Wärmetauscher berechnen

Die Formeln hinter einer Wärmetauscherberechnung

Wer selbst nachrechnen möchte, kommt mit vier Formeln aus. Sie gehören zusammen: Die Leistung folgt aus Volumenstrom und Temperaturdifferenz, und diese Leistung bestimmt zusammen mit der Temperaturdifferenz über den Wärmetauscher, wie viel Plattenfläche Sie brauchen. Unten stehen sie in der Reihenfolge, in der Sie sie in der Praxis verwenden. Der Lesbarkeit halber ist Wasser als Medium angenommen.

Kapazität eines Wärmetauschers berechnen

Die Kapazität eines Wärmetauschers ist der Wärmestrom, den er überträgt, ausgedrückt in kW. Die Formel lautet Q = m × cp × ΔT: Massenstrom mal spezifische Wärmekapazität mal Temperaturdifferenz. Für Wasser können Sie mit dem Volumenstrom rechnen, das geht schneller:

Q (kW) = Volumenstrom (m³/h) × 1,163 × ΔT (K)

Der Faktor 1,163 ergibt sich aus der spezifischen Wärmekapazität von Wasser (4,186 kJ/kg·K) mal der Dichte (1.000 kg/m³), geteilt durch 3.600 Sekunden pro Stunde. Arbeiten Sie mit einem Glykolgemisch, dann sind Wärmekapazität und Dichte anders und der Faktor ändert sich; geben Sie in dem Fall den Mischungsanteil an, dann rechnen wir mit den richtigen Werten.

Leistung eines Wärmetauschers berechnen

Die Leistung eines Wärmetauschers ist dieselbe Größe wie die Kapazität, nur von Ihrer Anlage aus betrachtet: Wie viele kW müssen weg oder dazu? Kennen Sie die Leistung bereits, dann stellen Sie die Formel um und rechnen auf den benötigten Volumenstrom oder auf die Temperaturdifferenz zurück.

Volumenstrom (m³/h) = Q (kW) ÷ (1,163 × ΔT) und ΔT (K) = Q (kW) ÷ (1,163 × Volumenstrom)

Ein Beispiel: Für 120 kW bei einer Differenz von 10 K brauchen Sie 120 ÷ (1,163 × 10) ≈ 10,3 m³/h. Dieselbe Rechnung gilt, wenn Sie die Leistung eines Plattenwärmetauschers berechnen – der Bauart des Wärmetauschers ändert nichts an der Energiebilanz, nur an der benötigten Fläche.

Wirkungsgrad eines Wärmetauschers berechnen

Der Wirkungsgrad eines Wärmetauschers, auch Effektivität genannt, ist das Verhältnis zwischen der Temperaturänderung, die Sie tatsächlich erreichen, und der maximal möglichen Änderung. Diese maximale Änderung ist die Differenz der beiden Eintrittstemperaturen.

ε = (T warm ein − T warm aus) ÷ (T warm ein − T kalt ein)

Ein Wärmetauscher, der Wasser von 80 °C auf 50 °C bringt, während die kalte Seite mit 20 °C eintritt, erreicht (80 − 50) ÷ (80 − 20) = 0,50. Je näher Sie an 1 kommen wollen, desto mehr Plattenfläche kostet das – der Wirkungsgrad ist also vor allem eine Auslegungsentscheidung und keine Eigenschaft des Geräts.

Fläche eines Wärmetauschers berechnen

Die benötigte Plattenfläche folgt aus der Leistung, dem Wärmedurchgangskoeffizienten und der mittleren Temperaturdifferenz über den Wärmetauscher:

A (m²) = Q ÷ (U × ΔT log)

Dabei ist A die Fläche, U der Wärmedurchgangskoeffizient in kW/m²·K und ΔT log die mittlere logarithmische Temperaturdifferenz (siehe unten). Der U-Wert ist der schwierige Teil: Er hängt vom Medium, von der Strömungsgeschwindigkeit, von der Plattengeometrie und vom Grad der Verschmutzung ab und lässt sich nicht aus einer Tabelle ablesen. In der Auslegungssoftware ist dieser Wert je Plattentyp hinterlegt; deshalb läuft der letzte Schritt einer Wärmeübertragungsberechnung in der Praxis über das Rechentool oder über uns.

Gegenstrom-Wärmetauscher berechnen

In einem Plattenwärmetauscher strömen die beiden Medien im Gegenstrom: Sie laufen aufeinander zu statt nebeneinander her. Das hält die Temperaturdifferenz über die gesamte Länge etwa gleich und ergibt eine höhere mittlere Differenz als im Gleichstrom, sodass Sie mit weniger Fläche auskommen. Die mittlere Differenz rechnen Sie so aus:

ΔT log = (ΔT1 − ΔT2) ÷ ln(ΔT1 ÷ ΔT2)

ΔT1 und ΔT2 sind die Temperaturdifferenzen an den beiden Enden des Wärmetauschers. Im Gegenstrom ist ΔT1 die Differenz zwischen dem warmen Eintritt und dem kalten Austritt, ΔT2 die Differenz zwischen dem kalten Eintritt und dem warmen Austritt. Sind beide Differenzen gleich groß, dann ist ΔT log gleich dieser Differenz und Sie brauchen den Logarithmus nicht.

Wärmetauscher berechnen ohne Excel-Datei

Wer öfter rechnet, greift gewöhnlich zu einer Tabellenkalkulation. Das ist hier nicht nötig: Sie brauchen keine Excel-Datei, um einen Wärmetauscher zu berechnen, denn die Rechenhilfe auf dieser Seite erledigt dieselbe Arbeit. Sie tragen die Temperaturen, den Volumenstrom und die geforderte Leistung ein und sehen sofort die Temperaturdifferenz, das logarithmische Mittel und die benötigte Fläche.

Suchen Sie eine Wärmetauscherberechnung in Excel, dann können Sie diesen Schritt also überspringen und direkt hier rechnen. Das Ergebnis ist eine gute erste Orientierung für die Dimensionierung. Für die endgültige Auswahl eines Typs schauen wir gern gemeinsam mit Ihnen darauf, weil der Wärmedurchgangskoeffizient je Plattentyp unterschiedlich ist.

Plattenwärmetauscher berechnen: wo der Typ den Unterschied macht

Die Energiebilanz oben gilt für jeden Wärmetauscher. Der Unterschied liegt im letzten Schritt: Wie viele Platten brauchen Sie, und welche Ausführung? Einen Plattenwärmetauscher zu berechnen heißt in der Praxis, die benötigte Fläche in eine Plattenzahl eines bestimmten Typs zu übersetzen – und dabei innerhalb des zulässigen Druckverlusts zu bleiben. Mehr Platten bedeuten mehr Fläche, aber auch eine andere Strömungsgeschwindigkeit und damit einen anderen Druckverlust.

Bei einer geschraubten Ausführung können Sie später Platten nachrüsten, wenn die Kapazität nicht ausreicht; bei einer gelöteten Ausführung liegt die Plattenzahl fest. Das macht die Berechnung im Vorfeld bei einem gelöteten Wärmetauscher umso wichtiger. Unsere gelöteten Plattenwärmetauscher von UNEX finden Sie im Webshop, sortiert nach Serie und Plattenzahl.

Von der Berechnung zum Angebot

Steht die Berechnung, ist der Rest kurz: Geben Sie die ermittelte Leistung und die Anschlussgröße durch, dann schicken wir innerhalb eines Werktags ein Angebot mit Modell und Verfügbarkeit. Zweifeln Sie am Ergebnis oder an der Ausführung, dann schauen unsere Spezialisten mit – schicken Sie uns Ihre Daten über das Berechnungsformular oder eine E-Mail an sales@hexchange.eu. Haben Sie bereits einen Wärmetauscher im Einsatz und suchen dieselbe Größe wieder, dann muss nichts gerechnet werden: Marke und Typ genügen für den 1:1-Ersatz.