Recuperación de calor en sistemas de ventilación: principio operativo y opciones

En el proceso de ventilación de la habitación, no solo se utiliza el aire de escape, sino también parte de la energía térmica. En invierno, esto lleva a un aumento en las facturas de energía.

Para reducir costos innecesarios, sin perjuicio del intercambio de aire, permitirá la recuperación de calor en sistemas de ventilación de tipo centralizado y local. Para la recuperación de energía térmica, se utilizan diferentes tipos de intercambiadores de calor: intercambiadores de calor.

El artículo describe en detalle los modelos de unidades, sus características de diseño, principios operativos, ventajas y desventajas. La información proporcionada ayudará a elegir la mejor opción para organizar el sistema de ventilación.

El concepto de recuperación: el principio de funcionamiento del intercambiador de calor.

Traducido del latín, recuperación significa un reembolso o una devolución. Con respecto a las reacciones de intercambio de calor, la recuperación se caracteriza por un retorno parcial de la energía gastada en la realización de una acción tecnológica con el fin de aplicarla en el mismo proceso.

En sistema de ventilación El principio de recuperación se utiliza para ahorrar energía térmica.

Por analogía, el enfriamiento se recupera en climas cálidos: las masas de suministro cálidas calientan la salida "funcionando" y su temperatura disminuye.

El proceso de recuperación de energía se lleva a cabo en un intercambiador de calor de recuperación. El dispositivo proporciona la presencia de un elemento de intercambio de calor y ventiladores para bombear flujos de aire multidireccionales. Se utiliza un sistema automático para controlar el proceso y controlar la calidad del suministro de aire.

El diseño está diseñado para que los flujos de suministro y escape estén en compartimentos separados y no se mezclen: la recuperación de calor se realiza a través de las paredes del intercambiador de calor.

Comprender y comprender lo que es ventilación recuperada Un diagrama claro de circulación de aire ayudará.

A través de las campanas de las habitaciones húmedas (inodoro, baño, cocina), se produce la salida del aire de escape. Antes de partir, pasa a través del intercambiador de calor y deja parte del calor. El aire suministrado se mueve en la dirección opuesta, se calienta y entra en las salas de estar (+)

Expediencia de un recuperador en ventilación

Es posible hablar sobre la viabilidad de organizar la ventilación regenerativa evaluando la efectividad del sistema y comparando sus ventajas con desventajas.

Parte del calor se extrae del aire de escape extraído y se transfiere a los nuevos chorros inyectados dirigidos dentro de la habitación. Esto le permite reducir la pérdida de calor al 70% (+)

La necesidad de utilizar la recuperación de calor es más relevante en edificios con salida de aire forzado. Como regla general, estos son edificios de baja inercia construidos utilizando tecnologías innovadoras de aislamiento térmico (casas hechas de paneles sándwich, paneles de silicato de gas, bloques de espuma).

En tales edificios, las paredes no acumulan bien el calor, y el intercambio de aire natural es ineficaz.

Sin embargo, los problemas con la circulación del aire también son característicos de los edificios de ladrillo y hormigón "tradicionales". La presencia de ventanas herméticas de PVC con aislamiento térmico bloquea la circulación con un impulso natural: el flujo de aire fresco se detiene y inclinación del conducto de ventilación o tiende a cero.

La solución al problema de la Euroventana es la organización de la ventilación forzada. El sistema restaura el intercambio de aire, pero al mismo tiempo, la pérdida de calor aumenta al 60%. Y aquí no puedes prescindir de la recuperación térmica.

La eficiencia del proceso de intercambio se expresa como un porcentaje y muestra la cantidad de calor gastado por el aire de escape para calentar la nueva "entrada"

El factor de eficiencia de la recuperación de calor de ventilación:

• 0% - ventana abierta - el aire caliente se retira a la atmósfera y entra aire frío, bajando la temperatura en la habitación;
• 100% - el aire de suministro se calienta a la temperatura del "escape" - técnicamente imposible de implementar;
• 30-90% - un parámetro aceptable, la recuperación se considera buena con una eficiencia del 60% o más, eficiencia superior al 80% - excelente transferencia de calor.

La efectividad del sistema depende del tipo de recuperador, las dimensiones de la habitación y el flujo de aire. En cualquier caso, el uso de ventilación regenerativa incluso con una eficiencia del 30% es más rentable que su ausencia. Además de los ahorros significativos en recursos energéticos, la "recuperación de calor" mejora el microclima interior general.

Desventajas de usar un intercambiador de calor:

1. Volatilidad La compra de equipos de HVAC se justifica si el consumo de energía es significativamente menor que sus ahorros después de instalar el intercambiador de calor.
2. Condensación Debido a la diferencia de temperatura, la humedad puede condensarse en las paredes del intercambiador de calor. En invierno, existe la posibilidad de formación de hielo, que está plagada de una rápida disminución en la eficiencia o falla del intercambiador de calor.
3. Trabajo ruidoso Algunos modelos emiten zumbidos durante el funcionamiento. Si durante el día este inconveniente no es particularmente notable, entonces por la noche el ruido es incómodo. Los recuperadores con aislamiento mejorado son silenciosos.

Las altas inversiones iniciales a menudo se convierten en el argumento principal en contra de la ventilación con eficiencia energética.

Es aconsejable invertir en un sistema que valga la pena dentro de 5-8 años. Tenga en cuenta que para el mantenimiento del complejo deberá pagar costos adicionales, por ejemplo, el reemplazo periódico de los ventiladores.

Características de los diferentes tipos de intercambiadores de calor.

El diseño del recuperador determina el patrón de flujo del refrigerante, la eficiencia del sistema de ventilación, la clase de energía y el costo del equipo. Se utilizan cinco tipos de intercambiadores de calor: placas, rotativos, tubos de calor, dispositivos de cámara y modelos con un portador de calor intermedio.

Recuperador laminar - simplicidad de un diseño

La base del intercambiador de calor es una cámara sellada con muchos conductos paralelos. Los canales están separados por tabiques: placas conductoras de calor de acero o aluminio.

Las placas en forma de onda (60-70 piezas) se agrupan en un bloque para que los canales formados se ubiquen cruzados entre sí: la turbulencia creada mejora la transferencia de calor (+)

Los flujos de gas se mueven uno hacia el otro, se cruzan en el cassette del recuperador, pero no se mezclan. El intercambio de calor se lleva a cabo debido al enfriamiento y calentamiento simultáneo de las placas desde diferentes lados.

Ventajas del intercambiador de calor cruzado:

• facilidad de instalación y configuración de equipos;
• exclusión del contacto de masas de aire;
• costo asequible y dimensiones compactas;
• falta de roces y partes móviles.

El indicador de rendimiento varía en el rango de 40-70%.

El principal inconveniente del modelo de placa es la condensación en el conducto de escape y la formación de hielo en invierno. Para descongelar la unidad, la corriente entrante se redirige para evitar el intercambiador de calor, y la corriente saliente caliente derrite el hielo en las placas.

En el modo de "descongelación", el ahorro de energía no ocurre, los calentadores de aire con una potencia de hasta 5 kW se utilizan para calentar el aire entrante. El valor promedio de la eficiencia cae en un 20% (+)

Hay dos formas de resolver el problema:

1. Precalentar el flujo de aire entrante a una temperatura a la que se excluye la formación de hielo.
2. Recuperador con placas de celulosa higroscópicas. El material absorbe la humedad de las masas de aire de escape y la transfiere a los flujos entrantes.

Al elegir un intercambiador cruzado, se deben tener en cuenta las características operativas de las placas.

Sus características dependen del material de fabricación:

1. Papel de aluminio - Costo asequible, pero rendimiento limitado en invierno. Además, no se recomienda para locales residenciales debido al secado al aire. Modificaciones con "relleno" de aluminio: la mejor opción para baños y piscinas.
2. Tabiques de plástico - similar en precio a los productos metálicos, pero difieren en la mejora de la eficiencia del trabajo.
3. Intercambiador de celulosa - Evitar la congelación y mantener el contenido normal de humedad en interiores

El recuperador de higrocelulosa es el más económico y óptimo para la ventilación de edificios residenciales.

Recuperador rotativo - alta eficiencia del sistema

El intercambiador de calor se presenta en forma de un cilindro lleno de capas de metal corrugado. A medida que el kit de batería gira, chorros de aire tibios o fríos entran alternativamente en cada compartimiento.

Diseño de intercambiador de calor rotativo: eje de rotación y dos canales de aire. Una sección del rotor se calienta mediante "extracción", el tambor se desplaza y el calor se redirige a las masas frías concentradas en el canal adyacente (+)

La eficiencia de transferencia de calor está determinada por la velocidad del rotor, la eficiencia se puede ajustar.

Argumentos "para" recuperador rotativo:

• recuperación de calor hasta 65-90%;
• rentabilidad consumo de energía;
• compensación parcial de humedad - puede prescindir de un humidificador;
• periodo de recuperación - hasta 4 años.

A pesar de su alta eficiencia, el intercambiador de calor de tambor no se convirtió en un líder entre instalaciones similares.

Contras del sistema de ventilación:

1. Una mezcla de aire contaminado en la afluencia. A través de los microcanales, las masas de escape y suministro circulan alternativamente, por lo que aproximadamente el 3-8% del "ejercicio" se devuelve. El tambor a menudo transmite el olor del aire saliente.
2. La complejidad del diseño. Las partes giratorias del rotor necesitan mantenimiento regular y reemplazo periódico. Los elementos móviles emiten ruido y vibraciones durante el funcionamiento.
3. Alto costo El precio para los modelos rotativos es más alto que para los productos de placa. Esto se debe al uso de mecanismos complejos en el diseño del intercambiador de calor del tambor.
4. Tamaños grandes La instalación se lleva a cabo en una espaciosa cámara de ventilación.

Debido al volumen, las plantas de rotor se utilizan principalmente en empresas industriales.

Para minimizar la mezcla de los flujos de aire, los recuperadores rotativos se complementan con sectores intermedios: aquí los microcanales se inyectan con aire fresco, que ingresa a la campana extractora. El menos del esquema es una disminución en la eficiencia (+)

Intercambiadores de calor unidos - Modelo de glicol

Debido a sus características de diseño, una unidad de recuperación con un refrigerante intermedio a menudo se conoce como intercambiadores de calor acoplados o una unidad de glicol. Este es uno de los sistemas de recuperación de calor más flexibles. Un intercambiador de calor choca contra el conducto de suministro y el segundo contra el escape.

En el esquema de tuberías hay: una bomba de circulación, un tanque de expansión, una válvula de aire, un controlador, un sensor de temperatura, una válvula de seguridad, un indicador de presión (+)

El principio del trabajo. La composición glicólica circula entre los intercambiadores de calor. La temperatura del refrigerante aumenta debido a la corriente eliminada calentada, y luego la energía térmica se transfiere al aire fresco. Un sistema cerrado elimina la mezcla de masas de aire que se aproximan.

Características del trabajo de los intercambiadores de calor con refrigerante:

• Eficiencia: 45-55%;
• ajuste de eficiencia con la ayuda de una bomba: se selecciona la velocidad del movimiento anticongelante;
• la capacidad de colocar conductos de suministro y escape de forma remota entre sí (hasta 800 m);
• el recuperador está montado vertical u horizontalmente;
• en heladas severas, la superficie del intercambiador de calor de escape se congela, aparece hielo; el uso de anticongelante le permite operar el recuperador sin recurrir a la descongelación;
• período de recuperación del sistema: hasta 2 años;
• Se acepta una combinación de 1 campana y varias entradas o viceversa.

El volumen de escape y aire de admisión debe ser aproximadamente igual. Tales recuperadores se usan generalmente si el flujo de entrada es tóxico o está muy contaminado cuando los flujos de mezcla son inaceptables.

Asamblea de cámara - Versatilidad

Estructuralmente, el intercambiador de calor de la cámara es una caja cerrada, dividida en su interior por un amortiguador en movimiento. La partición de apertura determina el funcionamiento del recuperador.

El flujo de salida pasa a lo largo de un canal, y el flujo de entrada entra en la segunda cámara. En el intercambiador de calor, las masas calientes calientan las paredes del primer compartimento. Después de un tiempo, la aleta se mueve y el flujo de aire cambia de dirección.

Como resultado, el flujo de entrada se mueve a lo largo de las paredes cálidas del primer conducto, y la "extracción" calienta la superficie de la segunda cámara. En un momento determinado, la partición vuelve y el ciclo se repite.

Ventajas de la unidad de intercambio de calor de la cámara:

• Eficiencia - 80-90%;
• junto con el aislamiento térmico de alta calidad, los costos de calefacción se minimizan;
• facilidad de instalación: se necesitará la ayuda de especialistas al elegir los parámetros de la instalación de ventilación;
• preservación del nivel de humedad;
• se excluye la congelación del sistema.

Un recuperador de cámara es una excelente opción para regiones donde, durante un largo período del año, existe un desequilibrio significativo entre las temperaturas interior y exterior.

Las desventajas de la unidad de recuperación de calor incluyen:

• la necesidad de mantenimiento regular de partes móviles;
• los chorros de aire que se aproximan se mezclan parcialmente: los olores y las impurezas pueden regresar al edificio.

Para reducir la mezcla, el sistema está equipado elemento filtrante. El aire se vuelve más limpio, pero la eficiencia del recuperador disminuye.

Tubos de calor - sistema cerrado de intercambio de calor

El recuperador consta de muchos tubos de cobre o aluminio llenos de un material volátil, como el freón. El principio de funcionamiento de un intercambiador de calor tubular se basa en procesos físicos: un cambio en el estado de una sustancia cuando se calienta.

El tubo de calor se coloca verticalmente: el extremo inferior del intercambiador de calor en el conducto de escape y la parte superior en el conducto de suministro de aire. Flujos salientes alrededor del extremo del tubo: el freón se calienta, hierve y se evapora (+)

El gas sube y emite energía térmica a la afluencia, después de lo cual el freón se condensa y fluye hacia abajo por el recuperador. El ciclo térmico se repite en un círculo.

Características técnicas y operativas del intercambiador de calor tubular:

• eficiencia del dispositivo - hasta el 65%;
• operación silenciosa debido a la ausencia de elementos móviles;
• simplicidad de diseño y sin pretensiones en el servicio;
• compacidad - pequeñas dimensiones y peso ligero;
• independencia energética - el refrigerante circula naturalmente;

Una ventaja significativa es que los flujos de aire de la entrada y el retorno no se mezclan.

Debilidades de los tubos de calor:

• alto nivel de eficiencia logrado con un rango de temperatura estrecho: con sobrecalentamiento repentino, todo el freón se evapora, y con un calentamiento insuficiente, la intensidad de la vaporización disminuye;
• baja resistencia del tubo - un cambio de forma o despresurización reduce el rendimiento del equipo.

Los recuperadores tubulares se utilizan en la construcción privada, en edificios administrativos, de oficinas y pequeñas áreas industriales.

Métodos para organizar la ventilación regenerativa.

La recuperación está equipada de una de las formas: centralizada y descentralizada. En el primer caso, los flujos de ventilación de toda la habitación pasan a través del intercambiador de calor, en el segundo, desde una habitación.

Complejo centralizado - unidad de tratamiento de aire

Un sistema centralizado está equipado en la etapa de construcción o modernización importante del sistema de ventilación.

Se selecciona la instalación forzada de aire forzado y escape (PVU) con recuperador incorporado. El criterio principal de selección es el rendimiento general del complejo basado en el volumen total de aire en la estructura (+)

El PVU con un recuperador proporciona suficiente intercambio de aire incluso en casas con ventanas selladas. Al mismo tiempo, los flujos de aire se distribuyen de manera uniforme sin crear corrientes de aire.

Integrado instalaciones de aire forzado y escape tipo monobloque equipado con:

• fans - suministro continuo de aire limpio y emisión de chorros saturados de dióxido de carbono;
• calentadores - precalentamiento de la entrada;
• filtros - retener el polvo y las micropartículas;
• recuperador - Se pueden utilizar diferentes tipos de instalaciones.

La funcionalidad de algunas PVU se amplía mediante un temporizador de retardo, un regulador de potencia, sensores de nivel de humedad, etc.

La carcasa de los modelos monobloque está cubierta con material insonorizante, por lo que el funcionamiento de la PVU se vuelve muy silencioso. Son posibles versiones verticales, horizontales y suspendidas de unidades de ventilación.

Producción de PVU monobloque recuperativa bien probada: Respiraderos (Ucrania) Dantherm (Dinamarca) "Daikin" (Japón) "Dantex" (Inglaterra)

Unidades locales: adición al sistema de ventilación existente

Para restaurar la circulación de masas de aire en una sala de operaciones, son adecuadas las entradas de aire descentralizadas con recuperación de calor.

Chocan contra la fachada del edificio o se montan a través de una ventana. Su objetivo principal es mejorar suministro de ventilación en la casa

En los recuperadores locales, se proporcionan un ventilador y un intercambiador de calor de placas. El "manguito" de la entrada está aislado con material insonorizante. La unidad de control compacta de la unidad de tratamiento de aire está ubicada en la pared interior

Características de los sistemas de ventilación descentralizados con recuperación:

• Eficiencia – 60-96%;
• baja productividad - los dispositivos están diseñados para proporcionar intercambio de aire en habitaciones de hasta 20-35 metros cuadrados;
• costo asequible y una amplia selección de unidades, que van desde válvulas de pared convencionales hasta modelos automatizados con un sistema de filtración de etapas múltiples y la capacidad de ajustar la humedad;
• facilidad de instalación - para la puesta en servicio, no se requieren conductos, instalar válvula de pared Puedes hacerlo tú mismo.

Fabricantes populares de recuperadores locales: Prana (Ucrania) O.erre (Italia) Tormenta de nieve (Alemania) Respiraderos (Ucrania) Aerovital (Alemania)

Criterios importantes para elegir una entrada de pared: espesor de pared permisible, productividad, eficiencia del recuperador, diámetro del canal de aire y temperatura del medio bombeado

Conclusiones y video útil sobre el tema.

Comparación de ventilación natural y sistema forzado con recuperación:

El principio de funcionamiento de un intercambiador de calor centralizado, cálculo de eficiencia:

Diseño y operación de un intercambiador de calor descentralizado utilizando la válvula de pared Prana como ejemplo:

Alrededor del 25-35% del calor sale de la habitación a través del sistema de ventilación. Los recuperadores se utilizan para reducir las pérdidas y la recuperación eficiente del calor. El equipo climático le permite utilizar la energía de las masas gastadas para calentar el aire entrante.

¿Hay algo para complementar o tiene preguntas sobre el funcionamiento de varios recuperadores de ventilación? Deje comentarios en la publicación, comparta su experiencia en el funcionamiento de dichas instalaciones. El formulario de contacto se encuentra en el bloque inferior.