Udvikling af energiøkonomisk ventilationsløsning med varmegenvinding til boliger

Christian Drivsholm, Hans Olsen, Christian Grønborg Larsen, John Steen Jensen, Toke Rammer Nielsen, Jesper Kragh, Svend Svendsen

Research output: Book/ReportReportResearch

241 Downloads (Pure)

Abstract

Rapporten beskriver og dokumenterer udviklingen af en modstrømsvarmeveksler med effektivitet på ca. 90 % og en højeffektiv aksialventilator til mindre mekaniske ventilationsanlæg til brug i enfamiliehuse. Desuden behandler rapporten problemstillinger vedrørende kondens- og isdannelse i effektive modstrømsvarmevekslere. Indflydelsen af kondens og is vurderes ved målinger på en effektiv modstrømsveksler og afisningsstrategier afprøves. Til at vurdere effekten af kondens- og isdannelse på varmevekslerens effektivitet er udviklet et program til stationær beregning af varmeoverføringen i varmevekslere under forhold med kondens og is.

I projektet er udviklet en modstrømsvarmeveksler i aluminium med beregnet effektivitet på ca. 90%. Veksleren kan hermed lovligt anvendes i ventilationsanlæg der ventilerer flere brandceller. CAD tegningen af veksleren er kodet til CNC fræser og to valser (positiv- og negativ form) er efterfølgende fremstillet. Veksleren er sluttelig limet sammen og indsat i beskyttende metalramme. Måling af vekslerens effektivitet og tryktab indgår projektet.

Anvendelse af aksialventilator i forbindelse med luftbehandlingsaggregater giver indbygnings- og placeringsmæssige mange fordele, men disse yder normalt kun et beskedent tryk og har en virkningsgrad, der er mindre end radialventilatorer.

I projektet illustreres at en aksialventilator, der består af en rotordel, kan optimeres ved påbygning af:
• Diffusor der deaccelerer lufthastigheden
• Stator der sikrer at luften efter passage ikke roterer, og dermed giver en højre virkningsgrad og statisk trykstyring
• En cirkelformet næse på indløbssiden af aksialventilatoren

Alle disse tiltag har forbedret virkningsgrad og trykstigning væsentligt.

Kondens- og isdannelse er undersøgt gennem forsøg og en model til beregning af energistrømme i
varmeveksleren når der forekommer kondens- og isdannelse er udviklet.

I forsøgene er anvendt en modstrømsvarmeveksler af plast med effektivitet på ca. 90 % ved en volumenstrøm på 50 l/s. Varmeveksleren er opbygget af et antal parallelle plader hvor luften strømmer i små trekantformede kanaler. Formålet med forsøgene er først og fremmest at afprøve en metode til løbende afisning af varmeveksleren. Metoden er udviklet af Munthers for krydsvekslere og i dette
projekt undersøges om metoden kan overføres til effektive modstrømsvekslere. Metoden udnytter en bevægelig slæde til at blokere for tilgangen af kold udeluft til en del af kanalerne i varmevekslerens friskluftside. Slæden bevæges frem og tilbage og blokerer således for en periode for strømningen af kold udeluft i kanalerne under slæden. Varm indeluft strømmer hele tiden gennem alle kanaler på afkastsiden og isdannelsen her skulle kunne tøs op i perioden hvor der er blokeret for den kolde luftstrøm i de tilstødende kanaler. De første forsøg er udført uden isdannelse i veksleren for at vurdere betydningen af kondensdannelse. Resultaterne viser, at kondens har en betydelig indflydelse på tryktabet i varmeveksleren. Ved en given volumenstrøm er tryktabet på afkastsiden næsten dobbelt så stort i en situation med kondensdannelse i varmeveksleren sammenlignet med en tør veksler. I et ventilationsanlæg indreguleret i tør tilstand vil kondensdannelsen medføre at den udsugede luftmængde reduceres, hvilket skaber ubalance mellem den udsugede og indblæste luftmængde. Det betyder, at der ikke ventileres som forudsat, hvilket er uhensigtsmæssigt for indeklimaet og samtidig reducerer effektiviteten af varmevekslingen i anlægget. Flere forsøg med tilisning af varmeveksleren er udført for at vurdere under hvilke betingelser, der optræder frost i veksleren, og for at vurdere tidsforløb for tilfrysning og optøning. Resultaterne viser, at isdannelse optræder allerede når udetemperaturen blot er et par grader under vands frysepunkt. Munthers metode til afisning af varmeveksleren blev afprøvet med en slæde, der i første omgang dækkede ca. 10 % af strømningsarealet på friskluftsiden af veksleren. Forsøgene blev udført med forskellig slædehastighed og slædens bredde blev øget til at dække ca. 30 % af strømningsarealet. Det kunne ved forsøgene ikke påvises, at metoden kunne holde veksleren frostfri.

En stationær model til beregning af varmestrømme i varmeveksleren med kondens og isdannelse på afkastsiden er udviklet i projektet. Modellen tager hensyn til den latente varme, der frigives ved kondensering og isdannelse. Resultater beregnet med modellen er i rimelig overensstemmelse med resultater fra målingerne når kompleksiteten af problemet og målingernes nøjagtighed tages i betragtning. Der var dog en tendens til at modellen undervurderer mængden af vanddamp, der kondenserer i veksleren. Det beregningsgrundlag, der er skabt i dette projekt, vil udnyttes i videre arbejde med at skabe en dynamisk model for kondens- og isdannelse i varmevekslere således at strategier for afisning kan vurderes gennem modellering.
Original languageDanish
Place of PublicationDanmarks Tekniske Universitet
PublisherDTU Byg, Danmarks Tekniske Universitet
Number of pages67
ISBN (Print)87-7877-187-0
Publication statusPublished - 2005
SeriesB Y G D T U. Rapport
NumberR-118
ISSN1601-2917

Cite this