Pyörivä 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).

Kosteuden siirto

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. 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 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.