Prüfbericht Luft/Luft-Wärmetauscher RIMU RLTN 3 (rekuperativer Kreuz-Gegenstrom-Wärmetauscher)

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1 Prüfbericht 4961 Luft/Luft-Wärmetauscher RIMU RLTN 3 (rekuperativer Kreuz-Gegenstrom-Wärmetauscher) Hersteller und Anmelder RIMU-Lüftungstechnik Postfach 1303 Telefon / D Königsbrunn Telefax /

2 Beurteilung - kurzgefasst Luft/Luft-Wärmetauscher RIMU RLTN 3 RIMU-Lüftungstechnik, Postfach 1303, D Königsbrunn T A N E R K A N N Prüfmerkmal Prüfergebnis Bewertung Eignung für die Rückgewinnung von Wärme aus der Abluft von Ställen durch Anwärmung der Zuluft Druckverlust und Volumenstrom Druckverlust durch Wärmetauscher durchschnittlich bei einem Volumenstrom von 3000 m 3 /h abluftseitig 67 Pa, zuluftseitig 80 Pa Heizleistung und Luftanwärmung bei 3000 m 3 /h Abluft- und Zuluftvolumenstrom, 30 K Temperaturdifferenz und 80 % rel. Feuchte der Abluft 14,2 kw und 13,5 K bei 500 m 3 /h und unter sonst gleichen Bedingungen 3,0 kw und 17 K Temperaturaustauschgrad bei 3000 m 3 /h Abluft- und Zuluftvolumenstrom, 8 bis 30 K Temperaturdifferenz und im Bereich zwischen 0,35 und 0,45 80 % rel. Feuchte der Abluft (entsprechend 35 und 45 % Wirkungsgrad) bei 500 m 3 /h und unter sonst gleichen im Bereich zwischen 0,38 und 0,52 Bedingungen (entsprechend 38 und 52 % Wirkungsgrad) + Verschmutzung Abluftseite des Wärmetauschers wenig verschmutzungsanfällig + Reinigung zu Beginn oder am Ende der Heizperiode ausreichend + der Abluftseite des Wärmetauschers sollte mit Wasserschlauch und Sprühkopf erfolgen der Zuluftseite des Wärmetauschers nur eingeschränkt möglich - Haltbarkeit sehr gut ++ Umfrageergebnis Besitzer des Wärmetauschers ohne Ausnahme sehr zufrieden ++ Bewertungsbereich: ++ / + / / / ( = Standard) Kurzbeschreibung 2 Luft/Luft-Wärmetauscher (Rekuperator, Kategorie I gem. VDI-Richtlinie 2071) mit Führung der Zuluft und der Abluft im Kreuz-Gegenstrom; Wärmetauschereinsatz aus geformten (Rippenrohrhalbschalen) und verklebten dünnen Polystyrol-Kunststoffplatten; Abluftführung innen durch die Rippenrohre (siehe Skizze).

3 Prinzipskizze RIMU RLTN 3 (rekuperativer Kreuz-Gegenstrom-Wärmetauscher) (Beschreibung und Technische Daten siehe Seite 7) Prüfergebnisse Eignung Der Luft/Luft-Wärmetauscher RIMU RLTN 3 (rekuperativer Kreuz-Gegenstrom-Wärmetauscher) eignet sich für die Rückgewinnung von Wärme aus der Abluft von Ställen durch Anwärmung der Zuluft. Er kann die Wärmeverluste durch die Lüftung mindern und somit den Wärmehaushalt des Stalles positiv beeinflussen bzw. zur Klimaverbesserung im Stall beitragen. Druckverlust und Volumenstrom Der Druckverlust durch den Wärmetauscher ist durchschnittlich, jedoch abluft- und zuluftseitig etwas unterschiedlich. Er beträgt bei einem Volumenstrom von 3000 m 3 /h abluftseitig 67 Pa und zuluftseitig 80 Pa (siehe Bild 1, Seite 3). Ventilatoren zur Förderung des Abluft- und Zuluftvolumenstroms sind nicht Bestandteile des Wärmetauschers. Nach Angaben der Firma RIMU wird der Wärmetauscher in die Gesamtplanung der Lüftungsanlage eingebunden und es werden entsprechend geeignete Ventilatoren ausgewählt. Heizleistung und Zuluftanwärmung Die Heizleistung des Wärmetauschers und die damit verbundene Anwärmung der Zuluft ist durchschnittlich. Bei gleich großem Abluftund Zuluftvolumenstrom (Gleichdrucklüftung) von jeweils 3000 m 3 /h, 30 K Temperaturdifferenz 1) zwischen Abluft und Zuluft bei Eintritt in den Wärmetauscher und 80 % relativer Feuchte der Abluft beträgt die Heizleistung etwa 14,2 kw und die Anwärmung der Zuluft etwa 13,5 K. Bei jeweils 500 m 3 /h Abluft- und Zuluftvolumenstrom und unter sonst gleichen Luftzuständen erreicht die Heizleistung noch etwa 3,0 kw. Die Anwärmung der Zuluft steigt auf etwa 17 K an (siehe Bild 2, Seite 3). Aus Bild 2 kann die Heizleistung des Wärmetauschers bei sauberen Tauscherflächen und die entsprechende Anwärmung der Zuluft für andere aber jeweils gleich große Volumenströme und für andere Temperaturdifferenzen ) 1 K (Kelvin) entspricht 1 C 3

4 Bild 1: Druckverlust durch den Wärmetauscher für Abluft und Zuluft in Abhängigkeit vom Volumenstrom. 4 Bild 2: Heizleistung (oben) und Luftanwärmung (unten) in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz t = t 11 - t 21 zwischen Abluft und Zuluft bei Eintritt in den Wärmetauscher (siehe Fußnote 2) und unterschiedlichen Volumenströmen sowie bei einer relativen Feuchte der Abluft von 60 und 80 %.

5 sowie für unterschiedliche relative Feuchten der Abluft ermittelt werden. Abweichungen von den ermittelten Werten für die Heizleistung und die Zuluftanwärmung treten dann auf, wenn insbesondere der Abluftvolumenstrom - z.b. infolge Verschmutzung - kleiner und die relative Feuchte der Abluft bei Eintritt in den Wärmetauscher höher oder niedriger ist als bei den durchgeführten Messungen. Messungen unter praktischen Einsatzbedingungen haben gezeigt, dass bei starker Verschmutzung der Tauscherflächen die Heizleistung um bis zu 50 % abnehmen kann. Temperaturaustauschgrad Der Temperaturaustauschgrad 2) Φ t2 - auch Rückwärmzahl genannt - liegt bei einem Abluft- und Zuluftvolumenstrom von jeweils 3000 m 3 /h im Bereich zwischen 0,35 ( t = 8 K, 80 % r. F.) und 0,45 ( t = 30 K, 80 % r. F.). Das entspricht einem Temperaturwirkunsgrad zwischen 35 und 45 %. Bei verminderten, aber gleich großen Volumenströmen (V. Ab = V. Zu = 500 m 3 /h) erreicht der Temperaturaustauschgrad Werte zwischen 0,38 ( t = 8 K, 80 % r. F.) und 0,52 ( t = 30 K, 80 % r. F.) (siehe Bild 3). Der Temperaturaustauschgrad gibt an, welcher Anteil der Wärme aus dem Abluftvolumenstrom an den Zuluftvolumenstrom übertragen wird und bezieht sich auf die Temperaturänderung der Zuluft. Der Enthalpieaustauschgrad - auch Energieaustauschgrad genannt - ist ein Maß für den Energieaustausch zwischen Abluft und Zuluft und ist wie bei allen rekuperativen Luft/Luft- Wärmetauschern relativ niedrig (etwa die Hälfte des Temperaturaustauschgrades). Bild 3: Temperaturaustauschgrad in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz t zwischen Abluft und Zuluft bei Eintritt in den Wärmetauscher und unterschiedlichen Volumenströmen sowie bei einer relativen Feuchte der Abluft von 60 und 80 %. 2) Der Temperaturaustauschgrad Φ ist eine geeignete Größe, um verschiedene Luft/Luft-Wärmetauscher (Rekuperatoren) miteinander zu vergleichen; er wird unter der Voraussetzung gleicher Zu- und Abluftmassenströme wie folgt berechnet: Φt 2 = t 22 - t 21 t 11 - t 12 t = Temperatur, ϕ = relative Feuchte Indizes: erste Zahl: 1 = Abluft, 2 = Zuluft zweite Zahl: 1 = vor dem Wärmetauscher, 2 = nach dem Wärmetauscher Abluft, Wärme entzogen t 12 ϕ 12 Zuluft (Außenluft) Zuluft, angewärmt t 21, ϕ 21 t 22, ϕ Bei ungleichen Zu- und Abluftmassenströmen werden für die Berechnung des Temperaturaustauschgrades modifizierte Formeln verwendet. t 11 ϕ 11 Abluft (Stallluft) 5

6 Verschmutzung und Reinigung Die Abluftseite des Wärmetauschers ist erfahrungsgemäß gering verschmutzungsanfällig 3), so dass bei relativ geringem Staubgehalt in der Stallluft und genügendem Kondensatanfall an den abluftseitigen Wärmetauscherflächen eine zu Beginn oder am Ende der Heizperiode manuell durchzuführende Reinigung ausreichend ist. Bei höherer Staubbelastung der Stallluft muss öfter gereinigt werden. Die Erfahrungen aus Einsatzbetrieben zeigten, dass zwischen den Reinigungszyklen sich zum Teil erheblicher Schmutz in der Kondensatwanne ansammelt und dieser nicht über das Abflussrohr abgeführt wird. Es ist daher dringend zu empfehlen, den Schmutz vor jeder Reinigung des Wärmetauschers über die seitliche Revisionsöffnung zu entfernen und die Wanne sowie das Abflussrohr mit Wasser zu spülen. Die Reinigung der Abluftseite kann nur vom Abluftaustritt aus durchgeführt werden (Dachbegehung ist Voraussetzung bei Abluftaustritt über Dach). Eine gründliche Reinigung der Wärmetauscherflächen sollte mit Wasserschlauch und Spritzkopf erfolgen, jedoch nicht mit scharfem Wasserstrahl. Das Reinigungswasser wird ebenso wie das Kondensat in der Wanne aufgefangen und über das Abflussrohr in den Güllekanal abgeleitet. Ein Wasseranschluss in der Nähe des Wärmetauschers sollte zur Verfügung stehen. Eine Reinigung der Zuluftseite ist nur eingeschränkt möglich und in der Regel auch nicht erforderlich. Der Zeitaufwand für die Reinigung beträgt etwa eine Stunde. Vereisung Die Gefahr einer Vereisung der Abluftseite des Wärmetauschers besteht grundsätzlich bei jedem rekuperativen Luft/Luft-Wärmetauscher. Aufgrund der im praktischen Einsatz von den angegebenen Werten meist abweichenden Volumenströmen von Zuluft und Abluft durch den Wärmetauscher sowie unterschiedliche Abluftzustände (Temperatur und relative Feuchte) ist es nicht möglich, eine Vereisungsgrenze mit Bezug auf die Zulufttemperatur anzugeben. Einbau und Planungshinweise Entsprechend den baulichen Gegebenheiten sind zum Einbau des Wärmetauschers in der Regel Dach- und Deckendurchbrüche notwendig. Bei Befestigung des Gehäuses an Leichtbaudecken kann eine Unterkonstruktion erforderlich sein. Bei Ausblas und Ansaug über Dach wird für die Abdichtung zwischen Dachhaut und Wärmetauschergehäuse entsprechendes Material vom Hersteller angeboten. Bei saug- oder druckseitigen Kanalanbauten ist darauf zu achten, dass die Querschnitte nicht zu klein gewählt werden. Die Querschnitte der Kanäle sollten so bemessen werden, dass die Strömungsgeschwindigkeit im Kanal 3 m/s nicht überschreitet. Rechtwinklige Umlenkungen ohne Leitbleche sind unbedingt zu vermeiden, da diese erfahrungsgemäß für die größten Druckverluste verantwortlich sind. Der Kondensat- und Reinigungswasserabfluss ist so anzubringen, dass die Tiere mit dem Kondensat nicht in Berührung kommen können. Es ist am günstigsten direkt in den Güllekanal abzuleiten. Bei der Planung der Lüftung ist die DIN "Wärmeschutz geschlossener Ställe" zu beachten. Dort werden für den Winter nur der Mindestwärmeschutz und der Mindestluftaustausch berücksichtigt. Durch den Einsatz von Wärmetauschern kann das Klimaniveau im Stall über einen höheren Mindestluftstrom angehoben werden. Ein Ansaugen der Zuluft aus einem Vorraum sollte nur dann vorgenommen werden, wenn dort keine Staubentwicklung, wie z.b. bei der Futtermittellagerung oder -aufbereitung durch eine Mahl- und Mischanlage, auftritt. Wärmetauscher sollten grundsätzlich auf wenigstens das Doppelte der Mindestluftrate ausgelegt werden; dies ist aus stallklimatischen und steuerungstechnischen Gründen vorteilhaft. Die Regelung des Wärmetauschers sollte in die Regelung der Lüftungsanlage integriert sein. Haltbarkeit Die Haltbarkeit kann nach inzwischen zehnjähriger Begleitphase beim Einsatz dieser Bauart von Wärmetauscher aufgrund schon 6 3) Bewertungsstufen: stark, durchschnittlich, gering, sehr gering verschmutzungsanfällig

7 früher durchgeführter Prüfungen als sehr gut beurteilt werden. Schäden an den Wärmetauscherrohren traten nicht auf. Allerdings muss dabei eine vorsichtige Reinigung vorausgesetzt werden. Umfrageergebnis Eine Befragung von Besitzern typengleicher Luft/Luft-Wärmetauscher ergab, dass diese ohne Ausnahme mit dem Wärmetauscher sehr zufrieden waren. Der Grund zur Installation war der Wunsch einer Klimaverbesserung im Stall bei gleichzeitiger Energieeinsparung. Von einigen Befragten wurde angeführt, dass vor Einbau des Wärmetauschers der Wärmehaushalt des Stalles ausgeglichen sein sollte. Zum Teil war die Zugänglichkeit zum Wärmetauscher nicht befriedigend gelöst. Beschreibung und Technische Daten (gemessene Werte) Bauart Wärmetauschergehäuse aus 25 mm dicken Polyurethanplatten mit beidseitiger Kaschierung; im Gehäuse fest eingebauter Wärmetauschereinsatz; Kondensatauffangwanne mit Abflussrohr (70 mm Durchmesser) unter dem Wärmetauschereinsatz angeordnet; seitlich über der Kondensatauffangwanne angeordnete Reinigungsöffnung. Wärmetauschereinsatz Trennfläche (= Wärmetauscherflächen) zwischen Abluft und Zuluft aus 20 geformten und miteinander verklebten Kunststoffplatten (PVC, UV-stabilisiert, etwa 0,8 mm dick); Platten sind so geformt und verklebt, dass sich für die Abluftführung 70 gerade und gerillte Röhren (Innendurchmesser 58 mm) ergeben; keine gasdichte Trennung von Abluft- und Zuluftstrom. Hauptabmessungen und Gewichte Größte Außenmaße, Breite / Tiefe / Höhe Wärmetauschereinsatz, Breite / Tiefe / mittlere Höhe Abluft-Ansaugöffnung, Breite / Höhe Zuluft-Ansaugöffnung, Breite / Höhe Zuluft-Ausblasöffnung (Kanalanschluss), Breite / Höhe Gewicht 750 / 780 / 3065 mm 700 / 730 / 2350 mm 645 / 480 mm 645 / 500 mm 645 / 500 mm 80 kg

8 Prüfung Die Prüfung des Wärmetauschers erfolgte auf dem Prüfstand und im praktischen Einsatz. Die Anwärmung der Zuluft wurde unter Einsatz der Klimakammer bei unterschiedlichen Zuluft- und Abluftbedingungen und verschiedenen, aber jeweils für die Abluft und Zuluft gleich großen Volumenströmen gemessen. Die Heizleistung sowie der Temperaturaustauschgrad wurden aus den gemessenen Werten (Volumenstrom, Zuluftanwärmung, Temperaturdifferenz zwischen Abluft und Zuluft bei Eintritt in den Wärmetauscher) errechnet. Die Prüfung im praktischen Einsatz erfolgte in einem mit zwei Wärmetauschern ausgerüsteten Mastschweinestall. Ziel der praktischen Einsatzprüfung war hauptsächlich die Feststellung des Verschmutzungsverhaltens insbesondere der Abluftseite, die Durchführung der Reinigung und die Haltbarkeit der verwendeten Materialien. Ergänzend zur Einsatzprüfung wurden Betriebe, die baugleiche Wärmetauscher eingesetzt haben, aufgesucht und die Betreiber über ihre Erfahrungen mit diesem Tauscher befragt. Prüfungsdurchführung DLG-Prüfstelle für Landmaschinen, D Groß-Umstadt Praktischer Einsatz Agrargenossenschaft Burkersdorf, Burkersdorf Berichterstatter Dipl.-Ing. F. Niethammer, Groß- Umstadt DLG-Prüfungskommission Dipl.-Ing. P. Kaps, Münster Landw.-Meister P. Klimmer, Obernburg Techn. H. Lang, Hüttenberg- Rechtenbach Dipl.-Ing. agr. A. Mengler, Groß- Umstadt/Kleestadt Dipl.-Ing. Dr. R. v. Oheimb, Darmstadt Prof. Dr. H.-F. Wolfermann, Hargesheim Herausgegeben mit Förderung durch das Bundesministerium für Verbraucherschutz, Ernährung und Landwirtschaft. Juli DLG DLG-Anerkennung gültig bis 2006 Gruppe 10i/10 Deutsche Landwirtschafts-Gesellschaft e.v. Fachbereich Landtechnik - Prüfstelle für Landmaschinen Max-Eyth-Weg 1, D Groß-Umstadt Tel / , Fax / Tech@dlg-frankfurt.de