Pyörivä lämmönsiirrin

Pyörivä lämmönsiirrin, tai roottorilämmönsiirrin (roottori-LTO), tai lämmöntalteenottokiekko, on ilmanvaihtokoneen lämmönsiirrin, jolla siirretään poistoilmassa (huoneilmassa) olevaa lämpöä, jäähdytystä ja/tai kosteutta tuloilmaan.  Pyörivä lämmönsiirrin on tyypiltään regeneratiivinen eli lämpöä varaava lämmönsiirrin.

Toimintaperiaate
Pyörivä lämmönsiirrin rakentuu pyöreästä kennomaisesta kiekosta, joka pyörii hitaasti tulo- ja poistoilmojen välillä.  Lämmöntalteenottosovelluksissa lämmönsiirtimen kennostoon ensin varautuu poistoilman sisältämää lämpöä, joka siirtyy lämmönsiirrinkennoston pyöriessä tuloilmaan.  Ilmavirrat kulkevat kennostoon nähden vastakkain ja lämpötilasuhde (hyötysuhde) on korkea, jopa yli 85 %.  

Pyörivä lämmönsiirrin käy myös hyvin jäähdytyksen talteenottoon tilanteissa, joissa ulkoilman lämpötila on korkeampi kuin jäähdytetyn tilan poistoilman lämpötila.  

Kennosto valmistetaan yleensä ohuesta alumiinista ja sitä pyörittää pienitehoinen (suuruusluokkaa 20-120 W) sähkömoottori.  Pyörimisnopeus on tyypillisesti n. 12 kierrosta minuutissa, ja lämmönsiirtoa voidaan tarvittaessa säätää portaattomasti muuttamalla moottorin pyörimisnopeutta tai pysäyttämällä se kokonaan.  Lämmönsiirrintä pyörittävän sähkömoottorin osuus ilmanvaihtolaitteen kokonaisenergiankäytöstä on mitätön.  

Kennosto muodostuu yleensä kahdesta päällekkäisestä alumiinilevynauhasta.   Nauhoista toinen on muotoiltu aaltokuvioiseksi, muodostaen ilmalle pieniä suoria putkia, joiden pinnoilta lämpö ja kosteus siirtyvät läpivirtaavasta ilmavirrasta toiseen.  Tämän rakenteen takia lämpöä varaava massa ja lämmönsiirtopinta-ala ovat suuria.

Lämmönsiirto
Pyörivä lämmönsiirrin on regeneratiivinen eli lämpöä varaava lämmönsiirrin.  Lämpö siirtyy suoraan lämmönsiirtimen pinnalta kulkematta aineen läpi, jolloin lämmönsiirron hyötysuhde on suuri.  Pyörivän lämmönsiirtimen matala syvyys ilmavirran suunnassa (tyypillisesti n. 200 mm) ei aiheuta suurta painehäviötä käytettäessä järkeviä otsapintanopeuksia (1,5 m/s – 3,0 m/s).

Kosteudensiirto
Normaaleissa lämmöntalteenoton käyttötilanteissa pyörivä lämmönsiirrin siirtää ainoastaan poistoilman lämpöä tuloilmaan.  Mikäli ulkoilman lämpötila on alhainen, poistoilman lämpötila laskee lämmönsiirtimessä kastepisteeseen.  Tällöin poistoilmassa olevaa kosteutta kondensoituu lämmönsiirtimen pinnalle, josta se taas haihtuu pyöriessään kuivaan tuloilmaan.  Näissä olosuhteissa kaikki pyörivät lämmönsiirtimet palauttavat kosteutta poistoilmasta tuloilmaan huolimatta käytetystä lämmönsiirtomateriaalista.  

Kosteudensiirtoa voidaan tehostaa päällystämällä lämmönsiirtimen pinnat kosteutta siirtävällä hygroskooppisella materiaalilla (silikageeli, zeoliitit), jolloin lämmönsiirtimestä käytetään termejä hygroskooppinen tai sorptioroottori.  Sorptioroottoreita käytetäänkin erityisesti jäähdytyksen talteenottoon.

Rajoitteet
On harhakäsitys, että pyörivä lämmönsiirrin ei sovellu lämmöntalteenottomenetelmäksi, jos tulo- ja poistoilmavirtojen sekoittumista ei sallita. Suomessa käytettävissä laitteissa painesuhteet ovat sellaiset, että poistoilmasta ei pääse sekoittumaan ilmaa tuloilmaan. Todellisuudessa sekoittuminen ilmavirtojen sekoittuminen on samaa luokkaa kuin vastavirtalämmönvaihtimissa.  Pyörivässä lämmönsiirtimessä käytetään sulkeutumisvuodon estämiseksi tapauksissa ns. puhtaaksipuhallussektoria, jossa pieni sektori pyörivästä lämmönsiirtimestä peitetään poistoilman puolelta vähentäen siirtimen pyörimisen mukana sekoittuvaa ilmaa.  Myös ilmavirtojen välinen staattinen paine-ero aiheuttaa pientä vuotoa, jota estetään käyttämällä harjamaisia tiivisteitä ilmavirtojen välissä ja minimoimalla paine-ero.  Ilmanvaihtokoneen osat pyritään sijoittamaan koneessa niin että tämä paine-erosta johtuva vuoto on suunnitelmallisesti ulkoilmasta jäteilmaan päin.

Vanhentunut Suomen rakennusmääräyskokoelman osa D2 (2010) määräsi, että regeneratiiviseen lämmönsiirtimeen (pyörivä lämmönsiirrin) saa käyttää luokan 3 poistoilmaa (WC- ja pesutilat, saunat, keittiöt) yhden perheen asunnon ilmanvaihdossa.  Muissa tapauksissa luokan 3 poistoilmaa saa olla korkeintaan 5 % kokonaispoistoilmavirrasta.  Luokan 4 poistoilmaa (ammattikeittiöiden kohdepoistot, pesuloiden likapyykkitilat, tupakointihuoneet) ei saa käyttää regeneratiivisessa lämmönsiirtimessä lainkaan. Tämä määräys ei ole enää voimassa, vaan erikoisuunnittelijan on varmistettava se, että ilmavirrat eivät pääse sekoittumaan. Jos halutaan olla täysin varmoja siitä, että ilmavirrat eivät sekoitu yhtään, on syytä käyttää nestekiertoista lämmöntalteenottoa.

Energiansäästö
Normien mukaisen ilmanvaihdon vuosittaisia lämmitysenergiankulutuksia eri lämmöntalteenottomenetelmillä.
Omakotitalo Etelä-Suomessa, 150 m²
 Ristivirta-levylämmönsiirrin: 4 092 kWh Sertifikaatti Vallox 95 
 Vastaristivirta-levylämmönsiirrin: 1 830 kWh Sertifikaatti Vallox 110 SE 
 Pyörivän lämmönsiirtimen sekä poistoilmalämpöpumpun yhdistelmä: 1 200 kWh

Valmistus Suomessa
Pyöriviä lämmönsiirtimiä Suomessa valmistaa ainoastaan Enervent Oy, ja sen kaikissa pientaloilmanvaihtolaitteissa on lämmön talteenottomenetelmänä pyörivä lämmönsiirrin.

Lähteet

Aiheesta muualla
 Video pyörivän lämmönsiirtimen toiminnasta 
Pyörivien lämmönsiirtimien valmistajia:
 Enventus  
 Klingenburg 
 http://www.flaktwoods.com/ (englanniksi)
 Enervent Oy

Lämmönsiirtimet