Abbildung 1: Prinzip eines Thermosiphons. Der Kondensatrückfluss erfolgt durch Schwerkraft (links) und Heatpipe mit Dochtstruktur an der Rohrwand für den kapillaren Kondensatrücktransport (rechts).	Abbildung 2: Lamellierte Heatpipe (Quelle: DAU GmbH & Co KG)

Da der Wärmedurchgangskoeffizient für das Sieden und Kondensieren hundert mal höher ist als der Wärmedurchgangskoeffizient für den Austausch von der Oberfläche zur Lüftungsluft, sind Lamellen notwendig, um die Oberfläche an der Seite des Kondensators zu vergrößern. Abbildung 2 zeigt eine mit Lamellen bestückte Heatpipe für verschiedene Wärmeübertragungsanwendungen.

Sieden und Kondensieren kann nur in einer Zweiphasen-Region unter dem kritischen Punkt des Kältemittels stattfinden. Bei Temperaturen über dem kritischen Punkt, findet lediglich freie Konvektion statt. Der Mechanismus einer “überkritischen Heatpipe” (das gesamte Volumen des Kältemittels ist in der Dampfphase) kann als Abschaltverhalten bezeichnet werden. Dieses Verhalten findet nur statt, wenn die Gesamtmenge des Kältemittels so berechnet ist, dass es dem Produkt der kritischen Dichte des Kältemittels und dem Volumen der Heatpipe entspricht. Je nach Füllniveau der Heatpipe, werden zwei verschiedene Typen von Abschaltverhalten beobachtet, die „schnelle“ und die „langsame“ Abschaltung (siehe [Stanzel 1998]).

Einer der Vorteile eines Thermosiphons bzw. einer Heatpipe (folgend nur noch als “Heatpipe” bezeichnet) im Vergleich zu einem konventionellen Frostschutzmittel-Kreislauf ist, dass keine Pumpe oder andere beweglichen Teile, wie z.B. ein Rückschlagventil, notwendig sind. Weiter wird auch kein Frostschutzmittel zum Verhindern des Einfrierens des Wasserkreislaufes benötigt. Im Fall einer Heatpipe wird ein Kältemittel gewählt, dessen Gefrierpunkt außerhalb der relevanten Temperaturbereichs liegt (Beispielsweise Ammoniak (Tripelpunkt bei -94.65°C), Kohlendioxid (Tripelpunkt bei - 56.56°C)). Wasser kann bei geringem Druck ebenfalls für Heatpipe-Anwendungen als Frostschutzsystem eingesetzt werden, wenn sich nur der Bereich des Kondensators in der Frostzone befindet. Diese Art von Heatpipe arbeitet im Temperaturbereich von +5°C bis 275°C. Bei kleinen Lüftungsgeräten (für Einfamilienhäusern oder Wohnungen) werden aufgrund der Investitionskosten meist direktelektrische Nachheizregister verwendet. Manche Fabrikate der sogenannten Kompaktgeräte, mit kleinen Wärmepumpen zum Heizen und TWW-Bereitung in Kombination mit Lüftungssystemen, nutzen bereits das Heatpipe-Prinzip zum Abtauen. Als Arbeitsmedium wird das Kältemittel des Wärmepumpensystems genutzt. Im Falle des Frostschutzbetriebes wirkt es als Thermosiphon.

Heatpipes für den Frostschutz von Passivhaus-Lüftungsanlagen - Einführung, Fazit und Literaturangaben

Kontrolle und Vergleich mit Standard-Systemen