Wärmetauscher und Wärmetransport: Rohr gegen Rohr, Gas gegen Flüssigkeit

Oft willst du Wärme von einem Ort an einen anderen bringen, ohne die Stoffe zu vermischen: heißes Abgas abkühlen, ohne es in den Kühlkreis zu leiten, oder einen Wasserkreis an einen Gaskreis koppeln. Dafür gibt es Wärmetauscher. Am Ende jeder Kette steht ein Heizkörper, der die Wärme an die Umgebung abgibt.

Ein Netz ist schon ein Wärmetransport#

Zuerst die gute Nachricht: Innerhalb eines Rohrnetzes musst du Wärme nicht transportieren. Das Spiel behandelt ein Netz wie einen einzigen Behälter, Temperatur und Druck sind überall gleich. Hängen ein Wandkühler und ein Rohr Konvektionsheizkörper am selben Netz, kommt die Wärme des Kühlers ohne Pumpe beim Heizkörper an.

Wärmetauscher brauchst du erst, wenn zwei getrennte Netze Wärme austauschen sollen.

Die Tauscher im Überblick#

Bauform	Anschlüsse	Kennzahl laut Spieldaten
Small Direct Heat Exchanger - Gas + Gas	zwei Eingänge, je ein Netz	Austauschfläche 1
Large Direct Heat Exchanger - Gas + Gas	zwei Eingänge, je ein Netz	Austauschfläche 8
Super-Large Direct Heat Exchanger (Gases)	zwei Anschlüsse	Austauschfläche 28
CounterFlow Heat Exchanger - Gas + Gas	zwei Paare Ein- und Ausgang	Gegenstrom
CounterFlow Heat Exchanger - Gas + Liquid	Gas und Flüssigkeit	Gegenstrom
CounterFlow Heat Exchanger - Liquid + Liquid	zwei Flüssigkeitspaare	Gegenstrom

Die direkten Wärmetauscher liegen zwischen zwei Netzen und lassen Wärme vom wärmeren ins kältere Netz übergehen. Je größer die Austauschfläche, desto mehr Wärme je Takt. Der kleine entsteht aus einem Bausatz, der große aus einem Bausatz plus einem Kit (Rohre) und einem Stahlblech, der sehr große aus jeweils drei davon. Alle gibt es für Gas und Gas, Gas und Flüssigkeit sowie Flüssigkeit und Flüssigkeit.

Die Gegenstrom-Tauscher (CounterFlow) haben je Seite einen Ein- und einen Ausgang. Zwei Ströme laufen gegenläufig aneinander vorbei. Laut Spielcode sind sie passiv: kein Strom, keine eigene Pumpe. Je Takt lassen sie auf jeder Seite so viel durch, dass Eingang und Ausgang denselben Druck haben – ohne Druckgefälle fließt nichts. Plane deshalb eine Pumpe oder einen Druckregler ein, der den Strom durch das Gerät treibt, und prüf mit je einem Analysator davor und dahinter, ob er fließt. Alle vier Rohre müssen angeschlossen sein. Auf einer Gasseite unter 101,325 kPa sinkt die Übertragung im Verhältnis zum Druck, eine Flüssigkeitsseite zählt voll, sobald 0,1 % ihres Volumens Flüssigkeit sind. Setting steht in der Logikliste, wirkt aber nicht.

Wie weit sich die Temperaturen annähern#

Mehr Wärme, als die heiße Seite abgibt, kann die kalte nicht aufnehmen. Tauschen zwei Netze so lange, bis beide gleich warm sind, ergibt sich ihre gemeinsame Temperatur aus den Wärmekapazitäten:

• T = (C₁ · T₁ + C₂ · T₂) / (C₁ + C₂), mit C = Menge × Wärmekapazität

Ein Beispiel mit zwei Gasnetzen: 500 Liter Stickstoff bei 5000 kPa und 400 K sind 752 mol, C₁ = 752 · 20,6 ≈ 15 500 J/K. Das kalte Netz hat ebenfalls 500 Liter Stickstoff, aber nur 100 kPa und 290 K: 20,7 mol, C₂ ≈ 427 J/K. Die gemeinsame Temperatur liegt bei rund 397 K – das heiße Netz kühlt um gerade 3 K ab. Ein dünnes Gasnetz kann einem dichten kaum Wärme abnehmen.

Gas gegen Flüssigkeit#

Darum lohnt Flüssigkeit als Kühlmittel. Wasser speichert laut Spieldaten 72 J je Mol und Kelvin und nimmt 0,018 Liter je Mol ein:

Inhalt je Liter	Menge	Wärmekapazität
Stickstoff, 100 kPa, 20 °C	0,041 mol	0,85 J/K
Stickstoff, 10 000 kPa, 20 °C	4,1 mol	85 J/K
Wasser	55,6 mol	4000 J/K

Dasselbe heiße Gasnetz wie oben (C ≈ 15 500 J/K, 400 K) an einem Wasserkreis mit 200 Litern bei 290 K (C = 800 000 J/K) landet bei rund 292 K. Das Wasser selbst wird dabei nur um gut 2 K wärmer.

Achte bei Wasser auf zwei Grenzen: Unter 273,15 K gefriert es im Rohr zu Eisbrocken, und bei 100 kPa siedet es im Spiel bei rund 384 K. Flüssigkeitsleitungen halten höchstens 6079,5 kPa.

Die Wärme loswerden#

Am Ende muss die Wärme an die Umgebung. Das erledigen Heizkörper, je nach Welt über Luft (Konvektion) oder Strahlung:

Heizkörper	Konvektion	Strahlung	gedacht für
Rohr Konvektionsheizkörper	1,05	0,79	Atmosphäre
Rohrheizkörper	0,23	3,46	Vakuum
Medium Konvektionsheizkörper	9,38	3,00	Atmosphäre
Medium Radiator	1,50	30,0	Vakuum
Struktur Großer ausziehbarer Heizkörper	0,74	73,6	Vakuum, Flüssigkeit; nur ausgefahren

Zum Vergleich: Ein gerades Rohrstück hat Konvektion 0,005. Der große Heizkörper meldet über EnergyConvected und EnergyRadiated, wie viel er bewegt hat. Die mittleren führen diese Werte zwar in der Logikliste, haben aber keinen Datenanschluss – dort misst du mit einem Rohr-Analysator am Kreis.

Zwei Regeln gelten immer:

• Ein Heizkörper an einem Kreis, der kälter als die Umgebung ist, holt Wärme herein. Auf Vulcan, wo es nachts nicht unter etwa 127 °C fällt, und auf der Venus mit 464 °C kühlt er nur sehr heiße Kreise.
• Strahlungsheizkörper nehmen in der Sonne auch Wärme auf. Der Medium Radiator hat dafür einen hohen Wert von 15. Der große ausziehbare Heizkörper verliert in voller Sonne zusätzlich Strahlung – rund 46 statt 73,6, solange die Umgebung kälter ist als sein Inhalt. Dreh ihn mit Horizontal mit der Kante zur Sonne, und fahr ihn bei Sturm ein: Nur ausgefahren nimmt er Wetterschaden.

Eine typische Kühlkette#

1. Wandkühler ziehen Wärme aus den Räumen in einen Gaskreis.
2. Ein CounterFlow Heat Exchanger - Gas + Liquid gibt sie an einen Wasserkreis weiter.
3. Der Wasserkreis führt durch isolierte Flüssigkeitsleitungen nach draußen.
4. Heizkörper im Freien geben die Wärme ab.

Isoliere alle Strecken, auf denen keine Wärme ausgetauscht werden soll – sonst heizt ein warmer Rücklauf deine Räume wieder auf.

Wohin weiter#

• Heizen und Kühlen: Wandheizung, Wandkühler, Klimaanlage, Heizkörper – Geräte, Leistungen und Thermostat
• Verdampfen, Kondensieren, Gefrieren: Phasen gezielt nutzen – Wärme mit Verdampfen und Kondensieren bewegen
• Rohre und Leitungen: Gas, Flüssigkeit, isoliert – Netze und isolierte Leitungen
• Stoffwerte: Gase