Přívodní a odsávací větrání s rekuperací tepla: princip činnosti, přehled výhod a nevýhod

Přívod čerstvého vzduchu v chladném období vede k potřebě topení, aby se zajistilo správné vnitřní klima. Pro minimalizaci nákladů na elektřinu lze použít přívod a odvod vzduchu s rekuperací tepla.

Pochopení principů jeho činnosti umožní nejúčinnější snížení tepelných ztrát při zachování dostatečného objemu nahrazovaného vzduchu. Zkusme na to přijít.

Úspora energie ve ventilačních systémech

V období podzim-jaro, kdy je větrání hlavním problémem, je velký teplotní rozdíl mezi vstupujícím a vnitřním vzduchem. Chladný proud spěchá a vytváří nepříznivé mikroklima v domácnostech, kancelářích a na pracovišti nebo nepřijatelný vertikální teplotní gradient ve skladu.

Společným řešením problému je integrace do přívodního větrání ohřívač vzduchučímž je proud zahříván. Takový systém vyžaduje spotřebu energie, zatímco značné množství vycházejícího teplého vzduchu vede ke značné tepelné ztrátě.

Výstup z vnějšku s intenzivní parou slouží jako indikátor významné tepelné ztráty, kterou lze použít k ohřevu přiváděného proudu

Pokud jsou přívodní a výfukové kanály umístěny poblíž, je možné částečně přenášet teplo odcházejícího proudu na příchozí. Tím se sníží spotřeba energie ohřívače nebo se zcela opustí. Zařízení pro zajištění výměny tepla mezi různými proudy plynu s různými teplotami se nazývá rekuperátor.

V teplé sezóně, kdy je venkovní teplota mnohem vyšší než pokojová teplota, lze k ochlazování přiváděného proudu použít rekuperátor.

Jednotka s rekuperátorem

Vnitřní struktura ventilačního systému s integrovaný rekuperátor dostatečně jednoduché, proto je možné jejich nezávislé zakoupení a instalace. V případě, že je montáž nebo vlastní montáž obtížná, můžete si na objednávku zakoupit hotová řešení ve formě typických monobloků nebo jednotlivých prefabrikovaných konstrukcí.

Typická konstrukce zařízení pro přívod a výfuk vzduchu s rekuperátorem umístěným v jednom pouzdru může být podle uvážení uživatele doplněna dalšími uzly.

Hlavní prvky a jejich parametry

Pouzdro s tepelnou a zvukovou izolací je obvykle vyrobeno z ocelového plechu. V případě montáže na zeď musí vydržet tlak, který se vyskytuje při napěňování štěrbin kolem jednotky, a také zabránit vibracím ventilátorů.

V případě distribuovaného sání a proudění vzduchu v různých místnostech jsou připojeny k pouzdru potrubní systém. Je vybaven ventily a tlumiči pro distribuci průtoku.

V nepřítomnosti vzduchových kanálů je na výstupu přiváděného vzduchu ze strany místnosti instalována mřížka nebo difuzor pro distribuci proudu vzduchu. Na vstupním otvoru z ulice je namontována mřížka pro přívod venkovního vzduchu, aby se zabránilo vniknutí ptáků, velkého hmyzu a podestýlky do ventilačního systému.

Pohyb vzduchu zajišťují dva axiální nebo odstředivé ventilátory. V přítomnosti rekuperátoru je přirozená cirkulace vzduchu v dostatečném objemu nemožná kvůli aerodynamickému odporu vytvořenému touto jednotkou.

Přítomnost rekuperátoru zahrnuje instalaci jemných filtrů na vstupu obou toků. To je nezbytné ke snížení ucpávání prachu a tuků v tenkých kanálech tepelného výměníku. Jinak pro plné fungování systému bude nutné zvýšit frekvenci preventivní údržby.

Jemné filtry musí být pravidelně měněny nebo čištěny. V opačném případě způsobí zvýšený odpor proudění vzduchu rozbití ventilátorů.

Jeden nebo více rekuperátorů zabírá velkou část napájecího a výfukového zařízení. Jsou namontovány ve středu konstrukce.

V případě silných mrazů typických pro dané území a nedostatečné účinnosti tepelného výměníku pro ohřev venkovního vzduchu lze dodatečně nainstalovat ohřívač vzduchu. Je-li to nutné, je také namontován zvlhčovač, ionizátor a další zařízení, aby se v místnosti vytvořilo příznivé mikroklima.

Moderní modely zahrnují elektronickou řídicí jednotku. Sofistikované modifikace mají funkce pro programování provozních režimů v závislosti na fyzikálních parametrech vzduchu. Vnější panely mají atraktivní vzhled, díky čemuž mohou být dobře integrovány do jakéhokoli interiéru místnosti.

Řešení problému kondenzace

Chlazení vzduchu přicházejícího z místnosti vytváří předpoklady pro vypouštění vlhkosti a tvorbu kondenzátu. V případě vysokého průtoku nemá většina času akumulaci v rekuperátoru a jde ven. Při pomalém pohybu vzduchu zůstává v zařízení podstatná část vody. Proto je nutné zajistit shromažďování vlhkosti a její odstraňování mimo kryt napájecí a výfukový systém.

Základním zařízením pro shromažďování a odvádění kondenzátu je pánev umístěná pod rekuperátorem se sklonem k vypouštěcímu otvoru.

V uzavřené nádobě se vytváří vlhkost. Je umístěn pouze uvnitř, aby nedošlo k zamrznutí odtokových kanálů při teplotách pod nulou.Neexistuje spolehlivý algoritmus pro výpočet objemu vody získané při použití systémů s rekuperátorem, takže je stanoven experimentálně.

Opětovné použití kondenzátu pro zvlhčení vzduchu je nežádoucí, protože voda absorbuje mnoho znečišťujících látek, jako je lidský pot, zápach atd.

Organizace samostatného výfukového systému od koupelny a kuchyně výrazně snižuje množství kondenzátu a předchází problémům spojeným s jeho vzhledem. Právě v těchto místnostech má vzduch nejvyšší vlhkost. Pokud existuje několik výfukových systémů, musí být výměna vzduchu mezi technickou a obytnou oblastí omezena instalací zpětných ventilů.

V případě ochlazování odcházejícího proudu vzduchu na záporné teploty uvnitř rekuperátoru přechází kondenzát na led, což způsobuje snížení živého průřezu toku a v důsledku toho snížení objemu nebo úplné zastavení ventilace.

Pro periodické nebo jednorázové odmrazování rekuperátoru je instalován obtok - obtokový kanál pro pohyb přiváděného vzduchu. Když tok prochází obtokem zařízení, přenos tepla se zastaví, tepelný výměník se zahřeje a led se stane kapalným. Voda proudí do sběrné nádrže kondenzátu nebo se vypařuje směrem ven.

Princip obtokového zařízení je jednoduchý, proto, pokud existuje riziko tvorby ledu, je vhodné takové řešení poskytnout, protože rekuperace tepla tepelného výměníku jinými způsoby je komplikovaná a dlouhá

Když tok prochází obtokem, nedochází k zahřívání přiváděného vzduchu přes rekuperátor. Proto je-li tento režim aktivován, je nutné automaticky zapnout ohřívač vzduchu.

Funkce různých typů rekuperátorů

Existuje několik strukturálně odlišných možností realizace přenosu tepla mezi proudy studeného a zahřátého vzduchu. Každá z nich má své vlastní charakteristické rysy, které určují hlavní účel každého typu rekuperátoru.

Deskový výměník tepla

Konstrukce deskového tepelného výměníku je založena na tenkostěnných panelech, které jsou zapojeny střídavě tak, aby střídavě procházely mezi nimi různé toky teploty v úhlu 90 stupňů. Jednou z úprav tohoto modelu je zařízení s žebrovými kanály pro průchod vzduchu. Má vyšší koeficient přenosu tepla.

Alternativní průchod teplého a studeného proudu vzduchu skrz desky je realizován ohýbáním okrajů desek a těsnicích hmot polyesterovou pryskyřicí

Desky pro přenos tepla mohou být vyrobeny z různých materiálů:

• slitiny na bázi mědi, mosazi a hliníku mají dobrou tepelnou vodivost a nejsou náchylné k rzi;
• plast vyrobený z polymerního hydrofobního materiálu s vysokým koeficientem tepelné vodivosti je lehký;
• absorpční celulóza umožňuje kondenzátu proniknout skrz desku a vrátit se do místnosti.

Nevýhodou je možnost kondenzace při nízkých teplotách. Vzhledem k malé vzdálenosti mezi deskami vlhkost nebo led výrazně zvyšují aerodynamický odpor. V případě zamrznutí je nutné uzavřít přívod vzduchu pro zahřátí talířů.

Výhody deskových rekuperátorů jsou následující:

• nízké náklady;
• dlouhá životnost;
• dlouhé období mezi preventivní údržbou a její jednoduchostí;
• malé rozměry a hmotnost.

Tento typ rekuperátoru je nejběžnější pro bytové a kancelářské prostory. Používá se také v některých technologických procesech, například k optimalizaci spalování paliva během provozu pecí.

Buben nebo rotační typ

Princip činnosti rotačního tepelného výměníku je založen na rotaci tepelného výměníku, uvnitř které jsou vrstvy vlnitého kovu s vysokou tepelnou kapacitou.V důsledku interakce s odtokem se bubenový sektor zahřívá, což následně vydává teplo přiváděnému vzduchu.

Výměník tepla s jemnými oky rotačního výměníku tepla je náchylný k ucpávání, proto je obzvláště důležité věnovat pozornost kvalitní práci jemných filtrů

Výhody rotačních rekuperátorů jsou následující:

• poměrně vysoká účinnost ve srovnání s konkurenčními typy;
• návrat velkého množství vlhkosti, který ve formě kondenzátu zůstává na bubnu a při kontaktu se vstupujícím suchým vzduchem se odpařuje.

Tento typ rekuperátoru je méně běžně používán pro obytné budovy s větráním bytu nebo chaty. Často se používá ve velkých kotelnách k vracení tepla do pecí nebo pro velká průmyslová nebo maloobchodní zařízení.

Tento typ zařízení má však značné nevýhody:

• relativně složitá struktura s pohyblivými částmi, včetně elektrického motoru, bubnu a řemenového pohonu, která vyžaduje stálou údržbu;
• zvýšená hladina hluku.

Někdy u zařízení tohoto typu lze najít termín „regenerativní výměník tepla“, který je správnější než „rekuperátor“. Skutečnost je taková, že malá část odpadního vzduchu proudí zpět kvůli volnému uložení bubnu do těla konstrukce.

To ukládá další omezení možnosti používání zařízení tohoto typu. Například kontaminovaný vzduch z topných kamen nelze použít jako nosič tepla.

Trubkový a plášťový systém

Trubkový rekuperátor sestává z tenkostěnných trubek malého průměru umístěných v izolovaném pouzdru systému, kterým protéká vnější vzduch. Na plášti produkují teplý vzduch hromadný výstup z místnosti, která zahřívá vstupní proud.

Výstup teplého vzduchu musí být prováděn přesně skrz pouzdro, a nikoli prostřednictvím systému trubek, protože je nemožné z nich odstranit kondenzát.

Hlavní výhody trubkových rekuperátorů jsou následující:

• vysoká účinnost díky protiproudému principu pohybu chladicí kapaliny a přiváděného vzduchu;
• jednoduchost konstrukce a nepřítomnost pohyblivých částí poskytuje nízkou hladinu hluku a zřídka vznikající potřeba údržby;
• dlouhá životnost;
• nejmenší průřez ze všech typů zařízení pro obnovu.

Trubky pro zařízení tohoto typu používají buď kov z lehkých slitin, nebo méně běžně polymer. Tyto materiály nejsou hygroskopické, a proto se s podstatným rozdílem v teplotě toků může vytvořit silný kondenzát v pouzdru, což vyžaduje konstruktivní řešení pro jeho odstranění. Další nevýhodou je, že kovová výplň má navzdory svým malým rozměrům značnou hmotnost.

Díky jednoduchosti konstrukce trubkového rekuperátoru je tento typ zařízení oblíbený pro vlastní výrobu. Jako vnější plášť se obvykle používají plastové trubky pro vzduchové kanály izolované polyuretanovými pouzdry.

Zařízení pro přechodný přenos tepla

Někdy jsou přívodní a výfukové potrubí umístěny v určité vzdálenosti od sebe. Tato situace může nastat v důsledku technologických vlastností budovy nebo hygienických požadavků na spolehlivé oddělení proudů vzduchu.

V tomto případě použijte mezilehlé chladivo cirkulující mezi potrubími izolovanou trubkou. Jako médium pro přenos tepelné energie pomocí vody nebo roztoku voda-glykol, jehož cirkulaci zajišťuje tepelné čerpadlo.

Rekuperátor s mezilehlým chladivem je objemové a drahé zařízení, jehož použití je ekonomicky odůvodněné pro místnosti s velkými plochami

V případě, že je možné použít jiný typ rekuperátoru, je lepší nepoužívat systém s mezilehlým chladivem, protože má následující významné nevýhody:

• nízká účinnost ve srovnání s jinými typy zařízení, proto u malých místností s nízkým průtokem vzduchu se taková zařízení nepoužívají;
• významný objem a hmotnost celého systému;
• potřeba dalšího elektrického čerpadla pro cirkulaci tekutiny;
• zvýšený hluk z čerpadla.

Tento systém je modifikován, když se místo nucené cirkulace teplosměnné tekutiny používá médium s nízkým bodem varu, jako je freon. V tomto případě je pohyb po obvodu možný přirozeným způsobem, ale pouze tehdy, je-li přívodní vzduchový kanál umístěn nad výfukovým potrubím.

Takový systém nevyžaduje dodatečné náklady na energii, ale pracuje pro vytápění pouze při výrazném teplotním rozdílu. Kromě toho je nutné doladit bod změny stavu agregace teplosměnné tekutiny, který může být realizován vytvořením požadovaného tlaku nebo specifického chemického složení.

Hlavní technické parametry

Znalost požadovaného výkonu ventilačního systému a účinnosti výměny tepla tepelného výměníku, je snadné spočítat úspory při ohřevu vzduchu pro místnost za specifických klimatických podmínek. Porovnáním potenciálních výhod s náklady na nákup a údržbu systému si můžete rozumně vybrat ve prospěch rekuperátoru nebo standardního ohřívače vzduchu.

Výrobci zařízení často nabízejí modelovou řadu, ve které se ventilační jednotky s podobnou funkcí liší v množství výměny vzduchu. U obytných prostor musí být tento parametr vypočítán podle tabulky 9.1. SP 54.13330.2016

Koeficient výkonu

Účinností rekuperátoru se rozumí účinnost přenosu tepla, která se vypočítá podle následujícího vzorce:

K = (T_n - T_n) / (T_v - T_n)

Ve kterém:

• T_n - teplota přiváděného vzduchu do místnosti;
• T_n - venkovní teplota;
• T_v - teplota vzduchu v místnosti.

Maximální hodnota účinnosti se standardem průtoky vzduchu a určitý teplotní režim uvedený v technické dokumentaci zařízení. Jeho skutečná sazba bude o něco nižší.

V případě nezávislé výroby deskového nebo trubkového tepelného výměníku je nutné dodržovat následující pravidla, aby se dosáhlo maximální účinnosti přenosu tepla:

• Nejlepší výměna tepla je zajištěna protiproudými zařízeními, pak zařízeními s křížovým tokem a nejmenšími - s jednosměrným pohybem obou toků.
• Rychlost přenosu tepla závisí na materiálu a tloušťce stěn oddělujících proudy, jakož i na délce vzduchu uvnitř zařízení.

Znáte účinnost rekuperátoru a můžete vypočítat jeho energetickou účinnost při různých teplotách vnějšího a vnitřního vzduchu:

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

kde P (m³/ hodinu) - spotřeba vzduchu.

Výpočet efektivity rekuperátoru v peněžním vyjádření a srovnání s náklady na jeho nákup a instalaci pro dvoupodlažní chatku o celkové ploše 270 m2 ukazuje proveditelnost instalace takového systému

Náklady na rekuperátory s vysokou účinností jsou poměrně vysoké, mají složitou strukturu a značnou velikost. Tyto problémy se občas můžete vyřešit instalací několika jednodušších zařízení, aby jimi přicházející vzduch prošel postupně.

Výkon ventilačního systému

Objem proudu vzduchu je určen statickým tlakem, který závisí na výkonu ventilátoru a hlavních součástech, které vytvářejí aerodynamický odpor.Jeho přesný výpočet je zpravidla nemožný kvůli složitosti matematického modelu, proto se provádějí experimentální studie pro typické konstrukce monobloku a komponenty se vybírají pro jednotlivá zařízení.

Výkon ventilátoru musí být zvolen s ohledem na průchodnost instalovaných rekuperátorů jakéhokoli typu, což je v technické dokumentaci uvedeno jako doporučený průtok nebo objem vzduchu procházející zařízením za jednotku času. Přípustná rychlost vzduchu uvnitř zařízení zpravidla nepřesahuje 2 m / s.

Jinak při vysokých rychlostech v úzkých prvcích rekuperátoru dochází k prudkému nárůstu aerodynamického odporu. To vede k zbytečným nákladům na energii, neefektivnímu zahřívání venkovního vzduchu a zkrácení životnosti ventilátorů.

Graf tlakové ztráty versus průtok vzduchu u několika modelů vysoce výkonných tepelných výměníků ukazuje nelineární zvýšení odporu, proto je nutné dodržovat požadavky na doporučený objem výměny vzduchu uvedené v technické dokumentaci zařízení

Změna směru proudění vzduchu vytváří další aerodynamický odpor. Při modelování geometrie vnitřního potrubí je proto žádoucí minimalizovat počet otáček potrubí o 90 stupňů. Difuzéry pro vzduchovou disperzi také zvyšují odpor, proto se doporučuje nepoužívat prvky se složitým vzorem.

Kontaminované filtry a mřížky způsobují významné rušení toku, proto je nutné je pravidelně čistit nebo vyměňovat. Jedním z účinných způsobů, jak posoudit ucpání, je instalace senzorů, které monitorují pokles tlaku v oblastech před a za filtrem.

Závěry a užitečné video na toto téma

Princip činnosti rotačního a deskového rekuperátoru:

Měření účinnosti rekuperátoru deskového typu:

Domácí a průmyslové ventilační systémy s integrovaným rekuperátorem prokázaly svou energetickou účinnost při udržování tepla v interiéru. Nyní existuje mnoho nabídek na prodej a instalaci takových zařízení ve formě ready-made a testovaných modelů, jakož i na individuální objednávky. Můžete vypočítat potřebné parametry a provést instalaci sami.

Máte-li dotazy při čtení informací nebo pokud zjistíte nepřesnosti v našich materiálech, zanechte prosím své komentáře v rámečku níže.