittel in den Heizkreislauf gelangt.
Wie wird ein Plattenwärmetauscher angeschlossen?
Ein Plattenwärmetauscher muss senkrecht stehend montiert werden. Sie erkennen dies an der Pfeilspitze, die nach oben zeigen muss. Halten Sie sich nicht an diese Anweisung, sind Leistungsverluste die Folge. Jedes Gerät hat bestimmte Montagevorrichtungen, zum Beispiel:
- Stützender Standfuß
- Umarmende Blechschelle
- Verschraubte Querleiste
- Montagestehbolzen an beiden Abdeckplatten
- Stützbeine an der hinteren Abdeckplatte
Ist das Gerät befestigt, folgt der Anschluss an das Rohrnetz. Jedes Gerät hat 4 Anschlüsse an seiner Vorderseite, zwei Eingänge und zwei Ausgänge. Da ein Plattenwärmeübertrager flüssige und gasförmige Medien verarbeiten kann und die Ströme in unterschiedlichen Fließrichtungen das Gerät passieren können, muss jedes Modell mit verschiedenen Anschlüssen ausgestattet sein.
Das klingt zwar kompliziert, aber Sie brauchen keine Sorge haben. Auf jeder Apparatur ist genau ersichtlich, welcher der Ein- und Ausgang für welches Medium ist. Trotzdem sollten Sie sehr sorgfältig hinschauen, um Fehler zu vermeiden. Im Idealfall überlassen Sie diese Installation einem Fachmann.
Hersteller und Kosten
Bei der Anschaffung dieses Wärmetauschers haben Sie eine große Auswahl an Modellen und Herstellern.
Welche Hersteller von Plattenwärmetauschern gibt es?
Sie haben nicht nur hinsichtlich Größe, Material, Leistung und Einsatzbereich eine große Auswahlmöglichkeit, sondern auch bei Herstellern von sämtlichen Wärmetauschern. Einige Hersteller sind:
- Buderus
- Xylem
- Bosch
- Thermotec
- Hydac
- Brötje
- Funke
- Swep
- jbj Techniques
Was kosten diese Wärmetauscher?
Gängige Edelstahl-Plattenwärmetauscher für den Einsatz in Ihrem Zuhause erhalten Sie für etwa 100-150 Euro, allerdings ohne Einbaukosten. Kleine, günstige Geräte mit einer Leistung von 30 bar, einer Plattenfläche von 0,05 m2 und nur 6 Einzelplatten gibt es schon ab 50 Euro. Teurere Modelle mit einer Leistung von 140 bar, einer Plattenfläche von 0,50 m2 und 50 Einzelplatten kosten dagegen circa 500 Euro.
Der Preis steigt also mit der Leistungsfähigkeit des Apparats. Weitere Faktoren, wodurch höhere Kosten entstehen können, sind das verwendete Material, die Größe und die Art der Plattenverbindung. Da der Plattenwärmeübertrager genau zu Ihrer technischen Anlage passen muss, sollte am besten ein Fachmann die individuelle Lösung für Sie finden.
Fazit
Das Prinzip eines Wärmetauschers ist einfach: Vermischt sich heißes Wasser mit kaltem Wasser, liegt die Temperatur des vermischten Wassers irgendwo dazwischen. Diesen Vorgang macht sich auch ein Plattenwärmetauscher zunutze. Das Besondere an dem Gerät ist nun aber, dass die beiden Flüssigkeiten räumlich voneinander getrennt sind. Dafür sorgt der Aufbau. Der Plattenwärmeübertrager besteht aus mehreren Einzelplatten. Treffen der warme und der kalte Strom an den Anschlüssen an, fließen Sie abwechselnd in die Kanalplatten. Der warme Strom erwärmt eine Platte, der kalte Strom die nächste und so weiter. Da die Einzelplatten aneinander angrenzen, gleichen sie jeweils die Temperatur des anderen aus. Der kalte Strom wird erwärmt, der warme kühlt ab. Sie tauschen also die Wärme. Je nach Einsatzgebiet und Anforderung variieren die Geräte hinsichtlich Größe, Plattenanzahl, Material, Plattenverbindung und Fließrichtung der Ströme. Es wartet außerdem eine hohe Anzahl an Herstellern auf Sie.
