Savukaasujen ja poistoilman lämmöntalteenoton potentiaali painovoimaisessa ilmanvaihdossa

Abstract

Tässä opinnäytetyössä tutkitaan savukaasujen ja poistoilman lämmöntalteenoton potentiaalia, rajoitteita ja toteuttamistapoja rakennuksissa, joissa on käytössä painovoimainen ilmanvaihto. Opinnäytetyön tutkimuskysymykset ovat: Omaako painovoimainen lmanvaihtojärjestelmä lämmöntalteenotollista potentiaalia? Onko sen toteuttaminen teknisistä ja taloudellisista näkökulmista katsoen mielekästä? Hypoteesina oletetaan pientalojen ilmanvaihdon poistoilman ja savukaasujen sisältävän hyödyntämispotentiaalin omaavaa lämpöenergiaa, jonka talteenotto on teknisesti mahdollista.

Perinteisen painovoimaisen ilmanvaihdon aiheuttama energiahävikki on pientalossa noin 30–50 %, jota pienentämällä voidaan saavuttaa merkittäviä säästöjä energiankulutuksessa. Painovoimainen ilmanvaihto on kuitenkin häiriöille herkkä, minkä vuoksi lämmöntalteenottolaitteiston lisääminen siihen saattaa aiheuttaa ilmanvaihtotehon heikkenemisen. Tätä voidaan ehkäistä lisäämällä laitteistoon poistoilmapuhallin ja muuttamalla ilmanvaihto hybridi-ilmanvaihdoksi. Referenssikohteessa ilmanvaihdon poistoilma ja lämmityksen savukaasut poistuvat rakennuksesta savupiipun kautta. Likaiset ja lämpötiloiltaan vaihtelevat poistokaasut asettavat rajoitteita käytettäville ratkaisuille ja lisäävät huoltotarvetta. Liittämällä järjestelmään sähkösuodatin voidaan vähentää pienhiukkasten määrää, mikä ehkäisee laitteiston likaantumista sekä parantaa ilmanlaatua.

Teknisistä haasteista huolimatta painovoimaisen ilmanvaihdon rakennuksen lämmöntalteenoton toteuttaminen on potentiaalinen vaihtoehto. Taloudellisten säästöjen lisäksi laitteiston voidaan katsoa parantavan sisäilmastoa ja asumismukavuutta, vähentävän ympäristön kuormitusta ja valmistavan rakennuskantaa vastaamaan tulevaisuuden asettamiin haasteisiin, kuten lämmitysmuotojen muutoksiin ja energiakustannusten vaihteluihin.

This thesis observes the heat recovery potential of exhaust air and flue gases of natural ventilation, the restrictions of the system and ways to implement it. The research questions are: Has natural ventilation any utilizable potential in heat recovery? Is it reasonable in technological and economical aspects? As a hypothesis the exhaust and flue gases are assumed to have thermal potential that can be utilized without greater technological difficulties.

The heat loss caused by natural ventilation is usually 30–50 % in traditionally built residential buildings. By cutting the heat loss, significant energy savings can be achieved. Natural ventilation is vulnerable to external interference and the efficiency of ventilation can be reduced when heat recovering equipment are attached. This can be avoided by adding a flue gas fan in order to minimize the effects of flow resistance. In the reference building all the exhaust gases are flowing through the chimney. Varying flue gas temperature and high concentration of small particles and water vapor are limiting the usable technological solutions. By adding a particle filter like an electrostatic precipitator, contamination of the equipment can be reduced and air quality improved.

Despite of the technological challenges there can be seen potential for thermal energy harvesting from the exhaust air of natural ventilation. Along with the economic benefits, the heat recovery system can improve air quality, increase living comfort and reduce negative environmental effects. It also prepares buildings to face the challenges of the future, such as changing energy markets and heating methods.