Ilmanvaihdon lämmöntalteenotto

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun

Ilmanvaihdon lämmöntalteenotto on tapa vähentää energian kulutusta, lähes puolet kaikesta energiasta käytetään rakennusten lämmitykseen ja jäähdytykseen ja siihen käytetystä energiasta noin puolet aiheutuu ilmanvaihdosta, kun se toteutetaan "ikkuna auki" -menetelmällä. Energian säästöpotentiaali on suuri koska läheskään kaikissa rakennuksissa ei ole ilmanvaihdon lämmöntalteenottoa lainkaan tai se on puutteellisesti toteutettu. Sisäilmamääräykset taas pakottavat ilmanvaihtoon. Ilmanvaihdon lämmön/energiantalteenotto on hyvä esimerkki termodynamiikan ensimmäisestä pääsäännöstä; energiaa ei voida luoda eikä hävittää - sitä voidaan siis vain kierrättää.

Tekniikan perusryhmittely[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ilmanvaihdon lämmöntalteenottolaitteet pyrkivät vähentämään ilmanvaihdon aiheuttamaa lämpöhäviötä. Ilmasta ilmaan lämpöä siirtävät laitteet voidaan ryhmitellä seuraavasti:

  • ristilevylämmönvaihtimiin [1], teoreettinen enimmäislämpötilahyötysuhde on 50 %, ja
  • varaavat eli regeneratiiviset laitteet, teoreettinen enimmäislämpötilahyötysuhde on 100 %.

Lisäksi on laitteita, jotka siirtävät lämmön viileämpään aineeseen, useimmiten nesteeseen.

Toimintaperiaatteet sekä edut ja haitat[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lämpöä on tässä yhteydessä kahta päätyyppiä:

  • tuntuva lämpö, joka voidaan mitata lämpömittarilla, ja
  • piilevä eli latentti lämpö, jota ei voi mitata lämpömittarilla, sitä vaaditaan esim. aineen olomuotojen (faasi) muutoksessa alemmalta tasolta korkeammalle, esim. nesteestä kaasuksi (lämpöpumpuissa) tai kiinteästä nesteeksi (latent heat pump), se puolestaan vapautuu päinvastaisessa prosessissa.

Luonnonlain mukaan lämpö siirtyy viileään eikä koskaan päinvastoin. Ilmavaihdon lämmöntalteenotossa Suomessa tavanomaisesti ulos menevän sisäilman lämpö siirretään sisälle tulevaan ulkoilmaan.

Levylämmönsiirtimissä eri lämpöiset ilmat on ohjattu ristikkäin, tyypillisesti niiden välissä on lämpöä johtava metallilevy. Levylämmönsiirrin on massavalmistuksen vuoksi erittäin edullinen. Kun ilmojen lämpötilaero on tarpeeksi suuri aikaan saamaan kastepisteen, näin nimenomaan talvella, ilman kosteus tiivistyy (kondensoituu) välissä olevan metallin pintaan pysyväksi vesikalvoksi, mistä seuraa perustavaa laatua olevaa ongelmia:

  • vesi jäätyy talvella, mikä on estettävä lisäenergialla,
  • pysyvä vesikalvo vähentää lämmön siirtymistä,
  • kennoston likaantuu helposti, ja
  • pysyvä vesikalvo on mikrobien kasvualusta.

Kosteus toimii siis eristeen tapaan estäen optimaalisen lämmön siirron, kosteus on haitta tälle tekniikalle. Etuna on vähäinen ilmojen sekoittuminen.

Varaavat järjestelmät varaavat lämpöä jonkin massaan, tavanomaisesti metalliin, mistä lämpö siirtyy kylmempään ilmaan. Pyörivässä kennossa vastakkaiset ilmavirrat on ohjattu pyörivän metallimassan läpi, jolloin lämpö siirtyy kahdella tapaa viileään:

  • varastoituna pyörivään (metalli)massaan, ja
  • suoraan pyörivän metallin siirtämänä.

Periaatteensa mukaisesti pyörivä metallimassa ei koskaan ole täysin viileä eikä lämmin, jolloin sen lämmönsiirtokykyä ei täysin hyödynnetä, hyötysuhde ei ole maksimaalinen ja kosteus jää massan pintaan, minkä jäätyminen talvella on estettävä lisäenergialla, tällöin hyötysuhde ei ole paras mahdollinen. Osa kosteudesta pääsee talvella ulos sekä kesällä sisälle. Kennoston likaantuu helposti. Lisäksi ilmojen sekoittuminen on runsasta. Suuret pyörivät kennot tarvitsevat laakeroinnin uusimista säännöllisin väliajoin.

Varaavista tekniikoista toistaiseksi vähemmän tunnettuja ovat kiinteäkennoiset laitteet. Tavanomaisesti niissä on ihmisen keuhkojen tapaan kaksi lämpöä varastoivaa (metalli)kennoa. Ilmavirrat voivat olla joko samansuuntaisia tai vastakkaisia, viimeksi mainitussa on parempi hyötysuhde. Ilmavirtojen suunnan vaihtoon on kehitetty eri tekniikoita, mutta oven tapaan avautuvien ja sulkeutuvien läppien ongelmana on, monimutkaisen mekaniikan ja huollon tarpeen lisäksi, kennostojen jäätymisen estämiseen tarvittava lisäenergia, mikä vähentää hyötysuhdetta. Eräs tapa vaihtaa ilmavirtojen suunta, on käyttää tasoventtiiliä, jolloin kennosto ei jäädy eikä sen estämiseen tarvita lisäenergiaa, mikä parantaa hyötysuhdetta. Tällöin kennostossa mikrobit eivät voi kasvaa, koska jatkuvaa lämmintä ja kosteaa kasvualustaa ei ole, lisäksi kennosto on itsepuhdistuva/itsepesevä. Ilmojen sekoittuminen on vähäisempää kuin ihmiskeuhkoissa.

Hyötysuhteet ja energian säästö[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Yleensä tarkastellaan vain lämpötilahyötysuhdetta, siis sitä kuinka paljon lämpöä voidaan siirtää viileään. Huomiotta jää kokonaan kosteuden vaikutus, näin mm. EU:n direktiiveissä. Ilma ei käytännössä koskaan ole kuivaa. Toisaalta kosteuteen voi sisältyä huomattava määrä energiaa; mitä lämpimämpää ilma on, sitä enemmän se voi sisältää energiaa. Käytännössä ristilevylämmönsiirtimien lämpötilahyötysuhde on Suomessa 0 (pohjoisessa) - 30 % (etelässä) kun kesällä lämmöntalteenotto kytketään pois kokonaan, jolloin ulkoilman lämpö ja kosteus pääsevät sisälle, mikä jo lähtökohtaisesti vähentää vuotuista hyötysuhdetta puolella. Tasoventtiiliä käyttävän varaavan laitteen parhaaksi lämpötilahyötysuhde on 105 %, mikä johtuu kosteuden eli latentin (piilevän) lämmön optimaalisesta hyödyntämisestä, jolloin kesäaikana saadaan aikaan ilmainen kosteuden haihtumiseen perustuva jäähdytys, , haihdutus- eli evaporatiivinen jäähdytys, jopa viisi celsiusastetta. Tällöin kyseessä on ilmastointi. Latentin lämmön osuus joissain tapauksissa on suurempi kuin tuntuvan lämmön, mikä on täysin ainutlaatuista. Kosteus on siis kaikin puolin hyöty tälle tekniikalle, mikä on todettavissa kesällä ilmaisena haihdutusjäähdytyksenä. Talvella lämpö ja kosteus pidetään sisällä sekä kesällä ulkona. Kierrätysenergiaa hyödyntävä tekniikka kutsutaan englanniksi enthalpy recovery (entalpian talteenotto). Pyörivän kennon hyötysuhde on näiden välillä.

Energiapolitiikka[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Energian tuotanto ja siirto mitoitetaan huippukäyttöä, Suomessa talvella, varten. Ristilevy- eivätkä pyörivät lämmönvaihtimet jäätymisen estämiseksi tarvittavan lisäenergian vuoksi vähennä näitä lainkaan. Sitä vastoin jäätymättömänä tasoventtiilillä varustettu varaava ilmanvaihdon lämmöntalteenottolaite vähentäisi näitä oleellisesti. Samalla sisäilma paranisi sekä ympäristöhaitat vähenisivät energian säästöstä ja invenstointisäästöstä puhumattakaan.

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]