Lämmön talteenotto ilmanvaihto - Heat recovery ventilation
Ilmanvaihdon lämmöntalteenotto ( HRV ), joka tunnetaan myös nimellä koneellinen ilmanvaihto lämmön talteenotto ( MVHR ), on energian talteenotto ilmanvaihto , joka toimii kahden lähteen välinen eri lämpötiloissa. Lämmön talteenotto on menetelmä, jota käytetään yhä enemmän vähentämään rakennusten lämmitys- ja jäähdytystarpeita (ja siten energiakustannuksia). Palauttamalla pakokaasun jäännöslämpö ilmastointijärjestelmään syötetty raikas ilma esilämmitetään (esijäähdytetään) ja raitisilman entalpia kasvaa (vähenee) ennen raikkaan ilman pääsyä huoneeseen tai ilmanjäähdyttimeen ilmastointilaitteen lämpö- ja kosteuskäsittely. Tyypillinen rakennusten lämmöntalteenottojärjestelmä koostuu ydinyksiköstä, raittiisen ilman ja poistoilman kanavista ja puhaltimista. Rakennuksen poistoilmaa käytetään joko lämmönlähteenä tai jäähdytyselementtinä ilmasto-olosuhteiden, vuodenajan ja rakennuksen vaatimusten mukaan. Lämmöntalteenottojärjestelmät tuottavat tyypillisesti noin 60–95% poistoilman lämmöstä ja ovat parantaneet merkittävästi rakennusten energiatehokkuutta .
Toimintaperiaate
Lämmöntalteenottojärjestelmä on suunniteltu toimittamaan ilmastoitua ilmaa miehitettyyn tilaan halutun mukavuuden tason jatkamiseksi. Lämmöntalteenottojärjestelmä pitää talon täysin tuuletettuna talteen ottamalla sisäympäristöstä tulevaa lämpöä. Lämmöntalteenottojärjestelmät toimivat periaatteessa siirtämällä lämpöenergiaa (entalpia) yhdestä nesteestä toiseen nesteeseen, yhdestä nesteestä kiinteään tai kiinteästä pinnasta nesteeksi, eri lämpötiloissa ja lämpökosketuksessa. Lisäksi useimmissa lämmöntalteenottojärjestelmissä ei ole suoraa vuorovaikutusta nesteen ja nesteen tai nesteen ja kiinteän aineen välillä. Joissakin lämmöntalteenottojärjestelmien sovelluksissa havaitaan nestevuotoja paine-erojen vuoksi, jotka voivat aiheuttaa näiden kahden nesteen sekoittumisen.
Tyypit
Pyörivät lämpöpyörät
Pyörivät lämpöpyörät ovat mekaaninen keino lämmön talteenottoon. Pyörivä huokoinen metallipyörä siirtää lämpöenergiaa ilmavirrasta toiseen kulkemalla vuorotellen jokaisen nesteen läpi. Järjestelmä toimii toimimalla lämpövarastomassana, jolloin ilmasta tuleva lämpö varastoidaan väliaikaisesti pyörämatriisiin, kunnes se siirtyy viileämpään ilmavirtaan.
On olemassa kahden tyyppisiä pyöriviä lämpöpyöriä, lämpöpyörät ja entalpiapyörät (kuivausaineet). Vaikka lämpö- ja entalpiapyörien välillä on geometrinen samankaltaisuus, on eroja, jotka vaikuttavat kunkin mallin toimintaan. Kuivausainepyörää käyttävässä järjestelmässä kosteus ilmavirrassa, jolla on korkein suhteellinen kosteus, siirtyy vastakkaiseen ilmavirtaan pyörän läpi virtaamisen jälkeen. Tämä voi toimia tulo- ja poistoilman molempiin suuntiin. Tuloilmaa voidaan sitten käyttää suoraan tai käyttää ilman jäähdyttämiseen edelleen, tämä on energiaintensiivinen prosessi.
Kiinteät levylämmönvaihtimet
Kiinteät levylämmönvaihtimet ovat yleisimmin käytetty lämmönvaihtimen tyyppi, ja niitä on kehitetty 40 vuoden ajan. Ohut metallilevy on pinottu siten, että levyjen välissä on pieni väli. Kaksi erilaista ilmavirtaa kulkee näiden tilojen läpi, vierekkäin. Lämmönsiirto tapahtuu, kun lämpötila siirtyy levyn läpi ilmavirrasta toiseen. Näiden laitteiden tehokkuus on osoittanut 90%: n järkevän lämpötehokkuuden siirtäen järkevää lämpöä yhdestä ilmavirrasta toiseen. Korkea hyötysuhde johtuu käytettyjen materiaalien korkeista lämmönsiirtokertoimista, käyttöpaineesta ja lämpötila-alueesta.
Lämpöputket
Lämpöputket ovat lämmöntalteenottolaite, joka käyttää monivaiheista prosessia lämmön siirtämiseksi ilmavirrasta toiseen. Lämpö siirretään höyrystimen ja lauhduttimen avulla pahan suljetussa putkessa, joka sisältää nestettä, joka vaihtuu jatkuvasti lämmön siirtämiseksi. Neste putkien sisällä muuttuu nesteestä kaasuksi höyrystinosassa absorboimalla lämpöenergiaa lämpimästä ilmavirrasta. Kaasu tiivistyy takaisin nesteeksi lauhdutinosassa, jossa lämpöenergia haihtuu jäähdyttimen ilmavirtaan nostaen lämpötilaa. Neste / kaasu kuljetetaan lämpöputken yhdeltä puolelta toiselle paineen, sydänvoimien tai painovoiman kautta lämpöputken järjestelystä riippuen.
Juoksennella
Kiertojärjestelmät ovat hybridilämmöntalteenottojärjestelmä, joka yhdistää muun lämmöntalteenottotekniikan ominaisuudet muodostaen yhden laitteen, joka pystyy talteen ottamaan lämpöä yhdestä ilmavirrasta ja toimittamaan toiselle merkittävän etäisyyden. On olemassa yleinen lämmön talteenoton tapa, kaksi kiinteää levylämmönvaihdinta sijaitsee kahdessa erillisessä ilmavirrassa ja on kytketty suljetulla silmukalla, joka sisältää nestettä, jota pumpataan jatkuvasti kahden lämmönvaihtimen välillä. Neste lämmitetään ja jäähdytetään jatkuvasti, kun se virtaa silmukan ympäri, mikä tuottaa lämmön talteenoton. Nesteen jatkuva virtaus silmukan läpi vaatii pumppujen liikkumisen kahden lämmönvaihtimen välillä. Vaikka tämä on ylimääräinen energiantarve, pumppujen käyttö nesteen kierrättämiseen on vähemmän energiaintensiivistä kuin puhaltimet ilman kiertämiseen.
Vaiheenvaihtomateriaalit
Vaiheenvaihtomateriaalit , joita kutsutaan yleisesti PCM :eiksi, ovat tekniikkaa, jota käytetään järkevän ja piilevän lämmön varastointiin rakennuksessa suuremmalla varastointikapasiteetilla kuin tavalliset rakennusmateriaalit. PCM: itä on tutkittu laajasti, koska se kykenee varastoimaan lämpöä ja siirtämään lämmitys- ja jäähdytysvaatimukset tavanomaisista ruuhka-aikoista ruuhka-aikoihin.
Lämmön varastointiin tarkoitetun rakennuksen lämpömassan käsite, jonka mukaan rakennuksen fyysinen rakenne absorboi lämpöä ilman jäähdyttämiseksi, on jo pitkään ymmärretty ja tutkittu. Tutkimus PCM: istä verrattuna perinteisiin rakennusmateriaaleihin on osoittanut, että PCM: ien terminen varastointikapasiteetti on kaksitoista kertaa suurempi kuin tavanomaiset rakennusmateriaalit samalla lämpötila-alueella. PCM: ien painehäviötä ei ole tutkittu voidakseen kommentoida materiaalin vaikutusta ilmavirtoihin. Koska PCM voidaan kuitenkin sisällyttää suoraan rakennerakenteeseen, tämä ei vaikuta virtaukseen samalla tavalla kuin muut lämmönvaihtotekniikat, voidaan ehdottaa, että PCM: ien sisällyttäminen rakennuskankaaseen ei aiheuta painehäviötä. .
Sovellukset
Pyörivä lämpöpyörä
O'Connor et ai. tutkittiin pyörivän lämpöpyörän vaikutusta tuloilman virtausnopeuksiin rakennuksessa. Laskennallinen malli luotiin simuloimaan pyörivän lämpöpyörän vaikutuksia ilmavirtoihin, kun se sisällytetään kaupalliseen tuulitornijärjestelmään. Simulaatio validoitiin mittakaavakokeella suljetussa silmukassa, äänettömässä tuulitunnelissa. Molemmista testeistä saatuja tietoja verrattiin virtausnopeuksien analysointiin. Vaikka virtausnopeudet laskivat verrattuna tuulitorniin, joka ei sisältänyt pyörivää lämpöpyörää, koulun tai toimistorakennuksen asukkaiden ohjeelliset ilmanvaihtonopeudet saavutettiin yli 3 m / s: n ulkoisen tuulen nopeuden ollessa pienempi kuin Yhdistyneen kuningaskunnan keskimääräinen tuulen nopeus (4–5 m / s).
Mitään kokoluokan kokeellisia tai kenttätestejä ei saatu valmiiksi tässä tutkimuksessa; siksi ei voida lopullisesti osoittaa, että pyörivät lämpöpyörät on mahdollista integroida kaupalliseen tuulitornijärjestelmään. Huolimatta siitä, että ilmavirrat laskivat rakennuksessa pyörivän lämpöpyörän käyttöönoton jälkeen, vähennys ei ollut riittävän suuri estämään ilmanvaihdon ohjearvojen täyttymistä. Riittävää tutkimusta ei ole vielä tehty pyörivien lämpöpyörien soveltuvuuden määrittämiseksi luonnollisessa ilmanvaihdossa, ilmanvaihdon syöttönopeudet voidaan saavuttaa, mutta pyörivän lämpöpyörän lämpöominaisuuksia ei ole vielä tutkittu. Lisätyö edistäisi järjestelmän ymmärtämisen lisäämistä.
Kiinteät levylämmönvaihtimet
Mardiana et ai. kiinteä levylämmönvaihdin integroitiin kaupalliseen tuulitorniin korostaen tämäntyyppisen järjestelmän edut nollaenergisen ilmanvaihdon keinona, jota voidaan yksinkertaisesti muokata. Yhdistetyn järjestelmän vaikutusten ja tehokkuuden määrittämiseksi tehtiin täysimittainen laboratoriotestaus. Tuulitorni integroitiin kiinteän levylämmönvaihtimen kanssa ja asennettiin keskitetysti suljettuun testihuoneeseen.
Tämän tutkimuksen tulokset osoittavat, että tuulitornin passiivisen ilmanvaihtojärjestelmän ja kiinteän levylämmöntalteenottolaitteen yhdistelmä voisi tarjota tehokkaan yhdistetyn tekniikan hukkalämmön talteen ottamiseksi poistoilmasta ja viileän tulevan lämpimän ilman energiankulutuksella. Vaikka testihuoneen ilmanvaihtonopeuksia koskevia kvantitatiivisia tietoja ei toimitettu, voidaan olettaa, että lämmönvaihtimen läpi tapahtuneen suuren painehäviön vuoksi nämä pienenivät merkittävästi tuulitornin tavanomaisesta toiminnasta. Tämän tekniikan yhdistelmän jatkotutkimus on välttämätöntä järjestelmän ilmavirtausominaisuuksien ymmärtämiseksi.
Lämpöputket
Lämpöputkijärjestelmien matalasta painehäviöstä johtuen on tutkittu enemmän tekniikan integrointia passiiviseen ilmanvaihtoon kuin muita lämmöntalteenottojärjestelmiä. Kaupallisia tuulitornia käytettiin jälleen passiivisena ilmanvaihtojärjestelmänä tämän lämmöntalteenottotekniikan integroimiseksi. Tämä lisää edelleen ehdotusta siitä, että kaupalliset tuulitornit tarjoavat arvokkaan vaihtoehdon mekaaniselle ilmanvaihdolle, joka pystyy syöttämään ja poistamaan ilmaa samanaikaisesti.
Käynnissä olevat järjestelmät
Flaga-Maryanczyk et ai. teki Ruotsissa tutkimuksen, jossa tutkittiin passiivista ilmanvaihtojärjestelmää, jossa integroitiin kiertojärjestelmä, jossa maalämpöpumppua käytettiin lämmönlähteenä tulevan ilman lämmittämiseen. Kokeelliset mittaukset ja säätiedot otettiin tutkimuksessa käytetystä passiivitalosta. Passiivitalon CFD-malli luotiin antureiden ja sääaseman mittauksilla, joita käytettiin syöttötietoina. Malli suoritettiin kiertojärjestelmän tehokkuuden ja maalämpöpumpun ominaisuuksien laskemiseksi.
Maalämpöpumput tarjoavat luotettavan tasaisen lämpöenergian lähteen, kun ne on haudattu 10–20 m maanpinnan alle. Maalämpötila on talvella ympäröivää ilmaa lämpimämpää ja kesää ympäröivää ilmaa viileämpää, mikä tarjoaa sekä lämmönlähteen että jäähdytyselementin. Helmikuussa, ilmaston kylmin kuukausi, havaittiin, että maalämpöpumppu pystyi toimittamaan lähes 25% talon ja asukkaiden lämmitystarpeista.
Vaiheenvaihtomateriaalit
Suurin osa PCM: ien tutkimustyöstä on vaihemuutosmateriaalien integroinnin soveltaminen perinteisiin huokoisiin rakennusmateriaaleihin, kuten betoniin ja seinälevyihin. Kosny et ai. analysoi rakennusten lämpötehoa, joiden rakenteessa on PCM-parannettuja rakennusmateriaaleja. Analyysi osoitti, että PCM: ien lisääminen on hyödyllistä termisen suorituskyvyn parantamisen kannalta.
PCM: n käytön merkittävä haittapuoli passiivisessa ilmanvaihtojärjestelmässä lämmöntalteenotossa on hetkellisen lämmönsiirron puute eri ilmavirroissa. Vaihemuutosmateriaalit ovat lämmönvarastointitekniikkaa, jossa lämpöä varastoidaan PCM: ssä, kunnes ilman lämpötila on laskenut merkittävälle tasolle, jolloin se voidaan vapauttaa takaisin ilmavirtaan. Ei ole tehty tutkimusta PCM: ien käytöstä kahden eri lämpötilan ilmavirran välillä, jossa jatkuvaa, hetkellistä lämmönsiirtoa voi tapahtua. Tämän alueen tutkiminen olisi hyödyllistä passiivisen ilmanvaihdon lämmöntalteenottotutkimukselle.
Hyödyt ja haitat
HRV-tyyppi | Edut | Haitat | Suorituskykyparametrit | Tehokkuus% | Painehäviö (Pa) | Kosteuden säätö |
Pyörivä lämpöpyörä | Korkea hyötysuhde
Järkevä ja piilevä lämmön talteenotto Kompakti muotoilu Pakkasohjaus käytettävissä |
Ristikontaminaatio mahdollista Vaatii vierekkäisiä ilmavirtoja
Mekaaninen käyttö, vaatii energian syöttöä |
Pyörimisnopeus
Ilman nopeus Pyörän huokoisuus |
80+ | 4-45 | Joo |
Kiinteä levy | Ei liikkuvia osia, joten luotettavuus on korkea
Korkea lämmönsiirtokerroin Ei ristikontaminaatiota Jäätymisenesto mahdollista Järkevä ja piilevä lämmön talteenotto |
Korkea painehäviö lämmönvaihtimessa
Rajoitettu kahteen erilliseen ilmavirtaan Kondensaatiota kertyy Pakkas rakentaa kylmään ilmastoon |
Materiaalityyppi
Käyttöpaine Lämpötila Virtausjärjestely
|
70-90 | 7-30 | Joo |
Lämpöputket | Ei liikkuvia osia, erittäin luotettava
Ei ristikontaminaatiota Matala painehäviö Kompakti muotoilu Lämmön talteenotto kahteen suuntaan mahdollista |
Edellyttää suljettuja ilmavirtoja
Sisäisen nesteen on vastattava paikallisia ilmasto-olosuhteita |
Nestetyyppi
Ota yhteyttä Järjestely / kokoonpano Rakenne |
80 | 1-5 | Ei |
Juoksennella | Ilmavirrat voivat olla erillisiä
Ei ristikontaminaatiota Matala painehäviö Useita lämmöntalteenottolähteitä |
Nesteen siirtämiseen tarvitaan useita pumppuja
Vaikea integroida olemassa oleviin rakenteisiin Alhainen hyötysuhde Kustannus |
Vaihtimen tyyppi
Nestetyyppi Lämmön lähde |
50-80 | ~ 1 | Ei |
Vaiheenvaihtomateriaalit | Helppo sisällyttää rakennusmateriaaleihin
Korvaa huipputarpeet Ei painehäviötä Ei ristikontaminaatiota Ei liikkuvia osia Pitkä elinkaari |
Lämpövarastointi toisin kuin välitön siirto
Kallis Ei todistettua tekniikkaa Vaikeus valita sopiva materiaali |
Kyllästysmenetelmä | ~ | 0 | Ei |
Ympäristövaikutukset
Energiansäästö on yksi avainkysymyksistä sekä fossiilisten polttoaineiden kulutuksessa että globaalin ympäristön suojelussa. Energian hinnannousu ja ilmaston lämpeneminen korostivat, että parannettujen energiajärjestelmien kehittäminen on tarpeen energiatehokkuuden lisäämiseksi ja kasvihuonekaasupäästöjen vähentämiseksi . Tehokkain tapa vähentää energian kysyntää on käyttää energiaa tehokkaammin. Siksi hukkalämmön talteenotto on suosittu viime vuosina, koska se parantaa energiatehokkuutta. Noin 26% teollisuusenergiasta hukkuu edelleen kuumana kaasuna tai nesteenä monissa maissa. Kahden viime vuosikymmenen aikana on kuitenkin kiinnitetty huomattavaa huomiota eri teollisuudenalojen hukkalämmön talteenottoon ja jätekaasujen lämmön absorbointiin käytettyjen yksiköiden optimointiin. Siten nämä yritykset lisäävät maapallon lämpenemisen ja energian kysynnän vähentämistä.
Energiankulutus
Useimmissa teollisuusmaissa LVI vastaa kolmanneksesta energian kokonaiskulutuksesta . Lisäksi raikkaan ilmanvaihdon jäähdytys ja kosteudenpoisto muodostaa 20–40% LVI: n kokonaiskuormituksesta kuumilla ja kosteilla ilmastoalueilla. Tämä prosenttiosuus voi kuitenkin olla suurempi, jos vaaditaan 100% raitista ilmaa. Tämä tarkoittaa, että matkustajien raittiiseen ilmaan liittyvien tarpeiden täyttämiseksi tarvitaan enemmän energiaa. Lämmön talteenotto on välttämätöntä raikkaan ilman käsittelyn kasvavien energiakustannusten vuoksi. Lämmön talteenottojärjestelmien päätarkoitus on vähentää rakennusten energiankulutusta lämmitykseen, jäähdytykseen ja ilmanvaihtoon talteen ottamalla hukkalämpö. Tässä suhteessa erilliset tai yhdistetyt lämmöntalteenottojärjestelmät voidaan sisällyttää asuin- tai liikerakennuksiin energiansäästöä varten. Energiankulutuksen lasku voi myös merkittävästi vähentää kasvihuonekaasupäästöjä kestävässä maailmassa.
Kasvihuonekaasut
CO 2 , N 2 O ja CH 4 ovat yleisiä kasvihuonekaasuja, ja CO 2 on suurin ilmastonmuutoksen aiheuttaja. Sen vuoksi kasvihuonekaasupäästöjen usein merkitty CO 2 vastaavat päästöt. Koko maailman kasvihuonekaasupäästöjen kasvoi 12,7% vuosina 2000 ja 2005. Vuonna 2005 noin 8,3 Gt CO 2 julkaisi rakennusalalla. Lisäksi rakennukset aiheuttavat vuosittain yli 30 prosenttia kasvihuonekaasupäästöistä useimmissa kehittyneissä maissa. Toisen tutkimuksen mukaan, rakennuksia Euroopan unionin maissa aiheuttaa noin 50%: n CO 2 ilmakehään. Kasvihuonekaasupäästöjä on mahdollista vähentää 70 prosentilla verrattuna odotettavissa oleviin tasoihin vuonna 2030, jos asianmukaiset toimenpiteet toteutetaan. Suuresta energiankäynnistä johtuva kasvihuonekaasupäästöjen kasvu päättyi ilmaston lämpenemiseen. Tältä osin kaasupäästöjen vähentäminen ilmakehässä on yksi maailman tärkeimmistä ongelmista, joka olisi ratkaistava. Lämmön talteenottojärjestelmillä on huomattava potentiaali vähentää kasvihuonekaasupäästöjä vähentämällä rakennusten lämmittämiseen ja jäähdyttämiseen tarvittavaa energiaa. Scotch Whisky Association on toteuttanut Glenmorangie-tislaamossa hankkeen piilolämmön talteen ottamiseksi uusista pesuputkista muiden prosessivesien lämmittämiseksi. He ovat huomanneet, että 175 ta vuoden CO 2 tallennetaan kanssa takaisinmaksuaika on alle vuoden. Toisessa raportissa korostetaan, että 10 megawattia talteenotettua lämpöä voidaan käyttää säästämään 350 000 euroa vuodessa päästökustannuksissa. Yhdistyneen kuningaskunnan vuoden 2008 ilmastomuutoslaissa pyritään vähentämään kasvihuonekaasupäästöjä 34 prosentilla vuoteen 2020 mennessä vuoteen 2020 verrattuna ja 80 prosentilla vuoteen 2050 mennessä. Ne korostavat lämmön talteenottotekniikoiden huomattavaa potentiaalia ja merkitystä tämän tavoitteen saavuttamiseksi.
Katso myös
- LVI
- Lämmönvaihdin
- Aurinkoilman lämpö
- Uusiutuva lämpö
- Veden lämmön kierrätys
- Kausiluonteinen lämpöenergian varastointi
- Passiivinen jäähdytys
- Aurinkoilmastointi
- Ilmastointi - terveysvaikutukset
- Passiivitalo - "Passivhaus"
- Matalan energian talo
- Vähärasvainen rakennus
- Luettelo vähän energiaa kuluttavista rakennustekniikoista
- Vihreä rakennus
- Nollaenergiarakennus
- Kestävyys
- Kestävä arkkitehtuuri
- Kestävä muotoilu
Viitteet
Ulkoiset linkit
- AIVC- tiedotuslehti VIP6 "Ilma-ilma-lämmön talteenotto ilmanvaihtojärjestelmissä"
- Lämmön talteenotto teollisuudessa
- Energian ja lämmön talteenoton tuulettimet (ERV / HRV)
- Yhden hengen MHRV: n (SRMHRV) kirjoittaminen Ison-Britannian kotiin
- Lämmön talteenoton ilmanvaihtojärjestelmän kustannukset
- Builder Insight Bulletin - lämmön talteenoton ilmanvaihto