Design Criteria of Heat Pump Integrated Heat Recovery Ventilation Units

Isı Pompası Entegre Edilmiş Isı Geri Kazanımlı Havalandırma Cihazlarının Tasarım Kriterleri

Abstract

In order to build for sustainable buildings we need high energy efficient energy conversion systems. For this reason, heating ventilation and air conditioning systems which have high amount of energy utilization in a building are crucial and ventilation system with heat recovery may help for efficient utilization of energy. For example, in Europe Ecodesign rules are applied and utilization of heat recovery is mandotary in order to reduce energy consumption in buildings. According to these rules, energy efficiency of ventilation system with heat recovery is increased from 67% (in 2016) to 73% (in 2018). For the thermal evaluation of ventilation unit with heat recovery, temperature efficiency, performance coefficient, thermal efficiency, specific fan power are used and these are introduced in EN308 and EN13053. Heat exchangers which have direct effect on efficiency of ventilation with heat recovery systems can be recuperative (plate type) and regenerative (rotary). In the current technic, temperature efficiency (according to EN308) of heat recovery ventilation system can be reach a maximum efficiency value depending to the air to air heat exchangers. In general, possible maximum temperature efficiency in the application ranges is the lowest in crossflow, higher in counter flow and the highest in roatary type heat exchangers. In ventilation systems with heat recovery, energy requirement to equalize the supply and indoor air temperature at different outdoor air temperatures is met by using high temperature exhaust air with the highest coefficient of performance. When viewed from this aspect, heating ventilation and air conditioning systems which have high amount of energy utilization in a building and utiliation ventilation systems with heat recovery and heat pump has great potential for higher efficiency. Therefore, in this study, optimum design criteria and efficiency expression for the heat pump integration to heat recovery ventilation units have been addressed.

Özet

Sürdürülebilir binalar oluşturabilmek için enerji dönüşüm sistemlerinin yüksek verime sahip olmasıgerekir. Bir binada enerji kullanımının yoğun olduğu ısıtma-soğutma, havalandırma sistemleri buanlamda önemli olup ısı geri kazanımlı havalandırma sistemi kullanımı enerjinin verimli kullanımınakatkı sağlayabilir. Örneğin Avrupa Birliği, binalarda enerji tüketiminin düşürülmesi için havalandırmasistemlerinde ısı geri kazanımlı havalandırma cihazlarının kullanımını zorunlu tutarak bunlariçin Ecodesign kurallarını uygulamaktadır. Bu kurallara göre ısı geri kazanımlı havalandırmacihazlarının enerji verimlerini 2016’da minimum %67 iken 2018 yılından itibaren %73’e çıkarmıştır.Isı geri kazanımlı havalandırma cihazlarının ısıl performans değerlendirmesi için sıcaklık verimi,performans katsayısı, ısıl verim, özgül fan gücü gibi EN308 ve EN13053’te tanımlanmış eşitliklerkullanılır. Isı geri kazanımlı havalandırma sistemlerinde verimi doğrudan etkileyen temel ekipmanolan ısı değiştirgeçleri reküperatif (plakalı) veya rejeneratif (rotorlu) olabilir. Günümüz teknolojisiısı geri kazanımlı havalandırma cihazlarında sıcaklık verimi (EN308’e göre) için, kullanılan havadanhavaya ısı değiştirgeçlerine bağlı olarak, belirli maksimum değerlere ulaşılmasını sağlamaktadır.Genel olarak denilebilir ki, uygulama sınırları içinde olası maksimum sıcaklık verimi çaprazakımlı ısı değiştirgeçlerinde en düşük, ters akımlı olarak adlandırılan çapraz-ters-çapraz akımlıdeğiştirgeçlerde daha yüksek, rotorlu ısı değiştirgeçlerinde en yüksek değerdedir. Isı geri kazanımıyapılan havalandırma sistemlerinde, besleme havasının iç ortam sıcaklığına getirilmesi için değişendış hava sıcaklığına göre gereksinim duyulan enerjinin, egzoz edilen yüksek sıcaklıklı havayıkullanarak mümkün olan en düşük enerji kullanımı (en büyük COP) ile sağlanmaktadır. Bu açıdanbakıldığında bir binada enerji kullanımının yoğun olduğu ısıtma-soğutma, havalandırma sistemlerioldukça önemli olup ısı pompalı ısı geri kazanımlı havalandırma sistemi kullanımı enerjinin verimlikullanımına katkı sağlama potansiyeli yüksektir. Bu nedenle bu çalışmada, ısı geri kazanımlı havalandırmaünitelerinde ısı pompası entegrasyonunun optimum tasarım kriterleri ve verimin ifadesiele alınmıştır.