Författare: Myconds tekniska avdelning
Integrering av avfuktare med värmesystem är en effektiv ingenjörslösning för att höja den övergripande energieffektiviteten i byggnader i regioner med stort värmebehov, såsom Sverige. Den spillvärme från avfuktarens kondensor som traditionellt avges till rummet kan bli en värdefull energiresurs för värme- och tappvarmvattensystem. I denna artikel behandlar vi de tekniska aspekterna av en sådan integrering, de termodynamiska processerna, kopplingsscheman samt kriterierna för när det är motiverat att införa sådana lösningar.
Värmebalans i en kylavfuktare: källa till spillvärme
Avfuktarens termodynamiska cykel i kylutförande innefattar kylning av luften i förångaren till under daggpunkt, kondensation av fukten samt efterföljande uppvärmning av den avfuktade luften i kondensorn. Denna process åtföljs av att en betydande mängd värme avges i kondensorn, som kan återvinnas.
Kondensatorns värmebalans i en avfuktare består av tre huvudkomponenter:
1. Latent kondensationsvärme – den energi som frigörs när vattenånga kondenserar på förångaren. Den beräknas som produkten av avfuktningskapaciteten (kg/h) och vattnets specifika förångningsvärme (kJ/kg), som beror på kondensationstemperaturen och ligger på cirka 2300–2500 kJ/kg. Det är viktigt att förstå att förångningsvärmet inte är en konstant utan beror på temperaturen och hämtas ur ångtabeller.
2. Kompressorarbetet – den elektriska effekt som förbrukas av kylcykelns kompressor. Denna storhet hämtas från avfuktarens tekniska data eller beräknas vid dimensionering av kylcykeln.
3. Sensibel värme i luften – extra värme som överförs till luften när den passerar genom avfuktaren. Dess storlek beror på konstruktiva särdrag och driftläge för utrustningen.
Den psykometriska luftbehandlingsprocessen i avfuktaren kan beskrivas som en följd av steg i ett h-d-diagram: först kyls luften i förångaren till en temperatur under daggpunkten, varvid en del av fukten kondenserar, därefter värms den avfuktade kalla luften upp i kondensorn och lämnar avfuktaren varmare än den kom in.
Låt oss se på ett konkret numeriskt exempel: om avfuktaren tar bort 10 kg/h fukt vid en kondensationstemperatur på 35°C blir den latenta kondensationsvärmen ungefär 10 kg/h × 2400 kJ/kg = 24000 kJ/h eller 6,67 kW. Om kompressorarbetet är 3 kW blir den totala värmen i kondensorn 6,67 kW + 3 kW = 9,67 kW.
Teoretiska grunder för värmeåtervinning: kondensatorns potential och temperaturnivåer
En nyckelfråga vid värmeåtervinning är skillnaden mellan köldmediets kondensationstemperatur och värmebärarens temperatur. Köldmediets kondensationstemperatur beror på temperaturen hos det kylande mediet (luft eller vatten) och värmeväxlarens temperaturdifferens. Till exempel kan kondensationstemperaturen för en luftkyld kondensor i ett rum med 25°C vara 35–45°C. För en vattenkyld kondensor med vattentemperatur 30°C kan kondensationstemperaturen vara 40–50°C. Dessa värden är inte universella utan beror på specifika förhållanden och beräkningar.
För att bedöma avfuktarens effektivitet används ofta COP (Coefficient of Performance). Man skiljer på två typer av COP:
- Värme-COP = värmen i kondensorn / kompressorarbetet – förhållandet mellan värmeavgivningen och elförbrukningen;
- Kyla-COP = värmen i förångaren / kompressorarbetet – förhållandet mellan kyleffekten och elförbrukningen.
Det är värt att notera att kataloger för avfuktare ofta anger SMER (Specific Moisture Extraction Rate) i l/kWh eller kg/kWh, vilket är ett mått på avfuktningseffektivitet men inte är detsamma som COP.
Jämför man en avfuktare med en luft-vatten-värmepump kan man konstatera att värmepumpen tar värme från utomhusluften, vars temperatur vintertid kan vara från –10°C till +10°C, medan avfuktaren tar värme från inomhusluft med 20–25°C, vilket ger stabilare driftförhållanden för förångaren.
Potentialen för värmeåtervinning beror på temperaturskillnaden, typen av värmeväxlare och driftläget. Med korrekt val av värmeväxlare och matchade temperaturnivåer är det möjligt att avleda större delen av kondensatorns värme till nyttig last, där den exakta storleken beror på systemets parametrar.
Det är viktigt att beakta att en höjning av kondensationstemperaturen vid ökande temperatur på kylvattnet minskar kylcykelns effektivitet, vilket begränsar värmebärarens maximala temperatur.
Integrationsscheman: tre grundläggande angreppssätt
Det finns tre huvudsakliga sätt att integrera avfuktare med värmesystem:
1. Separat vattenvärmeväxlare – en plattvärmeväxlare eller mantel- och rörvärmeväxlare installeras på kondensorsidan. Den varma sidan är köldmediet eller luften efter kondensorn (beroende på avfuktarens konstruktion), den kalla sidan är vatten i värmesystemet eller tappvarmvattensystemet. Hydraulisk inkoppling görs mot värmesystemets returledning eller VV-krets via cirkulationspump, expansionskärl och balanseringsventiler. Fördelar: enkelhet, möjlighet att efterutrusta befintliga system. Nackdelar: extra hydrauliskt motstånd, behov av separat cirkulationspump.
2. Kaskadkoppling med värmepump – avfuktaren värmer vatten från temperatur T1 till T2 (t.ex. från 20°C till 40°C), och värmepumpen eftervärmer från T2 till T3 (t.ex. från 40°C till 60°C) för tappvarmvatten. En buffertank installeras mellan dem för att jämna ut driften. Fördelar: lägre belastning på värmepumpen, högre sammanlagd COP för systemet eftersom värmepumpen arbetar med en förvärmd källa. Nackdelar: mer komplex automatik, behov av samordnade driftlägen för två enheter.
3. Direkta lågtemperaturkonsumenter – kondensatorvärmen leds till golvvärme (framledning 30–40°C), uppvärmning av tilluften i ventilationen (20–30°C) eller pooluppvärmning (26–30°C). Fördelar: väl matchade temperaturnivåer, maximal återvinning utan extra utrustning. Nackdelar: kräver att sådana lågtemperaturkonsumenter finns på objektet.
Val av schema beror på tillgång till konsumenter, deras temperaturnivå och deras drift över året.
Sammanfattande tabell över värmekonsumenter och deras kompatibilitet med avfuktare:
- Golvvärme (30–40°C): god kompatibilitet, möjlig direkt inkoppling
- Tappvarmvatten (55–60°C): begränsad kompatibilitet, kräver kaskad eller eftervärmning
- Radiatorer (50–70°C): begränsad kompatibilitet, endast i kaskad med värmepump
- Pool (26–30°C): utmärkt kompatibilitet, idealisk konsument året runt
Beräkning av återvunnen värme: ett detaljerat exempel
Låt oss betrakta ett konkret exempel på värmeåtervinning från en avfuktare för en pool:
Ingångsdata:
- Avfuktningskapacitet G = 20 kg/h (beräknad utifrån poolens fuktavgivning)
- Rumsluftens temperatur: 28°C
- Relativ luftfuktighet i rummet: 60%
- Avfuktarens elektriska effekt (enl. tekniska data): N = 6 kW
Steg 1: Beräkning av latent kondensationsvärme
Förångningsvärme vid 28°C: r ≈ 2435 kJ/kg (ur ångtabeller)
Latent värme Q(latent) = G × r = 20 kg/h × 2435 kJ/kg = 48700 kJ/h = 13,5 kW
Steg 2: Kondensorns värmebalans
Värmen i kondensorn Q(kondensor) = Q(latent) + N = 13,5 kW + 6 kW = 19,5 kW
Detta är den totala värmeeffekt som avges i kondensorn.
Steg 3: Återvunnen effekt via vattenvärmeväxlare
Vi antar en värmeväxlarverkningsgrad på 80% (realistiskt för en plattvärmeväxlare vid korrekt dimensionering)
Återvunnen värme Q(återvunnen) = Q(kondensor) × 0,8 = 19,5 kW × 0,8 = 15,6 kW
Steg 4: Uppvärmning av poolvattnet
Vattenflöde genom värmeväxlaren: m = 0,5 kg/s (väljs efter temperaturdifferens och hydraulik i kretsen)
Vattnets specifika värmekapacitet: c = 4,19 kJ/(kg·K)
Temperaturhöjning ΔT = Q(återvunnen) / (c × m) = 15,6 kW / (4,19 kJ/(kg·K) × 0,5 kg/s) = 7,4 K
Om vattnet in har 26°C blir ut 26°C + 7,4°C = 33,4°C, vilket passar för pooluppvärmning.
Steg 5: Bedömning av effekt för poolens värmesystem
Utan återvinning: all pooluppvärmning sker från gaspanna eller elvärmare.
Med återvinning: 15,6 kW ”gratis” värme minskar belastningen på huvudvärmaren.
Årlig besparing beror på avfuktarens driftstimmar, energipriser och tillgång till alternativa värmekällor.
Säsongsanvändning: vinter, övergångsperiod, sommar
Effektiviteten i systemet för värmeåtervinning från avfuktaren beror i hög grad på säsongen:
Vinterdrift: kondensorvärmen leds helt till uppvärmning eller poolvärme, avfuktaren styrs av signal från fuktgivare. Om konsumenten är lågtemperaturvärme (golvvärme) kan systemet arbeta autonomt. För konsumenter med högre temperaturnivå (tappvarmvatten, 60°C) ger avfuktaren basuppvärmning till 45–50°C, och ytterligare eftervärmning sker via panna eller värmepump.
Övergångsperiod (vår–höst): en del av värmen återvinns när uppvärmning fortfarande behövs, och en del kan vara överskott. Ett växlingssystem krävs – en automatisk trevägsventil som leder värmen antingen till uppvärmning, till bortledning (om uppvärmning inte längre behövs) eller till buffertank.
Sommardrift: om en kontinuerlig värmekonsument finns (pool, processvärme) leds värmen dit året runt. Om ingen sådan finns krävs ett system för bortledning av värme – dry cooler (torrkylare) eller kyltorn. Alternativt kan vattenkretsen kopplas bort, varvid avfuktaren avger värme till rummet, vilket ökar belastningen på kylmaskinen.
För att automatisera säsongsregleringen används en lösning med trevägsventil och styrsystem. Logik: OM uteluftens temperatur > 20°C ELLER rumstemperaturen > 26°C ELLER ingen värmebegäran från termostat, DÅ leds värmen till dry cooler eller till rummet, ANNARS går värmen till värmekretsen.
Påverkan av integrering på avfuktningens effektivitet
Integrering av avfuktaren med värmesystem påverkar avfuktningsprocessens egen effektivitet. Kedjan av fysiska processer är följande: en höjning av kylvattnets temperatur i kondensorn leder till höjd kondensationstemperatur för köldmediet, vilket medför högre kondensationstryck. Detta minskar i sin tur köldmediets massflöde genom kompressorn, vilket leder till lägre kyleffekt i förångaren och därmed lägre avfuktningskapacitet.
En kvantitativ bedömning av denna påverkan beror på kompressortyp, köldmedium och utgångsbetingelser. För typiska scrollkompressorer med R410A kan en höjning av kondensationstemperaturen med 10 K leda till en minskning av kompressorns massflöde i en omfattning som beror på den specifika modellens konstruktion. Exakta värden fås från kompressordiagram för den aktuella modellen.
En kompromiss är att begränsa värmebärarens maximala utgående temperatur. Om det till exempel behövs 55°C för tappvarmvatten men avfuktaren bara kan arbeta effektivt upp till 45°C på värmebäraren, är en kaskadlösning lämplig: avfuktaren värmer vattnet från 20°C till 45°C, och värmepumpen eftervärmer från 45°C till 55–60°C.
System med inverterstyrd kompressor kan delvis kompensera kapacitetsfallet genom att öka varvtalet, men detta höjer elförbrukningen. Därför måste en balans hittas mellan avfuktningskapacitet och systemets energieffektivitet.
När integrering är ingenjörsmässigt motiverad: tillämpningskriterier
Integrering av avfuktare med värmesystem är lämplig om ALLA följande villkor uppfylls samtidigt:
1. Stabila fuktavgivningar – avfuktaren arbetar inte sporadiskt utan minst 10–15 timmar per dygn under 6 eller fler månader per år. Typiska objekt: pooler, tvätterier, torkzoner, grönsakslager, farmaceutisk produktion.
2. Tillgång till en kontinuerlig lågtemperaturkonsument (upp till 50°C) – golvvärme, poolvärmning, tilluft, lågtemperaturradiatorer, processvärme.
3. Lösning för sommarperioden – året runt-konsument (pool), system för värmebortledning (dry cooler, kyltorn) eller koordinerat driftläge (avfuktaren arbetar nattetid när värmen inte stör dagkylningen).
4. Lämpligt effektförhållande – avfuktarens värmeeffekt är minst 20–30% av objektets basvärmebehov, annars kan integrationskomplexiteten inte löna sig genom investeringen.
Integrering INTE har ingenjörsmässig mening om:
- Avfuktaren fungerar sporadiskt (1–2 timmar per dygn, endast på sommaren).
- Det saknas lågtemperaturkonsumenter (endast högtemperaturvärme >70°C eller tappvarmvatten utan möjlighet till kaskadlösning).
- Projektets ekonomi är olönsam (integrationskostnaden överstiger 8–10 års energibesparing med rådande tariffer).
Det finns också gränsfall där integreringens effektivitet minskar:
- Rumstemperatur 15°C – avfuktningseffektiviteten faller kraftigt på grund av låg förångningstemperatur.
- Kondensationstemperatur >60°C – de flesta hushålls- och kommersiella kompressorer är inte dimensionerade för så högt tryck.
- Regioner med mycket kort uppvärmningssäsong (3 månader) – återbetalningen försämras på grund av få användningstimmar av den återvunna värmen.
Vanliga projekteringsfel
Vid projektering av system för att integrera avfuktare med värme görs ofta följande misstag:
1. Att ignorera avfuktarens värmeavgivning vid beräkning av kylbehov – på sommaren klarar inte kylmaskinen lasten och rumstemperaturen överskrider normen. Exempel: pool med avfuktare på 25 kW, men i kylprojektet beaktas endast människors fuktavgivning och solinstrålning, inte avfuktarens värmeavgivning, vilket leder till brist på kyleffekt och överhettning i rummet.
2. Avsaknad av möjlighet att dumpa värme sommartid – avfuktaren kan antingen inte arbeta (nödstopp på högt kondensationstryck) eller överhettar rummet. Lösning: förutse dry cooler eller sommarkonsument (pool, processvärme) redan i projekteringsskedet.
3. Felaktigt vald värmebärartemperatur – beställaren vill ha 60°C för tappvarmvatten, projektören kopplar in avfuktaren direkt utan kaskad, vilket gör att kondensationstemperaturen stiger till kritiska nivåer (55–60°C), avfuktningskapaciteten faller och rumsluften hålls inte på projekterad fuktnivå. Lösning: kaskadschema eller begränsning av värmebärarens maxtemperatur.
4. Avsaknad av bufferttank i system med variabel värmekonsumtion – avfuktaren styrs av fukt (start/stopp från hygrostat), medan värmekonsumenten styrs av temperatur (termostat), vilket leder till osynkroniserade driftlägen och frekventa start/stopp av kompressorn. Lösning: buffertank (300–500 l för kommersiella system) för att jämna ut kortvariga skillnader i drift.
5. Långa avstånd mellan avfuktare och konsument utan beräkning av värmeförluster – avfuktare i källare, konsument på tak, 50 meters avstånd, rörledningar utan isolering eller med tunn isolering. Resultat: värmeförluster i rören kan utgöra en betydande del av nyttig effekt. Lösning: placera avfuktaren närmare konsumenten eller använd kvalitetsisolering 50–100 mm.
6. Överdrivna förväntningar – avfuktaren betraktas som fullvärdig ersättning för värmepump eller panna. Verkligheten: avfuktaren ger så mycket värme som den tar bort fukt. Om fuktavgivningen är liten eller säsongsbunden blir även värmen liten. Lösning: realistisk beräkning av värmepotential med hänsyn till årlig fuktprofil.
Slutsatser
Integrering av en avfuktare med värmesystem eller värmepump genom återvinning av kondensorvärme är en effektiv ingenjörslösning för objekt med stabil fuktavgivning och lågtemperaturkonsumenter av värme. Det är inte en universallösning utan ett verktyg för specifika förhållanden.
Nyckelförutsättningar för framgång:
- Korrekt värmebalans och tydlig energibalans för kondensorn
- Matchning av temperaturnivåer (maximal värmebärartemperatur anpassad till kompressorns kapacitet)
- Lösning för sommarperioden (dry cooler, året runt-konsument eller koordinerat driftläge)
- Realistiska förväntningar (insikt om att värmemängden begränsas av fuktavgivningen, inte av värmeförlusterna)
Rekommendationer för projekterande ingenjörer:
- Analysera möjligheten till värmeåtervinning redan i projekteringsskedet, även om införandet skjuts upp
- Förbered infästningar och reservera plats för utrustning
- Utför detaljerad beräkning med konkreta ingångsdata
- Förutse framtida modernisering (förbered rördragning, plats för värmeväxlare, elmatning för pumpar)
Kriterier för lämpligheten av integrering: stabil fuktavgivning under 6+ månader, tillgång till lågtemperaturkonsument (upp till 50°C) och en lösning för sommarperioden. Om minst ett villkor inte uppfylls kräver integreringen ytterligare en teknisk-ekonomisk analys.
Värmeåtervinning från en avfuktare är inte en universallösning, utan ett ingenjörsverktyg för specifika förhållanden. Framgången beror på projekteringskvaliteten, en detaljerad värmebalans och en realistisk beräkning av den ekonomiska lönsamheten för det specifika objektet med dess specifika ingångsdata.
