Lamellilämmönvaihtimillavarustetunlämmöntalteenottolaitoksenmitoitus

2

Yleistä.................................................................................................................................................................................2Lämpötilahyötysuhde..................................................................................................................................................3Ilmanjanesteenlämpötilatpatterilla..................................................................................................................3Poistopatterinilmanlämpötila...........................................................................................................................4Raitisilmapatterinilmanlämpötilat.................................................................................................................4Jälkilämmityspatterinmitoitus...........................................................................................................................4Vesi/glykoliseoksenlämpötilat........................................................................................................................5Patterinsyvyyksienvalinta..................................................................................................................................6Ilmapuolenvirtausvastus......................................................................................................................................6Nesteenvirtausmäärä(40%glykolilla)..........................................................................................................7Nestepuolenvirtausvastus...................................................................................................................................7

Lämmöntalteenottopattereidenlämmönluovutus.......................................................................................11

YleistäLämmöntalteenotonyleistyttyäilmastointilaitostenyhteydessäonlämmöntalteenottojärjestelmä,jossasuljetussaputkijärjestelmässäkiertäväneste(yleisimminvesi/glykoliseos)siirtäälämpöäpoistoilmavirrassaolevastapatteristatuloilmavirrassaolevaanpatteriin,osoittautunuterittäinkäyttökelpoiseksi.Yleisinpatterirakenneonns.Cu/Al-patteri,jossaonkupariputketjaalumiinilamelli.Lamellilämmönvaihtimenetujamuihinlämmöntalteenottomenetelmiinverrattuna:

• Erittäinkäyttövarmajärjestelmä(patterit,pumppujaventtiilittestattujajayksinkertaisiaratkaisuja).

• Voidaanliittäähelpostijokäytössäoleviinilmastointilaitoksiin.• Tulo-japoistoilmakanaviaeitarvitsesijoittaavierekkäin.• Tulo-japoistoilmakanavienlukumäärävoidaanvalitavapaati.• Eipaloteknillisiärajoituksia.• Eivuotovaaraatulo-japoistoilmakanavienvälillä.• Eibakteerivaaraa.• Eihajuhaittoja.• Eihaittaavesiliukoisistaaineista.• Patteritonhelppokiinnittääkanavaanilmanylimääräisiäkanavaosia.• Edullinenhankintahinta.• Täysinkotimainenjärjestelmä.

Järjestelmänhaittoja:

• Poistoilmakanavassaolevanpatterinjäätymisvaararajoittaahyötysuhdettaalhaisillaulkolämpötiloilla,siissilloinkunlämmitystehontarveonhuipussaan.

• Laitoksensuunnitteluvaiheessatapahtuvamitoitusedellyttäätietojajärjestelmässäkäytettävienpattereidenlämmönsiirto-ominaisuuksistasekäilma-janestepuolenvastuksista.Nämätiedotovatolleetpatterivalmistajientarkoinvarjelemiaammattisalaisuuksiajoitailmastointisuunnittelijanonollutvaikeasaadakäyttöönsä.

3

Tämändokumentintarkoitusonkinantaasuunnittelijoillejamuillelämmöntalteenotostakiinnostuneilletietoja,joidenperusteellavoidaanjolaitoksensuunnitteluvaiheessamäärätäpattereidenoikeatmitoituslämpötilatjapainevastukset.

LämpötilahyötysuhdeLämmöntalteenottolaitoksensuorituskykyäarvioitaessaonyleistynytkäsitelämpötilahyötysuhde. Lämpötilahyötysuhde%=Lämpötilannousuraitisilmapuolella°Cx100 Poistoilma°C–Ulkoilma°C Koskailmanjavesi/glykoliseoksenlämpötilojenkeskinäinenasettelutuottaauseinvaikeuksianiille,jotkaeivätoleperehtyneetlämmitys-jajäähdytyspattereidenmitoitukseen,olisihelpointalaitoksensuunnitteluvaiheessailmoittaaainoastaanlaitokseltavaadittavalämpötilahyötysuhde.Tämäonerittäinkäyttökelpoinentapaainakinsilloinkunilmamäärätpoisto-jaraitisilmapuolellaovatsuunnilleenyhtäsuuret.Tämänjälkeenjäävielävaikeudeksinesteenvirtausmääränjapattereidenvirtausvastuksenmäärittäminen.Josmahdollista,nämävoitaisiinjättääilmastointiurakoitsijanjasitäkauttapatterivalmistajanmääriteltäviksi.

IlmanjanesteenlämpötilatpatterillaEsimerkki1.Tiedetään:

• Poistoilmanlämpötila=22°C• Ulkoilmanalinlämpötila=-30°C• Poistoilmamäärä=1,66m3/s=(6000m3/h)• Raitisilmamäärä=1,66m3/s=(6000m3/h)• Vaadittavalämpötilahyötysuhde50%• Pattereillapyritään≈2m/sotsapintanopeuteen

Patterikoonvalinta:

• EkocoilinpattereissavalintatapahtuuOptimizer-ohjelmistolla.Huomioononotettavamm.

• Tarvittavakapasiteetti• Sisääntulevanilmanlämpötila• Uloslähtevänilmanlämpötila• Käytettävänvälittäjäaineenmaxlämpötilajapaine• Mahdollisettilarajoitukset

4

Ekocoilinpattereillaotsapintapituusvoidaanvalitaportaattomasti.Putkivälikorkeussuunnassaon60mm,jotenkorkeusmittaonoltavajaollinen60:llä.Valitaanesimerkiksi:

• Patterinotsapintamitat1100x720mm• Patterinulkomitat1200x800mm

Ilmanotsapintanopeus=1,66m3/s 1,1mx0,72m

PoistopatterinilmanlämpötilaJospoistoilmansuhteellinenkosteusonniinsuuri,ettäpatteripinnallatapahtuuvedenkondensoitumista,eipoistoilmanlämpötilaavoidapatteripinnanjäätymisvaaranvuosilaskeaalle0°C.Suositeltavapoistopatteriltalähtevänilmanlämpötilaon+2…+4°C.Valitaantässätapauksessamitoitusarvoksi+2°C.Poistopatterinilmanlämpötilatovatsiis:

• Patteriltatulevailma+22°C• Patteriltalähteväilma+2°C

Esimerkissäeioleotettuhuomioonmahdollistakosteudentiivistymisestäsaatavaalisätehoa.Joskondensoitumistatapahtuu,nostaasejärjestelmänlämpötilahyötysuhdetta.

Raitisilmapatterinilmanlämpötilat

Jospoistoilmamääräjaraitisilmamäärä(elimassavirrat)ovatyhtäsuuretjahalutaan50%:nlämpötilahyötysuhde,niinpoistopatteriltalähtevänilmanlämpötila=raitisilmapatteriltalähtevänilmanlämpötila.50%:nlämpötilahyötysuhdevoidaantässäesimerkissäsaavuttaasilloinkunulkoilmanlämpötilaon+2°C–20°C=-18°Ctaikorkeampi.Raitisilmapatterinilmanlämpötilatovatsiis:

• Patteriltatulevailma-18°C• Patteriltalähteväilma+2°C

JälkilämmityspatterinmitoitusTalteenottolaitosjoudutaanyleensävarustamaanputkiverkkoonsijoitetullakolmitieventtiilillä,jotaohjataansiten,ettäpoistopatteriltalähtevänilmanlämpötilanlaskiessaalle2°C,venttiilialkaaavautuajaosanesteestäkiertäätämänjälkeenvainpoistopatterinkautta.Samallamyöslaitoksenlämpötilahyötysuhdelaskee.Kunulkoilmanlämpötilaonalimmillaan,siis-30°Consekäpoisto-ettäraitisilmapuolenilmanΔtedelleen20°Cjalaitoksentoimintalämpötilatovat:

=2,08m/s

Δt20°CT2o

5

• Poistoilmapuoli+22/+2°C• Raitisilmapuoli-30/-10°C

Jälkilämmityspatterinmitoitusarvononsiisoltava-10°Ctaialhaisempi.Huom!Jostyöselostuksessaonmainittuvainseuraavatlämpötila-arvot

• poistopuoli22/2°C• raitisilmapuoli-30/-10°C

edellyttäätämälämpötilahyötysuhdetta: -10°C–(-30°C)x100% 22°C–(-30°C) Nytontodennäköistä,ettäpattereidenvalmistajavalitseelaitokseenpatteriparin,jollaeikorkeammallakaanulkoilmanlämpötilallapäästäkuinn.38,5%:nlämpötilahyötysuhteeseen.Josulkoilmanlämpötila=-18°C,ovatlaitoksentoimintalämpötilat38,5%:nlämpötilahyötysuhteenmukaan:

• poistopuoli22/6,5°C• raitisilmapuoli-18/-2,5°C

Todellisuudessalaitoksenlämpötilahyötysuhdeparaneejonkinverranulkoilmanlämpötilannoustessa,koskanesteenlämpötilaalkaatällöinnoustajasamallasenlämmönsiirto-ominaisuudetparanevat.

Vesi/glykoliseoksenlämpötilatPatterintoiminnankannaltaihanteellisinnesteenΔt=ilmaΔt,siistässätapauksessa20°C.TällöinkuitenkintarpeellisennesteenΔt:nsaavuttamiseksijoudutaannestereitittekemäänmelkopitkiksijanäinpatterinnestepuolenpainehäviövoimuodostuatarpeettomansuureksi.Ihanteellisetnesteenlämpötilatsaadaanparhaitenkaavoista.tn1=

tn2=tip1 = poistopatterilletulevailma°Ctip2 = poistopatteriltalähteväilma°Ctir1 = raitisilmapatterilletulevailma°Ctir2 = raitisilmapatteriltalähteväilma°C

≈ 38,5%

tip1+tir2=22+2 2 2

=12°C

tip2+tir1=2+(-18) 2 2

=-8°C

6

Koskavaadittavalämpötilahyötysuhdeonvain50%voidaanvirtausvastuksenalentamiseksinesteenΔt:täpienentää.ValitaanΔt=15°C.Tällöinvähennetäänkummastakinnesteenlämpötilanääriarvosta2,5°C,jolloinnesteenlämpötiloiksisaadaan+9,5°Cja-5,5°C.Pattereidenmitoituslämpötilatovatsiis:

-poisto:ilma+22/+2°C,neste-5,5/+9,5°C-esilämmitys:ilma-18/+2°C,neste+9,5°C/-5,5°C

Jostavoiteltaisiinesim.60%:nlämpötilahyötysuhdetta,kävisientistätärkeämmäksise,ettänesteenΔt=ilmanΔt.Ylläolevapiirrosesittää60%:nlämpötilahyötysuhteellatoimivanpatteriparinlämpötilojaΔt:nollessa18°C.Katkoviivakuvaatilannetta,jossaΔt=10°C.Tällöintoisessareunassakumpaakinpatteriailmanjanesteenlämpötilaeroonvain2°C.JosnesteenΔt=ilmanΔt=18°C,niinlagaritminenkeskilämpötilaero(Δtm)nesteenjailmanvälillä=6°C.JosnesteenΔt=10°C,niinΔtm=4,97°C≈5°C.SamanlämpötilahyötysuhteensaavuttamiseksionpatteriensyvyyksiensuhdekääntäenverrannollinenΔtm:n.Patteriensyvyydetvoivatsiisollaesim.Z=10jaZ=12.

PatterinsyvyyksienvalintaTunnetaan:

• Lämpötilannousuraitisilmassa=20°C• Poistoilma°C–ulkoilma°C=40°C• Ilmanotsapintanopeus=2,08m/s

Käyrästöstänumero1saadaan:z=10,josnesteennopeuson1m/s.

IlmapuolenvirtausvastusKäyrästöstänumero2saadaan:

Poistoi

lma

Neste

Raitisil

ma+4°C+2°C-2°C

-8°C

+22°C

+16°C

+12°C+10°C

7

• Raitisilmapatteri=100Pa• Poistopatteri=1,3x100Pa=130Pa

Nesteenvirtausmäärä(40%glykolilla)Vn=nesteentilavuusvirtal/sP=patterintehokWΔtn=patterilletulevaneste°C–patteriltalähteväneste°C=15°Cc=40%:nvesi/glykoliseoksenominaislämpökj/l°C=3,4kj/°C

NestepuolenvirtausvastusPatteripuolenputkienlukumäärä:(N)N=ZxZ=10=patteriputkienlukumääräsyvyyssuunnassaotsapintakorkeus=720mmNestereittienlukumäärä(S),kunnesteennopeuson1m/sS=Vn=nesteentilavuusvirtam3/s=0,78x10-3m3/sA=patteriputkenpoikkipinta-ala=0,165x10-3m2

Valitaan:S=5reittiäYhdenreitinputkiluku:(n)

n=N=patteriputkienlukumäärä=120S=nestereittienlukumäärä=5Kokeellisestionosoitettu,ettäyhdenputkikäyränvirtausvastausvastaa0,5msuoraaputkea.Kiertoakohdentulevalaskennallinenputkipituus(L):L=nx1+0,5x(n-1)=24x1,1m+0,5m(24-1)=37,9m

Vn=P

cxtn=

1,2kg/m3x1kj/kgx20°Cx1,66m3/s3,4kj/1°Cx15°C

=0,78l/s

60mmotsapintakorkeusmm

= 10x720mm60mm

=120putkea

VnA

=0,78x10-3m3/s

≈ 4,72reittiä

NS

=1205

= 24

8

n=yhdenreitinputkiluku=24l=patterinotsapintapituus=1,1mTarkkanesteennopeuspatterissa(vn):vn=Käyrästöstänumero3saadaan:-painehäviö40%glykolillanopeudella0,95m/s=1,2kPa/mKokopatterinvirtausvastus=Lx1,2kPa/m=37,9mx1,2kPa/m≈46kPaEsimerkki2Tunnetaan:-poistoilmamäärä=1,4m3/s-raitisilmamäärä=2,0m3/s-poistoilmanlämpötila=+22°C-ulkoilmanalinlämpötila=-30°CIlmanlämpötilatValitaantaaspoistopatteriltalähtevänilmanlämpötilaksi+2°C.TällöinΔtp=22°C–2°C=20°C.Tämäriittäälämmittämäänraitisilmaa:Jospidetäänjälleenohjeena,ettäpoistoilmapatteriltalähtevänilmanlämpötila=raitisilmapatteriltalähtevänilmanlämpötila,niinraitisilmapatterilletulevanilmanmitoituslämpötila= 2°C–15,4°C=-13,4°CLämpötilahyötysuhteeksisaadaan:

VnSxA

=0,78x10-3m3/s5x0,165x10–3m2

=0,95m/s

1,4m3/s2,0m3/s

x22°C =15,4°C

2°C-(-13,4°C)x100%22°C-(-13,4°C)

=43,5%

9

NesteenlämpötilatNesteenlämpötiloiksisaadaansivulla6olevienkaavojenmukaan

Josonvaarana,ettänesteenvirtausvastusonliiansuuri,voidaannesteenΔt:äpienentäävähentämälläkummastakinlämpötilastaesim.1°C,jolloinlämpötilatovat11°C/-5,7°C.Patterinmitoituslämpötiloiksisaatiin:-poisto:ilma22/2°C,neste-5,7/+11°C-raitisilma:ilma-13,4/2°C,neste+11/-5,7°CKunulkolämpötila=-30°C,onraitisilmapuolenjälkilämmityspatterinmitoituslämpötila: -30°C–(-15,4°C)=-14,6°COhjeellisialämpötilasuhteidenarvojaerilaisillaraitisilma-japoistoilmamääriensuhteillakun:

• Ilmanotsapintanopeuspatterilla=2-2,5m/s• Vesi/glykoliseoksenpitoisuus=60/40%• Patterinnestepuolenvirtausvastus=35-50kPa• Poistoilmanlämpötila=22°Cjasuhteellinenkosteus=30%• Ulkoilmanlämpötila=-15°C

Poistoi

lma

Neste

Raitisil

ma+2°C

-5,7°C

-15,4°C

+22°C

+11°C

+2°C

tn1=22°C+2°C

2=12°C

tn2=2°C+(-15,4°C)

2=-6,7°C

10

0,5 30…360,6 34…400,7 36…440,8 40…480,9 45…511,0 48…551,1 50…571,2 52…591,3 53…611,4 54…631,5 55…641,7 57…662,0 60…70

PoistoilmamääräRaitisilmamäärä

Lämpötilahyötysuhderaitisilmapuoleltalaskettuna%

11

LämmöntalteenottopattereidenlämmönluovutusVesi/glykoli:60/40% Nesteennopeus:1m/sLamellijako:2,0mm Tuloilmanmäärä≈poistoilmanmäärä

12

Allaolevatluvuttarkoittavatvedenglykolipitoisuutta%:najanesteennopeuttapatteriputkessam/s.

12-rivisellälamellipatterillasaavutettavialämpötilahyötysuhteita,kunpoistoilmanlämpötilaon+25°Cjaulkoilmanlämpötila0°C.