Die Wärmequelle eines Kanalerhitzers ist die Elementoberfläche, abgeführt wird die Wärme vom Luftstrom. Wo keine Luft hinkommt, läuft die Elementtemperatur davon; wo die Luft zu schnell strömt, bleibt die Austrittstemperatur zu niedrig. Die sogenannte Temperaturungleichmäßigkeit ist im Kern eine ungleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung.

Sinnvoller Geschwindigkeitsbereich im Querschnitt

Kanalerhitzer werden meist für 5–12 m/s ausgelegt. Unter 5 m/s ist der Wärmeübergangskoeffizient an der Elementoberfläche gering, die Oberfläche kann die Austrittstemperatur um mehr als 100 °C übertreffen, und die Rippen setzen sich mit Staub zu und brennen durch. Über 12 m/s steigen Druckverlust und Schall deutlich, und die Ventilatorleistung wächst.

Berechnet wird sie als Volumenstrom geteilt durch die Kanalquerschnittsfläche. Für 20 000 m³/h und einen Kanal von 1,2 × 0,8 m ergibt sich 20000/3600/(1,2 × 0,8) ≈ 5,8 m/s — niedrig, aber brauchbar, kompensiert durch längere Elemente oder geringere Oberflächenlast.

Die Elementanordnung bestimmt die Querschnittsgleichmäßigkeit

Elemente dürfen nicht nur in der Kanalmitte sitzen. Richtig ist eine gleichmäßige, versetzte Verteilung über den gesamten Querschnitt mit 50–80 mm Randspalt, damit der wandnahe Strom nicht am Heizer vorbeikurzschließt.

Auch die Zahl der Reihen zählt. Eine Reihe hat kleine Stirnfläche, hohe Geschwindigkeit und kurzen Wärmeübergangsweg; drei versetzte Reihen verwirbeln die Luft vollständig und halten die Austritts-ΔT innerhalb von ±5 °C. Bei gleicher Leistung senken mehr Reihen die Oberflächenlast je Element.

Die Einlaufstrecke wird oft vergessen

Liegt vor dem Kanalerhitzer ein Krümmer, eine Reduzierung oder ein Ventilatoraustritt, tritt die Luft mit Drall in die Heizstrecke ein: auf einer Seite viel Strom, auf der anderen wenig. Üblich sind 3–5 äquivalente Durchmesser gerader Kanal oder ein Strömungsgleichrichter vor dem Heizer.

Fehlt bei einer Nachrüstung der Platz, ist der Strömungsgleichrichter die schnelle, preiswerte Lösung: Ein Lochblech mit 40–50 % freiem Querschnitt, 200–300 mm vor dem Heizer, senkt die Geschwindigkeitsabweichung von 30 % auf unter 10 %.

Übertemperaturschutz richtig anordnen

Eine Messstelle genügt nicht. Nötig sind mindestens drei: Austrittsmitte, Austrittsrand und elementnahe Zone. Die Elementoberflächentemperatur misst ein Mantelthermoelement, das an der Rohrwand geklemmt ist, und schaltet beim Überschreiten des Sollwerts sofort ab.

Der Luftströmungswächter muss mit dem Ventilator verriegelt sein. Bleibt die Heizung eingeschaltet, während der Ventilator steht, glühen die Elemente binnen Minuten rot — die häufigste Ursache für Unfälle vor Ort.

Ein häufiger Fehler

Viele Projekte legen die Leistung über die „Austrittstemperatur" aus und ignorieren die jahreszeitliche Schwankung der Eintrittstemperatur. Bei −5 °C im Winter und 35 °C im Sommer ergibt dieselbe Leistung 40 °C Unterschied am Austritt. Legen Sie den ungünstigsten Fall zugrunde oder nutzen Sie Thyristorstellung (SCR), damit die Leistung der Eintrittstemperatur automatisch folgt.

Der Aufbau des Kanalerhitzers selbst ist nicht komplex; schwierig ist die Abstimmung auf Ventilator, Kanal und Regelung. Jede Unstimmigkeit dieser drei zeigt sich als „ungleichmäßige Temperatur" oder „durchgebrannte Elemente".