Regenerativ ventilationsvärmeåtervinning. uppdelad efter vatteninnehåll. Lars Jensen

Regenerativ ventilationsvärmeåtervinning med frånluft uppdelad efter vatteninnehåll Lars Jensen Avdelningen för installationsteknik Institutionen för bygg- och miljöteknologi Lunds tekniska högskola Lunds universitet, 2013 Rapport TVIT--13/7088

Lunds Universitet Lunds Universitet, med nio fakulteter samt ett antal forskningscentra och specialhögskolor, är Skandinaviens största enhet för forskning och högre utbildning. Huvuddelen av universitetet ligger i Lund, som har 100 400 invånare. En del forsknings- och utbildningsinstitutioner är dock belägna i Malmö, Helsingborg och Ljungbyhed. Lunds Universitet grundades 1666 och har idag totalt 6 000 anställda och 41 000 studerande som deltar i ett 90-tal utbildningsprogram och ca 1000 fristående kurser erbjudna av 88 institutioner. Avdelningen för installationsteknik Avdelningen för Installationsteknik tillhör institutionen för Bygg- och miljöteknologi på Lunds Tekniska Högskola, som utgör den tekniska fakulteten vid Lunds Universitet. Installationsteknik omfattar installationernas funktion vid påverkan av människor, verksamhet, byggnad och klimat. Forskningen har en systemanalytisk och metodutvecklande inriktning med syfte att utforma energieffektiva och funktionssäkra installationssystem och byggnader som ger bra inneklimat. Nuvarande forskning innefattar bl a utveckling av metoder för utveckling av beräkningsmetoder för godtyckliga flödessystem, konvertering av direktelvärmda hus till alternativa värmesystem, vädring och ventilation i skolor, system för brandsäkerhet, alternativa sätt att förhindra rökspridning vid brand, installationernas belastning på yttre miljön, att betrakta byggnad och installationer som ett byggnadstekniskt system, analysera och beräkna inneklimatet i olika typer av byggnader, effekter av brukarnas beteende för energianvändning, reglering av golvvärmesystem, bestämning av luftflöden i byggnader med hjälp av spårgasmetod. Vi utvecklar även användbara projekteringsverktyg för energi och inomhusklimat, system för individuell energimätning i flerbostadshus samt olika analysverktyg för optimering av ventilationsanläggningar hos industrin.

Regenerativ ventilationsvärmeåtervinning med frånluft uppdelad efter vatteninnehåll Lars Jensen

Lars Jensen, 2013 ISRN LUTVDG/TVIT--13/7088 SE(22) Avdelningen för installationsteknik Institutionen för bygg- och miljöteknologi Lunds tekniska högskola Lunds universitet Box 118 221 00 LUND

Innehållsförteckning 1 Inledning och problemställning 5 2 Tabellerat beräkningsresultat 7 3 Profiler för ackumuleringshastighet 13 4 Sammanfattning och slutsatser 21 3

1 Inledning och problemställning Syftet med denna arbetsrapport är att undersöka hur funktionen för en regenerativ rotorvärmeväxlare när frånluftens halvsektor delas upp i två kvartssektorer med olika vatteninnehåll. Det finns en påverkan, men frågan är hur liten eller stor är den? Frånluften från en bostads olika rum kan ha olika vatteninnehåll beroende på hur fukttillskottet tillförs i olika rum och hur bostaden genomventileras. Lägst vatteninnehåll för frånluft fås för en gästtoalett och ett kök om en separat köksfläkt används vid matlagning med mera. Mycket högt vatteninnehåll har frånluften från badrum och duschrum när de används. Det är tekniskt möjligt att dela upp frånluftsflödet i delflöden med olika vatteninnehåll. Detta kräver att kanalsystemet för frånluft delas upp i två separata kanalsystem. Ett påpekande är att fallet med ett kanalsystem utan någon uppdelning kan ha olika grad av skillnader i både temperatur och vatteninnehåll om omblandning i kanalsystemet inte är tillräcklig. Detta inträffar knappast i praktiken, eftersom det kräver att kanalsystemets olika grenkanaler sammankopplas intill ventilationsvärmeåtervinningsaggregatet med kortast möjliga avstånd. Tre principfall med medelfuktillskottet Δx undersöks med uppdelningarna Δx+Δx, 0+2Δx och 2Δx+0. Det första av de tre fallen ovan är normalfallet med fullständigt omblandad frånluft. De två övriga fallen är extremfall där hela fukttillskottet tillförs det ena eller det andra delluftflödet. Några frågeställningar utöver huvudfrågeställning hur uppdelning av fukttillskott påverkar är följande: Hur påverkas temperaturverkningsgraden för tilluft? Hur påverkas fuktverkningsgraden för tilluft? Hur påverkas fuktverkningsgraden för avluft? Hur påverkas tilluftens temperatur? Hur påverkas tilluftens vatteninnehåll? Hur påverkas frånluftens vatteninnehåll? Hur påverkas frånluftens relativa luftfuktighet? Hur påverkas uppfuktningen, skillnaden mellan frånluftens och uteluftens vatteninnehåll? Hur påverkas fyllningstiden? Hur påverkar olika klimat? Hur påverkar olika nominell temperaturverkningsgrad? Hur påverkar olika medelfukttillskott? 5

Beräkningsmodellen som används finns redovisad i TVIT-10/7048 och har använts i ett flertal andra arbetsrapporter. Modellen utgår från basfallets data med rotorkanallängd 200 mm, rotorkanaldiameter 2 mm, godstjocklek 0.05 mm, material aluminium, lufthastighet 2 m/s, värmeövergångstal 40 W/Km 2 och varvtid 6 s. Rotorkanallängd är strömningsvägens längd, rotorns axiella längd eller djup. Rotorkanalens geometri är förenklad till ett cylindriskt rör med samma kontaktyta mellan luft och material som för den verkliga geometrin. Rörets godstjocklek anpassas för att rotorns massa skall bli den samma som för den verkliga rotorn. Rörets godstjocklek halveras i modellberäkningen, eftersom rotorkanalväggen delas mellan två rotorkanaler. Den nominella temperaturverkningsgraden för de tre fall 0.7, 0.8 och 0.9 räknas om till en passande rotorlängd med samma lufthastighet 2 m/s och värmeövergångstal 40 W/Km 2 som för basfallet. Basfallets rotorlängd är 200 mm och dess nominella verkningsgrad är 0.769. De tre fallens rotorlängder blir 140, 240 och 540 mm. Detta innebär att rotorns luftvolym är olika för de tre temperaturverkningsgraderna, vilket påverkar fyllningstiden vid ackumulering av vatten och is i rotorn. Antalet beräkningselement är femtio. Simulering omfattar hundra varv och beräkningsresultatet hämtats från det sista varvet. Framåtdifferensmetoden används med ett tidssteg lika med halva tiden för en genomblåsning av ett beräkningselement. Den totala genomblåsningstiden för basfallet är 0.1 s, vilket ger beräkningssteget 0.001 s och därmed 6000 beräkningssteg per varv. Nittio beräkningsfall genomräknas, vilka är alla kombinationer mellan fem utetemperaturer -40, -30, -20, -10 och 0 C, tre nominella temperaturverkningsgrader 0.7, 0.8 och 0.9 samt sex fukttillskottsfall 1+1, 0+2, 2+0, 2+2, 0+4 och 4+0 g/kg. Fukttillskottsfall 0+2 och 0+4 g/kg innebär att den nerkylda rotorkanalen först genomventileras med frånluft under ett kvartsvarv lika med enbart tilluft utan fukttillskott och därefter med frånluft lika med tilluft plus hela fukttillskottet under ett kvartsvarv. Resultatet för de nittio beräkningsfallen redovisas med tabeller i avsnitt 2 och med tillväxtprofiler i avsnitt 3. En kort sammanfattning ges sist i avsnitt 4. 6

2 Tabellerat beräkningsresultat Inledningens nio första delfrågor besvaras med motsvarande Tabell 2.1-9. Alla beräkningsresultat redovisas på samma sätt med sex kolumner för de sex fukttillskottsfallen och femton rader för de tre verkningsgradsfallen kombinerat med de fem utetemperaturfallen. Beräkningsresultat redovisas med tre decimaler utom för tilluftstemperatur och fyllningstid för att skillnaderna är emellanåt små. Ett beräkningsfall med verkningsgrad 0.9, utetemperatur 0 C, fukttillskottsuppdelning 0+4 g/kg resulterar i övermättad frånluft med vatteninnehåll 15.1 g/kg att jämföra med mättnadsvärdet 14.7 g/kg för temperaturen 20 C. Frånluftens vatteninnehåll har inte begränsats uppåt. Temperaturverkningsgraderna stämmer väl med de nominella värdena och de avtar obetydligt med ökande utetemperatur. Fukttillskottsfallen 0+2 och 0+4 g/kg ger marginellt högre temperaturverkningsgrad än de andra två uppdelningsfallen 2+0 och 4+0 g/kg. Störst effekt har uppdelningen 0+4 g/kg jämfört med grundfallet 2+2 g/kg för fallet 0.9 och 0 C med siffrorna 0.900 och 0.868. Uppdelningen 4+0 g/kg ger ett ännu lägre värde 0.849. Sammanfattningsvis uppdelningen har störst effekt för högst temperaturverkningsgrad, hög utetemperatur och högt medelfukttillskott. Tabell 2.1 Temperaturverkningsgrad tilluft som funktion av η Tt, T u och Δx 1 +Δx 2 g/kg η Tt - T u C 1+1 0+2 2+0 2+2 0+4 4+0 0.7-40 0.699 0.701 0.697 0.709 0.713 0.705 0.7-30 0.696 0.698 0.693 0.704 0.708 0.698 0.7-20 0.694 0.695 0.692 0.696 0.701 0.690 0.7-10 0.696 0.695 0.694 0.689 0.694 0.681 0.7 0 0.696 0.695 0.694 0.685 0.690 0.676 0.8-40 0.794 0.797 0.791 0.806 0.811 0.800 0.8-30 0.791 0.793 0.787 0.801 0.807 0.794 0.8-20 0.786 0.789 0.783 0.793 0.800 0.784 0.8-10 0.787 0.788 0.783 0.782 0.791 0.771 0.8 0 0.788 0.787 0.783 0.771 0.783 0.756 0.9-40 0.889 0.892 0.886 0.900 0.906 0.893 0.9-30 0.885 0.889 0.882 0.896 0.903 0.888 0.9-20 0.880 0.884 0.875 0.889 0.898 0.880 0.9-10 0.872 0.877 0.867 0.880 0.891 0.867 0.9 0 0.865 0.871 0.859 0.868 0.900 0.849 7

Fuktverkningsgraden för tilluft i Tabell 2.2 är genomgående mindre än den för avluft i Tabell 2.3. Detta innebär att det sker ackumulering i rotorn. Högst fuktverkningsgrad har fukttillskottsfall 0+2 och 0+4 g/kg jämfört med fall med samma medelfukttillskott. Skillnaden mellan avluft och tilluft är ytterst marginell, vilket även tillväxtprofilerna visar i avsnitt 3 i Figur 3.1-12. Några sifferexempel är verkningsgrad 0.8, utetemperatur 0 C och medelfukttillskott 2 g/kg, vilket ger skillnaderna 0.045, 0.044, 0.040. Verkningsgrad 0.9 ger värdena 0.056, 0.058 och 0.062. Siffrorna visar att skillnaden mellan de olika fukttillskottsfallen är marginell. Tabell 2.2 Fuktverkningsgrad tilluft som funktion av η Tt, T u och Δx 1 +Δx 2 g/kg η Tt - T u C 1+1 0+2 2+0 2+2 0+4 4+0 0.7-40 0.409 0.454 0.391 0.448 0.497 0.425 0.7-30 0.383 0.443 0.360 0.464 0.519 0.439 0.7-20 0.195 0.325 0.152 0.461 0.528 0.429 0.7-10 0.038 0.170 0.000 0.398 0.500 0.340 0.7 0 0.033 0.133 0.000 0.314 0.464 0.214 0.8-40 0.510 0.536 0.492 0.550 0.587 0.524 0.8-30 0.511 0.544 0.490 0.577 0.614 0.549 0.8-20 0.458 0.510 0.425 0.597 0.638 0.564 0.8-10 0.150 0.302 0.085 0.605 0.653 0.559 0.8 0 0.062 0.239 0.007 0.606 0.672 0.535 0.9-40 0.659 0.677 0.639 0.714 0.738 0.682 0.9-30 0.676 0.697 0.654 0.739 0.765 0.708 0.9-20 0.681 0.708 0.652 0.763 0.789 0.729 0.9-10 0.652 0.693 0.600 0.781 0.810 0.744 0.9 0 0.607 0.678 0.498 0.806 0.824 0.755 Tabell 2.3 Fuktverkningsgrad avluft som funktion av η Tt, T u och Δx 1 +Δx 2 g/kg η Tt - T u C 1+1 0+2 2+0 2+2 0+4 4+0 0.7-40 0.632 0.662 0.617 0.763 0.787 0.748 0.7-30 0.480 0.533 0.457 0.679 0.716 0.658 0.7-20 0.209 0.337 0.166 0.569 0.626 0.535 0.7-10 0.040 0.180 0.000 0.422 0.523 0.361 0.7 0 0.033 0.141 0.000 0.325 0.473 0.225 0.8-40 0.807 0.820 0.797 0.882 0.895 0.870 0.8-30 0.703 0.726 0.685 0.827 0.847 0.809 0.8-20 0.529 0.578 0.494 0.756 0.786 0.727 0.8-10 0.165 0.317 0.099 0.682 0.728 0.635 0.8 0 0.070 0.252 0.010 0.651 0.716 0.575 0.9-40 0.936 0.942 0.930 0.962 0.967 0.955 0.9-30 0.891 0.901 0.880 0.937 0.946 0.925 0.9-20 0.821 0.841 0.799 0.904 0.919 0.884 0.9-10 0.719 0.759 0.667 0.870 0.892 0.840 0.9 0 0.639 0.711 0.527 0.862 0.882 0.817 8

Siffrorna för tilluftstemperatur visar att det behövs eftervärmning vid låga utetemperaturer och för verkningsgraderna 0.7 och 0.8, men knappast för verkningsgrad 0.9. Fukttillskottsfall 0+2 och 0+4 g/kg ger högst tilluftstemperatur jämfört med fukttillskott med samma medelvärde. Tabell 2.4 Tilluftstemperatur som funktion av η Tt, T u och Δx 1 +Δx 2 g/kg η Tt - T u C 1+1 0+2 2+0 2+2 0+4 4+0 0.7-40 1.9 2.0 1.8 2.6 2.8 2.3 0.7-30 4.8 4.9 4.7 5.2 5.4 4.9 0.7-20 7.8 7.8 7.7 7.9 8.0 7.6 0.7-10 10.9 10.9 10.8 10.7 10.8 10.4 0.7 0 13.9 13.9 13.9 13.7 13.8 13.5 0.8-40 7.6 7.8 7.5 8.3 8.6 8.0 0.8-30 9.5 9.7 9.4 10.0 10.3 9.7 0.8-20 11.5 11.6 11.3 11.7 12.0 11.4 0.8-10 13.6 13.6 13.5 13.5 13.7 13.1 0.8 0 15.8 15.7 15.7 15.4 15.7 15.1 0.9-40 13.3 13.5 13.1 14.0 14.3 13.6 0.9-30 14.3 14.4 14.1 14.8 15.1 14.4 0.9-20 15.2 15.4 15.0 15.6 15.9 15.2 0.9-10 16.2 16.3 16.0 16.4 16.7 16.0 0.9 0 17.3 17.4 17.2 17.4 18.0 17.0 Siffrorna i Tabell 2.5 visar att tilluftens vatteninnehåll ökar med ökande utetemperatur och ligger betydligt över uteluftens vatteninnehåll med värden 0.06, 0.20, 0.63, 1.60 och 3.78 g/kg för utetemperaturerna -40, -30, -20, -10 respektive 0 C. Fukttillskottsfall 0+2 och 0+4 g/kg ger högst vatteninnehåll för tilluften jämfört med fukttillskott med samma medelvärde. Skillnader med fukttillskott med samma medelvärde ökar med ökande temperaturverkningsgrad. Tabell 2.5 Vatteninnehåll för tilluft g/kg som funktion av η Tt, T u och Δx 1 +Δx 2 g/kg η Tt - T u C 1+1 0+2 2+0 2+2 0+4 4+0 0.7-40 0.753 0.892 0.702 1.684 2.034 1.538 0.7-30 0.852 1.026 0.792 1.964 2.390 1.795 0.7-20 0.872 1.112 0.810 2.339 2.865 2.130 0.7-10 1.639 1.805 1.600 2.922 3.601 2.631 0.7 0 3.814 3.933 3.780 4.696 5.509 4.325 0.8-40 1.099 1.216 1.030 2.509 2.899 2.264 0.8-30 1.274 1.421 1.190 2.959 3.418 2.668 0.8-20 1.474 1.669 1.368 3.590 4.151 3.220 0.8-10 1.776 2.033 1.693 4.657 5.370 4.132 0.8 0 3.846 4.095 3.787 6.857 7.885 6.080 0.9-40 1.992 2.159 1.834 5.044 5.705 4.359 0.9-30 2.319 2.530 2.118 5.906 6.753 5.088 0.9-20 2.763 3.049 2.502 7.075 8.122 6.013 0.9-10 3.472 3.861 3.098 8.720 10.119 7.414 0.9 0 5.325 5.883 4.770 12.110 13.125 9.953 9

Siffrorna för frånluftens vatteninnehåll i Tabell 2.6 är lika med tilluftens vatteninnehåll ökat med fukttillskottets medelvärde, vilket är 1, 1, 1, 2, 2, och 2 g/kg för de sex fukttillskottsfallen. Fallet 0.9, 0 C och 0+4 g/kg har ett vatteninnehåll om 15.125 g/kg, vilket är orimligt eftersom mättnadsvärdet är 14.7 g/kg vid 20 C. Fukttillskottsfall 0+2 och 0+4 g/kg ger högst vatteninnehåll för frånluften jämfört med fukttillskott med samma medelvärde. Skillnader med fukttillskott med samma medelvärde ökar med ökande temperaturverkningsgrad. Det finns en rekommendation att rumsluftens vatteninnehåll inte skall överskrida 7 g/kg under längre tid vintertid. Denna gräns överskrids för de tre verkningsgraderna 0.7, 0.8 och 0.9 i 1, 4 respektive alla 15 fall för fukttillskott med medelvärde 2 g/kg, men inte alls för 1 g/kg. Tabell 2.6 Vatteninnehåll för frånluft g/kg som funktion av η Tt, T u och Δx 1 +Δx 2 g/kg η Tt - T u C 1+1 0+2 2+0 2+2 0+4 4+0 0.7-40 1.753 1.892 1.702 3.684 4.034 3.538 0.7-30 1.852 2.026 1.792 3.964 4.390 3.795 0.7-20 1.872 2.112 1.810 4.339 4.865 4.130 0.7-10 2.639 2.805 2.600 4.922 5.601 4.631 0.7 0 4.814 4.933 4.780 6.696 7.509 6.325 0.8-40 2.099 2.216 2.030 4.509 4.899 4.264 0.8-30 2.274 2.421 2.190 4.959 5.418 4.668 0.8-20 2.474 2.669 2.368 5.590 6.151 5.220 0.8-10 2.776 3.033 2.693 6.657 7.370 6.132 0.8 0 4.846 5.095 4.787 8.857 9.885 8.080 0.9-40 2.992 3.159 2.834 7.044 7.705 6.359 0.9-30 3.319 3.530 3.118 7.906 8.753 7.088 0.9-20 3.763 4.049 3.502 9.075 10.122 8.013 0.9-10 4.472 4.861 4.098 10.720 12.119 9.414 0.9 0 6.325 6.883 5.770 14.110 15.125 11.953 Notera att den relativa luftfuktigheten överskrider 1 för fallet 0.9, 0 C och 0+4 g/kg. Tabell 2.7 Relativ luftfuktighet för frånluft - som funktion av η Tt, T u och Δx 1 +Δx 2 g/kg η Tt - T u C 1+1 0+2 2+0 2+2 0+4 4+0 0.7-40 0.119 0.129 0.116 0.251 0.274 0.241 0.7-30 0.126 0.138 0.122 0.270 0.299 0.258 0.7-20 0.127 0.144 0.123 0.295 0.331 0.281 0.7-10 0.180 0.191 0.177 0.335 0.381 0.315 0.7 0 0.328 0.336 0.325 0.456 0.511 0.430 0.8-40 0.143 0.151 0.138 0.307 0.333 0.290 0.8-30 0.155 0.165 0.149 0.337 0.369 0.318 0.8-20 0.168 0.182 0.161 0.380 0.418 0.355 0.8-10 0.189 0.206 0.183 0.453 0.501 0.417 0.8 0 0.330 0.347 0.326 0.603 0.672 0.550 0.9-40 0.204 0.215 0.193 0.479 0.524 0.433 0.9-30 0.226 0.240 0.212 0.538 0.595 0.482 0.9-20 0.256 0.275 0.238 0.617 0.689 0.545 0.9-10 0.304 0.331 0.279 0.729 0.824 0.640 0.9 0 0.430 0.468 0.393 0.960 1.029 0.813 10

Det finns en annan rekommendation att rumsluftens ökning i vatteninnehåll jämfört med uteluften inte skall överskrida 2.5 g/kg under längre tid vintertid. Denna gräns överskrids för de tre verkningsgraderna 0.7, 0.8 och 0.9 i 0, 0 respektive 13 fall för fukttillskott med medelvärde 1 g/kg samt för alla 15 fall för varje verkningsgrad för fuktillskott med medelvärde 2 g/kg. Tabell 2.8 Uppfuktning g/kg som funktion av η Tt, T u och Δx 1 +Δx 2 g/kg η Tt - T u C 1+1 0+2 2+0 2+2 0+4 4+0 0.7-40 1.693 1.832 1.642 3.624 3.974 3.478 0.7-30 1.622 1.796 1.562 3.734 4.160 3.565 0.7-20 1.242 1.482 1.180 3.709 4.235 3.500 0.7-10 1.039 1.205 1.000 3.322 4.001 3.031 0.7 0 1.034 1.153 1.000 2.916 3.729 2.545 0.8-40 2.039 2.156 1.970 4.449 4.839 4.204 0.8-30 2.044 2.191 1.960 4.729 5.188 4.438 0.8-20 1.844 2.039 1.738 4.960 5.521 4.590 0.8-10 1.176 1.433 1.093 5.057 5.770 4.532 0.8 0 1.066 1.315 1.007 5.077 6.105 4.300 0.9-40 2.932 3.099 2.774 6.984 7.645 6.299 0.9-30 3.089 3.300 2.888 7.676 8.523 6.858 0.9-20 3.133 3.419 2.872 8.445 9.492 7.383 0.9-10 2.872 3.261 2.498 9.120 10.519 7.814 0.9 0 2.545 3.103 1.990 10.330 11.345 8.173 11

Fyllningstiden t f h för att en rotorkanal med tvärsnittsyta A och längden l skall vara helt fylld med vatten med massan ρ v A l har beräknats genom att beräkna skillnaden mellan uppfuktningen för frånluft/avluftsektorn under 1800 s och avfuktningen för uteluft/tilluftsektorn under 1800 s med luftmassflödet ρ A v, vilket kan skrivas som: t f = ρ v A l / ( ρ A v 1800 (x f - x a x t + x u ) / 1000 ) (h) (2.1) Faktorn 1000 krävs för sortövergång för vatteninnehåll från g/kg till kg/kg. En anmärkning är att fyllningstiden är ett grovt mått på ackumuleringen och en överskattning av igensättningstiden som bestäms av ackumuleringens högsta lokala värde. Siffrorna för fyllningstiden beräknad enligt (2.1) redovisas i Tabell 2.9. Fyllningstider över 9999 h har ersätts med 9999 för att göra tabellen mer lättläst. Fyllningstider över 9999 h är ointressanta. Ett år består normalt av 8760 h. Siffrorna i Tabell 2.9 visar att fyllningstiden avtar med avtagande verkningsgrad och med avtagande utetemperatur. Fyllningstiden mer än halveras när fukttillskottets medelvärde dubbleras från 1 till 2 g/kg. Fukttillskottsfall 0+2 och 0+4 g/kg ger kortast fyllningstid jämfört med fukttillskott med samma medelvärde. Skillnaderna avtar med avtagande utetemperatur och blir marginella för utetemperaturen -40 C Tabell 2.9 Fyllningstid h som funktion av η Tt, T u och Δx 1 +Δx 2 g/kg η Tt - T u C 1+1 0+2 2+0 2+2 0+4 4+0 0.7-40 86 85 87 28 28 29 0.7-30 206 200 214 40 40 42 0.7-20 1864 1822 1962 81 78 87 0.7-10 9999 2689 9999 406 352 509 0.7 0 9999 3513 9999 1010 966 1158 0.8-40 92 91 92 38 37 38 0.8-30 142 139 145 47 46 48 0.8-20 424 401 463 70 68 74 0.8-10 3149 2585 3631 143 128 161 0.8 0 6514 3250 9999 243 207 323 0.9-40 154 152 155 72 71 73 0.9-30 188 186 192 82 81 84 0.9-20 285 275 296 105 101 109 0.9-10 650 581 747 154 145 167 0.9 0 1535 1221 2166 216 190 247 12

3 Profiler för ackumuleringshastighet Ackumuleringsprofilerna redovisas i detta avsnitt för tre olika temperaturverkningsgrader 0.7, 0.8 och 0.9, fyra olika utetemperaturer -40, -30, -20 och -10 C i Figur 3.1-12 med sex olika fukttillskottsprofiler 1+1, 0+2, 2+0, 2+2, 0+4 och 4+0 g/kg enligt sammanställning nedan. Utetemperaturen 0 C utelämnas jämfört med avsnitt 2. Varje uppslag avser en temperaturverkningsgrad. temperaturverkningsgrad utelufttemperatur C Figur 0.7-10 3.1 0.7-20 3.2 0.7-30 3.3 0.7-40 3.4 0.8-10 3.5 0.8-20 3.6 0.8-30 3.7 0.8-40 3.8 0.9-10 3.9 0.9-20 3.10 0.9-30 3.11 0.9-40 3.12 Notera att rotorlängden är 140, 240 och 540 mm för de tre verkningsgraderna 0.7, 0.8 respektive 0.9. Högre verkningsgrad med mer ackumulering kompenseras med mer växlareyta, vilket bestämmer tillväxthastigheten. Rotorns kallare uteluft/avluftsida är längst tillvänster i alla diagram och rotorns varmare tilluft/frånluftsida är längst till höger i alla diagram. De sex fukttillskottsprofilerna har medelvärdena 1, 1, 1, 2, 2 och 2 g/kg, vilket bestämmer tillväxtprofilerna i stora drag. Tre färger används för att särskilja de olika profilerna med grönt för samma fukttillskott i båda kvartssektorer för från/avlufts, blått för enbart fukttillskott i den andra kvartssektorn samt rött för enbart fukttillskott i den första kvartssektorn. Kurvorna i Figur 3.1-12 visar som väntat att den gröna tillväxtprofilen med konstant fukttillskott ligger mellan de två andra tillväxtprofilerna. Skillnaderna är måttliga för fukttillskott med samma medelvärde 1 eller 2 g/kg. Den blå kurvan ligger högst till höger och lägst till vänster samt omkastat för den röda kurvan. Kurvorna i Figur 3.1-12 visar också att tillväxthastigheten för de tre temperaturverkningsgraderna är störst för 0.7 och minst för 0.9 med ett undantag att 0.8 är större än 0.7 för fallet med utetemperaturen -10 C. Detta visar att högre temperaturverkningsgrad med mer ackumulering mer än väl kompenseras av den ökande rotorlängden och rotorytan. 13

0.04 x = 1+1, 0+2, 2+0, 2+2, 0+4, 4+0 g/kg T = 0.7 - T u = -10 o C 0.035 0.03 Tillväxt mm/h 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Beräkningselement Figur 3.1 Tillväxtprofil mm/h för η T = 0.7, T u = -10 C och sex fukttillskottsprofiler. 0.04 x = 1+1, 0+2, 2+0, 2+2, 0+4, 4+0 g/kg T = 0.7 - T u = -20 o C 0.035 0.03 Tillväxt mm/h 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Beräkningselement Figur 3.2 Tillväxtprofil mm/h för η T = 0.7, T u = -20 C och sex fukttillskottsprofiler. 14

0.04 x = 1+1, 0+2, 2+0, 2+2, 0+4, 4+0 g/kg T = 0.8 - T u = -30 o C 0.035 0.03 Tillväxt mm/h 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Beräkningselement Figur 3.7 Tillväxtprofil mm/h för η T = 0.8, T u = -30 C och sex fukttillskottsprofiler. 0.04 x = 1+1, 0+2, 2+0, 2+2, 0+4, 4+0 g/kg T = 0.8 - T u = -40 o C 0.035 0.03 Tillväxt mm/h 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Beräkningselement Figur 3.8 Tillväxtprofil mm/h för η T = 0.8 T u = -40 C och sex fukttillskottsprofiler. 17

4 Sammanfattning och slutsatser Syftet med denna arbetsrapport är att undersöka hur funktionen för en regenerativ värmeväxlare när frånluftens halvsektor delas upp i två kvartssektorer med olika vatteninnehåll. Det finns en påverkan, men frågan är hur liten eller stor är den? Frånluften från en bostads olika rum kan ha olika vatteninnehåll beroende på hur fukttillskottet tillförs i olika rum och hur bostaden genomventileras. Nittio beräkningsfall genomräknas, vilka är alla kombinationer mellan fem utetemperaturer -40, -30, -20, -10 och 0 C, tre nominella temperaturverkningsgrader 0.7, 0.8 och 0.9 samt sex fukttillskottsfall 1+1, 0+2, 2+0, 2+2, 0+4 och 4+0 g/kg. Beräkningsmodellen som används finns redovisad i TVIT-10/7048 med ett basfall med rotorkanallängd 200 mm, rotorkanaldiameter 2 mm, godstjocklek 0.05 mm, material aluminium, lufthastighet 2 m/s, värmeövergångstal 40 W/Km 2 och varvtid 6 s. Den nominella temperaturverkningsgraden för de tre fall 0.7, 0.8 och 0.9 räknas om till en passande rotorlängd med samma lufthastighet och värmeövergångstal som för basfallet. De tre fallens rotorlängder blir 140, 240 och 540 mm. Detta innebär att rotorns luftvolym är olika för de tre temperaturverkningsgraderna, vilket påverkar fyllningstiden vid ackumulering av vatten och is i rotorn. Alla beräkningsresultat redovisas på samma sätt med sex kolumner för de sex fukttillskottsfallen och femton rader för de tre verkningsgradsfallen kombinerat med de fem utetemperaturfallen i Tabell 2.1-9. Temperaturverkningsgraderna i Tabell 2.1 stämmer väl med de nominella värdena och de avtar obetydligt med ökande utetemperatur. Fukttillskottsfallen 0+2 och 0+4 g/kg ger marginellt högre temperaturverkningsgrad än de andra två uppdelningsfallen. Uppdelningen har störst effekt för högst temperaturverkningsgrad, hög utetemperatur och högt medelfukttillskott. Fuktverkningsgraden för tilluft i Tabell 2.2 är genomgående mindre än den för avluft i Tabell 2.3. Detta innebär att det sker ackumulering i rotorn. Högst fuktverkningsgrad har fukttillskottsfall 0+2 och 0+4 g/kg jämfört med fall med samma medelfukttillskott. Skillnaden mellan avluft och tilluft är ytterst marginell. Siffrorna för tilluftstemperatur i Tabell 2.4 visar att det behövs eftervärmning vid låga utetemperaturer och för verkningsgraderna 0.7 och 0.8, men knappast för verkningsgrad 0.9. Fukttillskottsfall 0+2 och 0+4 g/kg ger högst tilluftstemperatur jämfört med fukttillskott med samma medelvärde. 21

Siffrorna i Tabell 2.5 visar att tilluftens vatteninnehåll ökar med ökande utetemperatur och ligger betydligt över uteluftens vatteninnehåll. Fukttillskottsfall 0+2 och 0+4 g/kg ger högst vatteninnehåll för tilluften jämfört med fukttillskott med samma medelvärde. Siffrorna för frånluftens vatteninnehåll i Tabell 2.6 är lika med tilluftens vatteninnehåll ökat med fukttillskottets medelvärde, vilket är 1, 1, 1, 2, 2 och 2 g/kg för de sex fukttillskottsfallen. Fukttillskottsfall 0+2 och 0+4 g/kg ger högst vatteninnehåll för frånluften jämfört med fukttillskott med samma medelvärde. En rekommendation är att rumsluftens vatteninnehåll inte skall överskrida 7 g/kg vintertid. Denna gräns överskrids för verkningsgraderna 0.7, 0.8 och 0.9 i 1, 4 respektive alla 15 fall för fukttillskott med medelvärde 2 g/kg, men inte något fall för 1 g/kg. En annan rekommendation är att rumsluftens ökning i vatteninnehåll jämfört med uteluften inte skall överskrida 2.5 g/kg vintertid. Denna gräns överskrids i Tabell 2.8 för verkningsgraderna 0.7, 0.8 och 0.9 i 0, 0 respektive 13 fall för fukttillskott med medelvärde 1 g/kg samt för alla 15 fall för varje verkningsgrad för fuktillskott med medelvärde 2 g/kg. Fyllningstiden t f h för att en rotorkanal skall bli helt fylld med vatten har beräknats och redovisas i Tabell 2.9. Siffrorna visar att fyllningstiden avtar med avtagande verkningsgrad och med avtagande utetemperatur. Fyllningstiden mer än halveras när fukttillskottets medelvärde dubbleras från 1 till 2 g/kg. Fukttillskottsfall 0+2 och 0+4 g/kg ger kortast fyllningstid jämfört med fukttillskott med samma medelvärde. Skillnaderna avtar med avtagande utetemperatur och blir marginella för utetemperaturen -40 C Sammanfattningsvis ger fukttillskottsfall 0+2 och 0+4 g/kg störst effekt jämför med omvändningen 2+0 och 4+0 g/kg och medelfallet 1+1 och 2+2 g/kg. Ackumuleringsprofilerna redovisas temperaturverkningsgrader 0.7, 0.8 och 0.9 samt utetemperaturer -40, -30, -20 och -10 C i Figur 3.1-12 med fukttillskottsfallen 1+1, 0+2, 2+0, 2+2, 0+4 och 4+0 g/kg. De sex fukttillskottsfallen har medelvärdena 1, 1, 1, 2, 2 och 2 g/kg, vilket bestämmer tillväxtprofilerna i stora drag. Kurvorna i Figur 3.1-12 visar som väntat att tillväxtprofilen med konstant fukttillskott ligger mellan de två andra tillväxtprofilerna. Skillnaderna är måttliga för fukttillskott med samma medelvärde 1 eller 2 g/kg. Kurvorna i Figur 3.1-12 visar också att tillväxthastigheten för de tre temperaturverkningsgraderna 0.7, 0.8 och 0.9 är störst för 0.7 och minst för 0.9 med ett undantag att 0.8 är större än 0.7 för fallet med utetemperaturen -10 C. Detta visar att högre temperaturverkningsgrad med mer ackumulering mer än väl kompenseras av den ökade rotorlängden, rotorytan och rotorluftvolymen. En avslutande slutsats är att fukttillskottsfall 0+2 och 0+4 g/kg ger störst effekt jämfört övriga fall med samma medelvärde. Tilluftens och frånluftens vatteninnehåll blir högst samt fyllningstiden blir lägst. Fukttillskottsfall 0+2 och 0+4 g/kg innebär att frånluften är utan fuktillskott under den första kvartssektor när rotorn är kallare och frånluften är med dubbelt fuktillskott under den andra kvartssektorn när rotorn är varmare. 22