Advances in Ventilation Heat Recovery
An assessment of peak loads shaving using renewables
Tid: On 2022-05-25 kl 13.00
Plats: B1, Brinellvägen 23, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/meeting/register/u5Isc-mgpzgvGdDxOSX0llWTSCEcifcpIGA7
Språk: Engelska
Ämnesområde: Byggvetenskap
Respondent: Behrouz Nourozi , Hållbara byggnader, Fluid and Climate Technology
Opponent: Professor Carey Simonson, University of Saskatchewan, Canada
Handledare: Docent Sasan Sadrizadeh, Hållbara byggnader; Dr. Adnan Ploskic, Hållbara byggnader
QC 20220422
Abstract
Byggsektorn står för cirka 40% av den totala globala energianvändningen. I bostadshus belägna i länder med kallt klimat används 30–60% av denna energi för uppvärmning av rum, 20–30% går förlorat i utgående avloppsvatten och resten är ventilationsvärmeförluster.
Sverige upplevde en byggboom under det så kallade miljonprogrammet (MP) på 1960- och 1970-talen. Byggnader från denna tid har haft behov av renovering från ren frånluftsventilation till mekanisk ventilation med värmeåtervinning (FTX). Omställningen nådde sin topp mellan 1990 och 2000. Uppskattningsvis 43% av svenska flerfamiljshus byggda under detta decennium utrustade med FTX-system. Ett vanligt problem med effektiva FTX-system är frostbildning under kalla vintertimmar när kall uteluft och fuktig, varm returluft har värmeutbyte i aggregatet. Förvärmning av uteluft med lokalt tillgängliga förnybara värmekällor har varit en lösning för att förhindra frostbildning i värmeväxlaren.
Huvudsyftet med detta arbete var att undersöka lösningar som förbättrar prestandan hos FTX-system under årets kallaste perioder. Det primära fokuset var frostbildning, ett kritiskt problem i MVHR-enheter som är i drift under kalla perioder. I denna undersökning var återvunnen värme ur utgående avloppsvatten och lokal geotermisk energi två förnybara värmekällorna som användes för att förvärma den inkommande kalla utomhusluften till FTX-systemet. Detta för att förhindra frostbildning på värmeväxlarens ytor.
Prestandan hos föreslagna förvärmningssystem för inkommande utomhusluft liksom luftförvärmningens inverkan på hela termiska systemeffektiviteten utvärderades med dynamiska simuleringar i TRNSYS. Temperaturkontrollsystem, baserade på identifierade trösklar för frostbildning, föreslogs för att effektivt kunna nyttja det begränsade termiska energiinnehållet i avloppsvattnet och få hög värmeåtervinning med FTX. Två konfigurationer för förvärmning av utomhusluft med temperaturskiktade respektive oskiktade tankar skapades och jämfördes. Livscykelkostnadsanalys användes för att ytterligare undersöka kostnadseffektiviteten hos de studerade systemen.
Detaljerad simulering av värmeöverföring i ventilationsvärmeväxlare visade att när kondens uppstod i värmeväxlaren ökade värmeöverföringen mellan returluftflödet och plattan avsevärt. Detta resulterade i kraftig ökning av platttemperaturen och ökade tilluftstemperaturen till byggnaden. Övervakning av relativa luftfuktigheten i luftflödet vid värmeväxlarens inlopp och användning av i detta arbete föreslagna startvärdena för frostbildning/kondensering, kommer att möjliggöra en noggrannare proaktiv förutsägelse av tillfrysningen. Det innebär också effektivare utnyttjande av utomhusluftens potential för förvärmning.
Resultaten från simuleringar av byggnaders energianvändning visade att avloppsvatten från bostäder har termisk potential att minska avfrostningsbehovet. Med FTX-system och plattvärmeväxlare i mellersta Sverige kunde avfrostningsbehovet i vissa fall minska till 25%. För kallare regioner i norra Sverige minskade avfrostningstiden med 50%. De föreslagna temperaturkontrollsystemen säkerställde hög FTX-temperatureffektivitet, dvs. över 80% under större delen av uppvärmningssäsongen, samtidigt som perioden för frostbildning minimerades. LCC-analys visade att förvärmningssystem för utomhusluft utrustade med temperaturskiktad avloppsvattentank, alternativt oskiktad lagringstank kunde betala av sina investeringskostnader på 17 respektive 8 år.