Ventilație de alimentare și evacuare cu recuperare de căldură: principiu de funcționare, revizuire a avantajelor și dezavantajelor

Furnizarea de aer proaspăt în perioada rece duce la necesitatea încălzirii acestuia pentru a asigura microclimatul interior corect.Pentru a minimiza costurile cu energie, poate fi utilizată ventilația de alimentare și evacuare cu recuperare de căldură.

Înțelegerea principiilor funcționării acestuia vă va permite să reduceți cel mai eficient pierderile de căldură, menținând în același timp un volum suficient de aer înlocuit. Să încercăm să înțelegem această problemă.

Economie de energie în sistemele de ventilație

În perioada toamnă-primăvară, la aerisirea încăperilor, o problemă serioasă este diferența mare de temperatură dintre aerul de intrare și aerul din interior. Fluxul rece se repedează și creează un microclimat nefavorabil în clădirile rezidențiale, birouri și fabrici sau un gradient vertical de temperatură inacceptabil într-un depozit.

O soluție comună la problemă este integrarea în ventilația de alimentare încălzitor de aer, cu ajutorul căruia se încălzește fluxul. Un astfel de sistem necesită un consum de energie, în timp ce un volum semnificativ de aer cald care iese afară duce la pierderi semnificative de căldură.

Ieșirea aerului în exterior cu abur intens servește ca un indicator al pierderii semnificative de căldură, care poate fi folosită pentru a încălzi fluxul de intrare

Dacă canalele de intrare și de evacuare a aerului sunt situate în apropiere, atunci este posibil să transferați parțial căldura fluxului de ieșire către cel de intrare.Acest lucru va reduce consumul de energie al încălzitorului sau îl va elimina cu totul. Un dispozitiv pentru asigurarea schimbului de căldură între fluxurile de gaz de diferite temperaturi se numește recuperator.

În sezonul cald, când temperatura aerului exterior este semnificativ mai mare decât temperatura camerei, se poate folosi un recuperator pentru a răci fluxul de intrare.

Proiectarea unei unități cu recuperator

Structura internă a sistemelor de ventilație de alimentare și evacuare cu recuperator integrat Sunt destul de simple, astfel încât pot fi achiziționate și instalate independent element cu element. Dacă asamblarea sau autoinstalarea este dificilă, puteți achiziționa soluții gata făcute sub formă de monobloc standard sau structuri prefabricate individuale la comandă.

Un design tipic al unui sistem de ventilație de alimentare și evacuare cu un recuperator situat într-o singură carcasă poate fi completat cu alte componente, la discreția utilizatorului

Elemente principale și parametrii acestora

Corpul cu izolație termică și fonică este de obicei realizat din tablă de oțel. În cazul instalării pe perete, acesta trebuie să reziste la presiunea care apare la spumarea fisurilor din jurul unității și, de asemenea, să prevină vibrațiile din funcționarea ventilatoarelor.

În cazul admisiei și debitului de aer distribuit în diverse încăperi, conectați la carcasă sistem de conducte de aer. Este echipat cu supape și clapete pentru distribuirea debitelor.

Dacă nu există conducte de aer, pe orificiul de alimentare din partea laterală a încăperii este instalată o grilă sau un difuzor pentru a distribui fluxul de aer. O grilă de admisie a aerului de tip extern este instalată pe orificiul de admisie din partea străzii pentru a împiedica păsările, insectele mari și resturile să intre în sistemul de ventilație.

Mișcarea aerului este asigurată de două ventilatoare cu acțiune axială sau centrifugă. In prezenta unui recuperator, circulatia naturala a aerului intr-un volum suficient este imposibila datorita rezistentei aerodinamice create de aceasta unitate.

Prezența unui recuperator presupune instalarea de filtre fine la intrarea ambelor fluxuri. Acest lucru este necesar pentru a reduce intensitatea înfundarii canalelor subțiri ale schimbătorului de căldură cu depuneri de praf și grăsime. În caz contrar, pentru ca sistemul să funcționeze pe deplin, va fi necesară creșterea frecvenței întreținerii preventive.

Filtrele fine trebuie schimbate sau curățate periodic. În caz contrar, rezistența crescută la fluxul de aer va cauza defecțiunea ventilatorului.

Unul sau mai multe recuperatoare ocupă volumul principal al dispozitivului de alimentare și evacuare. Sunt montate în centrul structurii.

În cazul înghețurilor severe tipice pentru teritoriul și al eficienței insuficiente a recuperatorului de a încălzi aerul exterior, puteți instala suplimentar un încălzitor. De asemenea, dacă este necesar, se instalează un umidificator, un ionizator și alte dispozitive pentru a crea un microclimat favorabil în cameră.

Modelele moderne includ o unitate de control electronică. Modificările complexe au funcții de programare a modurilor de funcționare în funcție de parametrii fizici ai mediului aerian. Panourile exterioare au un aspect atractiv, datorită căruia se pot potrivi bine în orice interior.

Rezolvarea problemei condensului

Răcirea aerului care vine din cameră creează premisele pentru eliberarea umidității și formarea condensului. În cazul unui debit mare, cea mai mare parte nu are timp să se acumuleze în recuperator și iese afară.Cu mișcarea lentă a aerului, o parte semnificativă a apei rămâne în interiorul dispozitivului. Prin urmare, este necesar să se asigure că umiditatea este colectată și îndepărtată în afara carcasei. sistem de alimentare si evacuare.

Un dispozitiv elementar pentru colectarea și evacuarea condensului este o tavă situată sub schimbătorul de căldură cu o pantă spre orificiul de scurgere

Umiditatea este îndepărtată într-un recipient închis. Este amplasat numai în interior pentru a evita înghețarea canalelor de evacuare la temperaturi sub zero. Nu există un algoritm pentru calculul fiabil al volumului de apă primit la utilizarea sistemelor cu recuperator, deci este determinat experimental.

Reutilizarea condensului pentru umidificarea aerului este nedorită, deoarece apa absoarbe mulți poluanți, cum ar fi transpirația umană, mirosurile etc.

Puteți reduce semnificativ volumul de condens și puteți evita problemele asociate cu apariția acestuia prin organizarea unui sistem de evacuare separat de baie și bucătărie. În aceste încăperi aerul are cea mai mare umiditate. Dacă există mai multe sisteme de evacuare, schimbul de aer între zonele tehnice și rezidențiale trebuie limitat prin instalarea supapelor de reținere.

Dacă fluxul de aer evacuat este răcit la temperaturi negative în interiorul recuperatorului, condensul se transformă în gheață, ceea ce determină o reducere a secțiunii transversale deschise a fluxului și, în consecință, o scădere a volumului sau o oprire completă a ventilației.

Pentru dezghețarea periodică sau unică a recuperatorului, este instalat un bypass - un canal de bypass pentru mișcarea aerului de alimentare. Când un flux ocolește dispozitivul, transferul de căldură se oprește, schimbătorul de căldură se încălzește și gheața trece în stare lichidă. Apa curge în rezervorul de colectare a condensului sau se evaporă în exterior.

Principiul dispozitivului de bypass este simplu, prin urmare, dacă există riscul formării de gheață, este recomandabil să se furnizeze o astfel de soluție, deoarece încălzirea recuperatorului prin alte mijloace este complexă și necesită timp.

Când fluxul trece prin bypass, nu există încălzire a aerului de alimentare prin recuperator. Prin urmare, atunci când acest mod este activat, încălzitorul trebuie să pornească automat.

Caracteristici ale diferitelor tipuri de recuperatoare

Există mai multe opțiuni structural diferite pentru implementarea schimbului de căldură între fluxurile de aer rece și încălzit. Fiecare dintre ele are propriile caracteristici distinctive, care determină scopul principal pentru fiecare tip de recuperator.

Recuperator cu flux încrucișat cu plăci

Designul recuperatorului de plăci se bazează pe panouri cu pereți subțiri, conectate alternativ în așa fel încât să alterneze trecerea fluxurilor de diferite temperaturi între ele la un unghi de 90 de grade. Una dintre modificările acestui model este un dispozitiv cu canale cu aripioare pentru trecerea aerului. Are un coeficient de transfer termic mai mare.

Trecerea alternativă a fluxului de aer cald și rece prin plăci se realizează prin îndoirea marginilor plăcilor și etanșarea îmbinărilor cu rășină poliesterică.

Panourile de schimb de căldură pot fi realizate din diferite materiale:

• aliajele pe bază de cupru, alamă și aluminiu au o conductivitate termică bună și nu sunt susceptibile la rugină;
• plastic realizat dintr-un material polimer hidrofob cu un coeficient ridicat de conductivitate termică și greutate redusă;
• celuloza higroscopică permite pătrunderea condensului prin placă și înapoi în cameră.

Dezavantajul este posibilitatea formării condensului la temperaturi scăzute.Datorită distanței mici dintre plăci, umiditatea sau gheața măresc semnificativ rezistența aerodinamică. În caz de îngheț, este necesar să blocați fluxul de aer de intrare pentru a încălzi plăcile.

Avantajele recuperatoarelor de plăci sunt următoarele:

• cost scăzut;
• durată lungă de viață;
• perioadă lungă între întreținerea preventivă și ușurința implementării acesteia;
• dimensiuni și greutate reduse.

Acest tip de recuperator este cel mai comun pentru spațiile rezidențiale și de birouri. De asemenea, este utilizat în unele procese tehnologice, de exemplu, pentru a optimiza arderea combustibilului în timpul funcționării cuptoarelor.

Tip tambur sau rotativ

Principiul de funcționare al unui recuperator rotativ se bazează pe rotația unui schimbător de căldură, în interiorul căruia se află straturi de metal ondulat cu capacitate termică mare. Ca rezultat al interacțiunii cu fluxul de ieșire, sectorul tamburului este încălzit, care ulterior eliberează căldură aerului de intrare.

Schimbătorul de căldură cu ochiuri fine al unui recuperator rotativ este susceptibil la înfundare, așa că trebuie să acordați o atenție deosebită funcționării calitative a filtrelor fine

Avantajele recuperatoarelor rotative sunt următoarele:

• eficiență destul de mare în comparație cu tipurile concurente;
• revenirea unei cantități mari de umiditate, care rămâne sub formă de condens pe tambur și se evaporă la contactul cu aerul uscat care intră.

Acest tip de recuperator este mai rar folosit pentru clădirile rezidențiale pentru ventilarea apartamentelor sau cabanelor. Este adesea folosit în cazane mari pentru a returna căldura către cuptoare sau pentru spații industriale sau comerciale mari.

Cu toate acestea, acest tip de dispozitiv are dezavantaje semnificative:

• un design relativ complex cu părți mobile, inclusiv un motor electric, tambur și curea de transmisie, care necesită întreținere constantă;
• nivel crescut de zgomot.

Uneori, pentru dispozitive de acest tip, puteți întâlni termenul „schimbător de căldură regenerativ”, care este mai corect decât „recuperator”. Faptul este că o mică parte a aerului evacuat revine din cauza potrivirii libere a tamburului pe corpul structurii.

Acest lucru impune restricții suplimentare privind capacitatea de a utiliza dispozitive de acest tip. De exemplu, aerul poluat de la sobele de încălzire nu poate fi folosit ca lichid de răcire.

Sistem de tuburi si carcasa

Un recuperator de tip tubular constă dintr-un sistem de tuburi cu pereți subțiri de diametru mic amplasate într-o carcasă izolată, prin care există un aflux de aer exterior. Carcasa elimină aerul cald din cameră, ceea ce încălzește fluxul de intrare.

Aerul cald trebuie evacuat prin carcasă și nu printr-un sistem de tuburi, deoarece este imposibil să se elimine condensul din ele.

Principalele avantaje ale recuperatoarelor tubulare sunt următoarele:

• eficiență ridicată datorită principiului contracurent al mișcării lichidului de răcire și a aerului de intrare;
• simplitatea designului și absența pieselor mobile asigură niveluri scăzute de zgomot și necesită rar întreținere;
• durată lungă de viață;
• cea mai mică secțiune transversală dintre toate tipurile de dispozitive de recuperare.

Tuburile pentru acest tip de dispozitiv folosesc fie metal aliaj ușor, fie, mai rar, polimer. Aceste materiale nu sunt higroscopice, prin urmare, cu o diferență semnificativă a temperaturilor de tur, se poate forma condens intens în carcasă, ceea ce necesită o soluție constructivă pentru îndepărtarea acestuia.Un alt dezavantaj este că umplutura metalică are o greutate semnificativă, în ciuda dimensiunilor sale mici.

Simplitatea designului unui recuperator tubular face ca acest tip de dispozitiv să fie popular pentru auto-producție. Conductele din plastic pentru conductele de aer, izolate cu o carcasă de spumă poliuretanică, sunt de obicei folosite ca carcasă externă.

Dispozitiv cu lichid de răcire intermediar

Uneori, conductele de aer de alimentare și evacuare sunt situate la o oarecare distanță unele de altele. Această situație poate apărea din cauza caracteristicilor tehnologice ale clădirii sau a cerințelor sanitare pentru separarea fiabilă a fluxurilor de aer.

În acest caz, se utilizează un lichid de răcire intermediar, care circulă între conductele de aer printr-o conductă izolată. Apa sau o soluție de apă-glicol este utilizată ca mediu pentru transferul energiei termice, a cărei circulație este asigurată prin funcționare pompa de caldura.

Un recuperator cu lichid de răcire intermediar este un dispozitiv voluminos și costisitor, a cărui utilizare este justificată din punct de vedere economic pentru spații cu suprafețe mari

Dacă este posibil să utilizați un alt tip de recuperator, atunci este mai bine să nu utilizați un sistem cu un lichid de răcire intermediar, deoarece are următoarele dezavantaje semnificative:

• eficiență scăzută în comparație cu alte tipuri de dispozitive, prin urmare astfel de dispozitive nu sunt utilizate pentru încăperi mici cu debit scăzut de aer;
• volum și greutate semnificative ale întregului sistem;
• necesitatea unei pompe electrice suplimentare pentru a circula lichidul;
• zgomot crescut de la pompă.

Există o modificare a acestui sistem atunci când, în locul circulației forțate a fluidului schimbător de căldură, se folosește un mediu cu un punct de fierbere scăzut, precum freonul.În acest caz, mișcarea de-a lungul conturului este posibilă în mod natural, dar numai dacă conducta de alimentare cu aer este situată deasupra conductei de evacuare a aerului.

Un astfel de sistem nu necesită costuri suplimentare de energie, ci funcționează doar pentru încălzire atunci când există o diferență semnificativă de temperatură. În plus, este necesară reglarea fină a punctului de modificare a stării de agregare a fluidului de schimb de căldură, care poate fi realizată prin crearea presiunii necesare sau a unei anumite compoziții chimice.

Principalii parametri tehnici

Cunoscând performanța necesară a sistemului de ventilație și eficiența schimbului de căldură al recuperatorului, este ușor de calculat economiile la încălzirea aerului pentru o cameră în condiții climatice specifice. Comparând beneficiile potențiale cu costurile de achiziție și întreținere a sistemului, puteți face în mod rezonabil o alegere în favoarea unui recuperator sau a unui încălzitor de aer standard.

Producătorii de echipamente oferă adesea o linie de modele în care unitățile de ventilație cu funcționalitate similară diferă în ceea ce privește volumul de schimb de aer. Pentru spațiile rezidențiale, acest parametru trebuie calculat conform Tabelului 9.1. SP 54.13330.2016

Eficienţă

Eficiența unui recuperator este înțeleasă ca eficiența transferului de căldură, care se calculează folosind următoarea formulă:

K = (T_P - T_n) / (T_V - T_n)

în care:

• T_P – temperatura aerului care intră în încăpere;
• T_n – temperatura aerului exterior;
• T_V – temperatura aerului camerei.

Valoarea maximă a eficienței la standard viteza fluxului de aer si un anumit regim de temperatura sunt indicate in documentatia tehnica a aparatului. Cifra sa reală va fi puțin mai mică.

În cazul auto-fabricarii unei plăci sau a unui recuperator tubular, pentru a obține o eficiență maximă a transferului de căldură, trebuie să respectați următoarele reguli:

• Cel mai bun transfer de căldură este asigurat de dispozitivele cu contracurent, apoi dispozitivele cu flux încrucișat și cel mai puțin prin mișcarea unidirecțională a ambelor fluxuri.
• Intensitatea transferului de căldură depinde de materialul și grosimea pereților care separă fluxurile, precum și de durata aerului din interiorul dispozitivului.

Cunoscând eficiența recuperatorului, puteți calcula eficiența energetică a acestuia la diferite temperaturi ale aerului extern și interior:

E (W) = 0,36 x P x K x (T_V - T_n)

unde P (m³/oră) – flux de aer.

Calculul eficienței recuperatorului în termeni monetari și compararea cu costurile achiziției și instalării acestuia pentru o cabană cu două etaje, cu o suprafață totală de 270 m2, arată fezabilitatea instalării unui astfel de sistem.

Costul recuperatoarelor cu eficiență ridicată este destul de mare, au un design complex și dimensiuni semnificative. Uneori puteți ocoli aceste probleme instalând mai multe dispozitive mai simple, astfel încât aerul care intră să treacă prin ele secvențial.

Performanța sistemului de ventilație

Volumul de aer trecut este determinat de presiunea statică, care depinde de puterea ventilatorului și de principalele componente care creează rezistență aerodinamică. De regulă, calculul său exact este imposibil din cauza complexității modelului matematic, prin urmare se efectuează studii experimentale pentru structuri standard monobloc, iar componentele sunt selectate pentru dispozitive individuale.

Puterea ventilatorului trebuie selectată ținând cont de debitul schimbătoarelor de căldură instalate de orice tip, care este indicat în documentația tehnică ca debitul recomandat sau volumul de aer trecut de dispozitiv pe unitatea de timp. De regulă, viteza admisă a aerului în interiorul dispozitivului nu depășește 2 m/s.

În caz contrar, la viteze mari, apare o creștere bruscă a rezistenței aerodinamice în elementele înguste ale recuperatorului. Acest lucru duce la costuri inutile de energie, la încălzirea ineficientă a aerului exterior și la reducerea duratei de viață a ventilatorului.

Graficul pierderii de presiune față de debitul de aer pentru mai multe modele de recuperatoare de înaltă performanță arată o creștere neliniară a rezistenței, de aceea este necesar să se respecte cerințele pentru volumul de schimb de aer recomandat specificate în documentația tehnică a dispozitivului

Schimbarea direcției fluxului de aer creează rezistență aerodinamică suplimentară. Prin urmare, atunci când modelați geometria unei conducte de aer din interior, este de dorit să se minimizeze numărul de spire cu 90 de grade. Difuzoarele de aer măresc și rezistența, așa că este indicat să nu folosiți elemente cu modele complexe.

Filtrele și grilajele murdare creează interferențe semnificative cu fluxul, așa că trebuie curățate sau înlocuite periodic. O modalitate eficientă de a evalua înfundarea este instalarea de senzori care monitorizează căderea de presiune în zonele înainte și după filtru.

Concluzii și video util pe această temă

Principiul de funcționare al recuperatorului rotativ și cu plăci:

Măsurarea eficienței unui recuperator tip placă:

Sistemele de ventilație casnice și industriale cu recuperator integrat și-au dovedit eficiența energetică în menținerea căldurii în interior. Acum există multe oferte pentru vânzarea și instalarea unor astfel de dispozitive, atât sub formă de modele gata făcute și testate, cât și la comenzi individuale. Puteți calcula parametrii necesari și puteți efectua singur instalarea.

Dacă aveți întrebări în timp ce citiți informațiile sau găsiți inexactități în materialul nostru, vă rugăm să lăsați comentariile dvs. în blocul de mai jos.