Artikkelin kirjoitti: Juha-Matti Kuoppala, myyntijohtaja, Condair Oy
Energiatehokasta jäähdytystä poistoilman kostutuksella ja lämmönsiirrolla
Poistoilman lämmöntalteenotto on vakiintunut menetelmä, jolla rakennusten energiankulutusta voidaan talvisin vähentää. Lämmönsiirtoa voidaan toisaalta hyödyntää kesäkuukausina myös jäähdytykseen. Tällaista konseptia ei ole kuitenkaan mielestämme käytetty tai hyödynnetty tarpeeksi, eikä sitä LVI-suunnittelijoiden keskuudessa ymmärretä läheskään yhtä hyvin kuin perinteistä lämmöntalteenottoa poistoilmasta.
Koska kesäaikaan tulo- ja poistoilman lämpötilat ovat lähellä toisiaan, voidaan ajatella, että lämpimällä poistoilmalla ei juurikaan jäähdytetä tuloilmaa muutoin kuin kuumimpina päivinä. Tilanne kuitenkin muuttuu, kun poistoilmavirtaan lisätään ennen energiantalteenottojärjestelmää vähän kuluttava haihdutuskostutin, jolla poistoilman lämpötilaa voidaan huomattavasti alentaa. Näin jäähdytysenergian siirtoa poistoilmavirrasta tuloilmavirtaan voidaan kesäaikaan lisätä, saavuttaen jopa 10 asteen jäähdytys erittäin energiatehokkaasti.
Vesi käyttää ilmasta peräisin olevaa lämpöenergiaa haihtuessaan. Tämä haihtumisjäähdytysvaikutus vastaa noin 0,68 kW jäähdytysenergiaa jokaista haihdutettua vesikiloa kohden. Yksittäinen haihdutuskostutin voi tuottaa jopa 1 000 kg vettä tunnissa, jolloin haihtumisjäähdytyksen teho on 680 kW, mutta se kuluttaa samalla vain alle kilowatin sähköä. Eli lisäämällä haihdutuskostutin poistoilmavirtaan saadaan aikaiseksi merkittävä jäähdytyspotentiaali siirrettäväksi tuloilmaan kesäkuukausina.
Siinä tapauksessa, että haihdutuskostutinta käytetään suoraan tuloilman jäähdytykseen, täytyy muistaa muutama rajoittava tekijä.
Ensinnäkin ilmankostuttimen jäähdytysteho on riippuvainen siitä, minkälaista ilmaa kostuttimeen menee. Jos ennen ilmankostutinta tuleva ilma on jo hyvin kosteaa, se ei pysty imemään paljoakaan vettä. Eli kostutuksella saavutettava jäähdytysteho voi siis olla rajallinen ja se vaihtelee suoraan ulkoilman sääolosuhteiden mukaan. Sen sijaan, poistoilman jäähdytyksessä ilmankostuttimeen menee kuitenkin aina suhteellisen tasalaatuista ilmaa. Sisätilojen poistoilman ilmankosteus on harvoin korkea, mahdollistaen hyvän haihtumispotentiaalin.
Toisekseen tuloilman haihdutusjäähdytystä rajoittaa suurin sallittu kosteus ilmankostuttimen jälkeen, mikä riippuu huoneilman laatukriteereistä. Sen lisäksi, että liian kostea ilma ei ole miellyttävää, voi se aiheuttaa ongelmia rakennuksen rakenteissa. Jos huoneen suurin sallittu ilmankosteus on 55 % RH, suoran tuloilman haihdutusjäähdytyksen kapasiteetti rajoittuu tälle tasolle.
Sen sijaan kun kostutus tehdään poistoilmakanavassa tilan maksimikosteusrajoituksella ei ole merkitystä. Kostuttimella voidaan kyllästää poistoilmaa jolloin saadaan mahdollisimman suuri jäähdytysvaikutus. Tämä kostea viileä ilma johdetaan sitten lämmönsiirtimen läpi ja poistetaan sen jälkeen ulos. Koska ilma on huomattavasti viileämpää ilmankostuttimen jälkeen, on poisto- ja tuloilman lämpötilojen välinen ero paljon suurempi, ja näin ollen jäähdytystä voidaan johdonmukaisesti siirtää tuloilmaan.
Tässä vielä joitakin esimerkkilukuja: Kun tilasta poistettava ilma on 21 °C ja 50 %RH ja se kostutetaan 95 %RH:n tasolle, voisi 90 % hyötysuhteella toimiva energiantalteenottojärjestelmä esijäähdyttää 28-asteista ja 44 %RH tuloilmaa jopa 11 asteella. Tämäntasoisella jäähdytyksellä voitaisiin merkittävästi vähentää rakennuksen energiankulutusta kesäisin. Sillä ei välttämättä voida kokonaan korvata koneellista jäähdytystä, mutta ainakin huomattavasti pienentää jäähdyttimen kokoa ja koneellisen jäähdytyksen energiankulutusta. Tämä pienentää rakennuksen hiilijalanjälkeä ja parantaa sen ympäristöystävällisyyttä.
Yksi hieno esimerkki poistoilman haihdutuskostutukseen perustuvasta järjestelmästä on toteutettu Itävallan Tirolissa sijaitsevalla uudella terveysklinikalla. Condair teki yhteistyötä energian talteenottoon erikoistuneen Konvektan kanssa ja toimitti tiloihin Condairin ME -haihdutuskostuttimet. Kostuttimilla jäähdytetään poistoilmaa ennen sen johtamista Konvektan tehokkaan energiantalteenottojärjestelmän läpi.
...lisäämällä haihdutuskostutin poistoilmavirtaan saadaan aikaiseksi merkittävä jäähdytyspotentiaali siirrettäväksi tuloilmaan kesäkuukausina.
Amir Ibrahimagic, Konvektan Group Business Development Manager kertoo: ”Sairaaloissa, tutkimuslaboratorioissa ja yliopistoissa ollaan erityisen kiinnostuneita energian talteenottojärjestelmistä, koska näissä kohteissa on pitkien aukioloaikojen aiheuttamat korkeat energiakustannukset. Hyvällä energiantalteenottolaitteistolla voidaan edellämainittujen tahojen energiankulutusta vähentää huomattavasti. Asensimme tähän Tirolin Hullissa sijaitsevaan hankkeeseen kolme energiantalteenottoyksikköä, joissa on Condair ME -haihdutuskostuttimet. Jatkuva seuranta osoitti, että energian talteenotto on todistetusti 92 % vuositasolla kaikissa Konvekta-järjestelmissä.”
"Kuluvana vuonna Condair ME -ilmankostutin tuotti yli 60 000 kWh jäähdytystehoa ja kulutti sähköä vain 3 800 kWh. Tämä vähän kuluttava jäähdytys paransi merkittävästi rakennuksen energiatehokkuutta ja nosti asiakkaamme koko Itävallan ympäristöystävällisemmäksi klinikaksi." Amir tiivistää.
Condair tarjoaa laskurin verkkosivustolla https://mycoolblue.com jolla voi laskea kuinka paljon jäähdytystä hankkeeseen olisi saatavilla tällaisen poistoilman haihdutusjäähdytysjärjestelmän avulla. Laskurissa on säätietoja yli 300 paikasta maailmanlaajuisesti ja sen avulla voidaan konfiguroida useita erilaisia ilmanvaihtojärjestelmiä.
Tarkat laskelmat saadaan poistoilman haihdutusjäähdytyksen sekä koneellisen jäähdytyksen tarpeesta erilaisissa ilmastoissa ja rakennuksen operointiolosuhteissa. Esimerkiksi helsinkiläinen toimistorakennus, jonka sisäilman mitoituslämpötila on 22 °C, jossa on toimintaa vain virka-aikana ja johon on asennettu 3x3 metrin kokoinen haihdutuskostutin ja 3 m/s ilmavirta, voisi kattaa 68 % vuotuisesta jäähdytystarpeesta poistoilman jäähdytyksellä. Sama rakennus Lontoossa voisi kattaa 55 % jäähdytyksestään samalla tekniikalla eli Suomessa olisi varsin otolliset ilmasto-olosuhteet haihduttavan jäähdytysratkaisun toteuttamiselle.
Koska sisäolosuhteet ovat suhteellisen tasalaatuiset ilmastoiduissa rakennuksissa kaikkialla maailmassa, poistoilman haihdutusjäähdytystä voitaisiin käyttää lähes kaikkialla.
Jos kostutukseen liittyvää potentiaalia ymmärrettäisiin paremmin ja sovellettaisiin laajemmin, voisi teollisuus ottaa reippaan harppauksen kohti hiilineutraalia tulevaisuutta.
