Nennvolumenstrom oder Durchflussmenge bei Nordic Tec Wärmetauschern – was bedeutet das?

Beim Durchsehen der technischen Daten von Plattenwärmetauschern von Nordic Tec – aber auch von Modellen anderer Hersteller – stößt man immer wieder auf den Parameter „Nennvolumenstrom", meist angegeben in m³/h. Es lohnt sich zu wissen, was dieser Wert eigentlich bedeutet, denn er wird häufig fälschlicherweise als maximaler Durchfluss oder als für den korrekten Betrieb des Wärmetauschers erforderlicher Durchfluss interpretiert. Manchmal wird er auch als derjenige Durchfluss verstanden, der zur Berechnung der Nennleistung des Wärmetauschers herangezogen wurde – auch das trifft nicht zu. In Wirklichkeit bedeutet der Nennvolumenstrom keinen dieser Werte. Er ist vor allem ein orientierender Parameter, der es ermöglicht einzuschätzen, für welchen Durchflussbereich ein bestimmtes Wärmetauschermodell ausgelegt wurde und unter welchen hydraulischen Bedingungen es am effizientesten arbeiten sollte.

Was bedeutet der Nennvolumenstrom eines Wärmetauschers?

Der Nennvolumenstrom eines Wärmetauschers ist ein orientierender Durchflusswert des Mediums, für den ein bestimmtes Wärmetauschermodell konstruktiv ausgelegt ist – wobei das nicht bedeutet, dass jeder Durchfluss unterhalb dieses Nennwerts gleichermaßen vorteilhaft und aus konstruktiver Sicht zulässig ist.

Dabei gilt es zu bedenken, dass der hydraulische Widerstand mit steigendem Durchfluss zunimmt – auch dann, wenn dieser sich noch innerhalb des sogenannten Nennvolumenstroms bewegt. In der Praxis können daher Werte oberhalb von 50 %, insbesondere oberhalb von 75 % des Nennvolumenstroms, mit erheblichen hydraulischen Widerständen einhergehen, die man in einer gesund ausgelegten Heizungsanlage eher vermeiden sollte.

Dieser Parameter erlaubt es vor allem, die hydraulischen Möglichkeiten unterschiedlich großer Plattenwärmetauscher miteinander zu vergleichen. Hat beispielsweise ein Wärmetauschermodell einen Nennvolumenstrom von 4 m³/h und ein anderes von 8 m³/h, bedeutet das, dass das zweite Modell für Anlagen mit deutlich größeren Durchflüssen ausgelegt ist und dabei automatisch geringere hydraulische Widerstände erzeugt. Das ist ein wichtiger Hinweis für Planer von Heizungs- oder Kühlanlagen.

Das bedeutet allerdings nicht, dass durch das erste Modell immer genau 4 m³/h fließen müssen. Der Wärmetauscher kann sowohl bei geringerem als auch – innerhalb bestimmter Grenzen – bei höherem Durchfluss arbeiten.

☑️✅ Wichtig ist außerdem, dass sich der Nennvolumenstrom auf die Konstruktion des Plattenpakets selbst bezieht, auf das Profil der Platten – also auf die Durchflussmöglichkeiten, die die Konstruktion des Wärmetauschers an sich bietet. Ein zusätzlicher Faktor – meist der eigentlich limitierende – ist die Größe der Anschlüsse selbst.

Der Nennvolumenstrom sollte also vor allem als Bezugswert betrachtet werden.

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✅ Was sagt uns der Nennvolumenstrom bei der Planung einer Anlage mit Plattenwärmetauscher?

Vereinfacht gesagt, aber auf den Punkt gebracht, lässt sich hier eine einfache Faustregel anwenden:

• Unterhalb von 50 % des Nennvolumenstroms – auf diesem Niveau arbeiten die Anlagen am gesündesten, und der hydraulische Widerstand liegt praktisch immer auf einem sehr niedrigen und akzeptablen Niveau.
• Oberhalb von 50 % des Nennvolumenstroms – auf diesem Niveau beginnen die prognostizierten Druckverluste deutlich schneller zu steigen, bereits unverhältnismäßig und nicht mehr linear.
• Oberhalb von 75 % des Nennvolumenstroms – Anlagen, die so ausgelegt sind, dass der Durchfluss mehr als 3/4 des Nennvolumenstroms des Plattenwärmetauschers erreicht, gelten grundsätzlich als fehlerhaft ausgelegt.

Übrigens lohnt es sich festzuhalten, dass die Regel, hydraulische Geräte mit einer gewissen Reserve auszulegen, grundsätzlich zum Standard gehört und nicht nur für Plattenwärmetauscher gilt. Ähnlich wählt man Ventile, Fußbodenheizungsverteiler, hydraulische Weichen oder beliebige andere Geräte aus.

Zeigen das die Druckverlust-Diagramme der Wärmetauscher

Ein Beispiel dafür ist das Diagramm der prognostizierten hydraulischen Widerstände für den Wärmetauscher Nordic Tec Ba-12-50 mit 3/4"-Anschluss, der häufig für kleinere Heizungsanlagen eingesetzt wird, z. B. für wasserführende Kamine.

Worauf sollte man beim Analysieren der Druckverlustkurve des Wärmetauschers achten?

1. Vor allem darauf, dass ab einem Durchfluss von 0,8 l/s (also rund 2,88 m³/h – das entspricht etwa 72 % des Nennvolumenstroms dieses Wärmetauschers) ein plötzlicher, praktisch völlig unproportionaler Anstieg der prognostizierten Druckverluste einsetzt, verglichen mit dem bisherigen Verlauf. Das deckt sich in etwa mit der Grundregel, Anlagen nicht dafür auszulegen, dauerhaft oberhalb von 75 % des Nennwerts zu arbeiten.
2. Bis etwa 50 % des Nennvolumenstroms oder knapp darüber, also bis zu einem Wert von rund 0,6 l/s (umgerechnet etwa 2,2 m³/h, also rund 55 % des Nennvolumenstroms), sind die prognostizierten Druckverluste sehr günstig und steigen nur sehr langsam. Das ist damit der günstigste Arbeitsbereich des Wärmetauschers im Hinblick auf seinen Einfluss auf die hydraulischen Widerstände der Anlage. Werte oberhalb von 50–55 % sind weiterhin akzeptabel, wobei sich hier bereits eine Beschleunigung des Anstiegs bemerkbar macht.

Das Diagramm bestätigt somit die Zweckmäßigkeit der Festlegung von Schwellenwerten bei 50 % und 75 % des Nennvolumenstroms und ermöglicht es uns zu verstehen, warum die Anwendung dieser einfachen Regel in der Praxis sehr sinnvoll ist. Dabei sollte man jedoch gewisse geringfügige Abweichungen berücksichtigen. Die Werte müssen nicht exakt bei 50 % bzw. 75 % liegen.

Das Diagramm hilft außerdem zu verstehen, welche Rolle der Nennvolumenstrom spielt und dass dieser Wert nicht dazu dient, den „erwarteten“ Volumenstrom in der Anlage festzulegen.

Ist der Nennvolumenstrom der maximale Durchfluss?

Nein. Das ist eines der häufigsten Missverständnisse.

Der Nennvolumenstrom ist nicht der maximal zulässige Durchfluss durch den Wärmetauscher.

In vielen Fällen lässt sich mehr Medium durch den Wärmetauscher leiten, als der Nennwert angibt. Ein Beispiel dafür ist der beliebte Wärmetauscher Nordic Tec Ba-23-30. Zu bedenken ist dabei allerdings, dass mit steigendem Durchfluss auch der hydraulische Widerstand zunimmt, also der Druckabfall am Wärmetauscher.

✅ Theoretisch kann es also zu einer Situation kommen, in der eine weitere Erhöhung des Durchflusses zwar physisch möglich, aus Sicht der gesamten Anlage jedoch ungünstig ist – wegen der enormen Widerstände, die eine solche Konfiguration erzeugt. Die Pumpe muss dann größere Widerstände überwinden, was eine stärkere Umwälzpumpe erfordern und den Energieverbrauch erhöhen kann. Eine Anlage, die so ausgelegt wird, dass der Durchfluss mehr als 75 % des Nennvolumenstroms des Wärmetauschers oder ähnlicher Geräte – etwa von Wärmetauschern für Wärmepumpen – beträgt, bedeutet zudem eine potenziell höhere Ausfallanfälligkeit der Pumpen bzw. zumindest deren schnelleren Verschleiß – und gilt grundsätzlich als Planungsfehler.

☑️✅ Ein Hinweis für Planer, die Wärmetauscher von Nordic Tec verwenden, ist, dass die geringsten hydraulischen Widerstände bis zu 50 % des Nennvolumenstroms auftreten. Oberhalb dieses Wertes beginnen sie bereits schneller und nicht linear anzusteigen, sind aber in vielen Fällen weiterhin vollkommen akzeptabel. Die Auslegung von Anlagen, die dauerhaft mit mehr als 75 % des Nennvolumenstroms betrieben werden sollen, gilt hingegen als Fehler (es sei denn, es handelt sich lediglich um einen kurzzeitigen bzw. sporadischen Betrieb).

Daher sollte der Nennvolumenstrom nicht als Grenzwert interpretiert werden, bei dessen Überschreitung der Wärmetauscher nicht mehr funktioniert. Gleichzeitig sollte der Nennvolumenstrom aber auch nicht als ein zulässiger Volumenstrom betrachtet werden, dessen Erreichen keinerlei nachteilige Auswirkungen mit sich bringt.

Ist der Nennvolumenstrom ein erforderlicher Durchfluss?

Ebenfalls nicht.

Wenn ein Wärmetauscher einen Nennvolumenstrom von z. B. 4 m³/h angibt, bedeutet das nicht, dass die Anlage genau diesen Durchfluss liefern muss.

Plattenwärmetauscher können bei ganz unterschiedlichen Durchflusswerten arbeiten. In realen Anlagen ergibt sich der tatsächliche Durchfluss aus mehreren Faktoren gleichzeitig, unter anderem aus:

• der erforderlichen Wärmeleistung,
• der Temperaturdifferenz,
• der Art des Mediums,
• den Parametern der Umwälzpumpe,
• den Rohrdurchmessern,
• dem hydraulischen Widerstand des gesamten Systems,
• der Konstruktion und Anzahl der Platten des Wärmetauschers.

Der Nennwert ist also keine Vorgabe dafür, welcher Durchfluss unbedingt sichergestellt werden muss.

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Und was, wenn der Durchfluss deutlich unter dem Nennwert liegt?

Der Betrieb unterhalb des Nennvolumenstroms ist ohne Weiteres möglich und entspricht der Norm. Zu bedenken ist dabei jedoch, dass eine sehr niedrige Strömungsgeschwindigkeit des Mediums in den Kanälen des Wärmetauschers einen weniger intensiven turbulenten Durchfluss und damit schlechtere Wärmeübertragungsbedingungen bedeuten kann. Das betrifft allerdings nur sehr niedrige Durchflüsse. Die meisten Wärmetauscher von Nordic Tec sind so profiliert, dass sich auch bei vergleichsweise niedrigem Durchfluss recht schnell eine turbulente Strömung einstellt.

Das bedeutet jedenfalls nicht, dass der Wärmetauscher bei niedrigem Durchfluss aufhört zu funktionieren. Er überträgt weiterhin Energie zwischen den Medien, wobei seine tatsächliche Wärmeleistung von den konkreten Betriebsbedingungen abhängt. Aus diesem Grund kann die Auswahl eines Wärmetauschers allein anhand der angegebenen kW-Leistung, ohne Berücksichtigung von Durchfluss und Temperatur, zu falschen Schlussfolgerungen führen.

Was passiert, wenn der Durchfluss durch den Wärmetauscher größer als der Nennwert ist?

Eine Erhöhung des Durchflusses durch den Plattenwärmetauscher führt vor allem zu einer höheren Strömungsgeschwindigkeit des Mediums in den Kanälen zwischen den Platten. Der höhere Durchfluss verbessert zwar durch die stärkere Turbulenz die Wärmeübertragung, lässt jedoch gleichzeitig den hydraulischen Widerstand drastisch ansteigen. Genau dieser Druckabfall stellt die praktische Grenze für den Durchfluss dar. Bei Anlagen, die große Durchflüsse benötigen, ist es wirtschaftlicher, einen größeren Wärmetauscher mit größeren Anschlüssen und größeren Strömungskanälen einzusetzen, als einen hohen Durchfluss durch ein kleines Modell zu erzwingen.

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Nennvolumenstrom und Leistung des Wärmetauschers

Durchfluss und Leistung eines Wärmetauschers hängen zusammen, dürfen jedoch nicht miteinander gleichgesetzt werden.

Die transportierte Energiemenge des Mediums hängt von seinem Durchfluss und der Temperaturdifferenz ab. Bei Wasser lässt sich dieser Zusammenhang vereinfacht mit folgender Formel darstellen:

• Q = ṁ × c × ΔT

wobei:
Q – Wärmeleistung,
ṁ – Massenstrom des Mediums,
c – spezifische Wärmekapazität des Mediums,
ΔT – Temperaturdifferenz.

Das bedeutet: Dieselbe Leistung kann bei unterschiedlichen Durchflüssen transportiert werden, wenn sich die Temperaturdifferenz ändert.

Eine Anlage, die mit einer großen Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf arbeitet, kann beispielsweise eine bestimmte Leistung bei geringerem Durchfluss übertragen als eine Anlage mit geringer Temperaturdifferenz.

Deshalb sagt der Nennvolumenstrom allein nie aus, welche Leistung der Wärmetauscher in einer konkreten Anlage tatsächlich erreichen wird.

Warum gibt Nordic Tec den Nennvolumenstrom an?

Die Angabe des Nennvolumenstroms soll dem Nutzer vor allem die Einschätzung der hydraulischen Möglichkeiten eines bestimmten Modells erleichtern. Die bewährte 50-%- und 75-%-Regel (bzw. die Grenzen, die sie markiert) ist bei der schnellen Auswahl von Wärmetauschern für Wärmepumpen oder andere Geräte sehr wirkungsvoll. Das ist besonders nützlich beim Vergleich von Wärmetauschern mit unterschiedlichen Plattengrößen und unterschiedlichen Anschlussdurchmessern.

Wenn die Anlage verhältnismäßig große Durchflüsse benötigt, sollte man nicht nur auf die Wärmeaustauschfläche und die Anzahl der Platten achten, sondern auch auf die Größe der einzelnen Platte, die Kanalkonstruktion sowie den Anschlussdurchmesser. Eine hohe Plattenzahl bedeutet nämlich nicht immer, dass der Wärmetauscher für einen sehr großen Durchfluss geeignet ist – ein Beispiel dafür ist etwa das Modell Ba-23-70.

Lohnt es sich, einen Wärmetauscher mit großer Durchfluss-Reserve zu wählen?

Eine gewisse Reserve ist in der Regel von Vorteil, insbesondere wenn Druckverluste begrenzt werden sollen. Das bedeutet jedoch nicht, dass man immer den größtmöglichen Wärmetauscher wählen sollte. Eine hydraulische Überdimensionierung des Wärmetauschers kann seinen Preis und seine Abmessungen erhöhen, ohne dabei einen proportionalen Nutzen zu bringen. Die beste Lösung besteht darin, ein Modell so auszuwählen, dass es eine angemessene Wärmeaustauschfläche bietet und gleichzeitig bei dem von der Anlage benötigten Durchfluss keine übermäßigen Widerstände verursacht – das heißt in der Praxis, dass er unterhalb von 50 bzw. 60 % des Nennvolumenstroms bleibt.

Zusammenfassung – Nennvolumenstrom des Plattenwärmetauschers

Der Nennvolumenstrom ist ein Hilfsparameter, der eine Orientierung über die hydraulischen Möglichkeiten eines Wärmetauschers ermöglicht. Er sollte nicht als starre Betriebsgrenze des Geräts verstanden werden.

In der Praxis gilt:

• der Nennvolumenstrom ist nicht der maximale Durchfluss,
• er ist ebenso wenig ein erforderlicher Durchfluss,
• der Wärmetauscher kann sowohl unterhalb als auch oberhalb dieses Werts arbeiten,
• ein höherer Durchfluss bedeutet in der Regel einen größeren Druckabfall,
• ein zu geringer Durchfluss kann die Wärmeübertragungsbedingungen verschlechtern,
• bei der Auswahl sollten Durchfluss, Temperaturen, erforderliche Leistung und zulässiger hydraulischer Widerstand gleichzeitig berücksichtigt werden.

Am besten betrachtet man den Nennvolumenstrom daher als praktischen Referenzwert, der hilft zu beurteilen, ob ein bestimmtes Nordic Tec Wärmetauschermodell hydraulisch zur geplanten Anlage passt.

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