Recuperação de calor em sistemas de ventilação: princípio de operação e opções

No processo de ventilação da sala, não apenas o ar de exaustão é utilizado, mas também parte da energia térmica. No inverno, isso leva a um aumento nas contas de energia.

Para reduzir custos desnecessários, sem prejuízo da troca de ar, a recuperação de calor em sistemas de ventilação centralizados e locais permitirá. Para a recuperação de energia térmica, são utilizados diferentes tipos de trocadores de calor - recuperadores.

O artigo descreve em detalhes os modelos de unidades, seus recursos de design, princípios operacionais, vantagens e desvantagens. As informações fornecidas ajudarão a escolher a melhor opção para organizar o sistema de ventilação.

O conceito de recuperação: o princípio de operação do trocador de calor

Traduzida do latim, recuperação significa reembolso ou devolução. No que diz respeito às reações de troca de calor, a recuperação é caracterizada como um retorno parcial da energia gasta na realização de uma ação tecnológica para fins de aplicação no mesmo processo.

Em sistema de ventilação O princípio da recuperação é usado para economizar energia térmica.

Por analogia, o resfriamento é recuperado em climas quentes - massas de suprimentos quentes aquecem a saída “funcionando” e sua temperatura diminui.

O processo de recuperação de energia é realizado em um trocador de calor de recuperação. O dispositivo prevê a presença de um elemento de troca de calor e ventiladores para bombear fluxos de ar multidirecionais. Um sistema automático é usado para controlar o processo e controlar a qualidade do suprimento de ar.

O projeto foi projetado para que os fluxos de suprimento e exaustão estejam em compartimentos separados e não se misturem - a recuperação de calor é realizada através das paredes do trocador de calor.

Compreender e entender o que é ventilação recuperada um diagrama claro da circulação de ar ajudará.

Através dos exaustores em salas úmidas (banheiro, banheiro, cozinha), ocorre a saída de ar de exaustão. Antes de sair, ele passa pelo trocador de calor e deixa parte do calor. O ar fornecido se move na direção oposta, aquece e entra nas salas de estar (+)

Conveniência de um recuperador em ventilação

É possível falar sobre a viabilidade de organizar a ventilação regenerativa, avaliando a eficácia do sistema e comparando suas vantagens com desvantagens.

Parte do calor é retirado do ar de exaustão retirado e transferido para os jatos novos injetados direcionados para dentro da sala. Isso permite reduzir a perda de calor em até 70% (+)

A necessidade de usar a recuperação de calor é mais relevante em edifícios com saída de ar forçada. Como regra geral, são estruturas de baixa inércia construídas usando tecnologias inovadoras de isolamento térmico (casas feitas de painéis sanduíche, painéis de silicato de gás, blocos de espuma).

Nesses edifícios, as paredes não acumulam calor bem e a troca de ar natural é ineficaz.

No entanto, problemas com a circulação de ar também são característicos dos edifícios “tradicionais” de tijolo e concreto. A presença de janelas apertadas de PVC com isolamento térmico bloqueia a circulação com um desejo natural - o fluxo de ar fresco para e duto de ventilação inclinado ou tende a zero.

A solução para o problema da janela do euro é a organização da ventilação forçada. O sistema restaura a troca de ar, mas, ao mesmo tempo, a perda de calor aumenta para 60%. E aqui você não pode prescindir da recuperação térmica.

A eficiência do processo de troca é expressa como uma porcentagem e mostra a quantidade de calor gasta do ar de exaustão para aquecer a nova “entrada”

O fator de eficiência da recuperação de calor da ventilação:

• 0% - janela aberta - o ar quente é removido para a atmosfera e o ar frio entra, diminuindo a temperatura na sala;
• 100% - o ar fornecido é aquecido à temperatura do "escape" - tecnicamente impossível de implementar;
• 30-90% - um parâmetro aceitável, a recuperação é considerada boa com uma eficiência de 60% ou mais, eficiência acima de 80% - excelente transferência de calor.

A eficácia do sistema depende do tipo de recuperador, das dimensões da sala e do fluxo de ar. De qualquer forma, o uso de ventilação regenerativa, mesmo com uma eficiência de 30%, é mais rentável do que sua ausência. Além de economias significativas em recursos energéticos, a "recuperação de calor" melhora o microclima interno geral.

Desvantagens do uso de um trocador de calor:

1. Volatilidade. A compra de equipamentos de climatização é justificada se o consumo de energia for significativamente menor do que sua economia após a instalação do trocador de calor.
2. Condensação Devido à diferença de temperatura, a umidade pode condensar nas paredes do trocador de calor. No inverno, há uma chance de formação de gelo, que é repleta de uma rápida diminuição na eficiência ou falha do trocador de calor.
3. Trabalho barulhento. Alguns modelos emitem zumbido durante a operação. Se durante o dia essa desvantagem não é particularmente perceptível, à noite o barulho é desconfortável. Os recuperadores com isolamento aprimorado são silenciosos.

Altos investimentos iniciais costumam se tornar o principal argumento contra a ventilação com eficiência energética.

É aconselhável investir em um sistema que compensa dentro de 5 a 8 anos. Observe que, para a manutenção do complexo, você terá que suportar custos adicionais, por exemplo, substituição periódica dos ventiladores

Características de diferentes tipos de trocadores de calor

O design do recuperador determina o padrão de fluxo do líquido de refrigeração, a eficiência do sistema de ventilação, a classe de energia e o custo do equipamento. São utilizados cinco tipos de trocadores de calor: placas, rotativos, tubos de calor, dispositivos de câmara e modelos com um transportador de calor intermediário.

Recuperador lamelar - simplicidade de um design

A base do trocador de calor é uma câmara selada com muitos dutos paralelos. Os canais são separados por partições - placas condutoras de calor de aço ou alumínio.

Placas em forma de onda (60 a 70 peças) são agrupadas em um bloco para que os canais formados fiquem cruzados entre si - a turbulência criada melhora a transferência de calor (+)

Os fluxos de gás se movem um para o outro, cruzam-se no cassete do recuperador, mas não se misturam. A troca térmica é realizada devido ao resfriamento e aquecimento simultâneos das placas de diferentes lados.

Vantagens do trocador de calor cruzado:

• facilidade de instalação e configuração de equipamentos;
• exclusão de contato de massas de ar;
• custo acessível e dimensões compactas;
• falta de fricção e peças móveis.

O indicador de desempenho varia na faixa de 40 a 70%.

A principal desvantagem do modelo de placa é a sedimentação da condensação no duto de exaustão e formação de gelo no inverno. Para descongelar a unidade, o fluxo de entrada é redirecionado para desviar do trocador de calor, e o fluxo de saída quente derrete o gelo nas placas.

No modo “degelo”, a economia de energia não ocorre, são utilizados aquecedores de ar com potência de até 5 kW para aquecer o ar que entra. O valor médio da eficiência cai 20% (+)

Existem duas maneiras de resolver o problema:

1. Pré-aquecimento do fluxo de ar recebido a uma temperatura em que a formação de gelo é excluída.
2. Recuperador com placas higroscópicas de celulose. O material absorve a umidade das massas de ar de exaustão e a transfere para os fluxos de entrada.

Ao escolher um trocador cruzado, as características operacionais das placas devem ser levadas em consideração.

Suas características dependem do material de fabricação:

1. Folha de alumínio - custo acessível, mas desempenho limitado no inverno. Além disso, não é recomendado para instalações residenciais devido à secagem ao ar. Modificações com "enchimento" de alumínio - a melhor opção para banhos e piscinas.
2. Divisórias de plástico - semelhante em preço aos produtos de metal, mas diferem na melhoria da eficiência do trabalho.
3. Trocador de calor de celulose - evite o congelamento e mantenha o conteúdo de umidade normal em ambientes fechados

O recuperador de higrocelulose é o mais econômico e ideal para a ventilação de edifícios residenciais.

Recuperador rotativo - alta eficiência do sistema

O trocador de calor é apresentado na forma de um cilindro preenchido com camadas de metal corrugado. À medida que o kit de bateria gira, jatos de ar quente ou frio entram alternadamente em cada compartimento.

Projeto do trocador de calor rotativo: eixo de rotação e dois canais de ar. Uma seção do rotor é aquecida por “mineração”, o tambor rola e o calor é redirecionado para as massas frias concentradas no canal adjacente (+)

A eficiência da transferência de calor é determinada pela velocidade do rotor, a eficiência pode ser ajustada.

Argumentos “para” o recuperador rotativo:

• recuperação de calor até 65-90%;
• rentabilidade consumo de energia;
• compensação parcial de umidade - você pode fazer sem um umidificador;
• período de retorno - até 4 anos.

Apesar de sua alta eficiência, o trocador de calor do tipo tambor não se tornou líder entre instalações similares.

Contras do sistema de ventilação:

1. Uma mistura de ar poluído no influxo. Através dos microcanais, as massas de exaustão e suprimento circulam alternadamente, de modo que cerca de 3 a 8% do “exercício” é retornado. O tambor geralmente transmite o cheiro do ar que sai.
2. A complexidade do design. As peças rotativas do rotor precisam de manutenção regular e substituição periódica. Os elementos móveis emitem ruído e vibração durante a operação.
3. Alto custo. O preço dos modelos rotativos é superior ao dos produtos de chapa. Isso se deve ao uso de mecânicas complexas no design do trocador de calor de tambor.
4. Tamanhos grandes. A instalação é realizada em uma espaçosa câmara de ventilação.

Devido ao volume, as plantas de rotor são usadas principalmente em empresas industriais.

Para minimizar a mistura dos fluxos de ar, os recuperadores rotativos são complementados por setores intermediários - aqui os microcanais são soprados com ar fresco, que entra no exaustor. O menos do esquema é uma diminuição na eficiência (+)

Trocadores de Calor Ligados - Modelo Glicol

Devido às suas características de projeto, uma unidade de recuperação com um líquido de arrefecimento intermediário é frequentemente chamada de trocador de calor acoplado ou uma unidade de glicol. Este é um dos sistemas de recuperação de calor mais flexíveis. Um trocador de calor colide com o duto de suprimento e o segundo no escapamento.

No esquema de tubulação, existem: bomba de circulação, tanque de expansão, válvula de ar, controlador, sensor de temperatura, válvula de segurança, indicador de pressão (+)

O princípio do trabalho. A composição glicólica circula entre trocadores de calor. A temperatura do líquido de arrefecimento aumenta devido à corrente removida aquecida e, em seguida, a energia térmica é transferida para o ar fresco. Um sistema fechado elimina a mistura de massas de ar que se aproximam.

Características do trabalho dos trocadores de calor com um líquido de refrigeração:

• Eficiência - 45-55%;
• ajuste de eficiência com a ajuda de uma bomba - a velocidade do movimento anticongelante é selecionada;
• a capacidade de colocar os dutos de suprimento e exaustão remotamente um com o outro (até 800 m);
• o recuperador é montado na vertical ou na horizontal;
• em geadas fortes, a superfície do trocador de calor de escape congela - aparece gelo; o uso de anticongelante permite operar o recuperador sem recorrer ao degelo;
• período de retorno do sistema - até 2 anos;
• é aceitável uma combinação de 1 capuz e várias entradas ou vice-versa.

O volume do ar de exaustão e admissão deve ser aproximadamente igual. Esses recuperadores são geralmente usados ​​se a entrada for tóxica ou altamente contaminada quando a mistura de fluxos for inaceitável.

Montagem da Câmara - Versatilidade

Estruturalmente, o trocador de calor da câmara é uma caixa fechada, dividida por um amortecedor em movimento. A partição de abertura determina a operação do recuperador.

A vazão passa ao longo de um canal e a entrada entra na segunda câmara. No trocador de calor, as massas quentes aquecem as paredes do primeiro compartimento. Depois de um tempo, a aba se move e o fluxo de ar muda de direção

Como resultado, a entrada se move ao longo das paredes quentes do primeiro duto e a “mineração” aquece a superfície da segunda câmara. Em um determinado momento, a partição volta e o ciclo se repete.

Vantagens da unidade de troca de calor da câmara:

• Eficiência - 80-90%;
• em conjunto com isolamento térmico de alta qualidade, os custos de aquecimento são minimizados;
• facilidade de instalação - será necessária a ajuda de especialistas na escolha dos parâmetros da instalação de ventilação;
• preservação do nível de umidade;
• o congelamento do sistema é excluído.

Um recuperador de câmara é uma excelente opção para regiões onde, durante um longo período do ano, há um desequilíbrio significativo entre as temperaturas interna e externa.

As desvantagens da unidade de recuperação de calor incluem:

• a necessidade de manutenção regular de peças móveis;
• os jatos de ar que se aproximam parcialmente se misturam - odores e impurezas podem fluir de volta para o edifício.

Para reduzir a mistura, o sistema está equipado elemento de filtro. O ar fica mais limpo, mas a eficiência do recuperador diminui.

Tubos térmicos - sistema fechado de troca de calor

O recuperador consiste em muitos tubos de cobre ou alumínio cheios de material volátil, como o freon. O princípio de operação de um trocador de calor tubular é baseado em processos físicos - uma mudança no estado de uma substância quando aquecida.

O tubo de calor é colocado na vertical - a extremidade inferior do trocador de calor no duto de exaustão e a parte superior no duto de ar de suprimento. Fluxos de saída em volta da extremidade do tubo - Freon aquece, ferve e evapora (+)

O gás sobe e libera energia térmica para o influxo, após o que o freon se condensa e flui pelo recuperador. O ciclo térmico é repetido em um círculo.

Características técnicas e operacionais do trocador de calor tubular:

• eficiência do dispositivo - até 65%;
• operação silenciosa devido à ausência de elementos móveis;
• simplicidade de design e despretensiosidade no serviço;
• compacidade - pequenas dimensões e peso leve;
• independência energética - o líquido de arrefecimento circula naturalmente;

Uma vantagem significativa é que os fluxos de ar da entrada e do retorno não são misturados.

Fraquezas dos tubos de calor:

• alto nível de eficiência alcançada com uma faixa de temperatura estreita - com superaquecimento repentino, todo o freon evapora e, com aquecimento insuficiente, a taxa de vaporização diminui;
• baixa resistência do tubo - uma mudança de forma ou despressurização reduz o desempenho do equipamento.

Os recuperadores tubulares são usados ​​em construções particulares, em escritórios administrativos, escritórios e pequenas áreas industriais.

Métodos de organização da ventilação regenerativa

A recuperação é equipada de uma das maneiras: centralizada e descentralizada. No primeiro caso, os fluxos de ventilação de toda a sala passam pelo trocador de calor, na segunda - de uma sala.

Complexo centralizado - unidade de tratamento de ar

Um sistema centralizado está equipado na fase de construção ou grande modernização do sistema de ventilação.

Instalação forçada de ar forçado e exaustão (PVU) com recuperador incorporado é selecionada. O principal critério de seleção é o desempenho geral do complexo com base em todo o volume de ar na estrutura (+)

A PVU com um recuperador fornece troca de ar suficiente, mesmo em casas com janelas fechadas. Ao mesmo tempo, os fluxos de ar são distribuídos uniformemente sem criar correntes de ar.

Integrado instalações de ar forçado e de escape tipo monobloco equipado com:

• fãs - fornecimento ininterrupto de ar limpo e emissão de jatos saturados com dióxido de carbono;
• aquecedores - pré-aquecimento da entrada;
• filtros - reter poeira e micropartículas;
• recuperador - Diferentes tipos de instalações podem ser usados.

A funcionalidade de algumas PVUs é expandida por um temporizador, um regulador de energia, sensores de nível de umidade, etc.

O caso dos modelos monobloco é coberto com material absorvente de som, para que o funcionamento da PVU fique muito silencioso. São possíveis versões vertical, horizontal e suspensa de unidades de ventilação

Produção de PVU monobloco recuperativa comprovada: Vents (Ucrânia) Dantherm (Dinamarca) "Daikin" (Japão) "Dantex" (Inglaterra).

Unidades locais - além do sistema de ventilação existente

Para restaurar a circulação de massas de ar em uma sala de operações, são adequadas entradas de ar descentralizadas com recuperação de calor.

Eles colidem com a fachada do edifício ou são montados através de uma janela. Seu principal objetivo é melhorar fornecimento de ventilação em casa.

Nos recuperadores locais, são fornecidos um ventilador e um trocador de calor de placas. A "manga" da entrada é isolada com material absorvente de som. A unidade de controle da unidade de tratamento de ar compacta está localizada na parede interna

Características dos sistemas de ventilação descentralizados com recuperação:

• Eficiência – 60-96%;
• baixa produtividade - os dispositivos são projetados para permitir a troca de ar em salas de até 20 a 35 m²;
• custo acessível e uma ampla seleção de unidades, variando de válvulas de parede convencionais a modelos automatizados com um sistema de filtragem em vários estágios e a capacidade de ajustar a umidade;
• facilidade de instalação - para comissionamento, não é necessário duto, instalar válvula de parede Você pode fazer isso sozinho.

Fabricantes populares de recuperadores locais: Prana (Ucrânia) O.erre (Itália) Nevasca (Alemanha), Vents (Ucrânia) Aerovital (Alemanha).

Critérios importantes para a escolha de uma entrada de parede: espessura admissível da parede, produtividade, eficiência do recuperador, diâmetro do canal de ar e temperatura do meio bombeado

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Comparação de ventilação natural e sistema forçado com recuperação:

O princípio de operação de um trocador de calor centralizado, cálculo de eficiência:

Projeto e operação de um trocador de calor descentralizado usando a válvula de parede Prana como exemplo:

Cerca de 25-35% do calor sai da sala através do sistema de ventilação. Os recuperadores são usados ​​para reduzir perdas e recuperação eficiente de calor. O equipamento climático permite que você use a energia das massas gastas para aquecer o ar que entra.

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