Der Wärmetauscher
Ein Wärmetauscher ist ein technisches Gerät, das thermische Energie von einem Medium auf ein anderes überträgt, ohne dass sich die Medien dabei vermischen.
In einer Wärmepumpe sind Wärmetauscher die zentralen Komponenten zur Energieübertragung: Der erste Wärmetauscher – der Verdampfer – nimmt Umweltwärme aus Luft, Erde oder Wasser auf und überträgt sie auf das Kältemittel. Der zweite Wärmetauscher – der Verflüssiger (auch Kondensator) – überträgt die Wärme des verdichteten Kältemittels auf das Heizungswasser. Ohne diese beiden Wärmetauscher könnte eine Wärmepumpe nicht funktionieren.
Der Wärmetauscher kurz erklärt
- Funktion: Überträgt Wärme zwischen zwei Medien ohne Vermischung
- In Wärmepumpen: Zwei Wärmetauscher erforderlich (Verdampfer + Verflüssiger)
- Häufigste Bauarten: Plattenwärmetauscher, Rohrbündelwärmetauscher, Lamellenwärmetauscher
- Wirkungsgrad: 95–98 % bei modernen Plattenwärmetauschern
- Lebensdauer: 15–30 Jahre (je nach Bauart und Wartung)
- Auch Einsatz in: Heizung, Lüftung, Kälteanlagen, Klimaanlagen, Industrieprozessen
Die zwei Wärmetauscher im Wärmepumpenkreislauf
Wie bereits erwähnt, ist eine Wärmepumpe mit zwei Wärmetauschern ausgestattet: dem Verflüssiger und dem Verdampfer.
Der Verdampfer
Der Verdampfer ist der erste Wärmetauscher im Kältemittelkreislauf der Wärmepumpe. Durch ihn fließt das flüssige Kältemittel, während auf der anderen Seite die Wärmequelle (also z.B. die Außenluft) vorbeiströmt.
Die Wärme wird über die Metalloberfläche des Wärmetauschers übertragen. Das Kältemittel hat einen sehr niedrigen Siedepunkt, sodass es bereits bei 0-10 °C vom flüssigen in den gasförmigen Zustand übergeht.
Der Verflüssiger
Der Verflüssiger fungiert als zweiter Wärmetauscher und gibt die Wärme des komprimierten Kältemittels an das Heizungswasser ab.
Dazu strömt das vom Verdichter kommende, heiße und komprimierte Kältemittelgas durch den Verflüssiger. Auf der anderen Seite des Wärmetauschers fließt das kühlere Heizungswasser. Die Wärme wird übertragen, das Kältemittel kühlt ab und kondensiert - es wechselt also wieder zurück in den flüssigen Zustand.
ⓘ Bei Inverter-Wärmepumpen (also beim Kühlen mit der Wärmepumpe) wird der Kältemittelkreislauf umgekehrt. Dadurch tauschen Verdampfer und Verflüssiger ihre Funktionen: Der Verflüssiger wird zum Verdampfer (nimmt Raumwärme auf) und der Verdampfer wird zum Verflüssiger (gibt Wärme nach außen ab). Die Bauweise ist identisch – nur die Strömungsrichtung ändert sich.
Wärmetauscher-Bauarten für Wärmepumpen
Wärmetauscher werden nach ihrem konstruktiven Aufbau unterschieden. Jede Bauart hat spezifische Vor- und Nachteile.
Der Plattenwärmetauscher
Der Plattenwärmetauscher besteht aus zahlreichen dünnen, geprägten Metallplatten (meist aus Edelstahl oder Kupfer). Diese sind parallel zueinander angeordnet. Zwischen den Platten entstehen schmale Kanäle. Die beiden Medien fließen abwechselnd durch jeden zweiten Kanal - Medium A also beispielsweise durch Kanal 1,3,5 und Medium B durch Kanal 2,4,6 usw.
Die Wärme wird über die großen Plattenoberflächen übertragen. Durch die wellenförmige Prägung der Platten entsteht eine turbulente Strömung, die den Wärmeübergang massiv verbessert.
Einsatz in Wärmepumpen:
- Erdwärmepumpen: Verdampfer UND Verflüssiger als Plattenwärmetauscher (Standard)
- Luft-Wasser-WP: Verflüssiger als Plattenwärmetauscher
- Wasser-Wasser-WP: Beide Wärmetauscher als Plattenwärmetauscher
Der Rohrbündelwärmetauscher
Beim Rohrbündelwärmetauscher laufen mehrere parallele Rohre in einem größeren zylindrischen Mantelrohr. Ein Medium strömt durch die Innenrohre, das andere durch den Mantelraum außerhalb der Rohre.
Die Wärmeübertragung erfolgt dabei über die Außenflächen der Innenrohre. Prallbleche (Baffles) im Mantelraum lenken die Strömung und erhöhen die Turbulenz.
Vorteil | Nachteil |
Sehr robust, verträgt hohe Drücke und Temperaturen. | |
In der Regel teurer in Anschaffung und Montage. | |
Etwas geringerer Wirkungsgrad als moderne Plattenwärmetauscher. |
Einsatz in Wärmepumpen:
- Hochtemperatur-Wärmepumpen: Bei sehr hohen Drücken (>30 bar)
- Großanlagen: Industrielle Wärmepumpen >100 kW
- Selten in Haushalts-WP: Wegen Platzbedarf
Der Lamellenwärmetauscher
Der Lamellenwärmetauscher besteht aus verschiedenen Rohren mit aufgepressten Metalllamellen (Rippen).
Über die Lamellen strömt Luft, das andere Medium fließt durch die Rohre. Die großen Oberflächen ermöglichen dabei effiziente Wärmeübertragung.
Vorteil | Nachteil |
Effizienz sinkt deutlich, wenn nicht regelmäßig gereinigt wird. | |
Standard für Luft-Wasser- und Luft-Luft-Wärmepumpen. | Lamellen sind mechanisch empfindlich (z. B. bei Hochdruckreinigung). |
Einsatz in Wärmepumpen:
- Luft-Wasser-WP: Verdampfer in der Außeneinheit (mit Ventilator)
- Luft-Luft-WP: Verdampfer und Verflüssiger
Auswahl und Dimensionierung des Wärmetauschers
Bei der Wahl der richtigen Wärmepumpe ist es enorm wichtig, auf die passende Dimensionierung der Wärmetauscher zu achten. Wird dieser zu klein gewählt, kann die Wärmepumpe die Wärme nicht effizient an das Heizungssystem abgeben.
Als Faustregel gilt: Pro kW Heizleistung werden 0,15–0,25 m² Wärmeübertragungsfläche benötigt.
Lebensdauer eines Wärmetauschers
- Plattenwärmetauscher: 15–25 Jahre
- Rohrbündelwärmetauscher: 20–30 Jahre
- Dichtungen (geschraubte Platten): 5–10 Jahre, müssen getauscht werden