Change search
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link
Testing the Heat Transfer of a Drain Water Heat Recovery Heat Exchanger
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Energy Technology.
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Energy Technology.
2016 (English)Independent thesis Basic level (degree of Bachelor), 10 credits / 15 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

This study investigates the change in thermal resistance due to fouling in drain water pipes. As insulation of houses and energy efficiency of appliances improve, the importance of Drain Water Heat Recovery (DWHR) is growing steadily. In older houses, the relative heat loss through drain water is smaller than in newly built houses, but should still be considered. For example, 17 % of the total heat loss in Swedish multi-family houses built before 1940 was transported with the drain water (Ekelin et al., 2006). The average temperature of drain blackwater is between 23 °C and 26 °C (Seybold & Brunk, 2013), and a part of its heat can be recovered in DWHR systems. This allows cold incoming water to houses and buildings to be pre-heated by drain water before it is heated in the heat pump. Depending on the system, 30 % to 75 % of the heat from drain water can be recovered (Zaloum et al., 2007b).

A threat to heat exchanger performance is that additional materials, so called fouling, accumulate on the surfaces of the heat exchangers and increases its thermal resistance. This resistance can be described by a fouling resistance and can be very costly due to losses in heat transfer and required cleaning. To quantify the fouling resistance, experiments were conducted in a climate chamber on Brinellvägen 66, using a pipe that had been installed for 3 years in the sewage system from the men’s toilet on Brinellvägen 64B. The installed pipe was compared with a pipe from the same manufacturer with the same dimensions. The pipes were sealed and filled with water at about 20 °C. Thermocouples were used to measure the decrease in water temperature over time in both pipes. Based on these measurements, the difference in thermal resistance was found, using curve fitting and the Lumped Capacitance Method. The fouling resistance was quantified by comparing the thermal resistances of the test pipe with and without fouling.

The main findings were firstly that fouling significantly increases the thermal resistance of aluminium pipes. Secondly, corrosion causes a significant decrease in the pipes’ thermal resistance. The combination of these effects led to a decrease of 14 % in thermal resistance in the examined system after three years compared to the time of installation. The decrease in thermal resistance due to corrosion in the test pipe was 44 % compared to the time of installation. Furthermore, the thermal resistance of the test pipe decreased by 51 % when it was cleaned from the fouling. The fouling resistance of the 0.81 mm fouling layer was found to be 0.03068 m2K/W.

Abstract [sv]

Denna studie undersöker den ökade termiska resistansen i avloppsrör på grund av beläggningar. Idag lägg stor vikt vid bra isolering och energieffektiv utrustning i nybyggda hus, vilket även sätter press på värmeåtervinning av avloppsvatten. Värmeåtervinningen av avloppsvatten är mindre viktig i äldre hus, då den relativa värmeförlusten av avloppsvatten är lägre än i nybyggda hus, men bör likväl tas i akt vid utvärderingen av värmeanvändning. I ett svenskt flerfamiljshus byggt före 1940 stod värmeförlusten på grund av varmt avloppsvatten för 17 % av den totala värmeförlusten (Ekelin et al., 2006). Den genomsnittliga temperaturen för svartvatten ligger på 23 °C till 26 °C (Seybold & Brunk, 2013), varav delar av värmen kan återvinnas i värmeväxlare. Detta bidrar till att det kalla ingående vattnet till värmepumpen förvärms av värmen från avloppsvattnet. Beroende på system och material kan 30 % till 75 % av värmen från avloppsvatten återvinnas (Zaloum et al., 2007b).

Ett hot mot prestandan av värmeväxlare är att beläggning formas på de värmeöverförande ytorna i värmeväxlaren. Detta bidrar till en ökad termisk resistans och kan vara mycket kostsam på grund av minskning av värmeöverföring och nödvändig rengöring av anordningen. För att undersöka omfattningen av den ökade termiska resistansen utfördes en rad experiment i en klimatkammare på Brinellvägen 66. En jämförande metod användes där ett aluminiumrör, som tidigare installerats i avloppssystemet från herrarnas toalett i korridoren på Brinellvägen 64B, jämfördes med ett identiskt rör av samma tillverkare. Rören var tätade och fyllda med 20-gradigt kranvatten. Termoelement användes för att, över tid, mäta minskningen av vattentemperaturen i rören. Temperaturskillnaden användes för att beskriva skillnaden i termisk resistans genom att utföra kurvanpassning och tillämpa Lumped Capacitance Method. Skillnaden i termisk resistans mellan de båda rören antogs vara lika med beläggningens motstånd för värmeöverföring.

Två huvudsakliga resultat kom av studien. Det första var att beläggning bidrar till ökad termisk resistans av aluminiumrör. Den andra var att korrosion tillsammans med andra externa faktorer orsakar en märkbar minskning av rörens termiska resistans. Totalt sett orsakade beläggningen tillsammans med korrosion en minskning av 14 % av den termiska resistansen i provröret, jämfört med den termiska resistansen vid installationstillfället. Vidare låg minskningen i termisk resistans på grund av korrosion i teströret på 44 % jämfört med den termiska resistansen vid installationstillfället och den genomsnittliga termiska resistansen av det rengjorda teströret låg på 51 % lägre än den genomsnittliga resistansen av teströret innan rengöring. Den beräknade resistansen för ett 0.81 mm tjockt lager av beläggning var 0.03068 m2K/W.

Place, publisher, year, edition, pages
2016. , 67 p.
National Category
Mechanical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-190188OAI: oai:DiVA.org:kth-190188DiVA: diva2:952034
Supervisors
Examiners
Available from: 2016-08-12 Created: 2016-08-11 Last updated: 2016-08-12Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(2728 kB)14 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2728 kBChecksum SHA-512
fc96bd4b4ec1113be112e98584f56c4b1c6e714f02232096160d83c56aca79d3354ba82421f99bc41b69289206d05cc50c567ba4eabfb46a4cf9b1f2c59e685e
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Energy Technology
Mechanical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 14 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Total: 28 hits
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link