Zu- und Abluft mit Wärmerückgewinnung: Funktionsprinzip, Überblick über Vor- und Nachteile

Die Aufnahme von Frischluft in der kalten Zeit führt zu einer Heizung, um das richtige Raumklima zu gewährleisten. Zur Minimierung der Stromkosten kann die Versorgung und Abluft mit Wärmerückgewinnung genutzt werden.

Das Verständnis der Funktionsprinzipien ermöglicht die effizienteste Reduzierung des Wärmeverlusts bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung eines ausreichenden Volumens an ersetzter Luft. Versuchen wir das herauszufinden.

Energieeinsparung in Lüftungssystemen

In der Herbst-Frühling-Periode, in der die Belüftung ein Hauptproblem darstellt, ist der große Temperaturunterschied zwischen der einströmenden und der inneren Luft. Der kalte Strom strömt herab und erzeugt ein ungünstiges Mikroklima in Haushalten, Büros und am Arbeitsplatz oder einen inakzeptablen vertikalen Temperaturgradienten im Lager.

Eine häufige Lösung des Problems ist die Integration in die Versorgungslüftung Lufterhitzerdurch die der Strom erwärmt wird. Ein solches System erfordert einen Energieverbrauch, während eine erhebliche Menge an austretender warmer Luft zu einem erheblichen Wärmeverlust führt.

Der Austritt nach außen mit intensivem Dampf dient als Indikator für einen signifikanten Wärmeverlust, der zur Erwärmung des einströmenden Stroms verwendet werden kann

Befinden sich die Luftzufuhr- und Abluftkanäle in der Nähe, kann die Wärme des abgehenden Stroms teilweise auf den einströmenden übertragen werden. Dies reduziert den Energieverbrauch des Heizgeräts oder verzichtet vollständig darauf. Eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines Wärmeaustauschs zwischen Gasströmen unterschiedlicher Temperatur wird als Rekuperator bezeichnet.

In der warmen Jahreszeit, wenn die Außentemperatur viel höher als die Raumtemperatur ist, kann ein Rekuperator verwendet werden, um den einströmenden Strom zu kühlen.

Einheit Einheit mit Rekuperator

Die interne Struktur des Lüftungssystems mit integrierter Rekuperator einfach genug, daher ist ihr eigenständiger elementweiser Kauf und Einbau möglich. Für den Fall, dass die Montage oder Selbstmontage schwierig ist, können Sie auf Bestellung vorgefertigte Lösungen in Form eines typischen Monoblocks oder einzelner vorgefertigter Strukturen erwerben.

Ein typischer Aufbau einer Vor- und Abluftanlage mit einem Rekuperator in einem einzigen Gehäuse kann nach Ermessen des Benutzers durch andere Knoten ergänzt werden

Die Hauptelemente und ihre Parameter

Das Gehäuse mit Wärme- und Geräuschdämmung besteht üblicherweise aus Stahlblech. Bei der Wandmontage muss es dem Druck standhalten, der beim Schäumen von Schlitzen um das Gerät auftritt, und außerdem Vibrationen durch die Lüfter verhindern.

Bei einem über verschiedene Räume verteilten Ansaug- und Luftstrom sind sie mit dem Gehäuse verbunden Kanalsystem. Es ist mit Ventilen und Dämpfern zur Durchflussverteilung ausgestattet.

In Abwesenheit von Luftkanälen ist am Zuluftauslass von der Seite des Raums ein Gitter oder Diffusor installiert, um den Luftstrom zu verteilen. Ein Außenlufteinlassgitter ist an der Einlassöffnung von der Straße angebracht, um zu verhindern, dass Vögel, große Insekten und Abfall in das Belüftungssystem gelangen.

Die Luftbewegung erfolgt über zwei Axial- oder Radialventilatoren. In Gegenwart eines Rekuperators ist aufgrund des von dieser Einheit erzeugten Luftwiderstands eine natürliche Luftzirkulation in einem ausreichenden Volumen nicht möglich.

Das Vorhandensein eines Rekuperators beinhaltet die Installation von Feinfiltern am Einlass beider Ströme. Dies ist notwendig, um das Verstopfen von Staub- und Fettablagerungen in den dünnen Kanälen des Wärmetauschers zu verringern. Andernfalls muss für die volle Funktionsfähigkeit des Systems die Häufigkeit der vorbeugenden Wartung erhöht werden.

Feinfilter müssen regelmäßig gewechselt oder gereinigt werden. Andernfalls führt ein erhöhter Luftströmungswiderstand dazu, dass die Lüfter brechen.

Ein oder mehrere Rekuperatoren nehmen den Großteil der Zu- und Abgasvorrichtung ein. Sie sind in der Mitte der Struktur montiert.

Bei starken, für das Gebiet typischen Frösten und einem unzureichenden Wirkungsgrad des Wärmetauschers zur Erwärmung der Außenluft kann zusätzlich ein Lufterhitzer installiert werden. Bei Bedarf werden auch ein Luftbefeuchter, ein Ionisator und andere Geräte montiert, um ein günstiges Mikroklima im Raum zu schaffen.

Moderne Modelle verfügen über eine elektronische Steuereinheit. Anspruchsvolle Modifikationen haben Funktionen zum Programmieren von Betriebsarten in Abhängigkeit von den physikalischen Parametern der Luft. Außenverkleidungen haben ein attraktives Erscheinungsbild, wodurch sie sich gut in jedes Rauminnere integrieren lassen.

Lösung des Kondensationsproblems

Die Abkühlung der aus dem Raum kommenden Luft schafft die Voraussetzungen für die Abgabe von Feuchtigkeit und die Bildung von Kondensat. Bei einer hohen Durchflussrate hat das meiste keine Zeit, sich im Rekuperator anzusammeln, und geht nach draußen. Bei langsamer Luftbewegung verbleibt ein erheblicher Teil des Wassers im Gerät. Daher ist es notwendig, die Ansammlung von Feuchtigkeit und deren Entfernung außerhalb des Gehäuses sicherzustellen Versorgungs- und Abgassystem.

Eine elementare Vorrichtung zum Sammeln und Entfernen von Kondensat ist eine unter dem Rekuperator angeordnete Pfanne mit einer Neigung zum Abflussloch

Die Schlussfolgerung der Feuchtigkeit wird in einem geschlossenen Behälter erzeugt. Es wird nur in Innenräumen aufgestellt, um ein Einfrieren der Abflusskanäle bei Temperaturen unter Null zu vermeiden.Es gibt keinen zuverlässigen Algorithmus zur Berechnung des Wasservolumens, das bei Verwendung von Systemen mit einem Rekuperator erhalten wird, daher wird er experimentell bestimmt.

Die Wiederverwendung von Kondensat zur Befeuchtung der Luft ist unerwünscht, da Wasser viele Schadstoffe wie menschlichen Schweiß, Gerüche usw. aufnimmt.

Reduzieren Sie die Kondensatmenge erheblich und vermeiden Sie die mit dem Erscheinungsbild verbundenen Probleme, indem Sie eine von Bad und Küche getrennte Abgasanlage einrichten. In diesen Räumen hat die Luft die höchste Luftfeuchtigkeit. Bei mehreren Abgassystemen muss der Luftaustausch zwischen Technik- und Wohnbereich durch Einbau von Rückschlagventilen begrenzt werden.

Beim Abkühlen des Abluftstroms auf negative Temperaturen im Rekuperator geht das Kondensat in Eis über, was zu einer Verringerung des lebenden Querschnitts des Durchflusses und infolgedessen zu einer Verringerung des Volumens oder zu einer vollständigen Einstellung der Belüftung führt.

Zum periodischen oder einmaligen Abtauen des Rekuperators ist ein Bypass installiert - ein Bypasskanal für die Zuluftbewegung. Wenn der Fluss die Vorrichtung umgeht, stoppt die Wärmeübertragung, der Wärmetauscher erwärmt sich und das Eis wird flüssig. Wasser fließt in den Kondensatsammelbehälter oder verdunstet nach außen.

Das Prinzip der Bypass-Vorrichtung ist einfach. Wenn die Gefahr einer Eisbildung besteht, ist es ratsam, eine solche Lösung bereitzustellen, da die Wärmerückgewinnung des Wärmetauschers auf andere Weise kompliziert und langwierig ist

Wenn der Durchfluss durch den Bypass fließt, wird die Zuluft durch den Rekuperator nicht erwärmt. Wenn Sie diesen Modus aktivieren, müssen Sie daher den Lufterhitzer automatisch einschalten.

Merkmale verschiedener Arten von Rekuperatoren

Es gibt verschiedene strukturell unterschiedliche Möglichkeiten für die Implementierung der Wärmeübertragung zwischen kalten und erwärmten Luftströmen. Jeder von ihnen hat seine eigenen Besonderheiten, die den Hauptzweck für jeden Rekuperatortyp bestimmen.

Plattenquerstromwärmetauscher

Die Konstruktion des Plattenwärmetauschers basiert auf dünnwandigen Platten, die abwechselnd so verbunden sind, dass der Durchgang unterschiedlicher Temperaturströme in einem Winkel von 90 Grad zwischen ihnen abwechselt. Eine der Modifikationen dieses Modells ist ein Gerät mit Rippenkanälen für den Luftdurchgang. Es hat einen höheren Wärmeübergangskoeffizienten.

Ein abwechselnder Durchgang von warmem und kaltem Luftstrom durch die Platten wird durch Biegen der Plattenkanten und Dichtungsmassen mit einem Polyesterharz realisiert

Wärmeübertragungsplatten können aus verschiedenen Materialien hergestellt werden:

• Legierungen auf Kupfer-, Messing- und Aluminiumbasis weisen eine gute Wärmeleitfähigkeit auf und sind nicht anfällig für Rost.
• ein Kunststoff aus einem hydrophoben Polymermaterial mit einem hohen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten ist leicht;
• Durch absorbierende Cellulose kann Kondensat durch die Platte eindringen und in den Raum zurückkehren.

Der Nachteil ist die Möglichkeit der Kondensation bei niedrigen Temperaturen. Aufgrund des geringen Abstands zwischen den Platten erhöhen Feuchtigkeit oder Eis den Luftwiderstand erheblich. Im Falle eines Gefrierens muss der einströmende Luftstrom unterbrochen werden, um die Platten zu erwärmen.

Die Vorteile von Plattenrekuperatoren sind folgende:

• niedrige Kosten;
• lange Lebensdauer;
• eine lange Zeitspanne zwischen vorbeugender Wartung und ihrer Einfachheit;
• kleine Abmessungen und Gewicht.

Diese Art von Rekuperator ist am häufigsten in Wohn- und Büroräumen anzutreffen. Es wird auch in einigen technologischen Prozessen verwendet, um beispielsweise die Brennstoffverbrennung während des Betriebs von Öfen zu optimieren.

Trommel- oder Rotationstyp

Das Funktionsprinzip eines Rotationswärmetauschers basiert auf der Rotation des Wärmetauschers, in dem sich Wellblechschichten mit hoher Wärmekapazität befinden.Durch die Wechselwirkung mit dem Abwasser wird der Trommelsektor erwärmt, der anschließend Wärme an die einströmende Luft abgibt.

Der feinmaschige Wärmetauscher des Rotationswärmetauschers neigt zum Verstopfen, daher ist es besonders wichtig, auf die Qualitätsarbeit von Feinfiltern zu achten

Die Vorteile von Rotationsrekuperatoren sind wie folgt:

• ziemlich hohe Effizienz im Vergleich zu konkurrierenden Typen;
• die Rückführung einer großen Menge Feuchtigkeit, die in Form von Kondensat auf der Trommel verbleibt und bei Kontakt mit einströmender trockener Luft verdunstet.

Diese Art von Rekuperator wird seltener für Wohngebäude mit Belüftung von Wohnungen oder Häusern verwendet. Oft wird es in großen Kesselräumen verwendet, um Wärme an Öfen oder große Industrie- oder Einzelhandelsanlagen zurückzugeben.

Dieser Gerätetyp weist jedoch erhebliche Nachteile auf:

• eine relativ komplexe Struktur mit beweglichen Teilen, einschließlich eines Elektromotors, einer Trommel und eines Riemenantriebs, die eine ständige Wartung erfordert;
• erhöhter Geräuschpegel.

Manchmal findet sich bei Geräten dieses Typs der Begriff „regenerativer Wärmetauscher“, der korrekter ist als ein „Rekuperator“. Tatsache ist, dass ein kleiner Teil der Abluft aufgrund des lockeren Sitzes der Trommel am Körper der Struktur zurückströmt.

Dies führt zu zusätzlichen Einschränkungen bei der Verwendung von Geräten dieses Typs. Beispielsweise kann kontaminierte Luft aus Heizöfen nicht als Wärmeträger verwendet werden.

Rohr- und Gehäusesystem

Der rohrförmige Rekuperator besteht aus dünnwandigen Rohren mit kleinem Durchmesser, die sich im isolierten Gehäuse des Systems befinden und durch die Außenluft strömt. Auf dem Gehäuse wird warme Luftmasse aus dem Raum erzeugt, die den einströmenden Strom erwärmt.

Die Abgabe von warmer Luft muss genau durch das Gehäuse und nicht durch ein Rohrsystem erfolgen, da es unmöglich ist, Kondensat aus diesen zu entfernen

Die Hauptvorteile von Rohrrekuperatoren sind folgende:

• hoher Wirkungsgrad dank Gegenstrom-Bewegungsprinzip des Kühlmittels und der einströmenden Luft;
• Die Einfachheit des Designs und das Fehlen beweglicher Teile sorgen für einen niedrigen Geräuschpegel und einen selten auftretenden Wartungsbedarf.
• lange Lebensdauer;
• kleinster Querschnitt unter allen Arten von Wiederherstellungsgeräten.

Rohre für Vorrichtungen dieses Typs verwenden entweder Leichtmetall oder seltener Polymer. Diese Materialien sind nicht hygroskopisch, daher ist bei einem signifikanten Unterschied in der Temperatur der Strömungen die Bildung von intensivem Kondensat im Gehäuse möglich, was eine konstruktive Lösung für dessen Entfernung erfordert. Ein weiterer Nachteil ist, dass die Metallfüllung trotz ihrer geringen Abmessungen ein erhebliches Gewicht hat.

Die Einfachheit des Designs des rohrförmigen Rekuperators macht diesen Gerätetyp für die Selbstherstellung beliebt. Als Außengehäuse werden üblicherweise Kunststoffrohre für Luftkanäle verwendet, die mit Polyurethanschalen isoliert sind.

Zwischenwärmeübertragungsvorrichtung

Manchmal befinden sich die Zu- und Abluftkanäle in einiger Entfernung voneinander. Diese Situation kann aufgrund der technologischen Merkmale des Gebäudes oder der sanitären Anforderungen für eine zuverlässige Trennung der Luftströme auftreten.

Verwenden Sie in diesem Fall ein Zwischenkühlmittel, das zwischen den Kanälen durch ein isoliertes Rohr zirkuliert. Als Medium zur Übertragung von Wärmeenergie mit Wasser oder einer Wasser-Glykollösung, deren Zirkulation durch bereitgestellt wird Wärmepumpe.

Der Rekuperator mit Zwischenkühlmittel ist ein volumetrisches und teures Gerät, dessen Verwendung für großflächige Räume wirtschaftlich gerechtfertigt ist

Für den Fall, dass ein anderer Rekuperatortyp verwendet werden kann, ist es besser, kein System mit einem Zwischenkühlmittel zu verwenden, da es die folgenden wesentlichen Nachteile aufweist:

• geringer Wirkungsgrad im Vergleich zu anderen Gerätetypen, daher werden solche Geräte für kleine Räume mit geringem Luftstrom nicht verwendet;
• signifikantes Volumen und Gewicht des gesamten Systems;
• die Notwendigkeit einer zusätzlichen elektrischen Pumpe, um die Flüssigkeit zu zirkulieren;
• Erhöhtes Geräusch von der Pumpe.

Es gibt eine Modifikation dieses Systems, wenn anstelle einer erzwungenen Zirkulation der Wärmeaustauschflüssigkeit ein Medium mit niedrigem Siedepunkt wie Freon verwendet wird. In diesem Fall ist eine Bewegung entlang des Kreislaufs auf natürliche Weise möglich, jedoch nur, wenn sich der Zuluftkanal über dem Abluftkanal befindet.

Ein solches System erfordert keine zusätzlichen Energiekosten, funktioniert jedoch nur zum Heizen bei einem signifikanten Temperaturunterschied. Zusätzlich ist es notwendig, den Änderungspunkt des Aggregationszustands des Wärmeübertragungsfluids fein abzustimmen, der durch Erzeugen des gewünschten Drucks oder einer spezifischen chemischen Zusammensetzung implementiert werden kann.

Technische Hauptparameter

In Kenntnis der erforderlichen Leistung des Lüftungssystems und der Wärmeaustauscheffizienz des Wärmetauschers lassen sich die Einsparungen bei der Erwärmung der Luft für einen Raum unter bestimmten klimatischen Bedingungen leicht berechnen. Wenn Sie die potenziellen Vorteile mit den Kosten für den Kauf und die Wartung des Systems vergleichen, können Sie sich vernünftigerweise für einen Rekuperator oder einen Standard-Lufterhitzer entscheiden.

Gerätehersteller bieten häufig eine Modellreihe an, bei der sich Lüftungsgeräte mit ähnlicher Funktionalität in der Menge des Luftaustauschs unterscheiden. Für Wohnräume muss dieser Parameter gemäß Tabelle 9.1 berechnet werden. SP 54.13330.2016

Leistungskoeffizient

Der Wirkungsgrad des Rekuperators wird als Wärmeübertragungseffizienz verstanden, die nach folgender Formel berechnet wird:

K = (T._n - T._n) / (T._in - T._n)

In dem:

• T._n - Temperatur der in den Raum einströmenden Luft;
• T._n - Außentemperatur;
• T._in - Lufttemperatur im Raum.

Der maximale Wert der Effizienz mit Standard Luftmengen und ein bestimmtes Temperaturregime, das in der technischen Dokumentation des Geräts angegeben ist. Die reale Rate wird etwas niedriger sein.

Bei der unabhängigen Herstellung einer Platte oder eines Rohrwärmetauschers müssen die folgenden Regeln eingehalten werden, um eine maximale Wärmeübertragungseffizienz zu erzielen:

• Der beste Wärmeaustausch wird durch Gegenstromgeräte, dann Querstromgeräte und das kleinste gewährleistet - mit der unidirektionalen Bewegung beider Flüsse.
• Die Wärmeübertragungsrate hängt vom Material und der Dicke der Wände ab, die die Ströme trennen, sowie von der Dauer der Luft im Inneren des Geräts.

Wenn der Wirkungsgrad des Rekuperators bekannt ist, kann seine Energieeffizienz bei verschiedenen Temperaturen der Außen- und Innenluft berechnet werden:

E (W) = 0,36 x P x K x (T._in - T._n)

wo P (m³/ Stunde) - Luftverbrauch.

Die monetäre Berechnung der Effizienz des Rekuperators und der Vergleich mit den Kosten für den Kauf und die Installation eines zweistöckigen Häuschens mit einer Gesamtfläche von 270 m2 zeigen, dass die Installation eines solchen Systems ratsam ist

Die Kosten für Rekuperatoren mit hohem Wirkungsgrad sind recht hoch, sie haben eine komplexe Struktur und eine beträchtliche Größe. Manchmal können Sie diese Probleme umgehen, indem Sie mehrere einfachere Geräte installieren, sodass die einströmende Luft nacheinander durch sie strömt.

Leistung des Lüftungssystems

Das Volumen des Luftstroms wird durch den statischen Druck bestimmt, der von der Leistung des Lüfters und den Hauptkomponenten abhängt, die den Luftwiderstand erzeugen.In der Regel ist eine genaue Berechnung aufgrund der Komplexität des mathematischen Modells nicht möglich. Daher werden experimentelle Studien für typische Monoblock-Designs durchgeführt und Komponenten für einzelne Geräte ausgewählt.

Die Lüfterleistung muss unter Berücksichtigung des Durchsatzes der installierten Rekuperatoren aller Art ausgewählt werden, der in der technischen Dokumentation als empfohlene Durchflussrate oder Luftmenge angegeben ist, die das Gerät pro Zeiteinheit durchlässt. In der Regel darf die zulässige Luftgeschwindigkeit im Gerät 2 m / s nicht überschreiten.

Andernfalls steigt bei hohen Geschwindigkeiten in den schmalen Elementen des Rekuperators der Luftwiderstand stark an. Dies führt zu unnötigen Energiekosten, einer ineffizienten Erwärmung der Außenluft und einer Verkürzung der Lebensdauer der Lüfter.

Das Diagramm des Druckverlusts gegenüber dem Luftdurchsatz für mehrere Modelle von Hochleistungswärmetauschern zeigt eine nichtlineare Erhöhung des Widerstands. Daher müssen die Anforderungen für das empfohlene Luftaustauschvolumen eingehalten werden, die in der technischen Dokumentation des Geräts angegeben sind

Das Ändern der Luftströmungsrichtung erzeugt zusätzlichen Luftwiderstand. Daher ist es bei der Modellierung der Geometrie des Innenkanals wünschenswert, die Anzahl der Rohrumdrehungen um 90 Grad zu minimieren. Diffusoren zur Luftverteilung erhöhen auch den Widerstand, daher ist es ratsam, keine Elemente mit einem komplexen Muster zu verwenden.

Kontaminierte Filter und Gitter stören den Durchfluss erheblich und müssen daher regelmäßig gereinigt oder ausgetauscht werden. Eine der effektivsten Methoden zur Beurteilung von Verstopfungen ist die Installation von Sensoren, die den Druckabfall in den Bereichen vor und nach dem Filter überwachen.

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

Das Funktionsprinzip des Rotations- und Plattenrekuperators:

Messung des Wirkungsgrades eines Plattenrekuperators:

Haushalts- und Industrielüftungssysteme mit integriertem Rekuperator haben ihre Energieeffizienz bei der Aufrechterhaltung der Wärme in Innenräumen unter Beweis gestellt. Mittlerweile gibt es viele Angebote für den Verkauf und die Installation solcher Geräte in Form von vorgefertigten und getesteten Modellen sowie für Einzelbestellungen. Sie können die erforderlichen Parameter berechnen und die Installation selbst durchführen.

Wenn Sie beim Lesen der Informationen Fragen haben oder Ungenauigkeiten in unserem Material feststellen, hinterlassen Sie bitte Ihre Kommentare im Feld unten.