Rekuperácia tepla vo ventilačných systémoch: princíp prevádzky + schémy

V procese vetrania sa z miestnosti využíva nielen odpadový vzduch, ale aj časť tepelnej energie. V zime to vedie k zvýšeniu účtov za energie.

Zníženie zbytočných nákladov, nie na úkor výmeny vzduchu, umožní rekuperáciu tepla v centrálnych a lokálnych ventilačných systémoch. Na regeneráciu tepelnej energie sa používajú rôzne typy výmenníkov tepla - rekuperátorov.

V článku sú podrobne opísané modely jednotiek, ich konštrukčné vlastnosti, princípy činnosti, výhody a nevýhody. Uvedené informácie pomôžu pri výbere najlepšej možnosti usporiadania ventilačného systému.

Koncepcia regenerácie: princíp činnosti výmenníka tepla

Preložené z latiny, vrátenie znamená vrátenie alebo vrátenie. Čo sa týka reakcií na výmenu tepla, regenerácia je charakterizovaná čiastočným vrátením energie vynaloženej na vykonanie technologickej činnosti za účelom aplikácie v tom istom procese.

Vo ventilačnom systéme sa princíp rekuperácie tepla využíva na úsporu tepelnej energie.

Analogicky je chladenie obnovené v horúcom počasí - teplá dodávka tepla zahrieva výstup "ťažby" a ich teplota klesá.

Rekuperácia tepla vo ventilačných systémoch znižuje náklady na ich udržiavanie, udržiavanie regulačnej výmeny vzduchu. Je vhodné používať zariadenia na regeneráciu v organizovaných ventilačných systémoch s mechanickým navádzaním pohybu vzduchu. Rekuperátory vetracích systémov sú umiestnené v podkroví alebo v samostatnej technickej miestnosti, takže zvuk pracovného zariadenia nezasahuje do nájomcov domov, návštevníkov športových areálov a zamestnancov výrobných dielní. Rekuperovaný prietok vzduchu s časťou čerstvého vzduchu zmiešaného s ním sa privádza do priestorov cez vetracie potrubie Pri usporiadaní priemyselných priestorov s vetracími okruhmi pri zachovaní prijatého tepla a pridaní čerstvého vzduchu je zariadenie na úpravu prietoku inštalované v podkroví, vzduchové kanály sú zavesené pod stropom. Okrem opätovného použitia tepla, zariadenie ventilačného systému filtruje vzduchovú hmotu, odstraňuje z nej prach a toxické zložky. V súčasnosti vyrábané tepelné výmenníky sú vybavené zariadeniami na zníženie spotreby energie, čo výrazne znižuje spotrebu energie. Regenerácia je ekonomické riešenie pre systémy núteného vetrania, ale používa sa len ako doplnok. Hlavný objem vzduchu v chladných mesiacoch stále ovláda ohrievač

Proces získavania energie sa uskutočňuje vo výmenníku tepla. Zariadenie zaisťuje prítomnosť prvku na výmenu tepla a ventilátorov na čerpanie viacsmerných prúdov vzduchu. Na riadenie procesu a kontrolu kvality systému prívodu vzduchu sa používa automatizácia.

Konštrukcia je navrhnutá tak, že prívodné a výfukové prúdy sú v oddelených oddeleniach a nemiešajú sa - spätné získavanie tepla sa uskutočňuje cez steny výmenníka tepla.

Pochopiť a pochopiť, čo je ventilácia s obnovou pomôže vizuálny plán cirkulácie vzduchu.

Cez kapotu vo vlhkých priestoroch (WC, kúpeľňa, kuchyňa) je odtok odvádzaného vzduchu. Pred odchodom prechádza cez výmenník tepla a zanecháva teplo. Dodávaný vzduch sa pohybuje opačným smerom, ohrieva sa a vstupuje do obytných miestností (+)

Možnosť tepelného výmenníka vo vetraní

Je možné hovoriť o vhodnosti usporiadania rekuperačnej ventilácie pomocou hodnotenia účinnosti systému a porovnania jeho výhod s nevýhodami.

Časť tepla je odvádzaná z odvádzaného vzduchu smerom von a prenesená do vstrekovaných čerstvých prúdov smerujúcich do miestnosti. To znižuje tepelné straty až o 70% (+)

Potreba využitia spätného získavania tepla je najdôležitejšia v budovách s núteným výstupom vzduchu. Spravidla ide o nízkointegračné konštrukcie postavené s použitím inovatívnych tepelno-izolačných technológií (domy zo sendvičových panelov, dosky z plynových silikátov, penové bloky).

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

Problémy s cirkuláciou vzduchu sú však charakteristické aj pre „tradičné“ tehlové a betónové konštrukcie. Prítomnosť hermetických tepelno-izolačných okien z PVC blokuje cirkuláciu prirodzeným impulzom - prívod čerstvého vzduchu sa zastaví a trakcia vo ventilačnom kanáli sa prevráti alebo má sklon k nule.

Riešením problému "eurookien" je organizácia núteného vetrania. Systém obnovuje výmenu vzduchu, ale zároveň zvyšuje tepelné straty na 60%. A tu nemôžeme robiť bez tepelnej obnovy.

Účinnosť procesu výmeny je vyjadrená v percentách a ukazuje množstvo tepla, ktoré sa spotrebuje z odpadového vzduchu na ohrev čerstvého "prítoku".

Ukazovateľ účinnosti rekuperácie tepla ventilácie:

• 0% - otvorené okno - teplý vzduch sa odvádza do atmosféry a do vnútra sa dostáva chlad, čím sa znižuje teplota v miestnosti;
• 100% - privádzaný vzduch sa zahreje na teplotu „spracovania“ - technicky nie je možné vykonať;
• 30-90% je prijateľný parameter, regenerácia sa považuje za dobrú s účinnosťou 60% alebo viac, účinnosť nad 80% je vynikajúca výmena tepla.

Účinnosť systému závisí od typu výmenníka tepla, rozmerov miestnosti a prietoku vzduchu. V každom prípade, použitie využitie vetrania, a to aj s účinnosťou o 30% výhodnejšie ako jeho neprítomnosť. Okrem výrazných úspor energie zlepšuje "regenerácia" tepla celkovú mikroklímu v miestnosti.

Nevýhody použitia výmenníka tepla:

1. Volatilita. Nákup klimatizačného zariadenia je opodstatnený, ak spotreba energie bude po inštalácii výmenníka tepla podstatne nižšia ako jeho úspora.
2. Kondenzácia. V dôsledku rozdielu teplôt na stenách výmenníka tepla môže kondenzovať vlhkosť. V zime je tu šanca na námrazu, ktorá je plná rýchleho zníženia účinnosti alebo zlyhania výmenníka tepla.
3. Hlučná práca. Niektoré modely v procese prevádzky vydávajú drone. Ak počas dňa tento nedostatok nie je obzvlášť badateľný, potom v noci hluk prináša nepríjemné pocity. Rekuperátory so zlepšenou izoláciou pracujú ticho.

Vysoká počiatočná investícia sa často stáva hlavným argumentom proti energeticky účinnému vetraniu.

Je vhodné investovať do systému, ktorý sa vyplatí do 5-8 rokov. Treba poznamenať, že na údržbu komplexu budú musieť vzniknúť dodatočné náklady, napríklad pravidelná výmena ventilátorov

Vlastnosti rôznych typov výmenníkov tepla

Konštrukcia výmenníka tepla určuje priebeh prúdenia chladiaceho média, účinnosť systému vetrania, triedu spotreby energie a náklady na zariadenie. Používa sa päť variantov výmenníkov tepla: lamelové, rotačné, tepelné rúry, komorové zariadenia a modely s medziľahlým chladivom.

Deskový výmenník tepla - jednoduchý dizajn

Základom výmenníka tepla je vzduchotesná komora s viacerými paralelnými kanálmi. Kanály sú oddelené prepážkami - tepelne vodivé dosky z ocele alebo hliníka.

Zvlnené dosky (60-70 kusov) sú zoskupené do jedného bloku tak, že vytvorené kanály sú umiestnené krížovo k sebe - vytvorené turbulencie zlepšujú prestup tepla (+)

Prietok plynu sa pohybuje smerom k sebe, pretínajú sa v kazete výmenníka tepla, ale nemiešajú sa. Výmena tepla sa uskutočňuje súčasným chladením a zahrievaním dosiek z rôznych strán.

Výhody krížového výmenníka tepla:

• jednoduchá inštalácia a konfigurácia zariadenia;
• okrem kontaktu vzdušných hmôt;
• cenovo dostupné a kompaktné rozmery;
• žiadne trenie a pohyblivé časti.

Index účinnosti sa pohybuje v rozsahu 40-70%.

Hlavnou nevýhodou lamelárneho modelu je usadzovanie kondenzátu vo výfukovom kanáli a tvorba ľadu v zime. Na rozmrazenie jednotky sa privádzaný prúd presmeruje na obtok výmenníka tepla a teplý výtok roztaví ľad na doskách.

V režime „rozmrazovania“ sa neukladá energia a na ohrev privádzaného vzduchu sa používajú ohrievače do 5 kW. Priemerná účinnosť klesne o 20% (+)

Problém môžete vyriešiť dvoma spôsobmi:

1. Prívod privádzaného vzduchu predhrejte na teplotu, pri ktorej je vylúčená tvorba ľadu.
2. Rekuperátor s absorpčnými buničinovými platňami. Materiál absorbuje vlhkosť z masy odpadového vzduchu a prenáša ju na novo prichádzajúce toky.

Pri výbere krížového tepelného výmenníka by sa mali zohľadniť prevádzkové vlastnosti dosiek.

Ich vlastnosti závisia od materiálu výroby:

1. Hliníková fólia - cenovo dostupná, ale v zime obmedzená výkonnosť. Okrem toho sa neodporúča pre obytné priestory kvôli sušeniu vzduchu. Úpravy s hliníkovým "výplňou" - najlepšia voľba pre kúpele a bazény.
2. Plastové priečky - za cenu podobnú kovovým výrobkom, ale vyznačujú sa zlepšenou efektivitou práce.
3. Celulózový tepelný výmenník - zabraňuje námraze a udržuje normálny obsah vlhkosti v interiéri.

Rekuperátor hygrocelulózy je najhospodárnejší a najoptimálnejší pre ventiláciu obytných budov.

Rotačný výmenník tepla - vysoká účinnosť systému

Výmenník tepla je vytvorený vo forme valca naplneného vlnitými kovovými medzivrstvami. Keď sa jednotka valca otáča, do každej komory striedavo vstupujú teplé alebo studené prúdy vzduchu.

Konštrukcia výmenníka tepla rotora: hriadeľ rotácie a dva vzduchové kanály. Jedna časť rotora sa zahrieva „vypnutím“, bubon sa posúva a teplo sa presmeruje na studené hmoty sústredené v susednom kanáli (+)

Účinnosť prenosu tepla je určená rýchlosťou otáčania rotora, pričom účinnosť môže byť nastavená.

Argumenty „pre“ rotačný výmenník tepla:

• rekuperácia tepla do 65-90%;
• energetická účinnosť;
• čiastočná náhrada vlhkosti - môžete urobiť bez zvlhčovača;
• doba návratnosti - do 4 rokov.

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

Nevýhody ventilačného systému:

1. Znečistený vzduch premiešajte do prítoku. Výfukové a prítokové hmoty striedavo cirkulujú cez mikrokanály, takže sa vráti približne 3 až 8% „vypnutia“. Bubon často prenáša vôňu odchádzajúceho vzduchu.
2. Zložitosť dizajnu. Rotujúce časti rotora vyžadujú pravidelnú údržbu a pravidelnú výmenu. Pohyblivé prvky počas prevádzky produkujú hluk a vibrácie.
3. Vysoká cena Cena rotačných modelov je vyššia ako u lamelových výrobkov. Je to spôsobené použitím zložitej mechaniky v konštrukcii bubnového výmenníka tepla.
4. Veľké veľkosti. Inštalácia sa vykonáva v priestrannej vetracej komore.

Vzhľadom na objemnosť rotorového zariadenia sa používajú hlavne v priemyselných prevádzkach.

Na minimalizáciu prietoku vzduchu sú rekuperátory rotora doplnené medzilahmi - tu sú mikrokanály fúkané čerstvým vzduchom, ktorý prúdi späť do kapoty. Mínusová schéma - znížená účinnosť (+)

Súvisiace výmenníky tepla - glykolový model

Jednotka rekuperácie tepla s medziľahlým chladivom sa často označuje ako pridružené tepelné výmenníky alebo glykolová jednotka vďaka svojim konštrukčným vlastnostiam. Je to jeden z najflexibilnejších systémov rekuperácie tepla. Jeden výmenník tepla narazí do vstupného potrubia a druhý do výfuku.

V potrubnej schéme sú: obehové čerpadlo, expanzná nádrž, vzduchový ventil, regulátor, teplotný snímač, bezpečnostný ventil, indikátor tlaku (+)

Princíp činnosti. Glykolová kompozícia cirkuluje medzi výmenníkmi tepla. Teplota chladiaceho média sa zvyšuje v dôsledku zahrievaného prúdu výfukových plynov a potom sa tepelná energia prenáša na čerstvý vzduch. Uzavretý systém eliminuje miešanie prichádzajúcich vzdušných hmôt.

Vlastnosti prevádzky výmenníkov tepla s chladivom:

• Účinnosť - 45-55%;
• nastavenie účinnosti pomocou čerpadla - nemrznúca rýchlosť pohybu;
• možnosť umiestnenia prívodných a výfukových kanálov na diaľku od seba (do 800 m);
• inštalácia výmenníka tepla sa vykonáva vertikálne alebo horizontálne;
• pri silnom mraze sa objaví povrch výmenníka tepla, ktorý sa nachádza v ľade; použitie nemrznúcej zmesi umožňuje, aby sa rekuperátor používal bez použitia odmrazovania;
• doba návratnosti systému je až 2 roky;
• Je povolená kombinácia 1 kapoty a niekoľkých prítokov, alebo naopak.

Objem odstráneného a vstrekovaného vzduchu by mal byť približne rovnaký. Takéto výmenníky tepla sa zvyčajne používajú v prípade, že prúdenie je toxické alebo silne znečistené, keď je miešanie prúdov neprijateľné.

Komorový uzol - univerzálnosť aplikácie

Konštrukčne je komorový výmenník tepla uzavretý box rozdelený vo vnútri pohyblivej klapky. Otváracia priehradka definuje činnosť výmenníka tepla.

Výtok prebieha pozdĺž jedného kanála a prítok vstupuje do druhej komory. V tepelnom výmenníku ohrievajú teplé hmoty steny prvého oddelenia. Po chvíli sa klapka pohybuje a smer prúdenia vzduchu mení smer.

Výsledkom je, že sa prítok pohybuje pozdĺž teplých stien prvého vzduchového potrubia a „spracovanie“ zahrieva povrch druhej komory. V určitom bode sa oddiel vráti a cyklus sa opakuje.

Výhody výmenníka tepla v komore:

• Účinnosť - 80-90%;
• v tandeme s kvalitnou tepelnou izoláciou sú náklady na vykurovanie minimalizované;
• jednoduchosť inštalácie - pri výbere parametrov ventilačnej jednotky bude potrebná pomoc špecialistov;
• zachovanie úrovne vlhkosti;
• zmrazenie systému je vylúčené.

Komorový výmenník tepla je vynikajúcou voľbou pre regióny, kde v priebehu dlhého obdobia existuje výrazná nerovnováha medzi teplotou vo vnútri a vonku.

Nevýhody jednotky rekuperácie tepla zahŕňajú:

• potreba pravidelnej údržby pohyblivých častí;
• prichádzajúce vzdušné prúdy sú čiastočne zmiešané - zápach a nečistoty môžu prúdiť späť do budovy.

Pre zníženie zmesi je systém vybavený filtračným prvkom. Vzduch sa stáva čistejším, ale účinnosť rekuperátora padá.

Tepelné rúrky - uzavretý výmenník tepla

Rekuperátor pozostáva z rôznych medených alebo hliníkových rúr naplnených prchavými látkami, ako je freón. Princíp činnosti rúrkového tepelného výmenníka je založený na fyzikálnych procesoch - zmene stavu látky pri zahrievaní.

Termotrubica je umiestnená vertikálne - spodný koniec výmenníka tepla vo výfukovom potrubí a horný - v nasávacom potrubí. Odchádzajúce toky okolo konca trubice - freón sa zahrieva, varí a odparuje (+)

Plyn stúpa a uvoľňuje tepelnú energiu do prítoku, po čom sa freón kondenzuje a tečie cez výmenník tepla. Tepelný cyklus sa opakuje v kruhu.

Technické a prevádzkové charakteristiky rúrkového výmenníka tepla: \ t

• účinnosť zariadenia - až 65%;
• bezhlučná prevádzka z dôvodu neprítomnosti pohyblivých častí;
• jednoduchosť dizajnu a jednoduchosť údržby;
• kompaktnosť - malé rozmery a nízka hmotnosť;
• energetická nezávislosť - chladivo cirkuluje prirodzene;

Výhodou je, že prúdenie vzduchu a spätný tok nie sú zmiešané.

Slabé stránky tepelných rúr:

• vysoká účinnosť sa dosahuje pri úzkom teplotnom rozsahu - pri prudkom prehriatí sa všetok freón odparuje a pri nedostatočnom zahrievaní sa rýchlosť odparovania spomaľuje;
• rúrky s nízkou pevnosťou - zmena tvaru alebo zníženie tlaku znižuje výkon zariadenia.

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

Spôsoby organizovania rekuperačnej ventilácie

Vymáhanie sa rieši jedným zo spôsobov: centralizovaným a decentralizovaným. V prvom prípade prechádzajú ventilačné prúdy z celej miestnosti cez výmenník tepla, v druhom prípade z jednej miestnosti.

Centralizovaný komplex - vzduchotechnická jednotka

Centrálny systém je riešený vo fáze výstavby alebo kapitálovej modernizácie ventilačného systému.

Vyberie sa jednotka s núteným prívodom a výfukom (PVU) so zabudovaným rekuperátorom. Hlavné kritérium výberu - celkový výkon komplexu založený na celkovom objeme vzduchu v konštrukcii (+)

PVU s výmenníkom tepla zabezpečuje dostatočnú výmenu vzduchu aj v domoch s hermetickými oknami. Prúd vzduchu sa pritom rovnomerne rozdeľuje bez vytvárania prievanu.

Komplexné vzduchotechnické jednotky typu monoblok sú vybavené:

• ventilátory - nepretržité zásobovanie čistým vzduchom a vypúšťanie prúdov nasýtených oxidom uhličitým;
• ohrievače - prívod predohrevu;
• filtre - zadržiavajú prach a mikročastice;
• rekuperátor - môžu byť použité rôzne typy rastlín.

Funkčnosť niektorých PWU bola rozšírená o časovač oneskorenia, regulátor výkonu, senzory úrovne vlhkosti a tak ďalej.

Prípad monoblokových modelov je pokrytý materiálom absorbujúcim hluk, takže práca PWU je veľmi tichá. Sú možné vertikálne, horizontálne a závesné verzie ventilačných jednotiek.

Piestové monoblokové PVU vyrábané firmou Vents (Ukrajina), Dantherm (Dánsko), Daikin (Japonsko), Dantex (Anglicko) sa osvedčili dobre.

Miestne jednotky - okrem existujúceho systému vetrania

Na obnovu cirkulácie vzdušných hmôt v prevádzkovanej miestnosti budú vhodné decentralizované prítoky s rekuperáciou tepla.

Narazia do fasády budovy alebo sú namontované cez okno. Их основная задача – улучшение приточной вентиляции в доме.

В локальных рекуператорах предусмотрен вентилятор и пластинчатый теплообменник. «Рукав» приточника изолирован шумопоглощающим материалом. Блок управления компактных вентустановок размещается на внутренней стене

Особенности децентрализованных вентсистем с рекуперацией:

• КПД – 60-96%;
• невысокая производительность – устройства рассчитаны на обеспечения воздухообмена в помещениях до 20-35 кв.м;
• доступная стоимость и широкий выбор агрегатов, начиная от обычных стеновых клапанов до автоматизированных моделей с многоступенчатой системой фильтрации и возможностью регулировки влажности;
• простота монтажа – для ввода в эксплуатацию не требуется прокладка воздуховодов, установить стеновой клапан можно самостоятельно.

Популярные производители локальных рекуператоров: Prana (Украина), O.Erre (Италия), Blizzard (Германия), Вентс (Украина), Aerovital (Германия).

Важные критерии выбора стенового приточника: допустимая толщина стены, производительность, КПД рекуператора, диаметр воздушного канала и температура перекачиваемой среды

Závery a užitočné video na túto tému

Сравнение работы естественной вентиляции и принудительной системы с рекуперацией:

Принцип функционирования централизованного рекуператора, расчет КПД:

Устройство и порядок работы децентрализованного теплообменника на примере стенового клапана Prana:

Через вентсистему из помещения уходит порядка 25-35% тепла. Для сокращения потерь и эффективной теплоутилизации используются рекуператоры. Климатическое оборудование позволяет задействовать энергию отработанных масс для нагрева поступающего воздуха.

Есть, что дополнить, или возникли вопросы по работе разных вентиляционных рекуператоров? Оставляйте, пожалуйста, комментарии к публикации, делитесь опытом эксплуатации таких установок. Formulár pre komunikáciu je v dolnom bloku.