Förhindrande av frostbildning i plattvärmeväxlare via variabel förvärmd uteluft

Sammanfattning: Denna studie har undersökt om förvärmning av luft är en bra metod för att undvika frostbildning i motströmsplattvärmeväxlare i luftbehandlingsaggregat. Frostbildning i värmeväxlare för ventilation är ett problem i kalla klimat och sänker den återvunna energimängden när potentialen för energiåtervinning är som högst.   Tidigare forskning i området har utförts för att bland annat: 1) Definiera säkra förhållanden utan frostbildning i värmeväxlare med laminär luftströmning.  2) Jämföra olika frostkontrollstrategier. 3) Analysera frostbildningens egenskaper och effekt på värmeväxlare i ventilation. Att forskningen inte är entydig för vilken frostkontrollstrategi som är bäst belyser vikten av detta arbete.   I en fallstudie kvantifieras empiriska värmeöverföringskoefficienter som används i en analytisk modell som förutspår energianvändningen för luftvärmning under olika driftfall för ett luftbehandlingsaggregat. Värmeöverföringskoefficienterna tas fram genom mätningar i ett luftbehandlingsaggregat lokaliserat i ett flerbostadshus. Mätobjektet har ett installerat värmebatteri före värmeväxlaren vilket värmer inkommande uteluft till konstant lufttemperatur.  Tillverkaren proklamerar att det sker turbulent luftströmning i den studerade värmeväxlaren. Vid olika lufthastigheter ändras värmeöverföringskoefficienten mer vid turbulent strömning än vid laminär strömning. Att olika lufthastigheter har betydlig inverkan på värmeöverföringskoefficienten överensstämmer med resultatet från mätningarna. Effektiviteten av den aktuella styrningen av förvärmaren har granskats och brister har upptäckts. En ny optimerad styrning föreslås för frostfri drift och minimerad energianvändning. Den optimerade styrningen jämförs sedan med en vanlig avfrostningsmetod och utförs med hjälp av flödesbalansstatistik från ett aggregat med sektionsavfrostningsstyrning. Resultatet visar att förvärmning av luft för frostfri drift använder mindre energi än vid sektionsavfrostningsstyrning.  Den föreslagna styrningen innebär att bypass-spjället öppnas då förvärmaren går på full effekt. Detta för att förhindra påfrostning vid extrema utetemperaturer, då förvärmaren inte ger tillräcklig effekt för att undvika påfrostning. Den föreslagna styrningen regleras utifrån daggpunkten, temperaturen på tilluften innan värmeväxlaren och temperaturen på avluften. Den framtagna värmeöverföringskoefficienten i studien tar inte i beaktning ökad koefficient under fuktiga förhållanden då daggpunkten i frånluften är över fryspunkten och det sker kondens. En framtida studie kan hitta värmeöverföringskoefficienter som förutspår yttemperaturen under kondensutfällning då daggpunkten är över 0°C vilket ger medel för att ta fram en ännu mera energieffektiv styrning. Detta kan utföras genom mätning i ett luftbehandlingsaggregat med hög temperaturverkningsgrad placerat i en fuktig miljö.