An Experimental Investigation of a Quasi-Counter-Flow Air-to-Air Membrane Energy Exchanger

Abstract

Byggesektoren star for en stor andel av menneskers utslipp og energibruk, og det finnes et stort potensiale til a redusere dette. Moderne bygninger er mer lufttette enn tradisjonelle bygg for å spare energi, men dette kan gå på bekostning av luftk- valiteten. For a oppnå tilstrekkelig luftkvalitet gjenstår ventilasjon som den eneste løsningen. Mye av energien som blir brukt til ventilasjon går med til å varme opp luften som kommer utenfra, og varmegjenvinnere er en vanlig løsning. Tradisjonelle platevarmegjenvinnere utnytter ikke latent varme i luften, i tillegg til at de ofte har problemer med tilfrysing og konsensering på avkastsiden.

En membranbasert varmegjenvinner er foreslatt som et bedre alternativ enn den tradisjonelle platevarmegjenvinneren. Membrangjenvinneren har færre problemer med tilfrysning og kondensering i avkastluften sammenlignet med vanlige varmegjenvinnere, da den kan gjenvinne både varme og fuktighet. Tidligere undersøkelser har vist at membrangjenvinnere av typen kvasi-motstrøms luft-til-luft MEE har oppnådd høy følbar og latent effektivitet. I denne oppgaven har en slik type gjen- vinner blitt undersøkt eksperimentelt. Bade følbar og latent effektivitiet ble un- dersøkt for ulike luftmengder, utetempereaturer og relativ fuktighet i avtrekksluften. I tillegg ble overføring av VOC fra avtrekksluften til tilluften i gjenvinneren undersøkt.

Resultatene viste at både følbar og latent effektivitet oppnådde høye verdier. Effek- tiviteten som ble målt var mellom 88.1% og 96.1% for varme, og mellom 87.8% og 67.2% for fuktighet. Derimot viste målingene av VOC at mer enn forventet ble overført fra avtrekk til tilluft. Sammenlignet med annen forskning viser det seg at en membran laget av polypropylen, slik som den som ble brukt i forsøkene, kanskje ikke er det beste alternativet.

Ideelt bør en MEE oppnå både høy latent effektivitet, og ha minimalt med overføring av VOC fra avtrekk til tilluft. Det kan tyde på at en annen type membran med høy selektivitet for vann over andre type stoffer bør testes ut for a oppnå dette.

The building sector is a significant contributor to emissions and energy use and has excellent potential to reduce this. Modern buildings have larger air tightness than traditional buildings in order to to save energy, and ventilation is the only option to provide adequate air quality. Much energy is used to heat the supply air in cold climates. As a result, heat exchangers are commonly used. However, the conventional heat exchangers do not utilise the latent heat in the air. Additionally, conventional plate heat exchangers are known to have problems with frost and condensation in the exhaust channel.

A membrane energy exchanger is proposed as a better alternative to the conventional plate heat exchanger. The membrane energy exchanger recovers both heat and moisture and is less vulnerable to frost compared to plate heat exchangers. A quasi-counter-flow configuration in MEEs has proven to obtain high effectiveness in previous studies. In this thesis, a quasi-counter-flow air-to-air membrane energy exchanger has been experimentally investigated. Both the effectiveness and the transfer of VOCs from the exhaust air to the supply air were considered. Different airflow rates, outdoor temperature, and exhaust relative humidity were tested.

The results showed that both the sensible and the latent effectiveness were quite high. Values between 88.1% and 96.1% were measured for the sensible effectiveness, and values between 87.8% and 67.2% were measured for the latent effectiveness. However, the VOC transfer through the exchanger was higher than expected. Compared to previous studies, the polypropylene membrane used in the experiments might not be the best choice.

Ideally, the MEE should achieve both a high latent effectiveness and experience a minimum of VOC transfer to the supply channel. A different membrane with high selectivity of water over other species should be investigated to accomplish this.