W Ä R M E R O H R EE N T F E U C H T U N G U N D WÄ R M E R Ü C K G E W I N N U N G

KÜHLMITTELFREI FÜR UMWELTFREUNDLICHERE

GEBÄUDE

www.spcoils.co.uk

2S & P Coil Products Limited behält sich das Recht vor, Spezifikationen ohne vorherige Ankündigung zu ändern, um eine Politik der kontinuierlichen Verbesserung in Leistung und Design zu ermöglichen.

ÜBE

R S

PC ÜBER SPC

Das Unternehmen

S & P Coil Products Limited ist ein britisches Unternehmen, das sich auf die Herstellung und den Vetrieb von Heiz-und Kühlanlagen für den öffentlichen und privaten Sektor spezialisiert hat. Das Unternehmen wurde 1979 gegründet und ist international tätig.

SPC Heat Pipes FZC eröffnete seinen regionalen Vertrieb vor 15 Jahren von einem kleinen Büro in Dubai aus, und hat heute Zweigniederlassungen in Abu Dhabi, Qatar, Jeddah, Riyadh, Delhi und Mumbai.

Wir expandieren weiterhin in Märkte wie Australien, Nordafrika, Asien und die europäischen Regionen, die die Möglichkeiten haben die Vorteile unserer energiesparenden Produkte zu nützen..

Wir haben eine weitreichende Produktpalette, die auf die Bedürfnisse unserer Kunden zugeschnitten und standortunabhängig ist:

Heiz- und Kühlschlangen, Gebläsekonvektoren, Ultraviolette Reinigungsapparate, Unterflurkonvektoren, Strahlplatten, ‚Radiant Conditioning Sails‘, Wärmeleitungen und Luftvorhänge.

Das Ziel unserer Arbeit ist eindeutig: wir verbessern den Komfort und das Innenraumklima für alle, die darin leben und arbeiten, während unser Expertenteam zur Verfügung steht und gewährleistet Sie durch den Auswahlprozess einer auf Sie zugeschnittenen Lösung zu führen.

Diese Kombination ist gewinnend und nach mehr als 30 Jahren im Geschäft haben wir ein weltweites Netzwerk von zufriedenen Kunden aufgebaut.

WICHTIGE INFORMATIONEN ZU SPC:

• Grosslieferant für kommunale Behörden, Schulen und Gesundheitswesen sowie Gewerbe

• Verkaufsteams und technischer Support sind regional in Grossbritannien, dem Nahen Osten und in den Asiatischen Ländern vetreten

• Kostenlose Software Pakete und Standort Überprüfung

• ISO 9001 zertifiziert für Grossbritannien und den Nahen Osten

• Anbieter von technischen Seminaren/ CPDs

Spezifikationen sind auf den Seiten 14-15 zu finden. 3

EIN

LEIT

UN

GSPC WATER HEAT PIPES für Entfeuchtung und Wärmerückgewinnung

Einleitung

WÄRMEROHRE KÖNNEN LEED/BREEAM PUNKTE BRINGEN...

LEED: BREEAM:

EA Credit 4: Verbessertes Kältemittel Management Pol 01: Auswirkung der Kältemittel

ID Credit 1: Innovation in Design Inn 01: Innovation

Nur Wärmerohre bieten alle Vorteile: keine beweglichen Teile, hohe Effektivität, geringer Luftdruckverlust, einfache Ableitung der Kondensation, kein Bedarf an Direktenergie, und Null Kreuzkontamination. Es ist ausserdem erwiesen, dass Wärmerohre langlebig sind und nahezu wartungsfrei.

Zudem können Wärmerohre behandelt werden um korrodierenden Einflüssen wie z. Bsp. in Schwimmbädern, und manchen Behandlungsprozessen, zu widerstehen.

WAS IST EIN WÄRMEROHR?

Wärmerohre sind im wesentlichen Mittel, die hohe Wärmeraten über geringe Temperaturgradienten übertragen. Als solche können sie als thermische “Superleiter”angesehen werden.

Die einfachste Form des Wärmerohrs ist der Thermosiphon, dessen Funktionsweise auf der Schwerkraft beruht und daher eindirektional ist. Dies bedeutet, dass sich Wärme zwar vom unteren zum oberen Ende des Wärmerohrs übertragen lässt, aber nicht umgekehrt. Jedoch ist zwecks Erstellung einer bidirektionalen Funktionsweise auch die Fertigung von Wärmerohren (Heatpipes) erfolgt, deren Grundlage die Wirkung einer Kapillarstruktur (engl. wick) bildet. Seine Einfachheit macht das Wärmerohr mit Rückfluss durch Schwerkraft zur bevorzugten Lösung für ein breites Spektrum von Einsatzmöglichkeiten.

UNSERE EXPERTISE

SPC beliefert die HLK (Heizung, Lüftung, Kühlung) Industrie seit über 30 Jahren mit auf Wärmerohren basierenden Wärmerückgewinnungssystemen. Als bedeutender Hersteller von Rohrschlangenwärmeaustauschern und zugehöriger Ausstattung besitzt SPC umfangreiche Kenntnisse und weitreichende Erfahrung bezüglich HLK-Anwendungen mit Wärmeübertragung. Unser breitgefächertes Wissen über die HLK-Industrie gibt uns die Möglichkeit, die einzigartigen Vorteile des innovativen Wärmerohrsystems (Patent angemeldet) anzubieten und drastische Einsparungen an Energiekosten zusammen mit signifikanten Verbesserungen der Funktionseffizienz zu verschaffen.

DIE GESCHICHTE DES WÄRMEROHRES

The modern day concept of the heat pipe was first proposed in 1942, but was not developed beyond the patent stage until the early 1960’s. Early applications in both the United States and United Kingdom were concerned with high temperature heat pipes for the atomic energy programme. The NASA space programme in the 1960’s promoted further activity and since then there has been a dramatic increase in the number and variety of applications of heat pipes, which are now commonplace within the aerospace, electronics and air conditioning industries.

4S & P Coil Products Limited behält sich das Recht vor, Spezifikationen ohne vorherige Ankündigung zu ändern, um eine Politik der kontinuierlichen Verbesserung in Leistung und Design zu ermöglichen.

TEC

HN

OLO

GIE SPC WATER HEAT PIPES für Entfeuchtung und Wärmerückgewinnung

Technologie

AUF WASSER BASIERENDE TECHNOLOGIE

Einzelrohrwärmerohre werden seit vielen Jahren mit einer auf Wasser als Arbeitsflüssigkeit basierenden Verwendung hergestellt. Um ein auf Wasser basierendes Wärmerohr erfolgreich herzustellen, wurden jedoch Techniken verwendet, die sich nicht für eine Verwendung von Spulen anboten.

SPC hat ein Forschungsprogramm in Zusammenarbeit mit Brunel University ausgeführt, mit dem Ziel, eine neuartige Herstellungslösung zu finden. Diese Entwicklung ist inzwischen abgeschlossen, mit dem Ergebnis dass die neuen SPC Geräte zu Handelspreisen erhältlich sind und mit Wasser als Kältemittel arbeiten. Die von SPC entwickelte Technologie wird momentan auf seine neu entwickelte Herstellungstechnik weltweit patentiert. ist

Die Verwendung von Wärmerohren stellt das effizienteste passive Verfahren zur Wärmeübertragung dar, das derzeit verfügbar ist. In ihrer einfachsten Form wird ein (meist aus Kupfer bestehendes) Rohr evakuiert und dann mit einer Arbeitsflüssigkeit gefüllt. Im Fall von Wärmerohren für HLK-Zwecke wird gegenwärtig eine ganze Reihe von Kältemitteln, wie z. Bsp. R22 und R134A, genutzt. Die Wärmeübertragung erfolgt ohne die Notwendigkeit von Energiezuführung.

Mit Kühlmittel gefüllte Wärmerohre werden seit Jahren erfolgreich angewand und leisten einen beeindruckenden Beitrag zu Energieeinsparung bei vielen Projekten verschiedenster Art. Zwar werden Kühlmittel als praktische Lösung geschätzt, doch ist es seit langem bekannt, dass ein Ersatz durch Wasser nicht nur eine umweltfreundlichere Lösung ist, sondern auch zu einer Verbesserung in der Effizienz der Wärmerohre beiträgt.

FUNKTIONSGRUNDLAGEN

Diese Darstellung veranschaulicht die Grundstruktur eines Wärmerohrs und zeigt die wesentlichen Schritte des Prozesses im Wärmerohr auf. Im Verdampferabschnitt wird Wärme aus dem eintretenden warmen Luftstrom absorbiert und das Kältemittel zum Kochen gebracht. Aufgrund seines hohen Drucks bewegt sich der Dampf rasch zum kühleren Kondensatorabschnitt des Wärmerohrs, wobei er die absorbierte Wärme mit sich führt.

Während der Dampf die Kondensationszone des Wärmerohrs erreicht wird Wärme an die kühlere Luft abgegeben und der Dampf kondensiert. Durch die Wirkung der Schwerkraft strömt die Flüssigkeit zurück, so dass sich der Prozess beinahe sofort wiederholt. Der gesamte

Wärmeübertragungsprozess läuft bei einer sehr geringen Temperaturdifferenz entlang dem Rohr ab.

ANWENDUNG

WÄRMEROHRE SIND SCHON IN ZAHLREICHEN Anwendungsgebieten zum Einsatz gekommen, einschliesslich der Kühlung von Gussformen, elektronischen Schaltungsanordnungen und nuklear angegetriebenen Generatoren sowie bei Energieerhaltung, Enteisung und in der Lebensmittelindustrie.

Aufgrund ihres äusserst geringen Leistungsbedarf und sehr effektiver Wärmeübertragung werden Wärmerohre zunehmend für High-Density Kühlanwendungen, bei denen die Kühllasten hoch sind und indirekte passive Kühllösungen enorme Energieeinsparungen bieten, gewünscht. Dies gilt insbesondere für Rechenzentren und andere IT-Bereiche, die traditionell ganzjährig einen extrem hohen Bedarf an Kühlenergie haben.

Spezifikationen sind auf den Seiten 14-15 zu finden. 5

WÄ

RM

ERO

HR

ESPC WATER HEAT PIPES für Entfeuchtung und Wärmerückgewinnung

Wärmerohre

GRÜN UND UMWELTFREUNDLICH

Die Verwendung von Wärmerohren in HLK-Systemen reduziert den Energieverbrauch des Gebäudes und seinen CO2-Fussabdruck. Wird das Kühlmittel durch Wasser ersetzt, senkt sich der CO2 Nachteil, der mit dem Herstellungsprozess und dem Material verbunden ist, beträchtlich.Wasser ist harmloss für die Umwelt und seine Ozonabbau- und Erderwärmungspotential sind Null. HFCs, das für die Herstellung von Wärmerohren (R134a) verwendet wird, hat auch einen Ozonabbauwert von Null, allerdings hat es einen hohen potentiellen Erderwärmungswert; R134a andererseits hat einen GWP Wert von1300.

HOHE LATENTWÄRME

Die Latentwärme der Verdampfungs der Arbeitsflüssigkeit ist der Schlüssel zu der Effizienz des Wärmerohrvorgangs. Latentwärme misst die absorbierte Energiemenge wenn sich eine gegebene Energiemenge an Flüssigkeit in Dampf übergeht. Das Wärmerohr funktioniert indem es Latentwärme zwischen den beiden Enden des Rohrs bewegt so dass eine Flüssigkeit mit höherer Latentwärme für den gleichen Wärmeaustausch einen geringeren Massenstrom benötigt.Dies bedeutet, dass der interne Druck- und Temperaturabfall bei Wasser geringer sind als bei gängigen Kühlmitteln und dass damit das Wärmerohr effizienter ist. Die Latenwärme von Wasser ist ungefähr 14mal höher als R134a, dementsprechend ist 14mal weniger Verdampfung notwendig um die gleiche Menge an Wärme zwischen den Enden des Rohres leiten.

HOHE WÄRMELEITFÄHIGKEIT

Die Wärmeleitfähigkeit einer Flüssigkeit bestimmt den Grad mit welchem Wärme geleitet werden kann wenn ein Temperaturunterschied gegeben ist. Die Wärmeleitfähigkeit von Wasser ist circa 30mal höher als ein Kühlmittel in flüssigem Zustand. Dies erbringt eine starke Reduzierung des Radialtemperaturgrades im Wärmerohr und unterstützt die Verbesserung der internen Effizienz.

HOHE LEISTUNGSBEWERTUNG

Die Leistungsbewertungszahl eines Wärmerohrs ist eine dimensionslose Formel, die in der Auswahl der besten Flüssigkeit für den Gebrauch mit Wärmerohren, unterstützen soll. Diese Bewertung berücksichtigt gewisse thermo-physische

Parameter, die die Gesamtleistung des Wärmerohrs inklusive Latentwärme, Dichte, Viskosität und Oberflächenspannung, beeinflussen. Die Gesamtbewertungszahl für Wasser als Arbeitsflüssigkeit mit Schwerkraft unterstützten Wärmerohren ist 10mal besser als ein Kühlmittel.

BENEFITS

• Keinerlei Gebrauch von Kühlmittel

• Null ODP und GWP

• Hohe Latentwärme der Verdampfung – geringer Massenstrom

• Hohe Wärmeleitfähigkeit – geringer Temperaturabfall

• Hohe Leistungsbewertung– Leistungsfähigkeit ist der von Kühlmitteln überlegen

• Höhere Wärmerückgewinnung

• Reduzierte Tiefe und luftseitiger Druckabfall

6S & P Coil Products Limited behält sich das Recht vor, Spezifikationen ohne vorherige Ankündigung zu ändern, um eine Politik der kontinuierlichen Verbesserung in Leistung und Design zu ermöglichen.

WAT

ER H

EAT

PIP

ES –

TES

TIN

G SPC WATER HEAT PIPES für Entfeuchtung und Wärmerückgewinnung

Testing

PRÜFUNG VON WÄRMEROHREN

Ein zweijähriges Forschungsprojekt, das in Zusammenarbeit mit der Brunel University (London) ausgeführt wurde, hat herausgefunden, dass SPC Wärmerohre, verglichen mit gängigen Kühlmittel arbetenden Wärmerohren, eine bedeutende Leistungsverbesserung zeigen.

Die Leistungsfähigkeit von Wärmerohrwärmeaustauschern ist durch ihre Effektivität gekennzeichnet. Darunter versteht man den Anteil der Wärme, der tatsächlich zwischen zwei Luftströmen geleitet wird, als Anteil eines Ganzen, theoretisch kalkulierten Wärmetransfers. Die an den mit Wasser arbeitenden Wärmerohren ausgeführten Versuche zeigen eine Verbesserung der Leistungseffektivität von über 16%- 18%, verglichen mit ähnlichen Geräten, die mit Kühlmitteln arbeiten.

SelectionProgrammeSPC have a suite of heat pipe selection programmes optimised for water and refrigerant selection.

MUSTERLEISTUNGSTEST

Experimenteller Aufbau

Die Abbildung zeigt eine schematische Übersicht des Prüfstands der verwendet wurde, um die Leistung von auf Wasser basierenden Wärmeleitungen zu messen. Back to Back Tests wurden auf der Anlage durchgeführt, um die Leistung von Kältemitteln auf Wasserbasis zu vergleichen.

LOOP WÄRMEROHR

T1 Aussentemperatur (ºC)

T2 Luft aus Vorkühltemperatur (ºC)

T3 Luft aus Kühlspulentemperatur (ºC)

T4 Luft aus Nachwärmetemperatur (ºC)

Die Bemessung der Leistungsfähigkeit wird mittels der Effektivität berechnet (ℇ)

T1 – T2

T1 – T3 T1 – T3

T4 – T3

ℇ = =Abbildung: Schematische Darstellung

der Testanlage

conventional cooling system pre-cooling or reheating can be ach-

ieved thereby providing substantial cost and energy savings.

The thermosyphon heat exchanger test piece is fixed on

a rotating mechanism which can be clamped at different angles to

conduct experiments at various inclinations and understand its

impact on the effectiveness of the heat exchanger.

Hot air in the evaporator section was supplied through the

galvanized ductwork using three 500 W heaters placed between

the axial fan and the evaporator section. The use of electric heaters

acts as a simple and accurate method to measure the rate at which

heat is added to the airstream using an in line wattmeter. The

electrical input to the heaters is controlled using a variable voltage

Fig. 2. Actual test rig used for investigation.

Fig. 3. Top view of rig.

H. Jouhara, H. Merchant / Energy 39 (2012) 82e89

84

to rotary regenerators and plate type heat exchangers, HPHE offeradvantages in terms of cost and size reduction. HPHE providea great deal of reliability as they have no moving parts or supple-mentary power requirements, they also eliminate any danger ofcross-contamination as the high and low temperature air streamsare completely separated. A major advantage of the HPHE is thatthe rate of heat transferred can be controlled by the tilt angle.

Being constructed from a multitude of individual, hermeticallysealed pipes, the HPHE will still be operational if one individualheat pipe fails as hence is very robus. The HPHE requires noexternal power to circulate the working fluid and heat can betransferred in either direction, by eliminating the wick and usinga commercial refrigerant as the working fluid a heat pipe heatexchanger can be viewed as a commercially attractive option.

Recently, many investigations have been carried out to under-stand and quantify energy and cost savings. These include pre-cooling of fresh air and reheating of overcooled air, solar waterheating systems and heat recovery from automobile systems[5,12e18].

A heat pipe heat exchanger was designed, constructed andtested under relatively low temperature operating conditions of15 �Ce35 �C [1]. The results showed that the minimum heattransfer rate achieved by the heat pipe is well above the requiredheat transfer rate, and that the effectiveness of the heat pipe heatexchanger could be increased by increasing the number or rows oftubes in the direction of air flow. The pipes tested were fitted withcontinuous fins to increase the heat transfer surface area on theairside in order to maximize the performance.

In ventilation systems, outside air entering buildings can be pre-cooled or preheated using the return air from the building throughthe incorporationof aheatpipeheatexchanger [12,13,15,19].Wu [17]applied the bundle of heat pipes in an actual air conditioning systemand the effects of preheating and pre-coolingwere examined; it wasobserved that the cooling capacity of the system was increased byalmost 30% after the incorporation of the heat pipe bundle.

Various investigations have been carried out to understand theeffect on the performance of heat pipe heat exchangers of differentheat exchanger parameters and varying operating conditions[1,19e21]. Wadowski et al. [22] investigated the effectiveness ofgravity assisted air to air heat exchangers and concluded thata minimum temperature difference between two air streams isrequired in order to initiate operation. As the full operational power

is approached the effectiveness becomes independent of thetemperature difference between the two streams. The NTU-εapproach was used to analyze a coaxial heat pipe heat exchangerand the design procedure was presented by Azad and Geoola [23]and models for heat transfer resistances in heat pipes are given.Azad [24] carried out a theoretical study on the thermal perfor-mance of a circular finned heat pipe heat recovery system to predictthe temperature distribution in the longitudinal rows both forevaporator and condenser sections of the heat recovery system.Jouhara [25,26] demonstrated that by using the heat pipe heatexchanger in a air conditioning system the outside air is cooled anddehumidified prior to being supplied direct to the occupied spacefor ventilation. The energy and cost saving benefits are maximizedwhen treating air that is both hot and moisture laden.

Although the operation of a heat pipe is simple, its appropriatedesign and construction is very involved. Since numerous param-eters must be controlled, experimental investigations are vital inorder to optimise performance. One of the main aims of thisinvestigation is to develop a test rig capable of adequatelydemonstrating the heat pipe effect and quantifying the thermalperformance of this type of heat pipe heat exchanger againsta range of conditions. Quantification of heat pipe performance isbest undertaken using the concept of heat exchanger effectiveness.Different sets of experimental results are obtained by varying theinclination angle of the heat exchanger as well as the heat load. Aperformancemodel for predicting the effectiveness of the heat pipeheat exchanger with particular configurations is also developedusing empirical correlations.

2. Test facility design

Fig. 1 illustrates the experimental test rig used in the investi-gation. Fig. 2 shows the image of the actual rotating heat pipe heatexchanger used for the experimental procedure. The heat pipe heatexchanger’s dimensions are shown in Fig. 3.

The heat exchanger consists of a number of thermosyphonsarranged in a modified inline configuration. The design of the testrig is based on the concept of using extract warm air to heat freshair entering the building. According to building regulations,depending on the number of people and size of the room, thenumber of air changes per hour is set to maintain the requiredcomfort levels. With the introduction of the HPHE in the

Fig. 1. 3D View of test rig.

H. Jouhara, H. Merchant / Energy 39 (2012) 82e89 83

Experimental investigation of a thermosyphon based heat exchanger usedin energy efficient air handling units

Hussam Jouharaa,b,*, Hasnain Merchantb

aNuclear Engineering Department, Atomic Energy Commission, P.O. Box 6091, Damascus, Syriab School of Engineering and Design, Brunel University, Uxbridge, Middlesex, UB8 3PH, UK

a r t i c l e i n f o

Article history:Received 3 May 2011Received in revised form2 August 2011Accepted 30 August 2011Available online 22 September 2011

Keywords:ThermosyphonHeat exchangerEffectiveness

a b s t r a c t

In the 20th Century many buildings became totally dependent on fossil fuel energy to make themhabitable. Recent legislation and building regulations, however, ensure that designers are contracted toaim for zero carbon sustainability or buildings which function with much lower levels of fossil fueldependency.

Heat pipe technology has found increasing applications in the building service industry in recentyears; particularly in enhancing the thermal performance of heat exchangers and increasing energysavings in commercial HVAC systems. In this paper, an experimental investigation of the thermalperformance of an angled aireair heat pipe heat exchanger, which utilizes thermosyphon technology,will be presented. A thermosyphon is a particular type of heat pipe which relies on gravity assistance forits operation.

In this paper, the investigated heat exchanger utilizes nine thermosyphons in a modified inlineconfiguration filled with water as the working fluid and having finned evaporator and condensersections. Different sets of experimental tests were carried out by varying the heat load as well as theinclination angle of the heat exchanger. The values of the overall effectiveness and thermal resistance ofthe heat pipe heat exchanger are shown to vary with the air flow rate, as expected, but the results alsoallow the prediction of effectiveness variation with the variation of the operating temperature. The paperalso includes a performance model for predicting the effectiveness of the thermosyphon based heatexchanger under test, developed using empirical mathematical correlations.

� 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

1. Introduction

Thermosyphons are devices that transfer heat by the process ofevaporation and condensation of a fluid circulating in a sealedcavity which can have a variety of sizes and configurations. Heatpipes are often referred to as thermal super conductors or thermal‘short circuits’ because they can transfer heat at high rates overrelatively large distances with only small temperature differencesbetween the heat input and heat output zones [1]. A heat pipe orthermosyphon operates when a temperature difference is imposedacross its ends. The warmer end becomes the evaporator sectionwhere the liquid evaporates or boils by absorbing the latent heatfrom the heat source. The vapour then flows to the cooler end of the

pipe where it condenses and gives up its latent heat; this end of thepipe becomes the condenser section. In this way heat is transferredfrom the warmer to the cooler end of the pipe and as only latentheat is being transferred this occurs at a practically constanttemperature. The condensed vapour flows back to the evaporatorsection under gravity or capillary action (if an internal wick struc-ture is included), which closes the cycle.

In recent years heat pipe technology has been successfullyapplied in many fields such as adsorption refrigeration [2],computer systems [3,4], water heater systems [5], nuclear seawaterdesalination [6,7], ground source heat pumps [8] and space appli-cations [9,10].

A Heat Pipe Heat Exchanger (HPHE) can be defined as an air toair heat exchanger similar to a liquid-coupled indirect-transfer typeheat exchanger except that the HPHE uses no conventional pumpequipment and circulation relies only on the evaporation andcondensation of the working fluid. Pumped heat exchangers rely onthe intermediate, circulating liquid’s temperature increasing anddecreasing as heat is absorbed and released [11]. When compared

* Corresponding author. Nuclear Engineering Department, Atomic EnergyCommission, P.O. Box 6091, Damascus, Syria. Tel.: þ963 11 2132580; fax: þ9636111926/7.

E-mail addresses: scientific5@aec.org.sy, pscientific@aec.org.sy (H. Jouhara).

Contents lists available at SciVerse ScienceDirect

Energy

journal homepage: www.elsevier .com/locate/energy

0360-5442/$ e see front matter � 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.doi:10.1016/j.energy.2011.08.054

Energy 39 (2012) 82e89

Luftstrom

Kühler

Spezifikationen sind auf den Seiten 14-15 zu finden. 7

WAT

ER H

EAT

PIP

ES –

TES

TIN

GSPC WATER HEAT PIPES für Entfeuchtung und Wärmerückgewinnung

Testing

DESIGN DER TESTANLAGE

Das Design der Testanlage für Wärmerohre, das in den o. g. Versuchen benutzt wurde, basiert auf dem SPC eigenen Design für ‘Wraparound’ und Loop Wärmerohre. Weitere Angaben sind unten aufgeführt.

TESTERGEBNIS

Der untere Chart zeigt die Versuchsergebnisse bei verschiedenen Luftstromgeschwindigkeiten durch die Anlage und somit einer Lufteinstromgeschwindigkeit über die Wärmerohre. Die Darstellung der Resultate bezieht sich auf die im vorigen Text beschriebene Effektivität. Die erhaltenen Vergleichsergebnisse zeigen eine prozentuale Verbesserung der Leistung zwischen 16% und 18%.

ANGABEN DER TESTANLAGE

• Konfiguration:‘Wraparound’

• Rohre:12mmDurchmesser

• Lamellen:0.15/Aluminium/’Ripple’

• GerippteLänge:600mm

• AnzahlderReihen:2

• Rohrhöhe:16

Effe

ktiv

ität

%

Luftgeschwindgkeit (m/s)

Wasser

R134a

Abbildung: Vergleichendes Testergebnis

8S & P Coil Products Limited behält sich das Recht vor, Spezifikationen ohne vorherige Ankündigung zu ändern, um eine Politik der kontinuierlichen Verbesserung in Leistung und Design zu ermöglichen.

ENT

FEU

CH

TU

NG SPC WATER HEAT PIPES für Entfeuchtung und Wärmerückgewinnung

ENTFEUCHTUNG

Bei Anwendungen mit HLK Systemen verschaffen Wärmerohre eine signifikante Steigerung der Entfeuchtung und eine erhöhte Qualität der Innenluft. Der zusätzliche Nutzen der Energieeinsparung entsteht in vielen Situationen, insbesondere dort, wo Nachheizung notwendig ist. Unter gewissen Bedingungen sind WÄRMEROHRE in der Lage, die mittels des Kühlers einer Klimaanlage entfernte Feuchtigkeitsmenge zu verdoppeln.

Durch eine kreislaufartige Kopplung von WÄRMEROHREN in Abschnitten vor und nach dem Kühler (siehe obige Abbildung) wird dem Luftstrom Wärme entzogen, bevor er auf den Kühler trifft. Diese passive Vorkühlung der Luft bedeutet, dass ein geringeres Mass an sensibler Kühlung durch den Wärmetauscher erforderlich ist und eine grössere latente Kapazität sowie eine höhere Entfeuchtigungsfähigkeit zur Verfügung stehen. Die nun ‚überkühlte‘ Luft strömt durch den Nachheizungsabschnitt des Wärmerohrs, wobei die Luft auf eine zur Belüftung angenehme Temperatur gebracht wird.

Diese kostenlose Nachheizung wird durch dieselbe Wärmeenergie geleistet, die aus dem eintretenden Luftstrom absorbiert wurde.

Im Falle einer Frischluftbehandlung lassen sich WÄRMEROHRE EINSETZEN UM DIE EINSTRÖMENDE Aussenluft vorzukühlen bevor sie durch den Kühler gekühlt und entfeuchtet wird, und um danach die Luft auf eine ‘neutrale‘ Belüftungstemperatur zu heizen.

WÄRMEROHRE sind in Verdrängungslüftungssystemen, die Luft in niedriger Höhe in belebte Räume liefern, besonders nützlich. In Kombination mit einem Deckenkühlsystem muss die primäre Luft entfeuchtet werden um ein Schwitzen der Deckenwand zu verhindern und zusätzlich auf ein paar Grad unter Raumteperatur erwärmt werden. Das Einbauen von Wärmerohren führt zu einer nennenswerten Energieeinsparung.

* Anmerkung – Die relative Feuchtigkeit der Zuluft ist höher als die zukommende Luft (65% verglichen mit 50% wie o.a.), doch die Gesamtfeuchtigkeit der Zuluft mit einer geringeren Temperatur ist ungefähr 50% der zukommenden Luft mit einer höheren Temperatur. Relative Feuchtigkeit ist kein Mass der absoluten Luftfeuchtigkeit.

Spezifikationen sind auf den Seiten 14-15 zu finden. 9

WÄ

RM

ERÜ

CK

GEW

INN

UN

GSPC WATER HEAT PIPES für Entfeuchtung und Wärmerückgewinnung

WÄRMERÜCKGEWINNUNG

DER EINSATZ VON WÄRMEROHREN IN KLIMAGERÄTEN

Der Kühler eines standardmässigen Klimageräts leistet sowohl sensible wie auch latente Kühlung. Das folgende Diagramm erläutert, in welcher Weise das Wärmerohr eine Vorkühlung vor dem Kühler erbringt. Diese erhöht die latente Kühlfähigkeit des Wärmeaustauschers bevor das Wärmerohr die Luft wieder auf angenehme Bedingungen heizt.

NUTZEN UND KOSTENVORTEILE

Abgesehen von den obigen indirekten Kostenersparnissen weisen Wärmerohre keine beweglichen Teile auf, die zu Bruch gehen oder verschleissen können, und die nahezu wartungsfrei sind. Aufgrund der einfachen Beschaffenheit der Wärmerohre besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass sie länger halten werden als die Klimaanlage selbst.

Da der Kühler weniger Arbeit zu verrichten hat, ist seine Grösse gegebenenfalls reduzierbar. Ferner braucht das Wärmerohr keinerlei externe Energie, so dass es gewissermassen umsonst arbeitet. Dadurch lassen sich sehr kurze Amortisationszeiten erzielen.

KÜHLUNG MITTELS WÄRMEROHRE

10S & P Coil Products Limited behält sich das Recht vor, Spezifikationen ohne vorherige Ankündigung zu ändern, um eine Politik der kontinuierlichen Verbesserung in Leistung und Design zu ermöglichen.

INN

ENR

AU

M L

UFT

qU

ALI

TÄ

T SPC WATER HEAT PIPES für Entfeuchtung und Wärmerückgewinnung

Innenraum Luftqualität

VORTEILE FÜR DIE GESUNDHEIT

Abhängig von der Umgebung können WÄRMEROHRE die Feuchtigkeitsentfernung einer Klimaanlage von 50% bis 100% verbessern. Ein Grossteil der heutigen Besorgnisse um Innenraumluftqualität hängen mit ihrem Feuchtigkeitsgrad zusammen und machen so die gesundheitlichen Vorteile von Wärmerohren zu einem überaus wichtigen Faktor. Die Fähigkeit der Wärmerohre eine höchst effektive Entfeuchtung mit einer Einsparung von Energiekosten zu verbinden, ist ein entscheidender Faktor und ‘unterm Strich‘ ein Bonus.

Feuchtigkeitsenfernung durch die Wärmerohre kontrolliert den Feuchtigkeitsgrad eines Raumes und kann, zusammen mit der Nacherwärmung helfen, Gesundheitsprobleme zu vermeiden.

Ein herkömmliches System kühlt und entfeuchtet die Luft, die gesättigte feuchte Luft wird dem Ablüftungssystem abgeleitet. Der relative Feuchtigkeitsgehalt der erwärmten Luft liegt unter dem Feuchtigkeitsgehalt den Schimmelpilze vorziehen. Dies gewährt, dass die inneren Oberflächen der Rohrführungen nicht zu Kontaminationsquellen werden.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

% Relative Feuchtigkeit

Gesundheitsprobleme

Schimmelpilz Wuchs

Sicherheitsfaktor

ASHRAE Empfehlung

AUSWIRKUNGEN VON RAUMFEUCHTIGKEIT AUF DIE GESUNDHEIT

Spezifikationen sind auf den Seiten 14-15 zu finden. 11

WÄ

RM

ERÜ

CK

GEW

INN

UN

GSPC WATER HEAT PIPES für Entfeuchtung und Wärmerückgewinnung

Wärmerückgewinnung

WÄRMEROHRE ZUR WÄRMERÜCKGEWINNUNG

Bei steigendem Bedarf an energieeffizienten Gebäuden ist es von grundlegender Bedeutung, dass keine Energie verschwendet wird. Mittels eines Wärmerohrs kann thermische Energie aus wärmerer Luft zurückgewonnen und dann kühlerer Luft zugeführt werden.

Wärmerohre lassen sich so ausrichten, dass Luftströme nebeneinander verlaufen undzwar unter Verwendung sich zur wärmeren Luft hinabschrägender Rohre. Alternativ dazu können Luft-ströme übereinandergeordnet werden, wobei sich der wärmere Luftstrom unten befindet. Diese Möglichkeiten , im Zusammenspiel mit der Flexibilität bei den Abmessungen, die dem Leitungssystem oder der Lüftungseinheit angepasst werden, machen Wärmerohre zur idealen Lösung für die Wärmerückgewinnung.

GRUNDLEGENDE INFORMATIONEN ZUM VERGLEICH

Für Anwendungen zur Wärmerückgewinnung stehen viele Arten von Wärmetauschern zur Verfügung. Allerdings besitzt jeder Wärmetauschertyp gewisse Vor- und Nachteile:

• KREISLAUFVERBUNDSCHLANGEN ind zwar verhältnismässig kostengünstig, aber ihr Betrieb erfordert einen Pumpensatz und einen Ausdehnungsbehälter. In Kaltklima eingesetzte KV-Systeme müssen zur Verhinderung von Frostschäden mit Frostdchutzmittel gefüllt werden. Dennoch stellen sie die beste Lösung für „separate“ Luftströme dar.

• PLATTENWÄRMETAUSCHER erweisen sich als recht effizient, sind jedoch sperrig, teuer und sehr schwer zu reinigen. Ferner kann sich Kondensat in ihnen ansammeln, was das Wachstum von Schimmel mit sich bringt.

• WÄRMERÄDER sind nicht nur wartungsintensiv und anfällig für Kreuzkontamination, sondern leiten auch Kondensat nicht einwandfrei ab.

VORTEILE

• Bis zu 75% Effectivität

• Keine beweglichen Teile

• Keine direkte Energiezufuhr

• Vollkommen passiv

• Keine Kreuzkontamination

• Geringer Luftwiderstand für minimalen Druckabfall

• Gute und einfache Ableitung von Kondensat

• Langlebig

• Nahezu wartungsfrei

• Umweltfreundlich

12S & P Coil Products Limited behält sich das Recht vor, Spezifikationen ohne vorherige Ankündigung zu ändern, um eine Politik der kontinuierlichen Verbesserung in Leistung und Design zu ermöglichen.

WÄRMEROHR-WÄRMERÜCKGEWINNUNG FÜR KRITISCHE & SPEZIALISIERTE ANWENDUNGSGEBIETE

Wärmerückgewinnungsanlagen in klinischem Umfeldern wie Krankenhäusern, in der pharmazeutischen Industrie und anderen kritischen Umgebungen, haben in Hinsicht auf Hygiene und Sauberkeit besondere Ansprüche.

Diese speziellen Umgebungen können das Risiko eines Entweichen von Abluft in die Zuluft nicht tolerieren. Um eine Nichtkontamination zu garantieren bietet SPC eine spezielle Lösung der Wärmerückgewinnung mit einer versiegelten Trennung zwischen Zuluft- und Abluftabteil. Die zentrale Trennwand ist doppelwandig und die innere Wärmerohranlage ist mit Schaum gefüllt.

Keinerlei Schadstoffe oder Bakterien können mit diesen erhöhten Sicherheitsvorkehrungen überleben und ohne mechanische Teile von der Abluft aus den Zuluftstrom infizieren. Dies ist die ideale Lösung für Anwendungsbereiche in denen Hygiene und Energierückführung gleichermassen essentiell sind.

WÄ

RM

ERÜ

CK

GEW

INN

UN

G SPC WATER HEAT PIPES für Entfeuchtung und Wärmerückgewinnung

Wärmerückgewinnung

Spezifikationen sind auf den Seiten 14-15 zu finden. 13

WÄ

RM

ERÜ

CK

GEW

INN

UN

GSPC WATER HEAT PIPES für Entfeuchtung und Wärmerückgewinnung

Wärmerückgewinnung

ANWENDUNG DER WÄRMERÜCKGEWINNUNG

AUSRICHTUNG

• Erhältlich als vertikale wie auch als horizontale Anlage

• Der wärmere Luftstrom muss in der vertikalen Anlage unten sein

ABLUFT

ZULUFT

BEREICH DES ABSAUGGEBLÄSE

BEREICH WÄRMERÜCKGEWINNUNG

BEREICH ABLUFTFILTER

BEREICH ZULÜFTER

BEREICH ZULUFTFILTER

BEREICH LUFTAUFBEREITUNG

14SPC Heat Pipes FZC reserves the right to amend specification without notice, whilst pursuing a policy of continual improvements in performance and design.

SPEZ

IFIK

ATIO

N SPC WATER HEAT PIPES für Entfeuchtung und Wärmerückgewinnung

Standard Spezifikation

1.1 ALLGEMEINES Wärmerohre, die eine verbesserte Entfeuchtung bieten sind ‘umwickelte’ Wärmerohre wie sie in Kühlgeräten um die Hauptkühlspule zu finden sind. Die Wärmerohre bestehen aus Vorkühllamellenblock luftstromaufwärts der Kühlspule mit dem Abwärtsstrom der Kühlspule durch die gewickelten Wärmerohre verbunden. Die Wärmerohre werden dem Klimageräthersteller vollständig geladen und versiegelt geliefert.Wo notwendig, werden entfeuchtende Wärmerohre in das Rohrsystem zu und von dem Klimagerät laufend, eingebaut. In diesem Zusammenhang handelt es sich um gerade Wärmerohre wie unten beschrieben.

Wärmerohre für Energierückgewinnung sind gerade Wärmerohre und ein Teil des Kühlgeräts oder des zuführenden bzw, abführenden Rohrwerks. Das Wärmerohr sitzt über den Luftwegen der Zufuhr- und Abluftdecks des Klimageräts oder dem Zu- und Abflussrohrwerk und besitzt eine eingearbeitete Trennplatte, die beide Luftströme trennt. Die zwei Luftströme liegen nebeneinander mit minimalem Abstand. Die Wärmerohre bestehen aus einem Supply Lamellenblock der direkt mit einem Abzugslamellenblock verbunden ist; die zwei Luftströme sind so angelegt dass sie Gegenstrom durch das Wärmerohr fliessen. Das Wärmerohr muss entweder seitlich zwischen den nebeneinander liegenden Rohren angebracht werden können (Horizontales Wärmerohr) oder übereinander (Vertikales Wärmerohr).

Die Länge der Wärmerohre in den Zu- und Abflussbereichen müssen nicht identisch sein und werden so ausgesucht, dass sie auf das entsprechende Luftvolumen passen. Die Zahl der Wärmerohre in jedem Bereich ist identisch. Wärmerohre werden dem Klimageräthersteller oder Auftragnehmer vollständig geladen und versiegelt geliefert.

1.2 LAMELLENDie äusseren Lamellen müssen aus Aluminium mit einer Mindestdicke von 0.14mm bestehen. Die Lamellen sollen aus einer durchgängigen Platte bestehen um die externe Oberfläche zu maximieren, anstatt eines Musters aus individuellen Lamellenrohren. Die Lamellen sollen entweder gewellt sein oder Jalousienklappen, passend zu der Behandlung und mit einem zu den speziellen Konditionen passenden Abstand. Falls notwendig kann der Abstand zwischen den Lamellen der beiden Bereiche des Wärmerohrs unterschiedlich sein. Unter korrodierenden Bedingungen können Lamellen aus Kupfer, mit Vinyl vorbeschichtetes Aluminium oder Blygold/ Heresite nachbeschichtetes Aluminium, verwendet werden.

1.3 ROHRERohre sollen aus Standard nahtlosem C106 Kupfer für Wärmeaustauscher Nutzung bestehen. Der Rohrdurchmesser soll ein Minimum von 12mm betragen mit einer gerillten inneren Oberfläche, um diese zu vergrössern und ein Zusammenlaufen von Flüssigkeit zu verhindern. Die Mindestdicke der Rohrwurzel soll 0.35mm sein. Die Anzahl der Rohrreihen wird passend zu der Behandlung entschieden. Mehrreihige Wärmerohre sollen die Rohre gestaffelt und gleichseitig angeordnet haben um den Wärmetransfer auf der Luftseite zu optimieren.

1.4 GEHÄUSEGehäuse werden aus galvanisiertem Stahlblech mit Minimumdicke 1.2mm hergestellt. Zu dem Gehäuse gehören Rohrböden, Seitenplatten und Zwischenplatten zur Verstärkung wo notwendig. Zu den geraden Wärmerohren gehören ein zentraler Zwischenboden um eine Kreuzkontamination zwischen den beiden Luftströmen zu vermeiden. Sollten die Aussenbedingungen es erlauben, dass Feuchtigkeit auf der Oberfläche der geraden Wärmerohre kondensieren kann, dann muss das Wärmerohr komplett mit einer integralen Ablaufwanne ausgestattet sein, es sei denn das Klimagerät bietet ein Grossreservoir. Vertikale, gerade Wärmerohre mit Ablaufwannen müssen mit feuchtigkeitsbeseitigenden Schaufeln ausgestattet sein welche die Feuchtigkeit von den horizontalen Lamellenoberflächen auffangen. Die Enden der frreiliegenden Rohre sollen mit Abdeckungen beschützt werden und die zweil Teile der gewickelten Rohre sollen fest verbunden sein.

1.5 ARBEITSFLÜSSIGKEIT

Die Arbeitsflüssigkeit ist Wasser. Der Wärmerohrkreislauf wurde vom Hersteller mit der genau berechneten Menge Wasser gefüllt und hermetisch versiegelt. Individuelle Wärmerohre sollen auf eine solche Art und Weise hergestellt werden, dass alle nicht kondensierbaren Gase aus den Rohren entfernt wurden.

15

SPEZ

IFIK

ATIO

NSPC WATER HEAT PIPES für Entfeuchtung und Wärmerückgewinnung

Spezifikation

1.6 SCHALTKREIS Gewickelte Wärmerohre bestehen aus einer Anzahl von kompletten Schlaufen so dass die Arbeitsflüssigkeit in einer Richtung durch die Schlaufen fliessen kann, sprich Flüssigkeit und Dampf fliessen in dieselbe Richtung und gewähren so, dass zurückkehrende Flüssigkeit nicht vom Dampf mitgerissen werden kann. Der obere Teil des Wärmerohrs hat eine Menge an Schlaufen und jede Schlaufe ist seperat geladen. Wärmerohre mit Header Assemblies die nur einen Schaltkreis enthalten sind untauglich denn eine einzige undichte Stelle würde das gesamte Wärmerohr funktionsunfähig machen. Wenn mehrere Reihen von Wärmerohren zusammengeschlossen werden, so sollen sie in einer Gegenfluss Richtung zusammengeschlossen werden um so die Leistung des Wärmerohrs zu optimieren. Reihen sollen nicht mehrfach zusammengeschlossen werden. Die Schlaufen von Wärmerohren sollen so angelegt sein, dass die abfallende Seite zum Vorkühlbereich führt um so die Flüssigkeit gravitätsunterstützt zurückkehren zu lassen und damit den internen Wärmeaustausch zu optimieren.

Gerade Wärmerohre bestehen aus einer Anzahl von kompletten Schlaufen, und jede Schlaufe sitzt auf dem Zu- und Abluftweg mit der gleichen Anzahl an Schläuchen pro Bereich. Es befindet sich eine Vielzahl an Schlaufen in der Höhe/ Weite des Wärmerohrs und jede Schlaufe ist individuell geladen. Wärmerohre mit Header Assemblies die nur einen Schaltkreis enthalten sind untauglich denn eine einzige undichte Stelle würde das gesamte Wärmerohr funktionsunfähig machen. Wenn mehrere Reihen von Wärmerohren benutzt werden, sollen keine Schläuche aus verschiedenen Reihen verbunden werden, da dies den korrrekten Gegenfluss zwischen den Luftströmen gewährleistet und die Wärmerohrleistung optimiert. Reihen sollen nicht mehrfach zusammengeschlossen werden. Die Schlaufen von Wärmerohren sollen so angelegt sein, dass die abfallende Seite zum Vorkühlbereich führt um so die Flüssigkeit gravitätsunterstützt zurückkehren zu lassen und damit den internen Wärmeaustausch zu optimieren. In vertikalen Wärmerohren fliesst die wärmere Luft über den Boden des Wärmerohrs und horizontale Wärmerohre bieten ein Gefälle von der wärmeren Seite zur kühleren Seite hoch.

1.7 LEISTUNG Wärmerohre sollen so entworfen sein, dass sie den jeweiligen Bedingungen entsprechen wenn diese mit den in der Beschreibung aufgeführten Bedingungen übereinstimmen. Alternativ akzeptabel und gleichwertige Standards sind AHRI 410 sowie AHRI 1060 . Alle Software, die dazu benutzt wird die Leistung von Wärmeroheren vorzubestimmen soll auf den Ergenissen dieser unabhängigen Tests basieren.

1.8 INSTALLATIONGewickelte Wärmerohre sind so entworfen, dass sie um die Hauptkühlspule innerhalb des Klimageräts passen und seine Masse werden so berechnet sein, dass dies möglich ist. Sowohl das Wärmerohr wie auch die Kühlspule sollen sollen versiegelt sein dass keine Luft an den Lamellenblöcken des Wärmerohrs oder der Kühlspule vorbeikommt. Die Basis des Luftbehandlungsbereiches des Kühlgeräts bildet eine Auffangwanne.

Wärmerohre für Energierückführung in Klimageräten sind so entworfen, dass sie in die Zu- und Abluftbereiche passen, mit Flanschen auf der zentralen Trennplatte so bemessen, dass sie mit der Dicke der Platten, von denen die Verdecke getrennt werden, übereinstimmen. Das Wärmerohr soll so bemessen sein, dass sie die Lamellenoberfläche, wenn in das Klimagerät installiert, maximieren kann. Sobald das Wärmerohr in das Klimagerät installiert ist soll es blockiert werden, sodass weder an den Lamellenblöcken der Zu- noch der Abluft Luft vorbeiziehen kann.

Wärmerohre, die an den Kanälen für Energierückführungs- oder Entfeuchtungssystemen angebracht sind, müssen so bemessen sein, dass sie in in den Zu- und Abluftbereich passen. Bei Bedarf soll der Installateur ober- und unterhalb des Wärmerohrs Leitungstransformationsteile anbringen, um so die richtige Luftgeschwindigkeit zu gewähren. Das Gehäuse des Wärmerohrs soll mit Flanschen für die Zusammenführung mit den angrenzenden Rohrleitungen, ausgestattet sein. Passflächen sollen verschraubt oder vernietet werden und in Übereinstimmung gängiger Vorgansweisen auch versiegelt werden.

Ref: WHP Issue 1

S & P Coil Products LimitedSPC House, Evington Valley Road, Leicester LE5 5LUTel: +44 (0)116 249 0044 Fax: +44 (0)116 249 0033email: spc@spcoils.co.ukwww.spcoils.co.uk