Dovodna i ispušna ventilacija s povratom topline: princip rada, pregled prednosti i nedostataka

Unos svježeg zraka u hladnom vremenskom periodu dovodi do potrebe za grijanjem kako bi se osigurala odgovarajuća unutarnja klima. Za minimiziranje troškova električne energije mogu se koristiti opskrbna i odvodna ventilacija s povratom topline.

Razumijevanje principa njegova rada omogućit će najučinkovitije smanjenje gubitka topline uz održavanje dovoljne količine zamijenjenog zraka. Pokušajmo to shvatiti.

Ušteda energije u ventilacijskim sustavima

U jesensko-proljetnom razdoblju kada je ventilacija glavni problem je velika temperaturna razlika između dolaznog i unutarnjeg zraka. Hladni tok juri prema dolje i stvara nepovoljnu mikroklimu u kućama, uredima i na radnom mjestu ili neprihvatljiv vertikalni gradijent temperature u skladištu.

Uobičajeno rješenje problema je integracija u dovodnu ventilaciju grijač zrakakojom se protok zagrijava. Takav sustav zahtijeva potrošnju energije, dok značajna količina odlazećeg toplog zraka dovodi do značajnih gubitaka topline.

Izlaz na vanjsku stranu s intenzivnom parom služi kao pokazatelj značajnih gubitaka topline, koji se mogu koristiti za zagrijavanje dolazne struje

Ako su kanali za dovod i odvod zraka smješteni u blizini, tada je moguće djelomično prenijeti toplinu izlaznog toka na dolazni. To će smanjiti potrošnju energije grijača ili ga se u potpunosti napustiti. Uređaj za pružanje izmjene topline između različitih temperaturnih protoka plina naziva se rekuperator.

U toploj sezoni, kada je vanjska temperatura znatno viša od sobne temperature, za hlađenje dolaznog struje može se koristiti rekuperator.

Jedinica s rekuperatorom

Unutarnja struktura ventilacijskog sustava s integrirani rekuperator dovoljno jednostavna, stoga je moguća njihova neovisna kupnja i instalacija. U slučaju da je sastavljanje ili samo sastavljanje teško, po narudžbi možete kupiti gotova rješenja u obliku tipičnih monoblokova ili pojedinih montažnih konstrukcija.

Tipični dizajn uređaja za dovodni i odvodni ventilacijski sustav s rekuperatorom smještenim u jednom kućištu mogu se dopuniti drugim čvorovima po vlastitom nahođenju

Glavni elementi i njihovi parametri

Slučaj s toplinskom i bučnom izolacijom obično je izrađen od lima čelika. U slučaju zidne ugradnje, mora izdržati tlak koji nastaje prilikom pjene utora oko jedinice, a također sprečava vibracije od ventilatora.

U slučaju raspodijeljenog dovoda i strujanja zraka kroz različite prostorije, one su povezane s kućištem sustav kanala, Opremljen je ventilima i prigušivačima za raspodjelu protoka.

U nedostatku zračnih kanala, na izlazu dovodnog zraka sa strane prostorije ugrađuje se rešetka ili difuzor za distribuciju protoka zraka. Vanjska rešetka za dovod zraka postavljena je na ulazni otvor s ulice kako bi se spriječilo da ptice, veliki insekti i leglo uđu u ventilacijski sustav.

Kretanje zraka omogućuju dva aksijalna ili centrifugalna ventilatora. U prisutnosti rekuperatora, prirodna cirkulacija zraka u dovoljnom volumenu nije moguća zbog aerodinamičnog povlačenja ovog jedinice.

Prisutnost rekuperatora uključuje ugradnju finih filtera na ulazu oba protoka. To je potrebno za smanjenje začepljenja prašine i masnih naslaga u tankim kanalima izmjenjivača topline. Inače, za potpuno funkcioniranje sustava morat će se povećati učestalost preventivnog održavanja.

Fini filtri moraju se povremeno mijenjati ili čistiti. U protivnom, povećani otpor protoka zraka uzrokovat će lom ventilatora.

Jedan ili više rekuperatora zauzimaju većinu uređaja za dovod i odvod. Montirani su u središtu strukture.

U slučaju jakih mrazeva tipičnih za teritorij i nedovoljne učinkovitosti izmjenjivača topline za zagrijavanje vanjskog zraka, može se dodatno ugraditi grijač zraka. Također, ako je potrebno, montiraju se ovlaživač, jonizator i drugi uređaji za stvaranje povoljne mikroklime u sobi.

Moderni modeli uključuju elektroničku upravljačku jedinicu. Sofisticirane modifikacije imaju funkcije programiranja načina rada ovisno o fizičkim parametrima zraka. Vanjski paneli imaju atraktivan izgled, zbog čega se mogu dobro uklopiti u bilo koji interijer prostorije.

Rješavanje problema kondenzacije

Hlađenje zraka koji dolazi iz prostorije stvara preduvjete za ispuštanje vlage i stvaranje kondenzata. U slučaju velikog protoka, većina se nema vremena nakupljati u rekuperatoru i izlazi van. S sporim kretanjem zraka, značajan dio vode ostaje unutar uređaja. Stoga je potrebno osigurati prikupljanje vlage i njegovo uklanjanje izvan kućišta opskrbni i ispušni sustav.

Elementarni uređaj za prikupljanje i uklanjanje kondenzata je posuda smještena ispod rekuperatora s nagibom prema odvodnom otvoru

Zaključak vlage proizvodi se u zatvorenom spremniku. Postavlja se samo u zatvorenom prostoru kako bi se izbjeglo smrzavanje odvodnih kanala na nižim temperaturama.Ne postoji pouzdan algoritam za izračunavanje volumena vode dobivene prilikom korištenja sustava s rekuperatorom, pa je određen eksperimentalno.

Ponovna upotreba kondenzata za vlaženje zraka je nepoželjna, jer voda apsorbira mnoge zagađivače, poput ljudskog znoja, mirisa itd.

Značajno smanjite količinu kondenzata i izbjegavajte probleme povezane s njegovim izgledom organiziranjem zasebnog ispušnog sustava iz kupaonice i kuhinje. Upravo u tim sobama zrak ima najveću vlažnost. Ako postoji nekoliko ispušnih sustava, izmjena zraka između tehničkog i stambenog prostora mora biti ograničena ugradnjom zapornih ventila.

U slučaju hlađenja izlaznog struje zraka do negativnih temperatura unutar rekuperatora, prijelaz kondenzata u led, što uzrokuje smanjenje živog presjeka protoka i, kao rezultat, smanjenje volumena ili potpuni prekid ventilacije.

Za povremeno ili jednokratno odmrzavanje rekuperatora ugrađuje se zaobilazni tok - obilazni kanal za kretanje opskrbnog zraka. Kad protok prođe zaobilazeći uređaj, zaustavlja se prijenos topline, izmjenjivač topline zagrijava i led postaje tekuć. Voda teče u spremnik za prikupljanje kondenzata ili isparava prema van.

Princip rada zaobilaznog uređaja je jednostavan, stoga, ako postoji opasnost od stvaranja leda, preporučljivo je pružiti takvo rješenje, jer je obnavljanje topline izmjenjivača topline na druge načine komplicirano i dugo

Kad protok prođe kroz obilaznicu, ne dolazi do zagrijavanja dovodnog zraka kroz rekuperator. Stoga, kada se aktivira ovaj način rada, potrebno je automatski uključiti grijač zraka.

Značajke različitih vrsta rekuperatora

Postoji nekoliko strukturno različitih opcija za provedbu prijenosa topline između tokova hladnog i grijanog zraka. Svaki od njih ima svoje karakteristične osobine koje određuju glavnu svrhu svake vrste rekuperatora.

Pločasti poprečni izmjenjivač topline

Dizajn pločastog izmjenjivača topline temelji se na tankozidnim pločama međusobno spojenim na način da izmjenjuju prolaz među njima različitih temperaturnih tokova pod kutom od 90 stupnjeva. Jedna od modifikacija ovog modela je uređaj s rebrastim kanalima za prolaz zraka. Ima veći koeficijent prijenosa topline.

Alternativni prolaz toplog i hladnog strujanja zraka kroz ploče ostvaruje se savijanjem rubova ploča i brtvljenjem spojeva poliesterskom smolu.

Ploče za prijenos topline mogu biti izrađene od različitih materijala:

• legure na bazi bakra, mesinga i aluminija imaju dobru toplinsku provodljivost i nisu podložne hrđi;
• lagana je plastika izrađena od polimernog hidrofobnog materijala s visokim koeficijentom toplinske vodljivosti;
• upijajuća celuloza omogućuje kondenzatu da prodre kroz ploču i vrati se u prostoriju.

Nedostatak je mogućnost kondenzacije na niskim temperaturama. Zbog malog razmaka između ploča, vlaga ili led značajno povećavaju aerodinamični otpor. U slučaju smrzavanja potrebno je isključiti dolazni protok zraka za zagrijavanje ploča.

Prednosti pločastih rekuperatora su sljedeće:

• nizak trošak;
• dug radni vijek;
• dugo razdoblje između preventivnog održavanja i njegove jednostavnosti;
• male dimenzije i težina.

Ova vrsta rekuperatora najčešća je za stambene i uredske prostore. Također se koristi u nekim tehnološkim procesima, na primjer, za optimiziranje izgaranja goriva tijekom rada peći.

Bubanj ili okretni tip

Princip rada rotacijskog izmjenjivača topline temelji se na rotaciji izmjenjivača topline, unutar koje se nalaze slojevi valovitog metala s visokom toplinskom kapacitetom.Kao rezultat interakcije s otpadnim otpadom, bubanj se zagrijava, što kasnije daje toplinu dolaznom zraku.

Fini mrežasti izmjenjivač topline rotacijskog izmjenjivača topline sklon je začepljenju, stoga je posebno važno obratiti pažnju na kvalitetan rad finih filtera

Prednosti rotacijskih rekuperatora su sljedeće:

• prilično visoka učinkovitost u usporedbi s konkurentnim vrstama;
• povrat velike količine vlage koja u obliku kondenzata ostaje na bubnju i isparava pri kontaktu s dolaznim suhim zrakom.

Ova vrsta rekuperatora rjeđe se koristi za stambene zgrade sa ventilacijom stana ili vikendica. Često se koristi u velikim kotlovnicama za vraćanje topline u peći ili za velike industrijske ili maloprodajne objekte.

Međutim, ova vrsta uređaja ima značajne nedostatke:

• relativno složena struktura s pokretnim dijelovima, uključujući električni motor, bubanj i pogon remena, što zahtijeva stalno održavanje;
• povećana razina buke.

Ponekad se za uređaje ove vrste može naći pojam „regenerativni izmjenjivač topline“, što je ispravnije od „rekuperatora“. Činjenica je da mali dio ispušnog zraka teče natrag zbog labavog postavljanja bubnja na tijelo konstrukcije.

To nameće dodatna ograničenja mogućnosti korištenja uređaja ove vrste. Na primjer, kontaminirani zrak iz peći za grijanje ne može se koristiti kao nosač topline.

Sustav cijevi i kućišta

Rekuperator cjevastog tipa sastoji se od cijevi tankog zida malog promjera smještenih u izoliranom kućištu sustava kroz koje struji vanjski zrak. Na kućištu se proizvodi topla zraka iz prostorije koja zagrijava dolazni tok.

Izlaz toplog zraka mora se odvijati točno kroz kućište, a ne kroz sustav cijevi, jer je kondenzat iz njih nemoguće ukloniti

Glavne prednosti cijevnih rekuperatora su sljedeće:

• visoka učinkovitost, zahvaljujući principu suprotnog strujanja pokreta rashladne tekućine i dolaznog zraka;
• jednostavnost dizajna i odsutnost pokretnih dijelova osigurava nisku razinu buke i rijetko nastaju potrebu za održavanjem;
• dug radni vijek;
• najmanji presjek među svim vrstama uređaja za obnavljanje.

Cijevi za uređaje ove vrste upotrebljavaju ili metal od lake legure ili, rjeđe, polimer. Ti materijali nisu higroskopski, pa je uz značajnu razliku u temperaturi protoka moguće stvaranje jakog kondenzata u kućištu, što zahtijeva konstruktivno rješenje za njegovo uklanjanje. Drugi nedostatak je što metalno punjenje ima znatnu težinu, unatoč svojim malim dimenzijama.

Jednostavnost dizajna cjevastog rekuperatora čini ovu vrstu uređaja popularnom za samostalnu proizvodnju. Kao vanjsko kućište obično se koriste plastične cijevi za zračne kanale, izolirane poliuretanskim školjkama.

Srednji uređaj za prijenos topline

Ponekad se dovodni i ispušni kanali nalaze na nekoj udaljenosti jedan od drugog. Ova situacija može nastati zbog tehnoloških karakteristika zgrade ili sanitarnih zahtjeva za pouzdanim odvajanjem protoka zraka.

U tom slučaju koristite prolazni rashladni fluid koji cirkulira između kanala kroz izoliranu cijev. Kao medij za prijenos toplinske energije pomoću vode ili vodene otopine glikola, čiju cirkulaciju osigurava toplinska pumpa.

Rekuperator s srednjom rashladnom tekućinom je volumetrijski i skupi uređaj, čija je upotreba ekonomski opravdana u prostorijama s velikim površinama

U slučaju da je moguće koristiti drugu vrstu rekuperatora, bolje je ne koristiti sustav s srednjim rashladnim sredstvom, jer ima sljedeće značajne nedostatke:

• niska učinkovitost u usporedbi s drugim vrstama uređaja, stoga se za male prostorije s malim protokom zraka takvi uređaji ne koriste;
• značajna količina i težina cijelog sustava;
• potreba za dodatnom električnom pumpom koja cirkulira tekućinu;
• povećana buka iz pumpe.

Postoji modifikacija ovog sustava kada se umjesto prisilne cirkulacije tekućine za izmjenu topline koristi medij s niskom točkom ključanja, poput freona. U tom je slučaju kretanje duž kruga moguće na prirodan način, ali samo ako se kanal za dovod zraka nalazi iznad ispušnog kanala.

Takav sustav ne zahtijeva dodatne troškove energije, ali djeluje na grijanje samo na značajnoj temperaturnoj razlici. Pored toga, potrebno je precizno prilagoditi točku promjene stanja agregacije tekućine za prijenos topline, što se može provesti stvaranjem željenog tlaka ili određenog kemijskog sastava.

Glavni tehnički parametri

Znajući potrebne performanse ventilacijskog sustava i učinkovitost izmjene topline izmjenjivača topline, lako je izračunati uštede na zagrijavanju zraka za sobu u specifičnim klimatskim uvjetima. Uspoređujući potencijalne prednosti s troškovima kupnje i održavanja sustava, opravdano možete odlučiti u korist rekuperatora ili standardnog grijača zraka.

Proizvođači opreme često nude liniju modela u kojoj se ventilacijske jedinice slične funkcionalnosti razlikuju u količini izmjene zraka. Za stambene prostore ovaj se parametar mora izračunati u skladu s tablicom 9.1. SP 54.13330.2016

Koeficijent učinka

Pod efikasnošću rekuperatora podrazumijeva se učinkovitost prijenosa topline koja se izračunava sljedećom formulom:

K = (T_n - T_n) / (T_u - T_n)

U kojem:

• T_n - temperatura dolaznog zraka u sobu;
• T_n - vanjska temperatura;
• T_u - temperatura zraka u sobi.

Maksimalna vrijednost učinkovitosti sa standardom stope protoka zraka i određeni temperaturni režim naveden u tehničkoj dokumentaciji uređaja. Njegova realna stopa bit će nešto manja.

U slučaju samostalne proizvodnje pločastog ili cevastog izmjenjivača topline, da bi se postigla maksimalna učinkovitost prijenosa topline, potrebno je pridržavati se sljedećih pravila:

• Najbolja izmjena topline osigurana je uređajima sa suprotnim strujanjem, zatim uređajima s poprečnim protokom, a najmanji - s jednosmjernim kretanjem oba protoka.
• Brzina prijenosa topline ovisi o materijalu i debljini zidova koji razdvajaju struje, kao i o trajanju zraka unutar uređaja.

Znajući učinkovitost rekuperatora, moguće je izračunati njegovu energetsku učinkovitost na različitim temperaturama vanjskog i unutarnjeg zraka:

E (Š) = 0,36 x P x K x (T_u - T_n)

gdje je P (m³/ sat) - potrošnja zraka.

Izračun učinkovitosti rekuperatora u novčanom obliku i usporedba s troškovima njegove kupnje i ugradnje za dvokatnu vikendicu ukupne površine 270 m2 pokazuje izvedivost ugradnje takvog sustava

Troškovi rekuperatora visoke učinkovitosti prilično su visoki, oni imaju složenu strukturu i znatnu veličinu. Ponekad te probleme možete zaobići instaliranjem jednostavnijih uređaja tako da dolazni zrak prolazi kroz njih uzastopno.

Performanse ventilacijskog sustava

Volumen protoka zraka određuje se statičkim tlakom, koji ovisi o snazi ​​ventilatora i glavnim komponentama koje stvaraju aerodinamično povlačenje.U pravilu, njegov točan izračun je nemoguć zbog složenosti matematičkog modela, stoga se provode eksperimentalne studije za tipične monoblok dizajne, a komponente se odabiru za pojedine uređaje.

Snaga ventilatora mora biti odabrana uzimajući u obzir propusnost ugrađenih rekuperatora bilo koje vrste, što je u tehničkoj dokumentaciji naznačeno kao preporučeni protok protoka ili količina zraka koju uređaj prođe po jedinici vremena. U pravilu, dopuštena brzina zraka unutar uređaja ne prelazi 2 m / s.

Inače, pri velikim brzinama u uskim elementima rekuperatora dolazi do naglog porasta aerodinamičkog povlačenja. To dovodi do nepotrebnih troškova energije, neučinkovitog zagrijavanja vanjskog zraka i skraćuje se život ventilatora.

Grafikon gubitka tlaka u odnosu na protok zraka za nekoliko modela visoko učinkovitih izmjenjivača topline pokazuje nelinearno povećanje otpora, stoga je potrebno pridržavati se zahtjeva za preporučenu količinu izmjene zraka navedenu u tehničkoj dokumentaciji uređaja

Promjena smjera protoka zraka stvara dodatni aerodinamični povlačenje. Stoga je prilikom modeliranja geometrije unutarnjeg kanala poželjno smanjiti broj okreta cijevi za 90 stupnjeva. Difuzori za disperziju zraka također povećavaju otpor, pa je preporučljivo ne koristiti elemente složenog uzorka.

Kontaminirani filtri i rešetke stvaraju značajne smetnje protoku, pa ih je potrebno povremeno čistiti ili zamijeniti. Jedan od učinkovitih načina procjene začepljenja je ugradnja senzora koji nadziru pad tlaka u područjima prije i nakon filtra.

Zaključci i korisni video na temu

Princip rada rotacijskog i ploča rekuperatora:

Mjerenje učinkovitosti rekuperatora tipa ploče:

Domaći i industrijski ventilacijski sustavi s integriranim rekuperatorom dokazali su svoju energetsku učinkovitost u održavanju topline u zatvorenim prostorima. Sada postoji mnogo ponuda za prodaju i ugradnju takvih uređaja u obliku gotovih i testiranih modela, kao i za pojedinačne narudžbe. Možete izračunati potrebne parametre i sami izvršiti instalaciju.

Ako imate pitanja prilikom čitanja podataka ili ako uočite netočnosti u našem materijalu, ostavite svoje komentare u donjem polju.