Soojustagastite võrdlus ja kriteeriumid (0)

Soojustagastite võrdlus ja kriteeriumid
Iseseisevtöö
Sissejuhatus
Soojustagastite tasuvuse ja tõhususe hindamise põhikriteeriumiks on selle paigaldamisega kaasnev energia kokkuhoid . Energia kokkuhoiu arvutamise aluseks on tagasti kasutegur. Paraku on esinenud selle igapäevasel kasutamisel ebakompetentsust, mistõttu on saadud ebaadekvaatseid tulemusi.
Soojustagastid
Üheks energia kokkuhoiu viisiks on kasutada ära ventilatsiooniga väljavisatavas õhus sisalduvat energiat. Külmal perioodil saab sissepuhkeõhku eelsoojendada väljatõmmatava õhuga. Kuumal perioodil, kui väljatõmbeõhu temperatuur on madalam välisõhu temperatuurist, saab kasutada väljatõmbeõhku sissepuhkeõhu jahutamiseks. Selliseid energiat vahendavaid süsteeme nimetatakse soojustagastiteks.
Soojustagasti põhikomponendiks on soojusvaheti . Soojustagastid jagatakse regeneratiivseteks ja rekuperatiivseteks. Neist esimese korral energia akumuleeritakse tsükliliselt soojustagastisse ja tas muutub küllaltki lühikeste ajavahemike järel soojuslevi suund. Tüüpiliseks regeneratiivseks seadmeks on rootortagasti. Rekuperatiivses, milledeks on näiteks plaat või vahesoojuskandjaga tagasti, soojuslevi suund ei muutu, va. suvel jahutusrežiimile ülemikul.
Soojustagasti hetkeline ja aastane kasutegur
Soojustagasti hetkeline kasutegur võrdub suhtega, mille lugejas on sissepuhke õhu mingi parameetri muut soojustagstis (SPpt-SPet) ja nimetajas sama parameetri vahe väljatõmbe õhus enne tagastit ja sissepuhke õhus enne tagastit (VTet-SPet).
SPpt sissepuhke õhu parameeter peale tagastit
SPet sissepuhke õhu parameeter enne tagastit
VTet väljatõmbe õhu parameeter enne tagastit
Maksimaalse energiasäästu saavutamiseks on üldjuhul sissepuhke õhu parameeter enne soojustagastit võrdne välisõhu parameetriga (SPet=Välisõhk).
Kõige enam levinud soojustagastites toimub ilmse soojuse vahetus ja sellisel juhul on õhu parameetriks temperatuur (t).
Tuleb märkida, et soojustagasti kasutegur sõltub ka väljatõmbe ja sissepuhke õhuvooludest. Mida väiksem on võrreldes sissepuhkega väljatõmme, seda väiksem on ka kasutegur.
Tavaliselt on kasutegurid järgmistes vahemikes:
Regeneratiivsed, 0,7…0,9
Plaattagasti 0,5…0,6
Vahesoojuskandjaga tagasti 0,4…0,55
Praktikas pole harvad juhused, kus aastase säästu arvutamisel on ekslikult eeldatud, et aastane kasutegur on võrdne hetkelise kasuteguriga. Näiteks eeldusel et, aastane soojustarbimine ilma soojustagastita oleks olnud 200 MWh ja hetkeline kasutegur 0,6, saadakse aastaseks energia tarbimiseks koos tagastiga 200*(1-0,6)= 80 MWh. Kuna üldjuhul on väljatõmbeõhu temperatuur ja soojussisaldus kõrgem sissepuhkeõhu omast, siis on ka aastane kasutegur hetkelisest suurem ning tegelik aastane soojustarve näites toodust väiksem.
Φ = L × ρõ × cõ × Δt =Hv × Δt [W], kus
Hv – ventilatsiooni erikoormus [W/oC]
L - õhuvool [m3/s]
ρõ - õhu tihedus 1,2 [kg/m3]
cõ - õhu erisoojus 1005 [J/kg·K]
Δt - temperatuuri muut õhu soojendamisel [oC]
Kestuskõvera vertikaalteljel on toodud temperatuurid, kusjuures skaala üks kraad on võrdne ventilatsiooni ühe erikoormuse (L × ρõ × cõ) väärtusega. Horisontaalteljel on toodud tunnid aasta lõikes. Juhul, kui süsteem ei tööta 24 tundi ööpäevas on vaja horisontaaltelge tegelike töötundide suhte võrra “kokku suruda”.
Joonisel 2 on kujutatud soojustagastiga ventilatsioonisüsteemi temperatuurid kestuskõveral eeldusel, et väljatõmbeõhu temperatuur on 23 oC ja sissepuhkeõhul 18 oC.
Sissepuhkeõhu temperatuur pärast tagastit sõltub hetkelisest temperatuurilisest kasutegurist ja saab avaldada järgmise valemiga:
tpt=tvõ+ηt*(tvt-tvõ)
tvõ välisõhu temperatuur
tvt väljatõmbeõhu temperatuur
ηt tagasti hetkeline temperatuuriline kasutegur
Seni kuni sissepuhke õhu temperatuur pärast tagastit on madalam ruumi puhutava sissepuhke õhu temperatuurist, on vajalik täiendavalt soojendada õhku kalorifeeris. Punktile, kus välisõhu temperatuuri kõver lõikab sissepuhkeõhu joont, vastavast kõrgemast välisõhu temperatuurist alates peab soojustagsti töötama väiksema koormusega.
Sissepuhkeõhu temperatuuri kõvera pärast soojustagastit ja sissepuhke temperatuuri vahelise kujundi pindala kajastab aastast kalorifeeri soojustarbimist. Sissepuhkeõhu kõveraga pärast tagastit, sissepuhkeõhu temperatuuri joonega ning välisõhu temperatuuri kõveraga piiratud kujundi pindala näitab soojustagastist saadavat aastast soojustarbimist. Nende kahe kujundi pindala kokku on aastane soojustarbimine ilma tagastita.
Joonisel on kujutatud kestuskõveral aastane soojustarbimine 0,6 ja joonisel 4 0,8 hetkelise temperatuurilise kasuteguri korral.
Joonisel on Soojustagastiga ventilatsiooni süsteemi soojustarbimine, kui sissepuhke temperatuur on 18 oC ja väljatõmbel 23 oC ning hetkeline kasutegur ηt=0,6
Eelnevalt toodud näite korral oleks tegelikuks aastaseks tarbimiseks 200*(1-0,77)= 46 MWh, mis on peaaegu 2 korda väiksem vigasest arvutusest (80 MWh).
Joonisel on Soojustagastiga ventilatsiooni süsteemi soojustarbimine, kui sissepuhke temperatuur on 18 oC ja väljatõmbel 23 oC ning hetkeline kasutegur ηt=0,8
Hetkelise kasuteguri väärtuse 0,8 korral kujuneks aastaseks kasuteguriks 0,96 ja eelnevale näitele vastavaks aastaseks tarbimiseks kõigest 8 MWh.
Mida kõrgem on väljatõmbe temperatuur ja mida madalam sissepuhke temperatuur, seda suuremaks kujuneb sama hetkelise kasuteguri korral tagasti aastane kasutegur.
Samas ei tohi ära unustada, et sissepuhkest kõrgema väljatõmbe temperatuuri põhjustab ruumi eralduv vabasoojus (inimesed, elektriseadmed , päike jms.) ja teatud vertikaalsuunaline temperatuuri kasv. Kogu hoone aastase soojustarbimise arvutamisel ei tohi vabasoojust topelt arvestada, so. soojustagastiga kätte saadavat vabasoojust ei saa arvesse võtta kütte aastase soojustarbimise arvutamisel, mistõttu tuleks lähtuda kõrgemast kütte tasakaalu temperatuurist.
Tänapäevaste soojustagastite kõrge kasutegur võib ahvatleda kalorifeerist loobuma. Kalorifeerist loobumine kaasneb ruumides vabasoojuse ja/või ruumi küttesüsteemi üledimensioneerimise puudumise korral ettenähtust madalam ruumiõhu temperatuur. Näiteks, kui on eeldatud, et väljatõmbe õhu temperatuur on 23 oC ja sissepuhkeõhu temperatuur 18 oC ning hetkeline kasutegur 0,85, siis välisõhu temperatuuri –10 oC korral kujuneks temperatuuriks pärast tagastit
tpt=tvõ+ηt*(tvt-tvõ) = - 10 + 0,85*(23-(-)10)= 18,1> 18 oC
Juhul, kui vabasoojust ei eraldu, on tegelik ventilatsiooni väljatõmbeõhu temperatuur ligikaudu võrdne sissepuhkeõhu temperatuuriga. Ventilatsioonisüsteemi töötades hakkab ruumiõhu temperatuur sissepuhkeõhu soojusedefitsiidi arvel alanema. Väljatõmbeõhu temperatuuri 18 oC korral oleks sissepuhke õhu temperatuur pärast tagastit kõigest 12,4oC ja kalorifeeri puudumisel puhataks sama temperatuuriga ka õhku ruumi, mis omakorda jahutab ruumi õhku ja alandab veelgi väljatõmbeõhu temperatuuri.
Kokkuvõte
Ventilatsiooni soojustagastite efektiivsust iseloomustavad hetkeline ja aastane kasutegur. Üldjuhul on aastane kasutegur suurem hetkelisest. Mida kõrgem on väljatõmbeõhu temperatuur ja mida madalam sissepuhke temperatuur, seda suuremaks kujuneb sama hetkelise kasuteguri korral tagasti aastane kasutegur.