Pyörivä lämmönsiirrin

Pyörivän lämmönsiirtimen rakenne ja ilmavirtojen kulku lämmönsiirtimen läpi

Pyörivä lämmönsiirrin, tai roottorilämmönsiirrin (roottori-LTO), tai lämmöntalteenottokiekko, on ilmanvaihtokoneen lämmönsiirrin, jolla siirretään poistoilmassa (huoneilmassa) olevaa lämpöä, jäähdytystä ja/tai kosteutta tuloilmaan. Pyörivä lämmönsiirrin on tyypiltään regeneratiivinen eli lämpöä varaava lämmönsiirrin.

Toimintaperiaate

Pyörivä lämmönsiirrin rakentuu pyöreästä kennomaisesta kiekosta, joka pyörii hitaasti tulo- ja poistoilmojen välillä. Lämmöntalteenottosovelluksissa lämmönsiirtimen kennostoon ensin varautuu poistoilman sisältämää lämpöä, joka siirtyy lämmönsiirrinkennoston pyöriessä tuloilmaan. Ilmavirrat kulkevat kennostoon nähden vastakkain ja lämpötilasuhde (hyötysuhde) on korkea, jopa yli 85 %.

Pyörivä lämmönsiirrin käy myös hyvin jäähdytyksen talteenottoon tilanteissa, joissa ulkoilman lämpötila on korkeampi kuin jäähdytetyn tilan poistoilman lämpötila.

Kennosto valmistetaan yleensä ohuesta alumiinista ja sitä pyörittää pienitehoinen (suuruusluokkaa 20-120 W) sähkömoottori. Pyörimisnopeus on tyypillisesti n. 12 kierrosta minuutissa, ja lämmönsiirtoa voidaan tarvittaessa säätää portaattomasti muuttamalla moottorin pyörimisnopeutta tai pysäyttämällä se kokonaan. Lämmönsiirrintä pyörittävän sähkömoottorin osuus ilmanvaihtolaitteen kokonaisenergiankäytöstä on mitätön.

Kennosto muodostuu yleensä kahdesta päällekkäisestä alumiinilevynauhasta. Nauhoista toinen on muotoiltu aaltokuvioiseksi, muodostaen ilmalle pieniä suoria putkia, joiden pinnoilta lämpö ja kosteus siirtyvät läpivirtaavasta ilmavirrasta toiseen. Tämän rakenteen takia lämpöä varaava massa ja lämmönsiirtopinta-ala ovat suuria.

Lämmönsiirto

Pyörivä lämmönsiirrin on regeneratiivinen eli lämpöä varaava lämmönsiirrin. Lämpö siirtyy suoraan lämmönsiirtimen pinnalta kulkematta aineen läpi, jolloin lämmönsiirron hyötysuhde on suuri. Pyörivän lämmönsiirtimen matala syvyys ilmavirran suunnassa (tyypillisesti n. 200 mm) ei aiheuta suurta painehäviötä käytettäessä järkeviä otsapintanopeuksia (1,5 m/s – 3,0 m/s).

Kosteudensiirto

Normaaleissa lämmöntalteenoton käyttötilanteissa pyörivä lämmönsiirrin siirtää ainoastaan poistoilman lämpöä tuloilmaan. Mikäli ulkoilman lämpötila on alhainen, poistoilman lämpötila laskee lämmönsiirtimessä kastepisteeseen. Tällöin poistoilmassa olevaa kosteutta kondensoituu lämmönsiirtimen pinnalle, josta se taas haihtuu pyöriessään kuivaan tuloilmaan. Talvella tämä onkin usein toivottu piirre, kun sisäilman suhteellinen kosteus on alhainen. Näissä olosuhteissa kaikki pyörivät lämmönsiirtimet palauttavat kosteutta poistoilmasta tuloilmaan huolimatta käytetystä lämmönsiirtomateriaalista.

Kosteudensiirtoa voidaan tehostaa päällystämällä lämmönsiirtimen pinnat kosteutta siirtävällä hygroskooppisella materiaalilla (silikageeli, zeoliitit), jolloin lämmönsiirtimestä käytetään termejä hygroskooppinen tai sorptioroottori. Sorptioroottoreita käytetäänkin erityisesti jäähdytyksen talteenottoon.

Rajoitteet

Pyörivä lämmönsiirrin ei sovellu lämmöntalteenottomenetelmäksi, jos tulo- ja poistoilmavirtojen pienintäkään sekoittumista ei sallita. Pyörivässä lämmönsiirtimessä aina pieni osa poistoilmasta kulkeutuu (carry-over) pyörivän siirtimen mukana tuloilmaan ja päinvastoin. Kulkeutumisvuodon estämiseksi käytetään joissain tapauksissa ns. puhtaaksipuhallussektoria, jossa pieni sektori pyörivästä lämmönsiirtimestä peitetään poistoilman puolelta vähentäen siirtimen pyörimisen mukana sekoittuvaa ilmaa. Myös ilmavirtojen välinen staattinen paine-ero aiheuttaa pientä vuotoa, jota estetään käyttämällä harjamaisia tiivisteitä ilmavirtojen välissä ja minimoimalla paine-ero. Ilmanvaihtokoneen osat pyritään sijoittamaan koneessa niin että tämä paine-erosta johtuva vuoto on suunnitelmallisesti ulkoilmasta jäteilmaan päin.

Suomen rakennusmääräyskokoelman osa D2 (2010) määrää, että regeneratiiviseen lämmönsiirtimeen (pyörivä lämmönsiirrin) saa käyttää luokan 3 poistoilmaa (WC- ja pesutilat, saunat, keittiöt) yhden perheen asunnon ilmanvaihdossa. Muissa tapauksissa luokan 3 poistoilmaa saa olla korkeintaan 5 % kokonaispoistoilmavirrasta. Luokan 4 poistoilmaa (ammattikeittiöiden kohdepoistot, pesuloiden likapyykkitilat, tupakointihuoneet) ei saa käyttää regeneratiivisessa lämmönsiirtimessä lainkaan.

Energiansäästö

Normien mukaisen ilmanvaihdon vuosittaisia lämmitysenergiankulutuksia eri lämmöntalteenottomenetelmillä:

Omakotitalo Etelä-Suomessa, 200 m²

• Ristivirta-levylämmönsiirrin: 8 500 kWh
• Vastaristivirta-levylämmönsiirrin: 7 000 kWh
• Pyörivä lämmönsiirrin: 4 700 kWh
• Pyörivän lämmönsiirtimen sekä poistoilmalämpöpumpun yhdistelmä: 1 200 kWh

Korkean lämmöntalteenoton vuosihyötysuhteen ansiosta pyörivä lämmönsiirrin on suositeltavin lämmöntalteenottomenetelmä passiivi-, matala- ja nollaenergiataloissa.

Valmistus Suomessa

Pyöriviä lämmönsiirtimiä Suomessa valmistaa ainoastaan Enervent Oy, ja sen kaikissa pientaloilmanvaihtolaitteissa on lämmön talteenottomenetelmänä pyörivä lämmönsiirrin. Enervent Oy:n pientaloilmanvaihtolaitteet on ainoana Suomessa sertifioitu energiatehokkuudessa A-luokkaan yli 70 % vuosihyötysuhteella ja Enervent on markkinajohtaja uusien pientalojen ilmanvaihtolaitteissa . Kaikilla merkittävillä Suomessa toimivilla ilmanvaihtokonevalmistajilla on valikoimassaan pyöriviä lämmönsiirtimiä sisältäviä koneita.

Aiheesta muualla

• Video pyörivän lämmönsiirtimen toiminnasta (englanniksi)

Pyörivien lämmönsiirtimien valmistajia:

• Enventus (englanniksi)
• Klingenburg (englanniksi)
• Enervent Oy