Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

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

Aus energetischen Gründen werden Gebäude immer luftdichter gebaut, wodurch kein Luftaustausch durch Fenster und Fugen stattfindet und sich Feuchtigkeit im Raum sammelt. Damit erhöht sich auch die Gefahr der Schimmelbildung, die durch kontrollierte Wohnraumbelüftung vermieden werden kann. Bei einer integrierten Wärmerückgewinnung erwärmt die Abluft 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-Wärmetauschern mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich Akustik, Filterwirkung, kompakten Abmaßen, Flexibilität und vereinfachter Strömungsführung. Die gegenüber Plattenwärmetauschern vereinfachte Strömungsführung mit wenigen Wärmetauscherebenen ermöglicht die Konstruktion von gut zu reinigenden Wärmetauschern.

Lösungsansatz ist ein dreidimensionales Textil aus wärmeleitfähigen Garnen. Textile Garne implizieren eine verbesserte Akustik. Der Einsatz von Filamentgarnen mit geringem Einzelfilamentdurchmesser ermöglicht große wirksame Flächen und damit kompakte Abmaße und wenige Wärmetauscherebenen.

Die angestrebten Forschungsergebnisse bieten viele Einsatzmöglichkeiten, beispielsweise beim Einsatz in der dezentralen Wohnraumlüftung, wovon die mittelständische Industrie profitieren wird. Die Tuftingindustrie erschließt neue Märkte beispielsweise als Zulieferer in der Wohnraumlüftung, für Luft-Wärmetauscher und weitere industrielle Anwendungen. Durch Anpassung der verwendeten Materialien sind Anwendungen für Textilien mit beidseitigem Pol beispielsweise als Geotextilien denkbar. Weitere Profiteure sind die Zulieferer von Garnen und Trägern, der Textilmaschinenbau sowie die Anbieter und Installateure von Lüftungsanlagen und Fassaden-/Fensterelementen. Zudem leistet der Einsatz textiler Wärmetauscher einen Beitrag zum Erreichen der CO2-Reduktionsziele der Bundesregierung.

Ergebniszusammenfassung:

Bei der Entwicklung des textilen Wärmetauschers wurde zur Verbesserung der Luftdichtigkeit des Tuftingträgers und zur Noppenfixierung der Träger zusammen mit Heißklebefolie verarbeitet und thermisch behandelt. In Abhängigkeit von der verwendeten Folie wurden Noppenauszugskräfte von maximal 13 N erreicht, was den Anforderungen im Betrieb eines Wärmetauschers genügt.

Für die Herstellung getufteter Doppelschlingenstrukturen wurde ein Maschinenkonzept entwickelt und exemplarisch an einer Tuftingmaschine erfolgreich umgesetzt. Es besteht die Möglichkeit das entwickelte Maschinenkonzept auf eine Arbeitsbreite industrieller Tuftingmaschinen von 5 m hochzuskalieren.

An Doppelschlingenstrukturen mit unterschiedlichen Konstruktionsparametern wurde deren Wärmeleitfähigkeit ermittelt und mit den Konstruktionsparametern korreliert. Mit einem hierzu entwickelten und gebauten Prüfstand können textile Wärmetauscherelemente mit einem Format von 20 cm x 25 cm geprüft werden. Die Untersuchungen zeigen, dass für Stichdichten zwischen 40 und 80 St./dm bei einem Edelstahlgarn (Nm 11/2) die absolut übertragene Wärmemenge mit steigender Stichdichte abnimmt. Der Vergleich mit einer Referenzmessung an einer Aluminiumfolie zeigt, dass die Vorteile hinsichtlich der auf das Bauvolumen bezogenen übertragbaren Wärmemenge gering sind. Dennoch gelten die durch die Verarbeitung von textilartigen Edelstahlgarnen implizierten Vorteile hinsichtlich der Formgebung und Akustik.

Die Ergebnisse des Projektes können neben dem in dem Forschungsprojekt betrachteten Einsatz für die dezentrale Wohnraumlüftung in weiteren Anwendungen zur Wärmeübertragung genutzt werden. Bei Einsatz angepasster Materialien sind weitere Einsatzbereiche für Doppelschlingenstrukturen beispielsweise im Bereich von Geotextilien möglich. Damit besteht ein vielfältiger Nutzen für die klein- und mittelständischen Tuftingindustrie wie auch des Textilmaschinenbaus für den erforderlichen Umbau der Tuftingmaschinen.