Wentylacja nawiewno-wywiewna z odzyskiem ciepła: zasada działania, przegląd zalet i wad

Wlot świeżego powietrza w zimnym okresie prowadzi do konieczności ogrzewania w celu zapewnienia prawidłowego klimatu w pomieszczeniu. W celu zminimalizowania kosztów energii elektrycznej można zastosować wentylację nawiewno-wywiewną z odzyskiem ciepła.

Zrozumienie zasad jego działania pozwoli na najbardziej efektywne ograniczenie strat ciepła przy zachowaniu wystarczającej objętości wymienianego powietrza. Spróbujmy to rozgryźć.

Oszczędność energii w systemach wentylacyjnych

W okresie jesienno-wiosennym, kiedy wentylacja stanowi poważny problem, występuje duża różnica temperatur między dopływającym a wewnętrznym powietrzem. Zimny ​​strumień spływa w dół i tworzy niekorzystny mikroklimat w domach, biurach i miejscu pracy lub niedopuszczalny pionowy gradient temperatury w magazynie.

Częstym rozwiązaniem tego problemu jest integracja z wentylacją nawiewną nagrzewnica powietrzaprzez który przepływ jest podgrzewany. Taki system wymaga zużycia energii, a znaczna ilość wychodzącego ciepłego powietrza prowadzi do znacznych strat ciepła.

Wyjście na zewnątrz z intensywną parą służy jako wskaźnik znacznych strat ciepła, które można wykorzystać do podgrzania strumienia wejściowego

Jeśli w pobliżu znajdują się kanały nawiewu i wywiewu, możliwe jest częściowe przekazanie ciepła wychodzącego strumienia do wchodzącego. Zmniejszy to zużycie energii przez grzejnik lub całkowicie go porzuci. Urządzenie zapewniające wymianę ciepła między przepływami gazu o różnych temperaturach nazywa się rekuperatorem.

W ciepłym sezonie, kiedy temperatura zewnętrzna jest znacznie wyższa niż temperatura pokojowa, można użyć rekuperatora do schłodzenia doprowadzanego strumienia.

Jednostka z rekuperatorem

Wewnętrzna struktura systemu wentylacji z zintegrowany rekuperator jest to proste, dlatego możliwy jest ich niezależny zakup i instalacja. W przypadku, gdy montaż lub samodzielny montaż jest trudny, możesz kupić gotowe rozwiązania w postaci typowego monobloku lub indywidualnych prefabrykowanych konstrukcji na zamówienie.

Typowa konstrukcja urządzenia systemu wentylacji nawiewno-wywiewnej z rekuperatorem umieszczonym w jednej obudowie może być uzupełniona innymi węzłami według uznania użytkownika

Główne elementy i ich parametry

Obudowa z izolacją cieplną i akustyczną jest zwykle wykonana z blachy stalowej. W przypadku montażu na ścianie musi on wytrzymać ciśnienie występujące podczas spieniania szczelin wokół urządzenia, a także zapobiegać wibracjom wentylatorów.

W przypadku rozproszonego wlotu i przepływu powietrza przez różne pomieszczenia są one połączone z obudową system kanałów. Jest wyposażony w zawory i przepustnice do dystrybucji przepływu.

W przypadku braku kanałów powietrznych, kratka lub dyfuzor jest zainstalowany na wylocie powietrza nawiewanego z boku pomieszczenia, aby rozprowadzić przepływ powietrza. Zewnętrzna kratka wlotu powietrza jest zamontowana na otworze wlotowym od ulicy, aby zapobiec przedostawaniu się ptaków, dużych owadów i ściółki do systemu wentylacyjnego.

Ruch powietrza zapewniają dwa wentylatory osiowe lub odśrodkowe. W obecności rekuperatora naturalna cyrkulacja powietrza w wystarczającej objętości jest niemożliwa ze względu na opór aerodynamiczny wytwarzany przez to urządzenie.

Obecność rekuperatora wymaga instalacji filtrów dokładnych na wlocie obu przepływów. Jest to konieczne, aby zmniejszyć zatykanie się osadów pyłu i tłuszczu w cienkich kanałach wymiennika ciepła. W przeciwnym razie do pełnego funkcjonowania systemu konieczne będzie zwiększenie częstotliwości konserwacji profilaktycznej.

Filtry dokładne należy okresowo wymieniać lub czyścić. W przeciwnym razie zwiększony opór przepływu powietrza spowoduje uszkodzenie wentylatorów.

Jeden lub więcej rekuperatorów zajmuje większość urządzenia zasilającego i wydechowego. Są one zamontowane na środku konstrukcji.

W przypadku silnych przymrozków typowych dla danego terytorium i niewystarczającej wydajności wymiennika ciepła do ogrzewania powietrza zewnętrznego można dodatkowo zainstalować nagrzewnicę powietrza. Ponadto, jeśli to konieczne, zamontowany jest nawilżacz, jonizator i inne urządzenia, aby stworzyć sprzyjający mikroklimat w pomieszczeniu.

Nowoczesne modele zawierają elektroniczną jednostkę sterującą. Zaawansowane modyfikacje mają funkcje programowania trybów pracy w zależności od fizycznych parametrów powietrza. Panele zewnętrzne mają atrakcyjny wygląd, dzięki czemu można je dobrze zintegrować z każdym wnętrzem pokoju.

Rozwiązanie problemu kondensacji

Chłodzenie powietrza z pomieszczenia stwarza warunki do odprowadzania wilgoci i tworzenia się kondensatu. W przypadku wysokiego natężenia przepływu większość z nich nie ma czasu na gromadzenie się w rekuperatorze i wychodzi na zewnątrz. Przy powolnym ruchu powietrza znaczna część wody pozostaje w urządzeniu. Dlatego konieczne jest zapewnienie gromadzenia wilgoci i jej usuwania na zewnątrz obudowy układ zasilania i wydechu.

Elementarnym urządzeniem do zbierania i usuwania kondensatu jest miska umieszczona pod rekuperatorem ze spadkiem w kierunku otworu spustowego

Wnioski dotyczące wilgoci powstają w zamkniętym pojemniku. Jest umieszczany tylko w pomieszczeniu, aby uniknąć zamarzania kanałów odpływowych w temperaturach ujemnych.Nie ma wiarygodnego algorytmu do obliczania objętości wody uzyskanej podczas korzystania z systemów z rekuperatorem, więc jest ona określana eksperymentalnie.

Ponowne użycie kondensatu w celu nawilżenia powietrza jest niepożądane, ponieważ woda pochłania wiele zanieczyszczeń, takich jak pot ludzki, zapachy itp.

Znacząco zmniejsz ilość kondensatu i uniknij problemów związanych z jego wyglądem, organizując oddzielny układ wydechowy od łazienki i kuchni. W tych pokojach powietrze ma najwyższą wilgotność. Jeśli istnieje kilka układów wydechowych, wymiana powietrza między obszarami technicznym i mieszkalnym musi być ograniczona przez zainstalowanie zaworów zwrotnych.

W przypadku chłodzenia wychodzącego przepływu powietrza do ujemnych temperatur wewnątrz rekuperatora kondensat przechodzi w lód, co powoduje zmniejszenie przekroju żywego przepływu, aw rezultacie zmniejszenie objętości lub całkowite zaprzestanie wentylacji.

Do okresowego lub jednorazowego odszraniania rekuperatora instalowany jest bypass - kanał obejściowy dla ruchu powietrza nawiewanego. Kiedy przepływ przechodzi przez urządzenie, przenoszenie ciepła zatrzymuje się, wymiennik ciepła nagrzewa się, a lód staje się płynny. Woda wpływa do zbiornika zbierającego kondensat lub paruje na zewnątrz.

Zasada działania obejścia jest prosta, dlatego jeśli istnieje ryzyko tworzenia się lodu, wskazane jest zapewnienie takiego rozwiązania, ponieważ odzysk ciepła z wymiennika ciepła na inne sposoby jest skomplikowany i długi

Kiedy przepływ przechodzi przez obejście, nie dochodzi do ogrzewania powietrza nawiewanego przez rekuperator. Dlatego po włączeniu tego trybu konieczne jest automatyczne włączenie nagrzewnicy powietrza.

Funkcje różnych typów rekuperatorów

Istnieje kilka strukturalnie różnych opcji realizacji wymiany ciepła między przepływem zimnego i ogrzanego powietrza. Każdy z nich ma swoje własne charakterystyczne cechy, które określają główny cel każdego rodzaju rekuperatora.

Płytowy krzyżowy wymiennik ciepła

Konstrukcja płytowego wymiennika ciepła oparta jest na cienkościennych panelach połączonych naprzemiennie w taki sposób, aby naprzemiennie przechodzić między nimi o różnych przepływach temperatur pod kątem 90 stopni. Jedną z modyfikacji tego modelu jest urządzenie z żebrowanymi kanałami do przepuszczania powietrza. Ma wyższy współczynnik przenikania ciepła.

Naprzemienny przepływ ciepłego i zimnego powietrza przez płyty jest realizowany poprzez zginanie krawędzi płyt i mas uszczelniających za pomocą żywicy poliestrowej

Panele wymiany ciepła mogą być wykonane z różnych materiałów:

• stopy miedzi, mosiądzu i aluminium mają dobrą przewodność cieplną i nie są podatne na rdzę;
• tworzywo sztuczne wykonane z polimerowego materiału hydrofobowego o wysokim współczynniku przewodnictwa cieplnego jest lekkie;
• chłonna celuloza umożliwia przenikanie kondensatu przez płytkę i powrót do pomieszczenia.

Wadą jest możliwość kondensacji w niskich temperaturach. Ze względu na niewielką odległość między płytami wilgoć lub lód znacznie zwiększają opór aerodynamiczny. W przypadku zamarzania konieczne jest odcięcie dopływającego powietrza, aby ogrzać płyty.

Zalety rekuperatorów płytowych są następujące:

• niski koszt;
• długa żywotność;
• długi okres między konserwacją zapobiegawczą a jej prostotą;
• małe wymiary i waga.

Ten rodzaj rekuperatora jest najbardziej powszechny w pomieszczeniach mieszkalnych i biurowych. Jest również stosowany w niektórych procesach technologicznych, na przykład w celu optymalizacji spalania paliwa podczas pracy pieców.

Typ bębna lub obrotowy

Zasada działania obrotowego wymiennika ciepła opiera się na obrocie wymiennika ciepła, wewnątrz którego znajdują się warstwy blachy falistej o wysokiej pojemności cieplnej.W wyniku interakcji z odciekiem sektor bębna jest ogrzewany, który następnie oddaje ciepło do wchodzącego powietrza.

Drobnokomorowy wymiennik obrotowy wymiennika ciepła jest podatny na zatykanie, dlatego szczególnie ważne jest zwrócenie uwagi na jakość pracy filtrów dokładnych

Zalety rekuperatorów obrotowych są następujące:

• raczej wysoka wydajność w porównaniu do konkurencyjnych typów;
• powrót dużej ilości wilgoci, która w postaci kondensatu pozostaje na bębnie i odparowuje w kontakcie z dopływającym suchym powietrzem.

Ten rodzaj rekuperatora jest rzadziej stosowany w budynkach mieszkalnych z wentylacją mieszkania lub domku. Często jest stosowany w dużych kotłowniach, aby oddawać ciepło do pieców lub w dużych obiektach przemysłowych lub handlowych.

Ten typ urządzenia ma jednak poważne wady:

• stosunkowo złożona konstrukcja z ruchomymi częściami, w tym silnik elektryczny, bęben i napęd pasowy, które wymagają stałej konserwacji;
• zwiększony poziom hałasu.

Czasami w przypadku urządzeń tego typu można znaleźć termin „regeneracyjny wymiennik ciepła”, który jest bardziej poprawny niż „rekuperator”. Faktem jest, że niewielka część powietrza wywiewanego przepływa z powrotem z powodu luźnego dopasowania bębna do korpusu konstrukcji.

Nakłada to dodatkowe ograniczenia na możliwość korzystania z urządzeń tego typu. Na przykład zanieczyszczone powietrze z pieców grzewczych nie może być wykorzystywane jako nośnik ciepła.

System rur i obudów

Rekuperator typu rurowego składa się z cienkościennych rur o małej średnicy umieszczonych w izolowanej obudowie systemu, przez którą przepływa powietrze zewnętrzne. Na obudowie wytwarzają ciepłe powietrze z pomieszczenia, które ogrzewa dopływający strumień.

Strumień ciepłego powietrza musi być przeprowadzany dokładnie przez obudowę, a nie przez system rurek, ponieważ nie można usunąć kondensatu

Główne zalety rekuperatorów rurowych są następujące:

• wysoka wydajność dzięki przeciwprądowej zasadzie ruchu chłodziwa i dopływającego powietrza;
• prostota konstrukcji i brak ruchomych części zapewnia niski poziom hałasu i rzadko powstającą potrzebę konserwacji
• długa żywotność;
• najmniejszy przekrój spośród wszystkich rodzajów urządzeń do odzyskiwania.

Rury do urządzeń tego typu wykorzystują metal stopowy lub rzadziej polimer. Materiały te nie są higroskopijne, dlatego przy znacznej różnicy temperatur przepływów możliwe jest tworzenie intensywnego kondensatu w obudowie, co wymaga konstruktywnego rozwiązania w celu jego usunięcia. Kolejną wadą jest to, że pomimo niewielkich wymiarów metalowe wypełnienie ma znaczną wagę.

Prostota konstrukcji cylindrycznego rekuperatora sprawia, że ​​tego typu urządzenia są popularne w majsterkowaniu. Jako obudowa zewnętrzna zwykle stosowane są rury z tworzywa sztucznego do kanałów powietrznych, izolowane powłokami z poliuretanu.

Pośrednie urządzenie do wymiany ciepła

Czasami kanały nawiewne i wywiewne znajdują się w pewnej odległości od siebie. Taka sytuacja może wynikać z technologicznych cech budynku lub wymagań sanitarnych dla niezawodnego oddzielenia przepływów powietrza.

W takim przypadku należy zastosować pośredni czynnik chłodzący krążący między kanałami przez izolowaną rurę. Jako medium do przesyłania energii cieplnej za pomocą wody lub roztworu wodno-glikolowego, którego krążenie zapewnia pompa ciepła.

Rekuperator z pośrednim czynnikiem chłodzącym jest urządzeniem objętościowym i drogim, którego zastosowanie jest ekonomicznie uzasadnione w pomieszczeniach o dużych powierzchniach

W przypadku, gdy możliwe jest zastosowanie innego typu rekuperatora, lepiej nie używać systemu z pośrednim czynnikiem chłodzącym, ponieważ ma on następujące znaczące wady:

• niska wydajność w porównaniu z innymi typami urządzeń, dlatego w małych pomieszczeniach o niskim przepływie powietrza takie urządzenia nie są używane;
• znaczna objętość i waga całego systemu;
• potrzeba dodatkowej pompy elektrycznej do cyrkulacji płynu;
• zwiększony hałas z pompy.

Istnieje modyfikacja tego układu, gdy zamiast wymuszonej cyrkulacji płynu wymiany ciepła stosuje się medium o niskiej temperaturze wrzenia, takie jak freon. W takim przypadku ruch wzdłuż obwodu jest możliwy w naturalny sposób, ale tylko wtedy, gdy kanał powietrza nawiewanego znajduje się powyżej kanału wywiewnego.

Taki system nie wymaga dodatkowych kosztów energii, ale działa tylko w przypadku ogrzewania przy znacznej różnicy temperatur. Ponadto konieczne jest precyzyjne dostrojenie punktu zmiany stanu skupienia płynu przenoszącego ciepło, co można zrealizować poprzez wytworzenie pożądanego ciśnienia lub określonego składu chemicznego.

Główne parametry techniczne

Znając wymaganą wydajność systemu wentylacji i wydajność wymiany ciepła wymiennika ciepła, łatwo jest obliczyć oszczędności na ogrzewaniu powietrza w pomieszczeniu w określonych warunkach klimatycznych. Porównując potencjalne korzyści z kosztami zakupu i utrzymania systemu, można rozsądnie dokonać wyboru na korzyść rekuperatora lub standardowej nagrzewnicy powietrza.

Często producenci sprzętu oferują linię modelową, w której urządzenia wentylacyjne o podobnej funkcjonalności różnią się ilością wymiany powietrza. W przypadku lokali mieszkalnych ten parametr należy obliczyć zgodnie z tabelą 9.1. SP 54.13330.2016

Współczynnik wydajności

Sprawność rekuperatora jest rozumiana jako wydajność wymiany ciepła, która jest obliczana według następującego wzoru:

K = (T_n - T_n) / (T_w - T_n)

W którym:

• T._n - temperatura powietrza wlotowego do pomieszczenia;
• T._n - temperatura zewnętrzna;
• T._w - temperatura powietrza w pomieszczeniu.

Maksymalna wartość wydajności ze standardem natężenia przepływu powietrza oraz pewien reżim temperaturowy wskazany w dokumentacji technicznej urządzenia. Jego realna stawka będzie nieco mniejsza.

W przypadku niezależnej produkcji płytowego lub rurowego wymiennika ciepła w celu osiągnięcia maksymalnej wydajności wymiany ciepła należy przestrzegać następujących zasad:

• Najlepszą wymianę ciepła zapewniają urządzenia przeciwprądowe, następnie krzyżowe, a najmniejsze - z jednokierunkowym ruchem obu przepływów.
• Szybkość wymiany ciepła zależy od materiału i grubości ścian oddzielających strumienie, a także od czasu trwania powietrza wewnątrz urządzenia.

Znając wydajność rekuperatora, można obliczyć jego efektywność energetyczną w różnych temperaturach powietrza zewnętrznego i wewnętrznego:

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

gdzie P (m³/ godz.) - zużycie powietrza.

Obliczenie wydajności rekuperatora w kategoriach pieniężnych i porównanie z kosztami jego zakupu i instalacji dla dwupiętrowego domku o łącznej powierzchni 270 m2 pokazuje wykonalność zainstalowania takiego systemu

Koszt rekuperatorów o wysokiej wydajności jest dość wysoki, mają złożoną strukturę i znaczny rozmiar. Czasami można obejść te problemy, instalując kilka prostszych urządzeń, aby dopływające powietrze przechodziło przez nie kolejno.

Wydajność systemu wentylacji

Objętość przepływu powietrza zależy od ciśnienia statycznego, które zależy od mocy wentylatora i głównych komponentów, które powodują opór aerodynamiczny.Z reguły jego dokładne obliczenie jest niemożliwe ze względu na złożoność modelu matematycznego, dlatego przeprowadzane są badania eksperymentalne dla typowych konstrukcji monoblokowych, a komponenty są wybierane dla poszczególnych urządzeń.

Moc wentylatora należy wybrać z uwzględnieniem wydajności zainstalowanych rekuperatorów dowolnego typu, co jest wskazane w dokumentacji technicznej jako zalecane natężenie przepływu lub objętość powietrza przepuszczanego przez urządzenie na jednostkę czasu. Z reguły dopuszczalna prędkość powietrza wewnątrz urządzenia nie przekracza 2 m / s.

W przeciwnym razie przy dużych prędkościach w wąskich elementach rekuperatora następuje gwałtowny wzrost oporu aerodynamicznego. Prowadzi to do niepotrzebnych kosztów energii, nieefektywnego ogrzewania powietrza zewnętrznego i skraca żywotność wentylatorów.

Wykres strat ciśnienia w funkcji natężenia przepływu powietrza dla kilku wysokowydajnych modeli wymienników ciepła pokazuje nieliniowy wzrost rezystancji, dlatego konieczne jest przestrzeganie wymagań dotyczących zalecanej objętości wymiany powietrza wskazanych w dokumentacji technicznej urządzenia

Zmiana kierunku przepływu powietrza powoduje dodatkowy opór aerodynamiczny. Dlatego podczas modelowania geometrii kanału wewnętrznego pożądane jest zminimalizowanie liczby zwojów rur o 90 stopni. Dyfuzory do dyspersji powietrza również zwiększają opór, dlatego odradza się stosowanie elementów o złożonym wzorze.

Zanieczyszczone filtry i kratki powodują znaczne zakłócenia przepływu, dlatego należy je okresowo czyścić lub wymieniać. Jednym ze skutecznych sposobów oceny zatkania jest zainstalowanie czujników monitorujących spadek ciśnienia w obszarach przed i za filtrem.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Zasada działania rekuperatora obrotowego i płytowego:

Pomiar wydajności płytowego rekuperatora:

Domowe i przemysłowe systemy wentylacyjne ze zintegrowanym rekuperatorem udowodniły swoją efektywność energetyczną w utrzymywaniu ciepła w pomieszczeniach. Obecnie istnieje wiele ofert sprzedaży i instalacji takich urządzeń w postaci gotowych i przetestowanych modeli, a także na indywidualne zamówienia. Możesz obliczyć niezbędne parametry i przeprowadzić instalację samodzielnie.

Jeśli masz pytania podczas czytania informacji lub znajdziesz nieścisłości w naszym materiale, zostaw swoje komentarze w polu poniżej.