Rotorwahl im heißen Klima: Latentlast im Sommer, Abtauung im Winter

In heißen und gemäßigten Klimazonen bestimmt die Komponentenanordnung in Geräten mit „Wärmerückgewinnung + integrierter Wärmepumpe“ (HP-HR-R) nicht nur den nominalen COP/EER. Sie bestimmt auch direkt die Stabilität der Zulufttemperatur, den Leistungsbedarf des Verdichters und die Abtau-Kontinuität im Winter. Auf Basis von Berechnungsergebnissen aus HVACinOne zeigt dieser Beitrag, wie Rotortypen (sensibel/Kondensation, Enthalpie/hygroskopisch, Sorption) und die Sommer-Winter-Anordnung des Luftwegs die Kühl- und Heizleistung beeinflussen. Mögliche Probleme im Betrieb berücksichtigen wir ebenfalls.

Der Luftweg in HVACinOne für den Sommerbetrieb ist im folgenden Schema dargestellt. Im Winterbetrieb wird der Kreislauf über ein Vierwegeventil umgekehrt, und Verdampfer und Verflüssiger tauschen ihre Rollen. In dieser Anordnung werden die Ergebnisse anhand von Rotortypen interpretiert, die die Programme von Eurovent Certita Certification in klare Klassen wie „condensing / enthalpy / sorption“ trennen [1].

Rotortypen und Einsatzbereiche

Diese Untersuchung betrachtet vier Rotorfamilien. Jede Familie verhält sich anders, was die Art der Wärmeübertragung (sensibel/latent) und den Mechanismus der Feuchteübertragung (Kondensation, hygroskopische Oberfläche, Adsorption) betrifft. In einem HP-HR-R-Gerät beeinflussen diese Unterschiede deutlich die Verdampferlast im Sommer und das Abtaurisiko im Winter [1], [2].

Kondensationsrotor (ST)

Diese Rotorklasse ist vor allem für die sensible Wärmerückgewinnung optimiert; Feuchteübertragung ist unter normalen Betriebsbedingungen kein Ziel. Fällt jedoch die lokale Oberflächentemperatur unter den Taupunkt, während die Abluft am Rotor abkühlt, kann sich in der Rotormatrix Kondensat bilden. Dann kann im „nassen“ Betrieb ein begrenzter latenter Effekt auftreten. Dieser Effekt ist keine kontrollierte/hygroskopische Übertragung, sondern ein bedingungsabhängiges Kondensationsphänomen.

Deshalb bleibt in heiß-feuchtem Klima die Fähigkeit, die absolute Feuchte auf der Zuluftseite zu senken, begrenzter als bei hygroskopischen Klassen und Sorptionsklassen; der Verdampfer muss unter Umständen mehr Entfeuchtungsarbeit leisten. In der Eurovent-Terminologie wird diese Gruppe als eigener Produkttyp behandelt, das „condensing wheel“ [1].

Enthalpie- / hygroskopischer Rotor (SE)

Diese Rotoren zielen nicht nur auf sensible, sondern auch auf latente Übertragung (Feuchte), mit einer Beschichtung/Behandlung, die die Oberfläche hygroskopisch macht (feuchtebindend). Der Mechanismus beruht darauf, Wasserdampf auf der Rotoroberfläche zu halten und an den anderen Luftstrom abzugeben (ein adsorptions-/desorptionsähnlicher Vorgang). Dadurch lassen sich Taupunkt und Wasserdampfgehalt auf der Zuluftseite wirksamer senken.

Diese Klasse überträgt Feuchte jedoch nicht so aggressiv wie Sorptionsrotoren; die Leistung bleibt an Ziele der „Feuchterückgewinnung“ gebunden. Besonders unter extrem heiß-feuchten Bedingungen verschwindet die feuchtebedingte Leistungsabweichung unter Umständen nicht vollständig. So ist die Enthalpie-/hygroskopische Klasse im Eurovent-Ansatz zur Feuchterückgewinnung (moisture recovery) eingeordnet [2].

Sorptionsrotor (HM)

Sorptionsrotoren nutzen Materialien/Beschichtungen mit höherer Adsorptionskapazität, um die Feuchteübertragung zu steigern, und „Sorption“ gilt in Zertifizierung und Terminologie als eigene Kategorie [2]. Der praktische Vorteil dieser Klasse: In heiß-feuchtem Klima senkt sie die absolute Feuchte der Zuluft nach dem Rotor stärker, sodass am Verdampfer weniger Wasser kondensiert. Das verbessert die Leistungsaufnahme des Verdichters und/oder die Abweichung der Zulufttemperatur. Kurz: In einer HP-HR-R-Konfiguration wirkt der Sorptionsrotor im Sommer wie ein „Vorbehandlungselement, das die latente Last des Verdampfers senkt“ [2], [3].

Sorptions-Hybridrotor (SH)

Sorptions-Hybridrotoren liegen an einem „mittleren“ Punkt zwischen hygroskopischem (Enthalpie-) und Sorptionsverhalten. Ziel ist, die latente Übertragung deutlich zu stärken und dabei einige Randbedingungen der Anwendung (Kosten, Druckverlust, Ziele für Umluftübertragung, Regelflexibilität) im Gleichgewicht zu halten. Deshalb werden sie in Auslegungen für heißes Klima oft als Kompromiss gewählt, der die latent bedingte Leistungsabweichung spürbar senkt, ohne bis zum maximalen Sorptionseffekt zu gehen [3].

Rotorklassen und Entsprechungen der Hersteller

Wie ein Rotortyp bezeichnet wird, ist nicht nur eine Marketingfrage; es legt auch die Methodik für Zertifizierung und Vergleich fest [1], [2], [3]. Nachfolgend ein Vergleich der Produkte von Hoval, Klingenburg und Heatex [4], [5], [6].

Tabelle 1 — Rotorklassen und ihre Entsprechungen in Produkten von Hoval, Klingenburg und Heatex.

Kurz zusammengefasst:

• Kondensations- / sensibler Rotor: Statt „keine Feuchteübertragung“ ist diese Aussage richtig: Tritt Kondensation auf, entsteht ein begrenzter latenter Effekt, aber keine kontrollierte Feuchteübertragung (es ist ein bedingungsabhängiges Phänomen). Deshalb ist die Erwartung, bei heiß-feuchter Außenluft „die absolute Feuchte zu senken“, begrenzt [1].
• Enthalpie- / hygroskopischer Rotor: Die Feuchteübertragung wirkt in beide Richtungen: im Winter Feuchterückgewinnung, damit die Raumluft nicht „übertrocknet“; im Sommer teilweise „Trocknung“ der Zuluft, um die latente Last des Registers zu senken. Sie ist jedoch nicht so aggressiv wie Sorption [2].
• Sorption (3Å-Molekularsieb): Die Molekularsieb-Beschichtung hebt sich mit dem Argument ab, dank hoher Feuchteeffizienz den Kühlbedarf im Sommer zu senken. Manche Dokumente geben außerdem an, dass sie die Übertragung von Gerüchen verringern hilft (Selektivität) [7].
• Hybrid: Die „Mittellösung“ ist in der Praxis meist ein Ansatz mit Teilbeschichtung; im Gleichgewicht aus Kosten/ΔP/Leistung wird sie zur meistgenutzten Klasse. Die Heatex-Definition „Hybrid … (Enthalpy)“ beschreibt diesen Ansatz klar [6].

Berechnungen in HVACinOne für trockene und feuchte Sommerbedingungen und für Winterbedingungen

Im Rahmen dieses Beitrags folgt der Berechnungsablauf in HVACinOne dieser Reihenfolge:

1. Außenluftzustand: Der Außenluftzustand (DB/RH; zum Beispiel ein Szenario mit konstantem Taupunkt) wird festgelegt.
2. Rotorschritt: Aus den Eintrittszuständen am Rotor im Zu- und Abluftstrom werden Austrittstemperatur und relative Feuchte des Rotors berechnet (im Sommer im Zuluftstrom vor dem Verdampfer; im Winter im Abluftstrom vor dem Verdampfer). Das latente Übertragungsverhalten unterscheidet sich je nach Rotorklasse [2].
3. Wärmepumpenkreislauf: Der Kreislauf wird aus den Luftzuständen auf Verdampfer-/Verflüssigerseite und dem Sollwert der Zuluft iterativ gelöst. Ergebnis sind TEvap/TCond, Leistungsaufnahme des Verdichters und Zulufttemperatur.
4. Logik der Abtaubewertung im Winter: Das Risiko von Kondensation und Vereisung in der Verdampfer-Eintrittsluft nach dem Rotor im Abluftstrom beruht auf dem Vergleich des Taupunkts am Verdampfereintritt (Tdp,evap,in) mit der Oberflächentemperatur des Registers (Tsurf). Tdp,evap,in wird aus Austrittstemperatur und relativer Feuchte des Rotors berechnet; die Bedingung Tsurf < Tdp,evap,in markiert die Schwelle, ab der Kondensation beginnt. Sinkt die Oberflächentemperatur unter 0 °C, gefriert das Kondensat und es entsteht ein Vereisungs-/Abtauband. Die Risikotendenz lässt sich an der Differenz ΔT = Tdp,evap,in − Tsurf ablesen; je größer ΔT, desto größer die Risikotendenz [14].

Hinweis: Die Ausgaben der Registerbibliothek von HVACinOne weisen die Oberflächentemperatur nicht direkt aus. Für den Vergleich wurde Tsurf daher repräsentativ aus der TEvap des Kreislaufs geschätzt.

In den Berechnungen verwendete Außenluftzustände

Tabelle 2 — In den Berechnungen verwendete Außenluftzustände.

In vier Geräteauslegungen blieben alle Komponenten außer dem Rotor gleich, um die Wirkung des Rotortyps auf das System im Sommer und im Winter zu untersuchen. Die verwendeten Komponenten sind unten zusammengefasst.

Tabelle 3 — In allen vier Auslegungen gleich gehaltene Komponenten.

Tabelle 4 — Die vier verglichenen Rotoren.

Einfluss des Rotortyps auf Zulufttemperatur und Verdichterleistung bei feuchter und trockener Außenluft

Die folgenden Zahlenvergleiche stammen aus zwei Sommerfällen bei 35 °C, berechnet in HVACinOne.

Feuchte Luft: 35 °C, RH 41,6 % (Taupunkt ≈ 20 °C)

Tabelle 5 — Feuchte Luft (35 °C, RH 41,6 %): Rotoraustritt, Zulufttemperatur, Verdichterleistung und TEvap.

Bei feuchter Außenluft unterscheidet sich die relative Feuchte nach dem Rotor je nach Rotortyp stark. Das erhöht die latente Last des Verdampfers und damit die Verdichterleistung. Definitionen der Rotortypen und ihr Feuchteübertragungsverhalten werden im Eurovent-Rahmen über die Unterscheidung „sorption / enthalpy / condensing“ erklärt [1], [2].

In der Konfiguration, die die meiste Feuchte zum Verdampfer trägt (in diesen Daten ST), steigt die latente Last des Verdampfers; deshalb nimmt die Verdichterleistung zu, obwohl TEvap steigt. In der Praxis treibt das die Zulufttemperatur als latent bedingte Leistungsabweichung im Sommerbetrieb nach oben.

Trockene Luft: 35 °C, RH 30 %

Tabelle 6 — Trockene Luft (35 °C, RH 30 %): Rotoraustritt, Zulufttemperatur, Verdichterleistung und TEvap.

Karte der latenten Wirkung (feucht − trocken, 35 °C)

Tabelle 7 — Karte der latenten Wirkung: Unterschied bei Zulufttemperatur und Verdichterleistung zwischen feuchter und trockener Luft bei gleichen 35 °C.

Im selben Punkt DB = 35 °C zeigt sich bei steigender absoluter Feuchte (Taupunkt; trocken → feucht) je nach Rotortyp eine ungünstige Abweichung der Zulufttemperatur von +0,5 °C bis +2,7 °C. Parallel steigt die Verdichterleistung um +0,02 kW bis +0,28 kW.

Die physikalische Bedeutung dieses Unterschieds ist folgende: Im Sommerbetrieb sitzt der Rotor im Zuluftstrom vor dem Verdampfer. Die Feuchteübertragung (latent) des Rotors verändert daher Taupunkt und Wasserdampfgehalt der Luft, die in den Verdampfer eintritt. Die Verdampferlast kann sich so von rein sensibler Kühlung hin zu einer entfeuchtungsdominierten Last verschieben (latente Kühlung/Kondensation). Folglich muss der Kreislauf mehr leisten, um dieselbe Zulufttemperatur zu erreichen, und die Verdichterleistung steigt tendenziell.

Der Eurovent-Rahmen zur „moisture recovery“ definiert genau diesen Punkt, indem er Rotoren als condensing / enthalpy / sorption klassifiziert: unter welchen Bedingungen und mit welchem Mechanismus der Rotor Feuchte überträgt und wie sich das auf die Systemlasten auswirkt. Deshalb macht die Trennung eines heiß-trockenen Profils von einem Profil mit konstantem Taupunkt die Unterschiede zwischen den Rotortypen „latent-sensitiv“ sichtbar [2].

Verdichter-Kontinuität unter Winterbedingungen für vier Rotortypen

Im Winterbetrieb lautet die Reihenfolge im Abluftweg Filter → Rotor → Verdampfer → Ventilator; die Wärmerückgewinnung des Rotors kühlt die Abluft also vor dem Verdampfer ab. In dieser Anordnung müssen zwei Achsen, die über die Kontinuität entscheiden, gemeinsam gelesen werden:

• Ob Vereisung einsetzt (Risiko): Sinkt die Verdampferoberfläche unter 0 °C und liegt sie zugleich unter dem Taupunkt der Eintrittsluft (Tsurf < 0 °C und Tsurf < Tdp,evap,in), tritt das System in das Vereisungsband ein [9], [14].
• Wie schnell Eis anwächst (Geschwindigkeit): Im Vereisungsband steigt die Anwachsrate tendenziell mit der „treibenden Differenz“ des Stofftransports zwischen dem Feuchteniveau im Luftstrom und dem Sättigungsniveau an der Reifoberfläche. Reifwachstumsmodelle definieren dies als treibendes Potenzial (driving potential) [15], [16].

Annahme zwischen Verdampfungstemperatur und Oberflächentemperatur

Die Größe, die in der HVACinOne-Ausgabe direkt aus der Kreislauflösung gelesen wird, ist TEvap (Verdampfungstemperatur des Kältemittels). Für die Oberflächentemperatur des Registers wird daher ein praktischer Ansatz genutzt:

Tsurf,est ≈ TEvap + 2 K

Diese Annahme eignet sich für einen relativen Kontinuitätsvergleich zwischen Rotortypen, nicht für die Vorhersage einer absoluten Abtaudauer.

Ansatz für Wasserdampfgehalt, Taupunkt und Oberflächentemperatur nach dem Rotor

Der Luftzustand am Verdampfereintritt wird nach dem Rotor im Abluftstrom abgelesen. An diesem Punkt gilt:

• Der Taupunkt (Tdp,evap,in) macht die Kondensations-/Vereisungsschwelle mit einer einzigen Zahl ablesbar. Der Vergleich von Tdp,evap,in mit Tsurf liefert die Unterscheidung „trockenes Register / nasses Register“, und unter 0 °C wird das Vereisungsband definiert [14].
• Der Wasserdampfgehalt (w_in) hilft, die Anwachsrate zu unterscheiden. Bei gleicher Oberflächentemperatur erhöht ein höherer w_in tendenziell den Wasserdampfstrom zur Reifoberfläche (die treibende Differenz des Stofftransports wächst). Die w_in-Werte stammen aus der Spalte Wasserdampfgehalt, die in der technischen Winterausgabe von HVACinOne für die Verdampfer-Eintrittsluft nach dem Rotor ausgewiesen ist [15], [16].

Tabelle 8 — Verdampfereintritt nach dem Rotor im Winter: TEvap, geschätzte Oberflächentemperatur, Taupunkt und Wasserdampfgehalt.

Tabelle 9 — Vereisungsrisiko / Eisanwachsrate je Rotortyp und Außentemperatur.

Hinweis: Die Einstufung der „Vereisungsgeschwindigkeit“ ist konsistent mit dem Ansatz der treibenden Differenz, die den Stofftransport zu einer Reifoberfläche bestimmt. Sinkt w_in (trockenere Luft), wird auch die Anwachsrate tendenziell schwächer [15], [16].

Welches System neigt bei welcher Temperatur stärker zur Abtauung?

Dieser Datensatz liefert eine sehr klare, anordnungsbedingte Aussage zur Kontinuität:

• DB_out = 10 °C: Bei drei Rotorfamilien (ST, SE, SH) bleibt Tsurf,est bei oder über 0 °C, das System tritt also nicht in das Vereisungsband ein. Beim HM-Rotor dagegen sinkt Tsurf,est knapp unter 0 °C, sodass im Grenzbereich eine Vereisungsmöglichkeit entsteht.
• DB_out = 5 °C: Bei allen vier Rotorfamilien sinkt Tsurf,est deutlich unter 0 °C und die Bedingung Tsurf,est < Tdp,evap,in ist erfüllt; alle treten also in das Hochrisikoband ein. Hier verschiebt sich die Frage von „setzt sie ein?“ zu „wie schnell schreitet sie fort?“. Auf der ST/SE/SH-Seite macht der höhere w_in die schnelle Klasse dominant; HM bleibt am selben Außenluftpunkt dank relativ niedrigerem w_in bei mittlerer Geschwindigkeit.
• DB_out ≤ 0 °C: Das Vereisungsband ist für alle Typen deutlich erfüllt. Je mehr sich TEvap zwischen den Rotortypen angleicht, desto kleiner wird der Kontinuitätsunterschied, und das Abtaumanagement wird entscheidend.
• DB_out = −10…−15 °C: Das Risiko bleibt hoch; weil die Luft trockener ist, verschiebt sich die Anwachsrate jedoch zur langsamen Klasse.

Setzt die Vereisung ein, wirken im Betrieb zwei kritische Effekte. Der Luftweg verengt sich, der Druckverlust steigt und die Ventilatorleistung nimmt zu; zugleich verschlechtern sich Wärmerückgewinnung und Wärmeübertragung [8].

Folglich erfordert die Kontinuität bei niedrigen Außentemperaturen in dieser Anordnung meist eine aktive Abtaustrategie, unabhängig vom Rotortyp. Bei integrierten reversiblen Wärmepumpen sind Abtauoptionen wie Kreislaufumkehr, Zusatzheizung und Umluft in den Funktionsbeschreibungen der Hersteller klar definiert [10].

Fazit

• Sommerleistung (Beispiel DB = 35 °C): Bei feuchter Luft verändern die Rotortypen die latente Last des Verdampfers. In diesem Datensatz entsteht eine latent bedingte Leistungsabweichung von +0,5…+2,7 °C bei der Zulufttemperatur und ein Anstieg der Verdichterleistung um +0,02…+0,28 kW.
• Die entscheidende Wirkung der Anordnung: Im Sommer bietet der Rotor vor dem Verdampfer ein Potenzial zur Vorkonditionierung der Zuluft (besonders auf der Feuchte-/Enthalpieseite). Im Winter führt dieselbe Anordnung dem Verdampfer nach dem Rotor im Abluftstrom eine kältere Quelle zu; das drückt TEvap tendenziell nach unten und kann das Abtaufenster vergrößern.
• Winterkontinuität: Bei DB = 5 °C und darunter steigt das Risiko für alle Rotortypen. Unterhalb dieses Bands macht die Kontinuität das Abtaumanagement (Kreislaufumkehr, elektrische Zusatzheizung, Umluft/Bypass usw.) und bei Bedarf einen Vorerhitzer oft zum Teil der Auslegung, unabhängig vom Rotortyp [8], [9], [10].
• Marktansatz: Im Markt für integrierte Lösungen positionieren Hersteller wie Systemair (Geniox HP) und Swegon das Konzept „integrierte reversible Wärmepumpe + Rotationswärmeübertrager“ als Produktfamilie. Klimabereich und Abtaustrategie gelten als Kernentscheidungen der Produktarchitektur [11], [12].
• Vielfalt der Komponenten/Sektionen: IV Produkt bietet eine integrierte Kühlsektion mit Rotationswärmeübertrager (zum Beispiel EcoCooler) oder einen modularen Sektionsansatz. Das zeigt, dass sich auf demselben „Luftweg“ unterschiedliche Heiz-/Kühlarchitekturen aufbauen lassen [13].

Quellen

1. Eurovent Certita Certification, AARE – Rotary Heat Exchangers (Zertifizierungsprogramm), o. J., https://www.eurovent-certification.com/en/third-party-certification/certification-programmes/aare
2. Eurovent AISBL, Eurovent 17/14 – Moisture recovery in ventilation and air-conditioning systems (First Edition), 2025, https://www.eurovent.eu/wp-content/uploads/publications-files/eurovent-rec-17-14-moisture-recovery-in-ventilation-and-air-conditioning-systems-first-edition-2025-en.pdf
3. Systemair, All you need to know about: Energy Recovery (Blogbeitrag), 2022, https://www.systemair.com/en/blog/efficiency-performance/all-you-need-to-know-about-energy-recovery
4. Hoval, Sorption rotary heat exchangers – Hoval Energy Recovery Portal, o. J., https://www.hoval-energyrecovery.com/en/Sorption-rotary-heat-exchangers/sorption-rotary-heat-exchanger/
5. Klingenburg, HUgo Sorption Rotor (DekaTru®-Beschichtung), o. J., http://www.klingenburg.co.uk/en/products/rotary-heat-exchangers/hugo-sorption-rotor/
6. Heatex AB, Heatex Rotary Heat Exchangers – Technical Information (Version 2), 2025, https://www.heatex.com/wp-content/uploads/2023/03/Rotary-Heat-Exchangers-Technical-Information-English.pdf
7. Östberg, 3Å molecular sieves, 2017, https://na.ostberg.com/3a-molecular-sieves/
8. Lawrance, W. (Swegon), Condensation and frosting in rotary heat exchangers (Blogbeitrag), 2024, https://blog.swegon.com/en/condensation-and-frosting-in-rotary-heat-exchangers
9. ASHRAE, ASHRAE Handbook – HVAC Systems and Equipment, Kapitel „Air-to-Air Energy Recovery Equipment“, o. J., https://www.ashrae.org/file%20library/technical%20resources/covid-19/si_s20_ch26.pdf
10. Swegon, Guide to the GOLD version F/G functions – Reversible heat pump RX/HC (Funktionsbeschreibung), o. J., https://www.swegon.com/globalassets/digizuite/9295-en-funkrxhc_functionguide_en.pdf
11. Systemair, Geniox HP range with integrated reversible heat pump (Produktbroschüre), o. J., https://a.storyblok.com/f/108972/x/aa7e39befa/systemair-geniox-hp-brochure_20240508_.pdf
12. Swegon, GOLD RX/HC – all-in-one AHU and reversible heat pump (Produktseite), o. J., https://www.swegon.com/products/air-handling/air-handling-units/gold/gold-rxhc/
13. IV Produkt, EcoCooler – Integrated speed-controlled DX cooling (Produktseite), o. J., https://www.ivprodukt.com/products/integrated-cooling-unit/ecocooler
14. Wood, L.A., The use of dew-point temperature in humidity calculations, Journal of Research of the National Bureau of Standards – C, 74C(3–4), 117, 1970, https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/jres/74C/jresv74Cn3-4p117_A1b.pdf
15. Na, B., Webb, R.L., Mass transfer on and within a frost layer, International Journal of Heat and Mass Transfer, 47(5), 899–911, 2004, https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2003.08.023
16. Kandula, M., Frost growth and densification in laminar flow over flat surfaces, NASA-Technischer Bericht KSC-2011-043, 2011, https://ntrs.nasa.gov/citations/20110009969

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