Recuperarea căldurii în sistemele de ventilație: principiu de funcționare și opțiuni de proiectare

În timpul procesului de ventilație, nu numai aerul evacuat este reciclat din cameră, ci și o parte din energia termică. Iarna, acest lucru duce la facturi mai mari la energie.

Recuperarea căldurii în sistemele de ventilație centralizate și locale vă va permite să reduceți costurile nejustificate fără a compromite schimbul de aer. Pentru recuperarea energiei termice se folosesc diferite tipuri de schimbătoare de căldură - recuperatoare.

Articolul descrie în detaliu modelele de unități, caracteristicile lor de proiectare, principiile de funcționare, avantajele și dezavantajele. Informatiile prezentate vor ajuta la alegerea optiunii optime de amenajare a sistemului de ventilatie.

Conceptul de recuperare: principiul de funcționare al schimbătorului de căldură

Tradus din latină, recuperarea înseamnă compensare sau întoarcere. În ceea ce privește reacțiile de schimb de căldură, recuperarea este caracterizată ca o revenire parțială a energiei cheltuite pentru o acțiune tehnologică în scopul aplicării în același proces.

ÎN sistem de ventilatie Principiul de recuperare este utilizat pentru economisirea energiei termice.

Prin analogie, răcirea este recuperată pe vreme caldă - mase calde de influență încălzesc deșeurile de evacuare și temperatura acestora scade.

Procesul de recuperare a energiei se realizează într-un schimbător de căldură recuperator.Dispozitivul include un element de schimb de căldură și ventilatoare pentru pomparea fluxurilor de aer multidirecționale. Un sistem de automatizare este utilizat pentru a controla procesul și a controla calitatea alimentării cu aer.

Designul este conceput astfel încât fluxurile de alimentare și evacuare să fie în compartimente separate și să nu se amestece - recuperarea căldurii se realizează prin pereții schimbătorului de căldură.

Înțelegeți și înțelegeți ce este ventilatie cu recuperare O diagramă vizuală a circulației aerului va ajuta.

Aerul evacuat curge prin hote în încăperile umede (toaletă, baie, bucătărie). Înainte de a fi scos afară, trece prin recuperator și lasă o parte din căldură. Aerul furnizat se deplasează în direcția opusă, se încălzește și intră în sufragerie (+)

Fezabilitatea unui recuperator în ventilație

Putem vorbi despre fezabilitatea instalării ventilației recuperative prin evaluarea eficacității sistemului și comparând avantajele acestuia cu dezavantajele.

O parte din căldură este preluată din aerul evacuat aspirat în exterior și transferată la jeturi proaspete forțate direcționate în interiorul încăperii. Acest lucru vă permite să reduceți pierderile de căldură cu până la 70% (+)

Necesitatea utilizării recuperării căldurii este cea mai relevantă în clădirile cu evacuare forțată a aerului. De regulă, acestea sunt clădiri cu inerție redusă ridicate folosind tehnologii inovatoare de izolare termică (case din panouri sandwich, plăci de silicat gazos, blocuri de spumă).

În astfel de clădiri, pereții nu acumulează bine căldura, iar schimbul natural de aer este ineficient.

Cu toate acestea, problemele cu circulația aerului sunt tipice și pentru clădirile „tradiționale” din cărămidă și beton.Prezența ferestrelor PVC izolante termic și fonic blochează circulația cu un impuls natural - fluxul de aer proaspăt se oprește și tirajul din conducta de ventilatie se rastoarna sau tinde spre zero.

Soluția la problema „Euro-ferestrelor” este organizarea ventilației forțate. Sistemul restabilește schimbul de aer, dar pierderile de căldură cresc până la 60%. Și aici nu se mai poate face fără recuperarea căldurii.

Eficiența procesului de schimb este exprimată ca procent și arată cantitatea de căldură consumată din aerul evacuat pentru a încălzi „admisia” proaspătă.

Indicator de eficiență a recuperării căldurii de ventilație:

• 0% - fereastra deschisă - aerul cald este eliminat în atmosferă, iar aerul rece intră, scăzând temperatura din cameră;
• 100% - aerul de alimentare este încălzit la temperatura „de evacuare” - imposibil de implementat din punct de vedere tehnic;
• 30-90% - un parametru acceptabil, recuperarea cu o eficiență de 60% sau mai mare este considerată bună, o eficiență de peste 80% este un transfer de căldură excelent.

Eficiența sistemului depinde de tipul de recuperator, dimensiunile încăperii și debitul de aer. În orice caz, utilizarea ventilației de recuperare, chiar și cu o eficiență de 30%, este mai profitabilă decât absența acesteia. Pe lângă economiile semnificative ale resurselor energetice, „regenerarea” căldurii îmbunătățește microclimatul general din cameră.

Dezavantajele utilizării unui schimbător de căldură:

1. Dependenta energetica. Achiziționarea de echipamente de climatizare este justificată dacă consumul de energie electrică este semnificativ mai mic decât economiile sale după instalarea recuperatorului.
2. Condensare. Datorită diferențelor de temperatură, umezeala se poate condensa pe pereții schimbătorului de căldură. În timpul iernii, există o posibilitate de înghețare, care poate duce la o scădere rapidă a eficienței sau la defecțiunea recuperatorului.
3. Muncă zgomotoasă. Unele modele emit un zumzet în timpul funcționării.Dacă în timpul zilei acest dezavantaj nu este deosebit de vizibil, atunci noaptea zgomotul provoacă disconfort. Recuperatoarele cu izolație îmbunătățită funcționează silențios.

Investiția inițială mare este adesea principalul argument împotriva ventilației eficiente energetic.

Este indicat să investești bani într-un sistem care va avea roade în 5-8 ani. Trebuie luat în considerare faptul că vor trebui suportate costuri suplimentare pentru întreținerea complexului, de exemplu, înlocuirea periodică a ventilatoarelor.

Caracteristicile diferitelor tipuri de schimbătoare de căldură

Designul recuperatorului determină modelul de curgere al lichidului de răcire, eficiența sistemului de ventilație, clasa de consum de energie și costul echipamentului. Sunt utilizate cinci tipuri de schimbătoare de căldură: plăci, rotative, conducte de căldură, dispozitive cu cameră și modele cu lichid de răcire intermediar.

Recuperator de plăci – simplitatea designului

Baza schimbătorului de căldură este o cameră etanșă cu multe conducte de aer paralele. Canalele sunt separate prin pereți despărțitori - plăci termoconductoare din oțel sau aluminiu.

Plăcile în formă de undă (60-70 de bucăți) sunt grupate într-un singur bloc, astfel încât canalele formate să fie situate transversal unul față de celălalt - turbulența creată îmbunătățește transferul de căldură (+)

Fluxurile de gaz se deplasează unul spre celălalt, se intersectează în caseta recuperatorului, dar nu se amestecă. Schimbul de căldură se realizează datorită răcirii și încălzirii simultane a plăcilor din diferite părți.

Avantajele unui schimbător de căldură încrucișat:

• ușurința instalării și configurației echipamentelor;
• excluderea contactului maselor de aer;
• cost accesibil și dimensiuni compacte;
• absența frecării și a pieselor mobile.

Rata de eficiență variază în intervalul 40-70%.

Principalul dezavantaj al modelului cu plăci este depunerea condensului în conducta de evacuare și formarea de gheață iarna. Pentru a dezgheța unitatea, fluxul de intrare este redirecționat pentru a ocoli schimbătorul de căldură, iar fluxul cald de ieșire topește gheața de pe plăci.

În modul „decongelare”, nu se realizează economii de energie; încălzitoarele de aer cu o putere de până la 5 kW sunt folosite pentru a încălzi aerul de intrare. Valoarea medie a eficienței scade cu 20% (+)

Există două moduri posibile de a rezolva problema:

1. Preîncălzirea fluxului de aer de intrare la o temperatură la care este exclusă formarea de gheață.
2. Recuperator cu placi din celuloza higroscopica. Materialul absoarbe umiditatea din masele de aer evacuat și o transferă către fluxurile nou venite.

Atunci când alegeți un schimbător de căldură încrucișat, ar trebui să țineți cont de caracteristicile operaționale ale plăcilor.

Caracteristicile lor depind de materialul de fabricație:

1. Folie de aluminiu – cost accesibil, dar performanță limitată iarna. În plus, nu este recomandat pentru spații rezidențiale din cauza uscării cu aer. Modificările cu „umplere” din aluminiu sunt cea mai bună opțiune pentru băi și piscine.
2. Paravane din plastic - similar ca preț cu produsele din metal, dar diferă prin eficiența de funcționare îmbunătățită.
3. Schimbător de căldură din celuloză – previne înghețul și menține conținutul normal de umiditate în interior.

Recuperătorul de higroceluloză este cel mai economic și optim pentru ventilația clădirilor rezidențiale.

Recuperator rotativ – eficiență ridicată a sistemului

Schimbătorul de căldură se prezintă sub forma unui cilindru umplut cu straturi de metal ondulat. Pe măsură ce unitatea de cilindru se rotește, jeturi de aer cald sau rece intră alternativ în fiecare compartiment.

Proiectarea unui recuperator rotativ: arbore de rotație și două canale de aer.O secțiune a rotorului este încălzită prin „lucrare”, tamburul se rotește și căldura este redirecționată către masele reci concentrate în canalul adiacent (+)

Eficiența transferului de căldură este determinată de viteza de rotație a rotorului; eficiența de funcționare poate fi ajustată.

Argumente pentru un recuperator rotativ:

• revenirea căldurii până la 65-90%;
• eficienţă consumul de energie electrică;
• înlocuirea parțială a umidității – te poți descurca fără umidificator;
• perioada de rambursare – până la 4 ani.

În ciuda eficienței sale ridicate, schimbătorul de căldură tip tambur nu a devenit lider în rândul instalațiilor similare.

Dezavantajele sistemului de ventilație:

1. Adăugarea de aer poluat în alimentare. Masele de evacuare și alimentare circulă alternativ prin microcanale, astfel încât aproximativ 3-8% din „funcționare” este returnată. Tamburul transmite adesea mirosul aerului de ieșire.
2. Complexitatea designului. Părțile rotative ale rotorului necesită întreținere regulată și înlocuire periodică. Elementele în mișcare produc zgomot și vibrații în timpul funcționării.
3. Preț mare. Prețul pentru modelele rotative este mai mare decât pentru produsele cu plăci. Acest lucru se datorează utilizării mecanicii complexe în proiectarea schimbătorului de căldură cu tambur.
4. Dimensiuni mari. Instalarea se realizează într-o cameră de ventilație spațioasă.

Datorită volumului lor, unitățile rotative sunt utilizate în principal în întreprinderile industriale.

Pentru a minimiza amestecarea fluxurilor de aer, schimbătoarele de căldură rotative sunt completate cu sectoare intermediare - aici microcanalele sunt suflate cu aer proaspăt, care curge înapoi în hotă. Dezavantajul circuitului este o scădere a eficienței (+)

Schimbătoare de căldură cuplate - model cu glicol

Datorită caracteristicilor sale de proiectare, o unitate de recuperare cu un lichid de răcire intermediar este adesea numită schimbătoare de căldură cuplate sau o unitate de ghețar. Acesta este unul dintre cele mai flexibile sisteme de recuperare a căldurii. Un schimbător de căldură taie în conducta de alimentare, iar al doilea în conducta de evacuare.

Schema de conducte conține: pompă de circulație, rezervor de expansiune, supapă de aer, controler, senzor de temperatură, supapă de siguranță, indicator de presiune (+)

Principiul de funcționare. Compoziția de glicol circulă între schimbătoarele de căldură. Temperatura lichidului de răcire crește din cauza debitului de evacuare încălzit, iar apoi energia termică este transferată în aer proaspăt. Sistemul închis elimină amestecarea maselor de aer care se apropie.

Caracteristici de funcționare a schimbătoarelor de căldură cu lichid de răcire:

• Eficiență – 45-55%;
• reglarea eficienței cu ajutorul unei pompe - se selectează viteza de mișcare a antigelului;
• posibilitatea amplasării conductelor de aer de alimentare și evacuare la distanță una de cealaltă (până la 800 m);
• recuperatorul este instalat vertical sau orizontal;
• în îngheț sever, suprafața schimbătorului de căldură de evacuare îngheață și apare gheață; utilizarea antigelului vă permite să operați recuperatorul fără a recurge la dezghețare;
• perioada de rambursare a sistemului – până la 2 ani;
• este permisă o combinație de 1 hotă și mai multe afluxuri sau invers.

Volumul aerului de evacuare și de admisie ar trebui să fie aproximativ egal. Astfel de recuperatoare sunt de obicei utilizate dacă influentul este toxic sau puternic poluat, atunci când amestecarea fluxurilor este inacceptabilă.

Unitate de cameră – versatilitate de utilizare

Din punct de vedere structural, schimbătorul de căldură cu cameră este o cutie închisă, împărțită în interior de un amortizor în mișcare.Compartimentul de deschidere determină schema de funcționare a recuperatorului.

Fluxul de ieșire trece de-a lungul unui canal, iar fluxul de intrare intră în a doua cameră. În schimbătorul de căldură, masele calde încălzesc pereții primului compartiment. După un timp, clapeta se mișcă și fluxul de aer își schimbă direcția

Ca rezultat, fluxul de intrare se deplasează de-a lungul pereților caldi ai primului conduct de aer, iar „eșapamentul” încălzește suprafața celei de-a doua camere. La un moment dat, septul revine și ciclul se repetă.

Avantajele unei unități de schimb de căldură cu cameră:

• Eficiență – 80-90%;
• în tandem cu izolația termică de înaltă calitate, costurile de încălzire sunt reduse la minimum;
• ușurință de instalare - va fi nevoie de ajutor de specialitate la alegerea parametrilor unității de ventilație;
• menținerea nivelului de umiditate;
• înghețarea sistemului este exclusă.

Un schimbător de căldură cu cameră este o opțiune excelentă pentru regiunile în care există un dezechilibru semnificativ între temperaturile interioare și cele exterioare pentru o perioadă lungă a anului.

Dezavantajele unității de recuperare a căldurii includ:

• necesitatea întreținerii regulate a elementelor în mișcare;
• contracurenții de aer se amestecă parțial - mirosurile și impuritățile pot curge înapoi în clădire.

Pentru a reduce amestecul, sistemul este echipat cu element de filtrare. Aerul devine mai curat, dar eficiența recuperatorului scade.

Conducte de căldură – sistem închis de schimb de căldură

Recuperătorul este format din multe tuburi de cupru sau aluminiu umplute cu o substanță care se evaporă ușor, cum ar fi freonul. Principiul de funcționare al unui schimbător de căldură tubular se bazează pe procese fizice - modificări ale stării unei substanțe atunci când este încălzită.

Conducta de căldură este plasată vertical - capătul inferior al schimbătorului de căldură se află în conducta de evacuare, iar partea superioară este în conducta de aer de alimentare. Fluxurile de ieșire se învârt în jurul capătului tubului - freonul se încălzește, fierbe și se evaporă (+)

Gazul se ridică și eliberează energie termică în flux, după care freonul se condensează și curge în recuperator. Ciclul termic se repetă într-un cerc.

Caracteristicile tehnice și operaționale ale schimbătorului de căldură tubular:

• eficienta dispozitivului – până la 65%;
• funcționare silențioasă din cauza absenței elementelor în mișcare;
• simplitatea designului și întreținere redusă;
• compactitatea — dimensiuni reduse și greutate redusă;
• independenta energetica – lichidul de răcire circulă natural;

Un avantaj semnificativ este că fluxurile de aer de intrare și de retur nu se amestecă.

Punctele slabe ale conductelor de căldură:

• nivel ridicat de eficienta se realizează într-un interval îngust de temperatură - cu supraîncălzire bruscă, tot freonul se evaporă, iar cu încălzire insuficientă, intensitatea vaporizării încetinește;
• rezistența scăzută a tuburilor – schimbarea formei sau depresurizarea reduce performanța echipamentului.

Schimbătoarele de căldură tubulare sunt utilizate în construcții private, clădiri administrative și de birouri și zone industriale mici.

Metode de organizare a ventilației recuperative

Recuperarea este aranjată într-unul din următoarele moduri: centralizat și descentralizat. În primul caz, fluxurile de ventilație din întreaga cameră trec prin schimbătorul de căldură, în al doilea - dintr-o cameră.

Complex centralizat – unitate de tratare a aerului

Un sistem centralizat este instalat în etapa de construcție sau modernizare majoră a sistemului de ventilație.

Este selectată o unitate de alimentare și evacuare forțată (PVU) cu un recuperator încorporat. Principalul criteriu de selecție este performanța generală a complexului pe baza întregului volum de aer din structură (+)

Un PVU cu recuperator asigură un schimb de aer suficient chiar și în casele cu ferestre sigilate. În același timp, fluxurile de aer sunt distribuite uniform fără a crea curenți.

Complex Unități de tratare a aerului tip monobloc echipat cu:

• fani – furnizarea de aer curat non-stop și emisia de jeturi saturate cu dioxid de carbon;
• încălzitoare – preîncălzirea fluxului de intrare;
• filtre – captează praful și microparticulele;
• recuperator — pot fi utilizate diferite tipuri de instalații.

Funcționalitatea unor PVU este extinsă cu un temporizator de întârziere, un regulator de putere, senzori de nivel de umiditate etc.

Corpul modelelor monobloc este acoperit cu material care absorb zgomotul, ceea ce face ca funcționarea PVU să fie foarte silențioasă. Sunt posibile versiuni verticale, orizontale și suspendate ale unităților de ventilație

PVU-urile monobloc recuperative produse s-au dovedit bine: „Aerisiri” (Ucraina), Dantherm (Danemarca), "Daikin" (Japonia), "Dantex" (Anglia).

Unități locale - o completare la sistemul de ventilație existent

Pentru a restabili circulația maselor de aer în încăperea utilizată, sunt potrivite prize de aer descentralizate cu recuperare de căldură.

Acestea decupează fațada unei clădiri sau sunt montate printr-o fereastră. Sarcina lor principală este să se îmbunătățească ventilatie de alimentare in casa.

Recuperatoarele locale sunt echipate cu un ventilator și un schimbător de căldură cu plăci. „Manșonul” de admisie este izolat cu material fonoabsorbant.Unitatea de control a unităților compacte de ventilație este amplasată pe peretele interior

Caracteristici ale sistemelor de ventilație descentralizată cu recuperare:

• Eficienţă – 60-96%;
• productivitate scăzută – aparatele sunt concepute pentru a asigura schimbul de aer în încăperi de până la 20-35 mp;
• preț accesibil și o selecție largă de unități, variind de la robinete de perete convenționale până la modele automate cu un sistem de filtrare în mai multe etape și capacitatea de a regla umiditatea;
• ușurință de instalare – nu sunt necesare conducte de aer pentru punere în funcțiune, instalați robinetul de perete o poți face singur.

Producători populari de recuperatoare locale: Prana (Ucraina), O.Erre (Italia), Viscol (Germania), Aerisirile (Ucraina), Aerovital (Germania).

Criterii importante pentru alegerea unei admisii de perete: grosimea admisă a peretelui, performanța, eficiența recuperatorului, diametrul canalului de aer și temperatura mediului pompat

Concluzii și video util pe această temă

Comparație între funcționarea ventilației naturale și un sistem forțat cu recuperare:

Principiul de funcționare al unui recuperator centralizat, calculul eficienței:

Proiectarea și procedura de operare a unui schimbător de căldură descentralizat folosind robinetul de perete Prana ca exemplu:

Aproximativ 25-35% din căldură părăsește încăperea prin sistemul de ventilație. Recuperatoarele sunt folosite pentru a reduce pierderile și pentru a recupera eficient căldura. Echipamentele climatice vă permit să utilizați energia maselor de deșeuri pentru a încălzi aerul care intră.

Aveți ceva de adăugat sau aveți întrebări despre funcționarea diferitelor recuperatoare de ventilație? Vă rugăm să lăsați comentarii la publicație și să împărtășiți experiența dumneavoastră în operarea unor astfel de instalații. Formularul de contact este situat în blocul inferior.