Рекуперација топлоте у вентилационим системима: принцип рада и опције дизајна

Током процеса вентилације, из просторије се не рециклира само издувни ваздух, већ и део топлотне енергије. Зими то доводи до већих рачуна за енергију.

Рекуперација топлоте у централизованим и локалним вентилационим системима ће вам омогућити да смањите неоправдане трошкове без угрожавања размене ваздуха. За рекуперацију топлотне енергије користе се различити типови измењивача топлоте - рекуператори.

У чланку су детаљно описани модели јединица, њихове карактеристике дизајна, принципи рада, предности и недостаци. Представљене информације ће помоћи у избору оптималне опције за уређење вентилационог система.

Концепт опоравка: принцип рада измењивача топлоте

У преводу са латинског, рекуперација значи надокнада или повратак. У погледу реакција размене топлоте, опоравак се карактерише као делимични поврат енергије утрошене на технолошко дејство у сврху примене у истом процесу.

ИН вентилациони систем Принцип опоравка се користи за уштеду топлотне енергије.

По аналогији, хлађење се обнавља у врућем времену - топле масе које улазе у воду загревају издувни отпад и њихова температура се смањује.

Процес рекуперације енергије се одвија у рекуперативном измењивачу топлоте.Уређај укључује елемент за размену топлоте и вентилаторе за пумпање вишесмерних токова ваздуха. За контролу процеса и контролу квалитета снабдевања ваздухом користи се систем аутоматизације.

Дизајн је дизајниран тако да су доводни и издувни токови у одвојеним одељцима и да се не мешају - поврат топлоте се врши кроз зидове измењивача топлоте.

Разумети и разумети шта је то вентилација са опоравком Визуелни дијаграм циркулације ваздуха ће помоћи.

Издувни ваздух излази кроз напе у влажним просторијама (вц, купатило, кухиња). Пре него што се уклони напоље, пролази кроз рекуператор и оставља део топлоте. Доведени ваздух се креће у супротном смеру, загрева се и улази у дневне собе (+)

Изводљивост рекуператора у вентилацији

О изводљивости уградње рекуперативне вентилације можемо говорити проценом ефикасности система и упоређивањем његових предности са недостацима.

Део топлоте се узима из издувног ваздуха извученог споља и преноси на принудне свеже млазнице усмерене унутар просторије. Ово вам омогућава да смањите губитак топлоте до 70% (+)

Потреба за коришћењем рекуперације топлоте је најрелевантнија у зградама са принудним одводом ваздуха. По правилу, то су зграде ниске инерције подигнуте коришћењем иновативних технологија топлотне изолације (куће од сендвич панела, гасних силикатних плоча, блокова од пене).

У таквим зградама зидови не акумулирају топлоту добро, а природна размена ваздуха је неефикасна.

Међутим, проблеми са циркулацијом ваздуха су типични и за „традиционалне“ зграде од цигле и бетона.Присуство заптивених топлотно и звучно изолованих ПВЦ прозора блокира циркулацију природним импулсом – проток свежег ваздуха се зауставља, и промаја у вентилационом каналу се преврће или тежи нули.

Решење проблема „европрозора“ је организација принудне вентилације. Систем обнавља размену ваздуха, али се губитак топлоте повећава до 60%. И овде више није могуће без поврата топлоте.

Ефикасност процеса размене изражава се у процентима и показује количину топлоте која се троши из издувног ваздуха за загревање свежег „усисног“ ваздуха.

Индикатор ефикасности поврата топлоте вентилације:

• 0% - отворен прозор - топли ваздух се уклања у атмосферу, а хладан улази, снижавајући температуру у просторији;
• 100% - доводни ваздух се загрева до температуре „издува“ – технички немогуће спровести;
• 30-90% - прихватљив параметар, опоравак са ефикасношћу од 60% или више се сматра добрим, ефикасност од преко 80% је одличан пренос топлоте.

Ефикасност система зависи од типа рекуператора, димензија просторије и протока ваздуха. У сваком случају, употреба вентилације за опоравак, чак и са ефикасношћу од 30%, је исплативија од њеног одсуства. Поред значајне уштеде на енергетским ресурсима, „регенерација“ топлоте побољшава укупну микроклиму у просторији.

Недостаци коришћења измењивача топлоте:

1. Енергетска зависност. Куповина опреме за контролу климе је оправдана ако је потрошња електричне енергије знатно мања од њене уштеде након уградње рекуператора.
2. Кондензација. Због температурних разлика може доћи до кондензације влаге на зидовима измењивача топлоте. Зими постоји могућност залеђивања, што може довести до брзог смањења ефикасности или квара рекуператора.
3. Бучан посао. Неки модели емитују зујање током рада.Ако током дана овај недостатак није посебно приметан, онда ноћу бука изазива нелагодност. Рекуператори са побољшаном изолацијом раде тихо.

Висока почетна улагања често су главни аргумент против енергетски ефикасне вентилације.

Препоручљиво је уложити новац у систем који ће се исплатити у року од 5-8 година. Треба узети у обзир да ће за одржавање комплекса бити потребни додатни трошкови, на пример, периодична замена вентилатора

Карактеристике различитих типова измењивача топлоте

Дизајн рекуператора одређује шему протока расхладне течности, ефикасност вентилационог система, класу потрошње енергије и цену опреме. Користи се пет типова измењивача топлоте: плочасти, ротациони, топлотне цеви, коморни уређаји и модели са средњим расхладним средством.

Плочасти рекуператор – једноставност дизајна

Основа измењивача топлоте је затворена комора са много паралелних ваздушних канала. Канали су одвојени преградама - топлотно проводним плочама од челика или алуминијума.

Плоче у облику таласа (60-70 комада) груписане су у један блок тако да се формирани канали налазе унакрсно један од другог - створена турбуленција побољшава пренос топлоте (+)

Токови гаса се крећу једни према другима, укрштају се у касети рекуператора, али се не мешају. Размена топлоте се врши услед истовременог хлађења и загревања плоча са различитих страна.

Предности унакрсног измењивача топлоте:

• једноставност инсталације и конфигурације опреме;
• искључивање контакта ваздушних маса;
• приступачна цена и компактне димензије;
• одсуство трљања и покретних делова.

Стопа ефикасности варира у распону од 40-70%.

Главни недостатак модела плоча је таложење кондензата у издувном каналу и стварање леда зими. За одмрзавање јединице, улазни млаз се преусмерава да заобиђе измењивач топлоте, а топли излазни млаз топи лед на плочама.

У режиму „одмрзавања“ не долази до уштеде енергије; грејачи ваздуха снаге до 5 кВ користе се за загревање улазног ваздуха. Просечна вредност ефикасности опада за 20% (+)

Постоје два могућа начина за решавање проблема:

1. Претходно загревање улазног тока ваздуха до температуре на којој је искључено стварање леда.
2. Рекуператор са плочама од хигроскопне целулозе. Материјал упија влагу из издувних ваздушних маса и преноси је у новонадолазеће токове.

Приликом избора унакрсног измењивача топлоте, треба узети у обзир оперативне карактеристике плоча.

Њихове карактеристике зависе од материјала производње:

1. Алуминијумска фолија – приступачна цена, али ограничене перформансе зими. Поред тога, не препоручује се за стамбене просторије због сушења ваздуха. Модификације са алуминијумским "пуњењем" су најбоља опција за купатила и базене.
2. Пластичне преграде - слични по цени металним производима, али се разликују по побољшаној оперативној ефикасности.
3. Целулозни измењивач топлоте – спречите смрзавање и одржавајте нормалан садржај влаге у затвореном простору.

Рекуператор хигроцелулозе је најекономичнији и оптималан за вентилацију стамбених зграда.

Ротациони рекуператор – висока ефикасност система

Измјењивач топлоте је представљен у облику цилиндра испуњеног слојевима валовитог метала. Како се јединица бубња окреће, топли или хладни млазови ваздуха наизменично улазе у сваки одељак.

Дизајн ротационог рекуператора: ротационо вратило и два ваздушна канала.Један део ротора се загрева „одрадом“, бубањ се окреће и топлота се преусмерава на хладне масе концентрисане у суседном каналу (+)

Ефикасност преноса топлоте је одређена брзином ротације ротора, радна ефикасност се може подесити.

Аргументи за ротациони рекуператор:

• поврат топлоте до 65-90%;
• ефикасност потрошња електричне енергије;
• делимична замена влаге – можете без овлаживача;
• Период отплате – до 4 године.

Упркос високој ефикасности, измењивач топлоте бубња није постао лидер међу сличним инсталацијама.

Недостаци вентилационог система:

1. Додавање загађеног ваздуха у довод. Издувне и доводне масе наизменично циркулишу кроз микроканале, тако да се око 3-8% „радног“ враћа назад. Бубањ често преноси мирис излазног ваздуха.
2. Сложеност дизајна. Ротирајући делови ротора захтевају редовно одржавање и периодичну замену. Покретни елементи производе буку и вибрације током рада.
3. Висока цена. Цена за ротационе моделе је већа него код плочастих производа. Ово је због употребе сложене механике у дизајну измењивача топлоте бубња.
4. Велике величине. Инсталација се врши у пространој вентилационој комори.

Због своје гломазности, ротационе јединице се користе углавном у индустријским предузећима.

Да би се минимизирало мешање протока ваздуха, ротациони измењивачи топлоте су допуњени средњим секторима - овде се микроканали дувају свежим ваздухом, који се враћа назад у хаубу. Недостатак кола је смањење ефикасности (+)

Спојени измењивачи топлоте – Гликолни модел

Због својих дизајнерских карактеристика, јединица за опоравак са средњим расхладним средством се често назива спојеним измењивачима топлоте или глечерском јединицом. Ово је један од најфлексибилнијих система за рекуперацију топлоте. Један измењивач топлоте сече у доводни канал, а други у издувни канал.

Дијаграм цевовода садржи: циркулациону пумпу, експанзиони резервоар, ваздушни вентил, контролер, сензор температуре, сигурносни вентил, индикатор притиска (+)

Принцип рада. Састав гликола циркулише између измењивача топлоте. Температура расхладне течности се повећава због загрејаног тока издувних гасова, а затим се топлотна енергија преноси на свеж ваздух. Затворени систем елиминише мешање надолазећих ваздушних маса.

Карактеристике рада измењивача топлоте са расхладном течношћу:

• Ефикасност – 45-55%;
• подешавање ефикасности помоћу пумпе - бира се брзина кретања антифриза;
• могућност постављања доводних и одводних ваздушних канала на удаљености један од другог (до 800 м);
• рекуператор се поставља вертикално или хоризонтално;
• у јаком мразу, површина издувног измењивача топлоте се замрзава и појављује се лед; употреба антифриза вам омогућава да управљате рекуператором без одмрзавања;
• период отплате система - до 2 године;
• дозвољена је комбинација 1 хаубе и неколико улива или обрнуто.

Запремина издувног и усисног ваздуха треба да буде приближно једнака. Такви рекуператори се обично користе ако је доток токсичан или јако загађен, када је мешање токова неприхватљиво.

Комора јединица – свестраност употребе

Структурно, измењивач топлоте коморе је затворена кутија, подељена унутра помоћу покретне клапне.Отворна преграда одређује шему рада рекуператора.

Одлив пролази дуж једног канала, а доток улази у другу комору. У измењивачу топлоте, топле масе загревају зидове првог одељка. Након неког времена, клапна се помера и проток ваздуха мења правац

Као резултат, прилив се креће дуж топлих зидова првог ваздушног канала, а "издувни" загрева површину друге коморе. У одређеном тренутку, септум се враћа и циклус се понавља.

Предности коморне јединице за размену топлоте:

• Ефикасност – 80-90%;
• у тандему са висококвалитетном топлотном изолацијом, трошкови грејања су сведени на минимум;
• једноставност уградње - биће потребна помоћ стручњака при избору параметара вентилационе јединице;
• одржавање нивоа влажности;
• замрзавање система је искључено.

Комерни измењивач топлоте је одлична опција за регионе где постоји значајна неравнотежа између унутрашње и спољашње температуре током дужег периода године.

Недостаци јединице за рекуперацију топлоте укључују:

• потреба за редовним одржавањем покретних елемената;
• контра струјања ваздуха се делимично мешају – мириси и нечистоће могу да се врате у зграду.

За смањење примеса, систем је опремљен са Филтер Елемент. Ваздух постаје чистији, али се ефикасност рекуператора смањује.

Топлотне цеви – затворени систем размене топлоте

Рекуператор се састоји од много бакарних или алуминијумских цеви напуњених супстанцом која лако испарава, као што је фреон. Принцип рада цевастог измењивача топлоте заснива се на физичким процесима - променама стања супстанце при загревању.

Топлотна цев је постављена вертикално - доњи крај измењивача топлоте је у издувном каналу, а горњи у каналу за довод ваздуха. Одлазни токови иду око краја цеви - фреон се загрева, кључа и испарава (+)

Гас се подиже и ослобађа топлотну енергију до прилива, након чега се фреон кондензује и тече низ рекуператор. Термални циклус се понавља у кругу.

Техничке и оперативне карактеристике цевног измењивача топлоте:

• ефикасност уређаја – до 65%;
• тихи рад због одсуства покретних елемената;
• једноставност дизајна и ниско одржавање;
• компактност — мале димензије и мала тежина;
• енергетска независност – расхладна течност циркулише природно;

Значајна предност је што се улазни и повратни ваздушни токови не мешају.

Слабости топлотних цеви:

• висок ниво ефикасности постиже се у уском температурном опсегу - са наглим прегревањем, сав фреон испарава, а са недовољним загревањем, интензитет испаравања се успорава;
• ниска чврстоћа цеви – промена облика или смањење притиска смањује перформансе опреме.

Цевни измењивачи топлоте се користе у приватној градњи, административним и пословним зградама и малим индустријским просторима.

Методе за организовање рекуперативне вентилације

Опоравак се организује на један од следећих начина: централизовано и децентрализовано. У првом случају, вентилациони токови из целе просторије пролазе кроз измењивач топлоте, у другом - из једне просторије.

Централизовани комплекс – клима комора

Централизовани систем се поставља у фази изградње или велике модернизације вентилационог система.

Изабрана је јединица за принудно напајање и издувавање (ПВУ) са уграђеним рекуператором. Главни критеријум избора је укупни учинак комплекса на основу целокупне запремине ваздуха у структури (+)

ПВУ са рекуператором обезбеђује довољну размену ваздуха чак иу кућама са затвореним прозорима. Истовремено, токови ваздуха се равномерно распоређују без стварања пропуха.

Комплекс клима коморе тип моноблока опремљен са:

• фанови – даноноћно снабдевање чистим ваздухом и емисија млазница засићених угљен-диоксидом;
• грејачи – предзагревање дотока;
• филтери – хвата прашину и микрочестице;
• рекуператор — могу се користити различите врсте инсталација.

Функционалност неких ПВУ-а је проширена са тајмером одлагања, регулатором снаге, сензорима нивоа влажности итд.

Тело моноблок модела је прекривено материјалом који апсорбује буку, што чини рад ПВУ веома тихим. Могуће су вертикалне, хоризонталне и висеће верзије вентилационих јединица

Произведени рекуперативни моноблок ПВУ су се добро доказали: "вентили" (Украјина), Дантхерм (Данска), "Даикин" (Јапан), "Дантек" (Енглеска).

Локалне јединице - додатак постојећем систему вентилације

Да би се обновила циркулација ваздушних маса у просторији која се користи, погодни су децентрализовани отвори за ваздух са повратом топлоте.

Урезују се у фасаду зграде или се монтирају кроз прозор. Њихов главни задатак је побољшање доводна вентилација у кући.

Локални рекуператори су опремљени вентилатором и плочастим измењивачем топлоте. Улазни "чахур" је изолован материјалом који апсорбује звук.Управљачка јединица компактних вентилационих јединица налази се на унутрашњем зиду

Карактеристике децентрализованих вентилационих система са опоравком:

• Ефикасност – 60-96%;
• ниска продуктивност – уређаји су дизајнирани да обезбеде размену ваздуха у просторијама до 20-35 м2;
• прихватљива Цена и широк избор јединица, у распону од конвенционалних зидних вентила до аутоматизованих модела са вишестепеним системом филтрације и могућношћу подешавања влажности;
• једноставност уградње – нису потребни ваздушни канали за пуштање у рад, поставите зидни вентил можете сами.

Популарни произвођачи локалних рекуператора: Прана (Украјина), О.Ерре (Италија), Мећава (Немачка), Вентс (Украјина), Аеровитал (Немачка).

Важни критеријуми за избор довода зида: дозвољена дебљина зида, перформансе, ефикасност рекуператора, пречник ваздушног канала и температура дизаног медија

Закључци и користан видео на тему

Поређење рада природне вентилације и присилног система са опоравком:

Принцип рада централизованог рекуператора, прорачун ефикасности:

Пројектовање и радни поступак децентрализованог измењивача топлоте користећи Прана зидни вентил као пример:

Око 25-35% топлоте напушта просторију кроз вентилациони систем. Рекуператори се користе за смањење губитака и ефикасно враћање топлоте. Климатска опрема вам омогућава да користите енергију отпадних маса за загревање улазног ваздуха.

Имате ли шта да додате, или имате питања о раду различитих вентилационих рекуператора? Молимо вас да оставите коментаре на публикацију и поделите своје искуство у раду са таквим инсталацијама. Контакт образац се налази у доњем блоку.