Luchtbehandelingskasten die uitgerust zijn met warmtewielen met een sorptiecoating, bieden aanzienlijke mogelijkheden voor vermindering van energie en koolstofemissie, terwijl ze ook een beter binnenklimaat garanderen. Maar wat maakt deze precies zo voordelig? Hier geven we een overzicht om te begrijpen waarom sorptierotortechnologie zo goed werkt, met speciale aandacht voor koeltoepassingen.
Sorptietechnologie
Het materiaal van de sorptiecoating heeft het voordeel om bij een hoge luchtvochtigheid vocht uit de lucht op te nemen en bij een lage luchtvochtigheid weer af te geven. Dit betekent dat vocht wordt teruggewonnen; wat betekent dat we zowel latente energieterugwinning als voelbare energieterugwinning krijgen.
In de zomer, wanneer de verse lucht vochtig is, wordt vocht uit de verse lucht verwijderd en afgegeven aan de extractielucht. In de winter heeft de verse lucht een laag vochtgehalte waardoor de sorptiecoating vocht in de extractielucht kan recupereren en afgeven aan de pulsielucht. Dit biedt twee voordelen bij koude buitenomstandigheden. Ten eerste is de verhoogde luchtvochtigheid in de pulsielucht gunstig voor de kwaliteit van het binnenklimaat en ten tweede omdat het vocht uit de rotor wordt verwijderd is er veel minder kans op vorst. Zo wordt de noodzaak tot ontdooien min of meer vermeden. Dit betekent dat de sorptierotor in de winter wat verwarmingsvermogen bespaart.
In de zomer, wanneer de luchtvochtigheid hoger is, wordt vocht uit de verse lucht verwijderd en overgedragen aan de extractielucht. In de winter wordt vocht van extractie naar pulsie overgedragen.
Vochtoverdracht vindt plaats wanneer er een verschil is in specifieke vochtigheid tussen de extractielucht en de verselucht. De overgedragen hoeveelheid vocht wordt bepaald door de latente efficiëntie van de rotor.
Latente efficiëntie van pulsielucht = (x22-x21)/(x11-x21 ) %
Waar
X11 = specifieke vochtigheid in de extractielucht g/kg
X21 = specifieke vochtigheid in de verse lucht g/kg
X22 = specifieke vochtigheid in de pulsielucht g/kg
Minder vraag naar koelvermogen
Door de latente energieterugwinning in de rotor verminderen we de vraag naar koelvermogen in het koelsysteem aanzienlijk. Zelfs met een gewone aluminium warmtewiel krijgen we een terugwinning van koeling.
Dit diagram illustreert hoeveel meer koelterugwinning we krijgen met de sorptierotor. Het voorbeeld is gebaseerd op 30 °C buitenlucht en een pulsietemperatuur van 12 °C. Een standaard rotor zorgt voor ongeveer 20% van de koeling, terwijl de sorptierotor ongeveer de helft van het koelvermogen kan leveren. Dit zal variëren afhankelijk van de omstandigheden, maar toont aan dat de vermindering van het nodige koelvermogen zeer significant is bij de sorptierotor.
Door deze latente terugwinning van koeling kunnen we de koelinstallatie aanzienlijk verkleinen. Dit betekent dat de koelcapaciteit en het distributiesysteem veel kleiner ontworpen kunnen worden; wat betekent aanzienlijk lagere installatiekosten, minder benodigde ruimte en een kleinere hoeveelheid koudemiddel.
Koelenergie besparingen
De vermindering van de koelenergie is uiteraard afhankelijk van de duur van het warme weer. Het volgende voorbeeld is berekend met de volgende voorwaarden:
- Luchtdebiet: 2 m³/s
- Pulsieluchttemperatuur: 16° C
- Extractieluchttemperatuur: 22° C
- De sorptierotor heeft een temperatuurrendement van 82% en een vochtigheidsrendement van 74% in de zomer.
- De aluminium rotor heeft een temperatuurrendement van 82% in de zomer.
- De drukval van de sorptierotor is ongeveer 10 Pa meer dan die van de aluminium rotor, dus het verschil in ventilatorenergie is klein.
- Het eerste diagram toont de terugwinning van koeling met behulp van de aluminium rotor en het tweede diagram toont de teruggewonnen koeling met behulp van de sorptierotor.
In dit voorbeeld is de vermindering van het energieverbruik voor koeling bijna 50% in de warmere klimaten van Milaan en Frankfurt, terwijl dit bij de koelere plaatsen bijna 20% is.
In vergelijking met koelmachines zijn sorptierotoren relatief eenvoudige elementen waardoor we als bijkomend voordeel hebben dat de onderhoudskosten per kW-uur veel lager zijn.
Vermindering van vermogenspieken
Af en toe brengt het weer hogere temperaturen en vochtigheidsniveaus dan die van het ontwerp. Dit zal natuurlijk leiden tot een stijging van de temperatuur binnenshuis. Het teruggewonnen koelvermogen van de warmtewisselaar is evenredig met het temperatuur- en vochtigheidsverschil, dus wanneer de buitencondities stijgen en het verschil tussen de extractie- en verse lucht toeneemt, krijgen we meer teruggewonnen vermogen.
Vochtterugwinning
Bij koud weer zal de verwarmde buitenlucht een lage luchtvochtigheid hebben waardoor de binnenlucht droog wordt. In deze omstandigheden recupereert de sorptierotor vocht in de extractielucht en transfereert deze terug naar de pulsielucht; waardoor de binnenlucht vochtiger, comfortabeler en hygiënischer wordt gehouden. Het kan nodig zijn om vocht toe te voegen met behulp van bevochtiging en dan heeft de sorptierotor het voordeel van een lagere bevochtigingsbelasting, waardoor de installatie goedkoper is en de bedrijfskosten lager zijn.
In dit voorbeeld wordt koude lucht door de rotor verwarmd tot 13°C en vervolgens weer opgewarmd tot 20°C.
Bij de aluminium rotor heeft de resulterende pulsielucht een relatieve vochtigheid van slechts 10%, terwijl deze bij de sorptierotor meer dan 25% is.
Verlaagde bevochtigingskosten
We kunnen aan het diagram zien dat de kosten van bevochtiging aanzienlijk worden verlaagd. Als we aannemen dat de pulsielucht 30% tot 40% relatieve vochtigheid moet bereiken, dan hoeven we in plaats van ongeveer 5-6 g vocht per kg lucht toe te voegen slechts 2-3 g vocht toe te voegen, dus de kosten zullen gehalveerd door gebruik te maken van de sorptierotor.
Als u een adiabatische luchtbevochtiger gebruikt, kan de sorptierotor het voordeel bieden van een lager verwarmingsvermogen en een lager waterverbruik.
Lekkage
Het nadeel van warmtewielen is het probleem van interne lekkage tussen extractie- en pulsielucht. Indien goed ontworpen en geïnstalleerd, kan de lekkage worden teruggebracht tot minder dan 1%. De rotor moet worden uitgerust met effectieve afdichtingen, een spoelsector en het systeem moet worden ingesteld met de juiste drukbalans.
Om de juiste drukbalans te krijgen, moeten de ventilatoren correct worden geplaatst. Zowel de extractie- als de pulsieventilatoren kunnen het best stroomopwaarts van de rotor worden geplaatst in hun respectievelijke luchtstromen. Vaak zal het nodig zijn om een drukverminderaar in de afvoerlucht aan te brengen.
Conclusie
Het vermogen van de sorptierotor om zowel voelbare als latente koeling terug te winnen, heeft een grote invloed op zowel de vraag naar koelvermogen als het energieverbruik voor koeling. Het koelsysteem kan veel kleiner ontworpen worden om zo ruimte en kosten te besparen. Een kleinere koelmachine betekent ook een verminderde hoeveelheid koudemiddel. Alles bij elkaar genomen, heeft een rotor van het sorptietype een aantal belangrijke voordelen op het gebied van energiebesparing en lagere investeringskosten, terwijl het een hoger niveau van comfort en welzijn garandeert.
Voor de nieuwste ontwikkelingen op het gebied van sorptietechnologie, houd de nieuwe generatie RECOsorptic warmtewielen van onze Swegon GOLD luchtbehandelingskasten in de gaten. Deze werden eind 2021 gelanceerd en zullen een nieuwe norm stellen voor de prestaties van de sorptierotor. Gecombineerd met de smart regeling van de GOLD, waardoor interne lekkage wordt geminimaliseerd, kan het volledige potentieel van de sorptierotortechnologie worden benut.
