Lamellipatterin mitoitus

Ekocoilin perustaja Veikko Mäyrä tarinoi 80-luvulla Lamellilämmönvaihtimilla varustetun lämmöntalteenottolaitoksen mitoituksesta. Dokumentti on nyt kaivettu arkistoista ja se on tässä ladattavissa ja luettavissa.

patteri_001

 

Mainokset

Thermodynamics and optimization

A short post would not even begin to explain the laws of thermodynamics. One thing is simple though – in real life 100% of efficiency in heat transfer can never be achieved. This is why dimensioning just the right kind of heat exchanger for each use case is imperative. This together with careful planning and skilful manufacturing will ensure that the best possible efficiency is achieved and also costs are kept under control.

sun-622740_1920

Optimized Heat Exchangers

So, though 100% efficiency eludes us, heat exchangers can nonetheless be dimensioned to achieve maximum performance by optimizing copious amounts of data for every application. For every heat exchanger and its operation conditions, there exists a solution that minimizes the amount of entropy, while maximizing the amount of heat transfer.

In addition to performance requirements and complex flow patterns, attention must be paid to size, weight and to cost limitations. And still, this is only a fraction of the inherent complexities of dimensioning the right kind of solution. Other things to consider are for example maintenance and cleaning, investment and operating costs, fouling and condensation.

The optimization process is never ending and it will keep evolving through experience and expertise. You should always take measurement and dimensioning data with a grain of salt and instead make sure you consult real experts for designing your heat exchanger. This way you will get a solution, that takes into account all the technical requirements and special considerations and combines these into one fully optimized package.

levdry

Interested in learning more about optimized Heat Exchanger? Get in touch with Ekocoil experts.

Thermodynamiikkaa ja optimointia

Thermodynamiikan lakien avaamisen ei lyhyt kirjoitus riittäisi. Eräs asia on kuitenkin yksinkertaista todeta – tosielämässä 100% lämmönsiirtotehokkuutta ei voida koskaan saavuttaa. Tämän vuoksi oikeanlaisen lämmönvaihtiminen valinta käyttötarkoituksen mukaan sekä huolellinen suunnittelu ja valmistus ovat olennaisia, jotta saavutetaan paras mahdollinen tehokkuus sekä säästetään kustannuksia.

levdry

 

Optimoitu lämmönvaihdin

Vaikkei täydellistä tehokkuutta siis voidakaan koskaan saavuttaa, lämmönvaihtimia voidaan kuitenkin optimoida kutakin käyttötarkoitusta varten lukuisten eri tekijöiden pohjalta. Jokaiselle lämmönvaihtimelle ja sen toimintaympäristölle on löydettävissä ratkaisu, joka minimoi entropian ja maksimoi lämmönsiirron.

Optimointiprosessi vaatii esimerkiksi oikeanlaisen, lämpöä johtavan materiaalin sekä laitteen rakenteen valinnan, jonka avulla aikaansaadaan oikeanlaiset virtaukset. Huomioon on otettava laitteen paino, koko sekä kustannusrajoitteet. Tämän lisäksi yhtälössä on lukuisia muita tekijöitä. Kuten huolto- ja puhtaanapito-ominaisuudet, investointi- ja käyttökustannukset, kestävyys, virtausnopeudet, sisä- ja ulostulolämpötilat, kondensoituminen ja likaantuminen.

Matemaattisten ja mekaanisten seikkojen lisäksi on löydettävä kompromissi myös investointi- sekä käyttökustannusten välillä. Optimointi on jatkuvasti kehittyvä prosessi, joka jalostuu ammattitaidon ja asiantuntemuksen kautta. Mihin tahansa mittaustuloksiin ei kannata luottaa, vaan valita oikeat osaajat, jotka ottavat huomioon olosuhteiden vaatimukset, asiakkaan tarpeet sekä kustannustehokkuuden ja osaavat yhdistää nämä oikeanlaiseksi kokonaisratkaisuksi.

 

sun-622740_1920

 

Fouling in industrial heat recovery

There is still huge potential for energy saving through waste heat recovery in industrial spaces and processes. They create a lot of heat, which could be recovered and utilized. Many times, this is not case, though waste heat recovery and re-use would increase energy efficiency and create cost savings.

There are special requirements for using heat recovery equipment in industrial environment. They need to be durable and easy to keep clean. In industrial spaces, the exhaust air often contains different kinds of impurities, such as dust, oil mist or small metal flakes. These cause fouling in the heat transfer surfaces of the heat exchanger and thus reduced energy efficiency. Even a thin layer of dirt significantly diminishes the heat transfer capacity and the device may operate on a notably lower level of efficiency than originally planned.

Fouling in waste heat recovery is a problem, resulting in investment, energy and maintenance costs. The loss in annual efficiency rate may be as high as 10 % if there if there is fouling in waste heat recovery. This decreases the annual efficiency rate in ventilation by 8%.

The dirtier the heat exchanger gets, the more work it requires to get it clean. Designing the heat exchanger so that it easier to clean, usually results either in an increase in size or decrease in efficiency at the time. This obviously increases the investment / operating costs. These are factors, which should be considered when choosing and dimensioning the heat exchanger. The working life of the device is also something to keep in mind. A more durable device, which is easy to keep clean, will return the original investment through longer working life, through smaller maintenance and operating costs and through minimal down-time.

smoke-258786_1920-1

Puhdistettavuus erittäin tärkeää teollisuuden lämmönsiirtolaitteissa

Lämmöntalteenoton laajempi käyttö mahdollistaisi suuret energiansäästöt teollisuuden tiloissa ja prosesseissa. Niissä syntyy paljon lämpöä, josta iso osa olisi mahdollista ottaa talteen ja hyödyntää. Usein näin ei kuitenkaan tehdä, vaikka hukkalämmön talteenotto sekä uudelleen käyttö lisäisivät laitoksen energiatehokkuutta ja synnyttäisi energiansäästöjä.

Teollisuuskäyttö asettaa lämmöntalteenottolaitteille eritysvaatimuksia. Niiltä vaaditaan esimerkiksi parempia puhdistusominaisuuksia sekä kestävyyttä. Teollisuustiloissa poistoilma sisältää usein erilaisia epäpuhtauksia, kuten pölyä, öljysumua tai metallihiukkasia. Nämä epäpuhtaudet aiheuttavat lämmönvaihtimen lämmönsiirtopintojen likaantumista ja luonnollisesti energiatehokkuuden pienentymistä. Pienikin kerros likaa heikentää lämmönsiirtoa merkittävästi ja laitteen saattaa toimia huomattavasti suunniteltuja arvoja pienemmällä teholla.

Lämmöntalteenoton likaantuminen on aito ongelma, josta seuraa investointi- sekä energiakustannuksia, huoltokustannuksia sekä menetetystä tuotannosta aiheutuneita kustannuksia. Likaantuneen LTO:n tuloilman vuosihyötysuhde puhtaaseen verrattuna saattaa laskennallisesti olla jopa 10% alhaisempi. Tämä laskee myös koko rakennuksen ilmanvaihdon vuosihyötysuhdetta jopa 8%:lla.

Mitä enemmän likaa lämmönvaihtimeen annetaan kertyä, sitä enemmän vaivaa sen puhdistaminen vaatii. Jos vaihtimen puhdistusominaisuuksia koitetaan parantaa, kasvattaa tämä yleensä sen kokoa tai pienentää tehoa. Tämä näkyy luonnollisesti laitteen hankinta / käyttökustannuksissa. Suunnitteluvaiheessa vaihtimen valinta pitäisi pystyä tekemään optimaalisesti yllämainitut tekijät huomioon ottaen. Samalla kannattaa pitää mielessä laitteen käyttöikä. Kestävämpi ja helpommin puhdistettava tuote maksaa ajan kuluessa itsensä takaisin pidemmän käyttöiän, helpomman huollon ja alhaisempien käyttökustannusten sekä vähäisempien käyttökatkosten kautta.

smoke-258786_1920-1

Lyhyt katsaus ilmastoinnin ja ilmanvaihdon historiaan

Kuvitellaanpa seuraavaa: muinaiset roomalaiset lepäävät sohvilla ja orjat viilentävät heitä isoja lehviä heilutellen. Voidaanko tätä pitää alkusysäyksenä ilmanvaihdon kehittymiselle? Varmasti jo muinaisina aikoina on vaadittu kekseliäisyyttä, jotta on selvitty polttavasta kuumuudesta tai talven ankarasta kylmyydestä. Esimerkiksi savea ei valittu asumusten rakennusmateriaaliksi sattumalta, vaan sen eristävät ominaisuudet auttoivat pitämään sisätilan viileänä kesällä ja päinvastoin, auttoivat pitämään asuinolot siedettävinä kylminä talvipäivinä. Tarina kertoo , että roomalaiset asensivat myös putkia kotiensa seinien taakse. Pumppaamalla putket sitten täyteen vettä, saatiin kotia viilennettyä. Vastaavanlaista ideaa käytti lämmitykseen Sergius Orata, jota oletettavasti pidetään yhtenä lattialämmityksen esi-isänä.

ancientrome2 (1)
Kuva Wikipedia.

1500- ja 1600-luvulla ranskalaiset veivät ilmanvaihdon kehitystä eteenpäin asentamalla kaivosluoliin erilaisista tuulettimista ja laipoista koostuvia virityksiä, joiden avulla luoliin saatiin raitista ilmaa. Vuonna 1758 Benjamin Franklin ja John Hadley tekivät merkittävän läpimurron, kun he höyrystymistä tutkiessaan huomasivat, että volatiilien nesteiden höyrystyminen aiheuttaa kappaleen lämpötilassa dramaattista laskua.

Kaikki pienet keksinnöt johtivat kohti ensimmäisen modernin ilmastointilaitteen rakentamiseen. Sen suunnitteli vuonna 1902 New Yorkin pörssiä varten Alfred Wolff. Ilmastoinnin ja ilmanvaihdon kehittymisellä oli suuri vaikutus eri asumis- ja teollisuustilojen mukavuuteen ja se osaltaan vaikutti paljon tuottavuuteen sekä kaupunkien kehittymiseen. Tekniikka kehittyy entisestään ja pian käyttöön otettiin laitteita, joissa ilma liikkui suodattimien ja jäähdytysnestettä sisältävien kennojen läpi. Menetelmä, joka on yleisesti käytössä myös tänä päivänä.

Stockexchange
Kuva Wikipedia.

Suurin kasvu ilmastointi- ja ilmanvaihtojärjestelmien määrässä tapahtui toisen maailman sodan jälkeisenä aikana, kun uusien rakennusten määrä kasvoi huimaa vauhtia. Yhdysvalloissa ilmastoinnin ja ilmanvaihdon kulta-aika nähtiin 1970-luvulla, kunnes Yhdysvalloissa astui voimaan laki energiankäytön vähentämiseksi. Energiasäästö ja energiatehokkuus on tärkeä trendi edelleen tänä päivänä ja siksi alalla kehittyykin jatkuvasti kohti ympäristöystävällisempiä, energiatehokkaampia ja kestävämpiä ratkaisuja.

Lähteet:

http://www.brighthubengineering.com/hvac/26990-history-of-hvac-knowing-the-timeline/

http://www.achrnews.com/articles/87035-an-early-history-of-comfort-heating

http://www.jccomfort.com/history-of-hvac/

Using Economizer to increase boiler efficiency

As requirements for energy savings tighten and costs become higher, every possible way to increase energy efficiency are more valuable than ever. In a boiler, a lot of energy is wasted with the combustion gas. Significant savings can be achieved, if this energy can be recovered and further utilized in the boiler cycle.

laite_1

Econimizers can be used for this type of heat recovery. It acts as a heat exchanger between the combustion gas and the feed water. Economizer is installed at the end of the boiler cycle to cool down combustion gas exiting from the boiler. The recovered energy can be further used to heat the feed water. This way the Economizer improves the operating efficiency of the boiler process.

Below is an example of the energy savings an Economizer offers.

Initial data:

  • Boiler efficiency: 5MW
  • Combustion gas from boiler: 200°C
  • Combustion gas from Economizer: 100°C
  • Energy cost: 50€
  • Operating time: 4000h/a

Results:

  • Economizer power: 257kW
  • Energy savings: 1029MW/a
  • Energy savings: 41466€/a

Kuvankaappaus 2016-5-18 kello 13.55.05

 

The payback time for an Economizer is from 6 months to 4 years depending on case.