Systematisch wurden die Vor- und Nachteile verschiedener Rohrheizflächen untersucht.
Besondere Aufmerksamkeit wurde zunächst dem Rippenrohr geschenkt, aber die bekannten guten Ergebnisse in Wärmeübertragern liessen sich in Speicherwassererwärmern nicht wiederholen.
Der Grund hierfür wurde bei einer Versuchsanordnung mit einem Speicherwassererwärmer mit Bullauge entdeckt:
Wird eine Heizfläche mit frischem Trinkwasser mit Heizmedium beaufschlagt, bilden sich auf der Oberfläche Gasblasen. Bei Rippenrohr bleiben diese Blasen zwischen den Rippen haften, was zu einer wirkungsvollen Dämmung der Rohroberfläche führt.
Die resultierende schlechte Wärmeübertragung hat noch einen nachteiligen Effekt: Das Restwasser unter den Gasblasen wird überheizt, so dass vermehrt Kalk ausfällt.
Bei Glattrohr vereinigen sich diese Gasblasen und steigen zur Oberfläche auf.
Glattrohr ist also im Speicherwassererwärmer die bessere Lösung.
Will man ein einen Heizwendel mit einer grossen Übertragungsfläche einbauen, ist man geneigt, ein Rohr mit großem Durchmesser zu wählen. Diese Heizfläche ist bei grossem Heizvolumenstrom gut wirksam.
Bei Einsatz von Nah- und Fernwärme, an Brennwertkesseln oder Solarflächen oder auch an Wärmepumpen ist der Heizvolumenstrom entsprechend der Übergabeleistung klein.
Ein Heizwendel von 16 m Länge und 30 mm Durchmesser ergibt 1,5 m² Heizfläche. Bei einer Übergabeleistung von z. B. 10 kW bei 110/50°C fliessen 2,5 l/min. mit einer Geschwindigkeit von 0,06 m/sek. durch das Rohr.
Bei dieser geringen Geschwindigkeit bildet sich im oberen Teil des Rohres ein ovaler Kernstrom, der nur etwa 25 % der Rohrinnenfläche bevorzugt mit entsprechend hohen Temperaturen beaufschlagt.
Bedingt durch die unterschiedlichen Viskositäten bei verschiedenen Temperaturen, ist die Geschwindigleit im Kernstrom hoch und entlang der unteren Rohrinnenwand sehr gering.
So wird wenig Wärme aus dem Kernstrom übertragen.
Wird eine solche Rohrheizfläche zusätzlich noch emailliert oder thermoglasiert, reduziert sich der Wärmeübergang noch erheblich. Sie ist für den Einsatz in der Fernwärme eigentlich ungeeignet.
Abb. 2
Beispiel einer Temperaturverteilung im Rohr D = 30 mm:
1 = hohe Temperatur mit großer Geschwindigkeit
2 = mittlere Temperatur und Geschwindigkeit
3 = geringe Temperatur und Geschwindigkeit
4 = an der Rohrwand fast Stillstand kaum Wärmeaustausch
Mit dem vorgenannten Volumenstrom wird in einem Heizrohrwendel mit 10 Rohren 8 x 1 mm die 2,5-fache Fließgeschwindigkeit und vielfache Turbulenzen. Die Rohr-Nennweite beträgt nur 6 mm; hier ist kaum Platz für einen ausgeprägten Kernstrom.
Durch den verbesserten Wärmeübergang verstärken sich die Turbulenzen an der Rohraußenseite, was zu ausgeprägten thermischen Strömungen führt.
Abb. 3
Temperaturverteilung in einem Mehrrohrbheizbündel
Fast der gesamte Rohrquerschnitt wird mit hohen Temperaturen beaufschlagt.
Durch den Einsatz von Mehrrohrheizbündeln im VVI wurde ein Speicherwassererwärmer mit extrem hoher Leistung entwickelt, der insbesondere für den Einsatz in der Fernwärme- und Brennwerttechnik geeignet ist.
Die große NL-Zahl, kurze Aufheizung und geringste Rücklauftemperaturen machen
Diesen Speicherwassererwärmer für den Versorger und den Nutzer gleichermaßen günstig.
