Rekuperácia tepla vo vetracích systémoch: princíp činnosti a možnosti konštrukcie

Počas procesu vetrania sa recykluje nielen odpadový vzduch z miestnosti, ale aj časť tepelnej energie. V zime to vedie k vyšším účtom za energiu.

Rekuperácia tepla v systémoch centralizovaného a lokálneho vetrania vám umožní znížiť neoprávnené náklady bez toho, aby bola ohrozená výmena vzduchu. Na rekuperáciu tepelnej energie sa používajú rôzne typy výmenníkov tepla – rekuperátory.

Článok podrobne popisuje modely jednotiek, ich konštrukčné vlastnosti, princípy fungovania, výhody a nevýhody. Uvedené informácie pomôžu pri výbere optimálnej možnosti usporiadania ventilačného systému.

Koncept rekuperácie: princíp činnosti výmenníka tepla

Rekuperácia v preklade z latinčiny znamená kompenzáciu alebo návrat. S ohľadom na reakcie výmeny tepla je spätné získavanie charakterizované ako čiastočné vrátenie energie vynaloženej na technologický úkon za účelom aplikácie v rovnakom procese.

IN ventilačný systém Na úsporu tepelnej energie sa používa princíp rekuperácie.

Analogicky dochádza k obnoveniu chladenia v horúcom počasí – teplé prítokové masy ohrievajú odpadové spaliny a ich teplota klesá.

Proces rekuperácie energie prebieha v rekuperačnom výmenníku tepla.Zariadenie obsahuje prvok výmeny tepla a ventilátory na čerpanie viacsmerných prúdov vzduchu. Na riadenie procesu a kontrolu kvality prívodu vzduchu sa používa automatizačný systém.

Konštrukcia je navrhnutá tak, aby prívodné a výfukové toky boli v oddelených oddeleniach a nemiešali sa - rekuperácia tepla sa vykonáva cez steny výmenníka tepla.

Pochopte a pochopte, čo to je vetranie s rekuperáciou Pomôže vizuálny diagram cirkulácie vzduchu.

Odpadový vzduch prúdi von cez digestory vo vlhkých miestnostiach (WC, kúpeľňa, kuchyňa). Pred vybratím von prejde rekuperátorom a zanechá časť tepla. Privádzaný vzduch sa pohybuje v opačnom smere, ohrieva sa a vstupuje do obytných miestností (+)

Uskutočniteľnosť rekuperátora pri vetraní

O realizovateľnosti inštalácie rekuperačného vetrania môžeme hovoriť na základe posúdenia účinnosti systému a porovnaním jeho výhod s nevýhodami.

Časť tepla sa odoberá z odpadového vzduchu nasávaného von a odovzdáva sa núteným čerstvým tryskám smerujúcim do miestnosti. To vám umožní znížiť tepelné straty až o 70 % (+)

Potreba využitia rekuperácie tepla je najrelevantnejšia v budovách s núteným odvodom vzduchu. Spravidla ide o budovy s nízkou zotrvačnosťou postavené pomocou inovatívnych tepelnoizolačných technológií (domy zo sendvičových panelov, plynosilikátové dosky, penové bloky).

V takýchto budovách steny zle akumulujú teplo a prirodzená výmena vzduchu je neúčinná.

Problémy s cirkuláciou vzduchu sú však typické aj pre „tradičné“ stavby z tehál a betónu.Prítomnosť utesnených tepelne a zvukovo izolačných okien z PVC blokuje cirkuláciu prirodzeným impulzom - prúdenie čerstvého vzduchu sa zastaví a prievan vo ventilačnom potrubí sa prevráti alebo má tendenciu k nule.

Riešením problému „eurookien“ je organizácia núteného vetrania. Systém obnoví výmenu vzduchu, ale tepelné straty sa zvýšia až o 60 %. A tu sa to už bez rekuperácie tepla nezaobíde.

Účinnosť procesu výmeny je vyjadrená v percentách a ukazuje množstvo tepla vynaloženého z odpadového vzduchu na ohrev čerstvého „nasávaného“ vzduchu.

Indikátor účinnosti rekuperácie tepla vetraním:

• 0% - otvorené okno - teplý vzduch je odvádzaný do atmosféry a vstupuje studený vzduch, čím sa znižuje teplota v miestnosti;
• 100% - privádzaný vzduch sa ohrieva na „výfukovú“ teplotu - technicky nemožné;
• 30-90% - prijateľný parameter, rekuperácia s účinnosťou 60% a viac sa považuje za dobrú, účinnosť nad 80% je vynikajúci prenos tepla.

Účinnosť systému závisí od typu rekuperátora, rozmerov miestnosti a prietoku vzduchu. V každom prípade je použitie rekuperačného vetrania aj s účinnosťou 30% výnosnejšie ako jeho absencia. Okrem výraznej úspory energetických zdrojov „regenerácia“ tepla zlepšuje celkovú mikroklímu v miestnosti.

Nevýhody použitia výmenníka tepla:

1. Energetická závislosť. Nákup klimatizačného zariadenia je opodstatnený, ak je spotreba elektrickej energie po inštalácii rekuperátora výrazne nižšia ako jej úspory.
2. Kondenzácia. V dôsledku teplotných rozdielov môže na stenách výmenníka tepla kondenzovať vlhkosť. V zime hrozí námraza, ktorá môže viesť k rapídnemu zníženiu účinnosti alebo poruche rekuperátora.
3. Hlučná práca. Niektoré modely počas prevádzky vydávajú bzučanie.Ak počas dňa táto nevýhoda nie je zvlášť nápadná, potom v noci hluk spôsobuje nepohodlie. Rekuperátory so zlepšenou izoláciou pracujú ticho.

Vysoká počiatočná investícia je často hlavným argumentom proti energeticky efektívnemu vetraniu.

Je vhodné investovať peniaze do systému, ktorý sa vám vráti do 5-8 rokov. Malo by sa vziať do úvahy, že na údržbu komplexu budú musieť vzniknúť dodatočné náklady, napríklad pravidelná výmena ventilátorov

Vlastnosti rôznych typov výmenníkov tepla

Konštrukcia rekuperátora určuje priebeh prúdenia chladiacej kvapaliny, účinnosť ventilačného systému, triedu spotreby energie a cenu zariadenia. Používa sa päť typov výmenníkov tepla: doskové, rotačné, tepelné rúrky, komorové zariadenia a modely s medziľahlým chladivom.

Doskový rekuperátor – jednoduchosť dizajnu

Základom výmenníka tepla je utesnená komora s mnohými paralelnými vzduchovými kanálmi. Kanály sú oddelené priečkami - tepelne vodivými doskami z ocele alebo hliníka.

Dosky v tvare vlny (60-70 kusov) sú zoskupené v jednom bloku tak, že vytvorené kanály sú umiestnené krížom k sebe - vytvorená turbulencia zlepšuje prenos tepla (+)

Toky plynu sa pohybujú k sebe, pretínajú sa v kazete rekuperátora, ale nemiešajú sa. Výmena tepla sa uskutočňuje v dôsledku súčasného chladenia a zahrievania dosiek z rôznych strán.

Výhody krížového výmenníka tepla:

• jednoduchosť inštalácie a konfigurácie zariadenia;
• vylúčenie kontaktu vzdušných hmôt;
• dostupné náklady a kompaktné rozmery;
• absencia trecích a pohyblivých častí.

Miera účinnosti sa pohybuje v rozmedzí 40-70%.

Hlavnou nevýhodou doskového modelu je usadzovanie kondenzátu vo výfukovom potrubí a tvorba námrazy v zime. Na odmrazovanie jednotky sa prichádzajúci prúd presmeruje tak, aby obišiel výmenník tepla, a teplý výstupný prúd roztopí ľad na platniach.

V režime „rozmrazovanie“ nedochádza k úsporám energie, na ohrev privádzaného vzduchu sa používajú ohrievače vzduchu s výkonom do 5 kW. Priemerná hodnota účinnosti klesne o 20 % (+)

Existujú dva možné spôsoby riešenia problému:

1. Predohrev prúdu vstupujúceho vzduchu na teplotu, pri ktorej je vylúčená tvorba ľadu.
2. Rekuperátor s doskami vyrobenými z hygroskopickej celulózy. Materiál absorbuje vlhkosť z odpadových vzdušných hmôt a prenáša ju do novo prichádzajúcich prúdov.

Pri výbere krížového výmenníka tepla by ste mali brať do úvahy prevádzkové vlastnosti dosiek.

Ich vlastnosti závisia od materiálu výroby:

1. Hliníková fólia – dostupné náklady, ale obmedzený výkon v zime. Okrem toho sa neodporúča do obytných priestorov z dôvodu sušenia na vzduchu. Úpravy s hliníkovou „výplňou“ sú najlepšou voľbou pre vane a bazény.
2. Plastové priečky - cena podobná kovovým výrobkom, ale líšia sa zlepšenou prevádzkovou účinnosťou.
3. Celulózový výmenník tepla – zabráňte zamrznutiu a udržujte normálnu vlhkosť v interiéri.

Hygrocelulózový rekuperátor je najekonomickejší a optimálny pre vetranie obytných budov.

Rotačný rekuperátor – vysoká účinnosť systému

Výmenník tepla je prezentovaný vo forme valca naplneného vrstvami vlnitého kovu. Keď sa jednotka valca otáča, do každej priehradky striedavo vstupujú teplé alebo studené prúdy vzduchu.

Konštrukcia rotačného rekuperátora: rotačný hriadeľ a dva vzduchové kanály.Jedna časť rotora sa ohrieva „odpracovaním“, bubon sa otáča a teplo je presmerované na studené hmoty sústredené v susednom kanáli (+)

Účinnosť prenosu tepla je určená rýchlosťou otáčania rotora, účinnosť prevádzky je nastaviteľná.

Argumenty pre rotačný rekuperátor:

• návrat tepla až 65-90%;
• efektívnosť spotreba elektriny;
• čiastočná výmena vlhkosti – môžete to urobiť bez zvlhčovača;
• doba návratnosti - do 4 rokov.

Napriek vysokej účinnosti sa bubnový výmenník tepla nestal lídrom medzi podobnými inštaláciami.

Nevýhody ventilačného systému:

1. Pridávanie znečisteného vzduchu do prívodu. Výfukové a napájacie hmoty striedavo cirkulujú cez mikrokanály, takže asi 3-8% „pracovného“ sa vracia späť. Bubon často prenáša vôňu vychádzajúceho vzduchu.
2. Zložitosť dizajnu. Rotujúce časti rotora vyžadujú pravidelnú údržbu a periodickú výmenu. Pohyblivé prvky počas prevádzky vytvárajú hluk a vibrácie.
3. Vysoká cena. Cena za rotačné modely je vyššia ako za doskové výrobky. Je to spôsobené použitím zložitej mechaniky pri konštrukcii bubnového výmenníka tepla.
4. Veľké veľkosti. Inštalácia sa vykonáva v priestrannej ventilačnej komore.

Rotačné jednotky sa pre svoju objemnosť využívajú najmä v priemyselných podnikoch.

Pre minimalizáciu miešania prúdov vzduchu sú rotačné výmenníky doplnené o medzisektory - tu sú mikrokanály ofukované čerstvým vzduchom, ktorý prúdi späť do digestora. Nevýhodou obvodu je zníženie účinnosti (+)

Spojené výmenníky tepla - glykolový model

Vďaka svojim konštrukčným vlastnostiam sa rekuperačná jednotka s medzichladiacim médiom často nazýva spojené výmenníky tepla alebo ľadovcová jednotka. Ide o jeden z najflexibilnejších systémov rekuperácie tepla. Jeden výmenník tepla sa zarezáva do prívodného potrubia a druhý do výfukového potrubia.

Schéma potrubia obsahuje: obehové čerpadlo, expanznú nádobu, vzduchový ventil, regulátor, snímač teploty, poistný ventil, indikátor tlaku (+)

Princíp činnosti. Glykolová kompozícia cirkuluje medzi výmenníkmi tepla. Teplota chladiacej kvapaliny sa zvyšuje v dôsledku ohriateho prúdu výfukových plynov a potom sa tepelná energia prenáša na čerstvý vzduch. Uzavretý systém eliminuje miešanie prichádzajúcich vzduchových hmôt.

Vlastnosti prevádzky výmenníkov tepla s chladiacou kvapalinou:

• Účinnosť – 45-55%;
• nastavenie účinnosti pomocou čerpadla - je zvolená rýchlosť pohybu nemrznúcej zmesi;
• možnosť umiestnenia potrubia prívodu a odvodu vzduchu vzdialene od seba (až 800 m);
• rekuperátor je inštalovaný vertikálne alebo horizontálne;
• pri silnom mraze povrch výfukového výmenníka tepla zamrzne a objaví sa ľad; použitie nemrznúcej zmesi vám umožňuje prevádzkovať rekuperátor bez použitia odmrazovania;
• doba návratnosti systému – až 2 roky;
• je prípustná kombinácia 1 digestora a niekoľkých prítokov alebo naopak.

Objem výfukového a nasávaného vzduchu by mal byť približne rovnaký. Takéto rekuperátory sa zvyčajne používajú, ak je prítok toxický alebo silne znečistený, keď je miešanie tokov neprijateľné.

Komorová jednotka – univerzálnosť použitia

Konštrukčne je komorový výmenník tepla uzavretá skriňa, ktorá je vo vnútri rozdelená pohyblivou klapkou.Otváracia priečka určuje schému prevádzky rekuperátora.

Odtok prechádza jedným kanálom a prítok vstupuje do druhej komory. Vo výmenníku tepla ohrievajú teplé hmoty steny prvého oddelenia. Po chvíli sa klapka pohne a prúd vzduchu zmení smer

V dôsledku toho sa prítok pohybuje pozdĺž teplých stien prvého vzduchového potrubia a „výfuk“ ohrieva povrch druhej komory. V určitom bode sa prepážka vráti a cyklus sa opakuje.

Výhody komorovej teplovýmennej jednotky:

• Účinnosť – 80-90%;
• v tandeme s kvalitnou tepelnou izoláciou sú náklady na vykurovanie znížené na minimum;
• jednoduchosť inštalácie - pri výbere parametrov ventilačnej jednotky bude potrebná odborná pomoc;
• udržiavanie úrovne vlhkosti;
• zamrznutie systému je vylúčené.

Komorový výmenník tepla je vynikajúcou voľbou pre regióny, kde je počas dlhého ročného obdobia výrazná nerovnováha medzi vnútornou a vonkajšou teplotou.

Nevýhody rekuperačnej jednotky zahŕňajú:

• potreba pravidelnej údržby pohyblivých prvkov;
• protiprúdy vzduchu sa čiastočne miešajú - pachy a nečistoty môžu prúdiť späť do budovy.

Na zníženie prímesí je systém vybavený filtračný prvok. Vzduch sa stáva čistejším, no účinnosť rekuperátora klesá.

Tepelné trubice – uzavretý systém výmeny tepla

Rekuperátor pozostáva z mnohých medených alebo hliníkových rúrok naplnených ľahko sa odparujúcou látkou, napríklad freónom. Princíp činnosti rúrkového výmenníka tepla je založený na fyzikálnych procesoch - zmenách skupenstva látky pri zahrievaní.

Tepelná trubica je umiestnená zvisle – spodný koniec výmenníka tepla je vo výfukovom potrubí a horný je v potrubí privádzaného vzduchu. Odchádzajúce toky idú okolo konca trubice - freón sa zahrieva, vrie a odparuje sa (+)

Plyn stúpa a uvoľňuje tepelnú energiu do prítoku, potom freón kondenzuje a steká dolu rekuperátorom. Tepelný cyklus sa opakuje v kruhu.

Technické a prevádzkové vlastnosti rúrkového výmenníka tepla:

• účinnosť zariadenia – až 65 %;
• tichý chod kvôli absencii pohyblivých prvkov;
• jednoduchosť dizajnu a nízka údržba;
• kompaktnosť — malé rozmery a nízka hmotnosť;
• energetická nezávislosť – chladiaca kvapalina prirodzene cirkuluje;

Významnou výhodou je, že sa nemiešajú prúdy vstupného a spätného vzduchu.

Nevýhody tepelných potrubí:

• vysoká úroveň účinnosti dosahuje sa v úzkom teplotnom rozsahu - pri náhlom prehriatí sa všetok freón odparí a pri nedostatočnom zahriatí sa intenzita odparovania spomalí;
• nízka pevnosť rúrok – zmena tvaru alebo odtlakovanie znižuje výkon zariadenia.

Rúrkové výmenníky tepla sa používajú v súkromnej výstavbe, administratívnych a kancelárskych budovách a malých priemyselných areáloch.

Metódy organizácie rekuperačného vetrania

Zotavenie je usporiadané jedným z nasledujúcich spôsobov: centralizované a decentralizované. V prvom prípade prúdenie vetrania z celej miestnosti prechádza cez výmenník tepla, v druhom - z jednej miestnosti.

Centralizovaný komplex – vzduchotechnická jednotka

Centralizovaný systém je inštalovaný vo fáze výstavby alebo významnej modernizácie ventilačného systému.

Je zvolená jednotka núteného prívodu a odvodu (PVU) so zabudovaným rekuperátorom. Hlavným kritériom výberu je celkový výkon komplexu na základe celkového objemu vzduchu v konštrukcii (+)

PVU s rekuperátorom zabezpečuje dostatočnú výmenu vzduchu aj v domoch s utesnenými oknami. Súčasne sú prúdy vzduchu distribuované rovnomerne bez vytvárania prievanu.

Komplexné vzduchotechnické jednotky typ monoblok vybavený:

• Fanúšikovia – nepretržitý prísun čistého vzduchu a vypúšťanie trysiek nasýtených oxidom uhličitým;
• ohrievače – predohrev prítoku;
• filtre – zachytáva prach a mikročastice;
• rekuperátor — možno použiť rôzne typy inštalácií.

Funkčnosť niektorých PVU je rozšírená o časovač oneskorenia, regulátor výkonu, snímače úrovne vlhkosti atď.

Telo monoblokových modelov je pokryté materiálom pohlcujúcim hluk, vďaka čomu je prevádzka PVU veľmi tichá. Možné sú vertikálne, horizontálne a závesné verzie vetracích jednotiek

Vyrábané rekuperačné monoblokové PVU sa osvedčili: "vetracie otvory" (Ukrajina), Dantherm (Dánsko), "Daikin" (Japonsko), "Dantex" (Anglicko).

Miestne jednotky - doplnok k existujúcemu ventilačnému systému

Na obnovenie cirkulácie vzdušných hmôt v používanej miestnosti sú vhodné decentralizované prívody vzduchu s rekuperáciou tepla.

Zarezávajú sa do fasády budovy alebo sa montujú cez okno. Ich hlavnou úlohou je zlepšovať sa prívodné vetranie v dome.

Lokálne rekuperátory sú vybavené ventilátorom a doskovým výmenníkom tepla. Vstupná „rukáv“ je izolovaná materiálom pohlcujúcim zvuk.Riadiaca jednotka kompaktných vetracích jednotiek je umiestnená na vnútornej stene

Vlastnosti decentralizovaných ventilačných systémov s rekuperáciou:

• Efektívnosť – 60-96%;
• nízka produktivita – zariadenia sú určené na výmenu vzduchu v miestnostiach do 20-35 m2;
• priaznivá cena a široký výber jednotiek, od bežných nástenných ventilov až po automatizované modely s viacstupňovým filtračným systémom a schopnosťou upravovať vlhkosť;
• jednoduchosť inštalácie – na uvedenie do prevádzky nie sú potrebné žiadne vzduchové kanály, nainštalujte nástenný ventil môžete to urobiť sami.

Populárni výrobcovia lokálnych rekuperátorov: Prána (Ukrajina), O.Erre (Taliansko), Blizzard (Nemecko), Prieduchy (Ukrajina), Aerovital (Nemecko).

Dôležité kritériá pre výber vpustu do steny: prípustná hrúbka steny, výkon, účinnosť rekuperátora, priemer vzduchového kanála a teplota čerpaného média

Závery a užitočné video na túto tému

Porovnanie fungovania prirodzeného vetrania a núteného systému s rekuperáciou:

Princíp činnosti centralizovaného rekuperátora, výpočet účinnosti:

Návrh a prevádzkový postup decentralizovaného výmenníka tepla s použitím nástenného ventilu Prana ako príklad:

Asi 25-35% tepla odchádza z miestnosti cez ventilačný systém. Rekuperátory slúžia na znižovanie strát a efektívne získavanie tepla. Klimatické zariadenia umožňujú využiť energiu odpadových hmôt na ohrev prichádzajúceho vzduchu.

Máte čo dodať, alebo máte otázky k fungovaniu rôznych rekuperátorov vetrania? Zanechajte komentár k publikácii a podeľte sa o svoje skúsenosti s prevádzkou takýchto zariadení. Kontaktný formulár sa nachádza v dolnom bloku.