Textiler Wärmetauscher - Entwicklung eines Wärmetauschers mit neuem Reinigungskonzept, kompakter Bauform, flexibler Formgebung und verbesserter Akustik auf Basis getufteter Strukturen

Um Heizenergie zu sparen, werden Gebäude immer luftdichter gebaut. Für eine ausreichende Frischluftzufuhr wird daher häufig eine kontrollierte Wohnraumlüftung eingesetzt. Dabei besteht die Möglichkeit, einen Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung zu integrieren. Der Wärmetauscher überträgt die Wärme der Abluft auf die kalte Frischluft, sodass Lüftungsverluste reduziert werden. Die Wärmeübertragung erfolgt in den meisten Ausführungen durch Plattenwärmetauscher, die schwer zu reinigen sind.Ziel des Projektes ist die kostengünstige Herstellung von Luft-Luft-Wärmetauschern mit neuem Reinigungskonzept, kompakter Bauform, flexibler Formgebung und verbesserter Akustik.

Unser Lösungsansatz ist es, eine textile Struktur aus wärmeleitfähigen Garnen oder dünnen Drähten für die Herstellung des Wärmetauscher-Elementes zu nutzen, die eine Polstruktur auf beiden Seiten einer Trennebene hat.

Beim textilen Wärmetauscher lassen sich gegenüber einem Plattenwärmetauscher die Anzahl der notwendigen Ebenen reduzieren. Erreicht wird dies durch eine Vergrößerung der wirksamen Fläche durch den Einsatz von „Kühlrippen“ in Form von Polschlingen. Durch die geringe Anzahl an Ebenen ist eine Demontage der Wärmetauscher-Elemente umsetzbar. Damit ist eine einfache und effektive Reinigung möglich. Zudem impliziert der Einsatz textiler Strukturen weitere Vorteile hinsichtlich Akustik und Formgebung.
Die als Schlingen ausgebildeten Garne transportieren im textilen Wärmetauscher die Wärme über eine luftdichte textile Trennebene. Aufgrund der direkten Verbindung des Garns zwischen der Ober- und der Unterseite der Trennebene hat die Tuftingtechnik für diese Anwendung wirtschaftliche und konstruktive Vorteile gegenüber anderen textilen Herstellungsverfahren.

Im Rahmen des Projektes werden Fragen zur Materialauswahl sowie zu maschinen-, textil- und wärmetechnischen Herausforderungen bei der Herstellung eines textilen Wärmetauschers geklärt.

Durch die textilen Eigenschaften des Wärmetauscher-Elements resultieren neue Möglichkeiten bei der Gestaltung der Wärmetauscher zur Wohnraumlüftung. Ein Beispiel hierfür ist die Integration der Wärmetauscher in Rolllädenkästen.

Abbildung: Textiles Wärmetauscher-Element zur Wärmerückgewinnung bei der kontrollierten Wohnraumlüftung; Q: Wärmestrom

Ergebnisse:

Die Doppelschlingenstruktur wurde durch die Entwicklung einer Technologie zur Totpolanhebung erfolgreich realisiert. Es besteht die Möglichkeit, diesen Ansatz auf eine Arbeitsbreite industrieller Tuftingmaschinen von 5 m hochzuskalieren. Mögliche Einsatzgebiete dieser Technologie sind neben der Herstellung textiler Wärmetauscherelemente für die dezentrale Wohnraumlüftung weitere Anwendungen zur Wärmeübertragung. Bei Verwendung angepasster Ausgangsmaterialien und Strukturen sind anderweitige Einsatzbereiche für getuftete Doppelschlingen beispielsweise im Bereich von Geotextilien möglich.

Die grundsätzliche Wirkung textiler Wärmetauscherelemente aus metallischen Garnen wurde auf Basis der gemessenen übertragenen Wärmemengen aufgezeigt. Aus der Analyse der Ergebnisse leitet sich die Notwendigkeit weiterer Forschungsarbeiten ab. Diese Arbeiten sollten zum Ziel haben, das Verhältnis zwischen eingesetzter Garnmasse und übertragener Wärmemenge zu verbessern und damit die Herstellkosten zu reduzieren.

Förderprogramm und Projektnummer

IGF 20540

Der Schlussbericht kann als Schriftenreihe des TFI 2022/122 bezogen werden.

Laufzeit

1.11.2019 – 31.5.2022