Ventilație de alimentare și evacuare cu recuperare de căldură: principiu de funcționare, prezentare generală a avantajelor și dezavantajelor

Aportul de aer curat în perioada rece determină necesitatea încălzirii pentru a asigura microclimatul corect al spațiilor. Pentru minimizarea costului energiei electrice, ventilația poate fi utilizată cu recuperare de căldură.

Înțelegerea principiilor funcționării sale va permite reducerea cea mai eficientă a pierderilor de căldură, menținând în același timp un volum suficient de aer înlocuit. Să încercăm să ne dăm seama.

Economisirea energiei în sistemele de ventilație

În perioada de toamnă-primăvară, când ventilația este o problemă majoră este diferența mare de temperatură dintre aerul care intră și cel din interior. Curentul rece se prăbușește și creează un microclimat nefavorabil în case, birouri și la locul de muncă sau un gradient de temperatură vertical inacceptabil în depozit.

O soluție comună a problemei este integrarea în ventilația de alimentare încălzitor de aerprin care se încălzește debitul. Un astfel de sistem necesită consum de energie, în timp ce o cantitate semnificativă de aer cald aferent duce la pierderi semnificative de căldură.

Ieșirea la exterior cu abur intens servește ca un indicator al pierderilor de căldură semnificative, care poate fi utilizat pentru încălzirea fluxului de intrare

Dacă canalele de alimentare cu aer și evacuare sunt amplasate în apropiere, atunci este posibil să transferați parțial căldura fluxului de ieșire la intrarea. Acest lucru va reduce consumul de energie al încălzitorului sau îl va abandona complet. Un dispozitiv care asigură schimbul de căldură între diferitele fluxuri de gaz de temperatură este denumit recuperator.

În sezonul cald, când temperatura exterioară este mult mai mare decât temperatura camerei, un recuperator poate fi utilizat pentru a răci fluxul de intrare.

Unitate de unitate cu recuperator

Structura internă a sistemului de ventilație cu recuperator integrat suficient de simplu, prin urmare este posibilă achiziționarea și instalarea lor independente de elemente. În cazul în care montajul sau auto-asamblarea sunt dificile, puteți achiziționa soluții gata, sub formă de monobloc tipic sau structuri individuale prefabricate la comandă.

Un design tipic al unui dispozitiv de sistem de ventilație de alimentare și de evacuare cu un recuperator amplasat într-o singură carcasă poate fi completat de alte noduri, la discreția utilizatorului

Elementele principale și parametrii acestora

Carcasa cu izolația termică și fonică este de obicei din tablă de oțel. În cazul montării pe perete, aceasta trebuie să reziste la presiunea care apare la spumarea sloturilor în jurul unității și, de asemenea, să prevină vibrațiile ventilatoarelor.

În cazul unei admisii distribuite și a fluxului de aer pe diferite camere, acestea sunt conectate la carcasă sistem de conducte. Este echipat cu supape și amortizoare pentru distribuirea debitului.

În absența conductelor de aer, o grilă sau un difuzor este instalat pe ieșirea de aer de alimentare din partea camerei pentru a distribui fluxul de aer. O grilă de admisie a aerului exterior este montată pe deschiderea de intrare de pe stradă pentru a împiedica păsările, insectele mari și gunoiul să intre în sistemul de ventilație.

Mișcarea aerului este asigurată de două ventilatoare axiale sau centrifuge. În prezența unui recuperator, circulația naturală a aerului într-un volum suficient este imposibilă datorită tragerii aerodinamice create de această unitate.

Prezența unui recuperator presupune instalarea filtrelor fine la intrarea ambelor fluxuri. Acest lucru este necesar pentru a reduce înfundarea depunerilor de praf și grăsime în canalele subțiri ale schimbătorului de căldură. În caz contrar, pentru funcționarea completă a sistemului va trebui să crească frecvența de întreținere preventivă.

Filtrele fine trebuie schimbate sau curățate periodic. În caz contrar, rezistența crescută a fluxului de aer va determina ventilatoarele să se spargă.

Unul sau mai mulți recuperatori ocupă cea mai mare parte a dispozitivului de alimentare și evacuare. Sunt montate în centrul structurii.

În cazul înghețurilor severe tipice pentru teritoriu și eficiență insuficientă a schimbătorului de căldură pentru încălzirea aerului exterior, poate fi instalat suplimentar un încălzitor de aer. De asemenea, dacă este necesar, un umidificator, un ionizator și alte dispozitive sunt montate pentru a crea un microclimat favorabil în cameră.

Modelele moderne includ o unitate de control electronică. Modificările sofisticate au funcții de programare a modurilor de operare, în funcție de parametrii fizici ai aerului. Panourile exterioare au un aspect atractiv, datorită căruia pot fi bine integrate în orice interior al camerei.

Rezolvarea problemei condensului

Răcirea aerului care vine din cameră creează condițiile necesare pentru descărcarea de umiditate și formarea condensului. În cazul unui debit mare, cea mai mare parte nu are timp să se acumuleze în recuperator și iese afară. Prin mișcarea lentă a aerului, o parte semnificativă a apei rămâne în interiorul dispozitivului. Prin urmare, este necesar să se asigure colectarea umidității și eliminarea acesteia în afara carcasei sistem de alimentare și evacuare.

Un dispozitiv elementar pentru colectarea și îndepărtarea condensului este o tigaie amplasată sub recuperator cu o pantă spre orificiul de scurgere

Concluzia umidității este produsă într-un recipient închis. Acesta este plasat numai în interior pentru a evita înghețarea canalelor de ieșire la temperaturi sub zero.Nu există un algoritm fiabil pentru calcularea volumului de apă obținut atunci când se utilizează sisteme cu un recuperator, deci este determinată experimental.

Reutilizarea condensului pentru a umida aerul nu este de dorit, deoarece apa absoarbe mulți poluanți, cum ar fi transpirația umană, mirosurile etc.

Reduceți semnificativ cantitatea de condens și evitați problemele asociate aspectului său, organizând un sistem de evacuare separat de baie și bucătărie. În aceste încăperi aerul are cea mai mare umiditate. Dacă există mai multe sisteme de evacuare, schimbul de aer între zonele tehnice și cele rezidențiale trebuie limitat prin instalarea de supape de control.

În cazul răcirii fluxului de aer de ieșire la temperaturi negative din interiorul recuperatorului, tranzițiile condensate către gheață, ceea ce determină o reducere a secțiunii transversale vii a debitului și, ca urmare, o scădere a volumului sau încetarea completă a ventilației.

Pentru decongelarea periodică sau o singură dată a recuperatorului, este instalat un bypass - un canal de by-pass pentru mișcarea aerului de alimentare. Când fluxul trece prin ocolirea dispozitivului, transferul de căldură se oprește, schimbătorul de căldură se încălzește și gheața devine lichidă. Apa curge în rezervorul de colectare a condensului sau se evaporă spre exterior.

Principiul dispozitivului de by-pass este simplu, prin urmare, dacă există riscul formării de gheață, este recomandabil să se ofere o astfel de soluție, deoarece recuperarea căldurii schimbătorului de căldură în alte moduri este complicată și lungă

Atunci când debitul trece prin by-pass, nu se încălzește aerul de alimentare prin recuperator. Prin urmare, atunci când acest mod este activat, este necesar să porniți încălzitorul automat.

Caracteristici ale diferitelor tipuri de recuperatoare

Există mai multe opțiuni structurale diferite pentru implementarea transferului de căldură între fluxurile de aer rece și încălzit. Fiecare dintre ele are propriile sale caracteristici distinctive care determină scopul principal pentru fiecare tip de recuperator.

Schimbător de căldură cu flux de plăci

Proiectarea schimbătorului de căldură cu plăci se bazează pe panouri cu pereți subțiri conectați alternativ, astfel încât să alterneze trecerea dintre ele cu fluxuri de temperatură diferite la un unghi de 90 de grade. Una dintre modificările acestui model este un dispozitiv cu canale finlandeze pentru trecerea aerului. Are un coeficient de transfer de căldură mai mare.

Trecerea alternativă a fluxului de aer cald și rece prin plăci se realizează prin îndoirea marginilor plăcilor și sigilarea compușilor cu o rășină de poliester

Panourile de transfer de căldură pot fi confecționate din diverse materiale:

• cupru, alama și aliaje pe bază de aluminiu au o conductibilitate termică bună și nu sunt susceptibile la rugină;
• un material plastic dintr-un material hidrofob polimeric cu un coeficient ridicat de conductivitate termică este ușor;
• celuloza absorbantă permite condensului să pătrundă prin placă și să revină în cameră.

Dezavantajul este posibilitatea condensării la temperaturi scăzute. Datorită distanței mici între plăci, umiditatea sau gheața crește semnificativ tracțiunea aerodinamică. În caz de îngheț, este necesar să opriți fluxul de aer care intră pentru a încălzi plăcile.

Avantajele recuperatoarelor de plăci sunt următoarele:

• cost redus;
• durată de viață lungă;
• o lungă perioadă între întreținerea preventivă și simplitatea acesteia;
• dimensiuni mici și greutate.

Acest tip de recuperator este cel mai frecvent pentru spații rezidențiale și pentru birouri. De asemenea, este utilizat în unele procese tehnologice, de exemplu, pentru a optimiza arderea combustibilului în timpul funcționării cuptoarelor.

Tambur sau rotativ

Principiul funcționării unui schimbător de căldură rotativ se bazează pe rotația schimbătorului de căldură, în interiorul căruia se află straturi de metal ondulat cu o capacitate mare de căldură.Ca urmare a interacțiunii cu efluentul, sectorul tamburului este încălzit, ceea ce ulterior degajă căldură aerului care intră.

Schimbătorul de căldură cu plasă fină al schimbătorului de căldură rotativ este predispus la colmatare, prin urmare, este deosebit de important să acordăm atenție lucrărilor de calitate ale filtrelor fine

Avantajele recuperatoarelor rotative sunt următoarele:

• eficiență destul de mare în comparație cu tipurile concurente;
• revenirea unei cantități mari de umiditate, care sub formă de condens rămâne pe tambur și se evaporă la contactul cu aerul uscat.

Acest tip de recuperator este mai puțin utilizat pentru clădirile rezidențiale cu ventilație de apartamente sau cabane. Adesea este utilizat în camerele mari ale cazanelor pentru a returna căldura în cuptoare sau pentru instalații mari sau industriale sau cu amănuntul.

Cu toate acestea, acest tip de dispozitiv prezintă dezavantaje semnificative:

• o structură relativ complexă, cu piese în mișcare, inclusiv un motor electric, un tambur și o curea de antrenare, care necesită o întreținere constantă;
• nivel crescut de zgomot.

Uneori, pentru dispozitivele de acest tip, poate fi găsit termenul „schimbător de căldură regenerativ”, care este mai corect decât un „recuperator”. Cert este că o mică parte din aerul de evacuare curge înapoi datorită potrivirii libere a tamburului la corpul structurii.

Acest lucru impune restricții suplimentare cu privire la posibilitatea de utilizare a dispozitivelor de acest tip. De exemplu, aerul contaminat de la sobele de încălzire nu poate fi utilizat ca purtător de căldură.

Sistem de tub și carcasă

Recuperatorul de tip tubular este format din tuburi cu pereți subțiri de diametru mic, situate în carcasa izolată a sistemului, prin care circulă aer exterior. Pe carcasă se produce o masă de aer cald din cameră, care încălzește fluxul de intrare.

Ieșirea aerului cald trebuie efectuată tocmai prin carcasă și nu printr-un sistem de tuburi, deoarece este imposibil să eliminați condensul din ele

Principalele avantaje ale recuperatoarelor tubulare sunt următoarele:

• eficiență ridicată, datorită principiului contracurentului de mișcare a lichidului de răcire și a aerului de intrare;
• simplitatea proiectării și absența pieselor mobile oferă un nivel scăzut de zgomot și rareori este nevoie de întreținere;
• durată de viață lungă;
• cea mai mică secțiune transversală dintre toate tipurile de dispozitive de recuperare.

Tuburile pentru dispozitive de acest tip folosesc fie metale din aliaj ușor, fie mai puțin frecvent polimer. Aceste materiale nu sunt higroscopice, prin urmare, cu o diferență semnificativă în temperatura debitelor, este posibilă formarea condensului intens în carcasă, ceea ce necesită o soluție constructivă pentru îndepărtarea acestuia. Un alt dezavantaj este că umplutura metalică are o greutate considerabilă, în ciuda dimensiunilor mici.

Simplitatea designului recuperatorului tubular face ca acest tip de dispozitiv să fie popular pentru auto-fabricare. Ca carcasă exterioară, se folosesc de obicei țevi din plastic pentru conducte de aer, izolate cu învelișuri de poliuretan.

Dispozitiv de transfer de căldură intermediar

Uneori, conductele de alimentare și de evacuare sunt situate la o distanță una de alta. Această situație poate apărea din cauza caracteristicilor tehnologice ale clădirii sau a cerințelor sanitare pentru separarea fiabilă a fluxurilor de aer.

În acest caz, utilizați un lichid de răcire intermediar care circulă între conducte printr-o conductă izolată. Ca mediu pentru transferul de energie termică folosind apă sau o soluție apă-glicol, a cărei circulație este asigurată de pompa de caldura.

Recuperatorul cu lichid de răcire intermediar este un dispozitiv volumetric și scump, a cărui utilizare este justificată economic pentru camerele cu suprafețe mari

În cazul în care este posibil să utilizați un alt tip de recuperator, este mai bine să nu utilizați un sistem cu un lichid de răcire intermediar, deoarece prezintă următoarele dezavantaje semnificative:

• eficiență scăzută în comparație cu alte tipuri de dispozitive, prin urmare, pentru camerele cu un debit de aer scăzut, astfel de dispozitive nu sunt utilizate;
• volumul și greutatea semnificativă a întregului sistem;
• necesitatea unei pompe electrice suplimentare pentru a circula fluidul;
• zgomot crescut de la pompă.

Există o modificare a acestui sistem atunci când, în loc de circulație forțată a fluidului de schimb de căldură, se folosește un mediu cu punct de fierbere scăzut, cum ar fi freonul. În acest caz, mișcarea de-a lungul circuitului este posibilă într-un mod natural, dar numai dacă conducta de aer de alimentare este situată deasupra conductei de evacuare.

Un astfel de sistem nu necesită costuri suplimentare de energie, dar funcționează pentru încălzire doar la o diferență semnificativă de temperatură. În plus, este necesară reglarea punctului de schimbare a stării de agregare a fluidului de transfer de căldură, care poate fi implementat prin crearea presiunii dorite sau a unei compoziții chimice specifice.

Principalii parametri tehnici

Cunoscând performanțele necesare ale sistemului de ventilație și eficiența schimbului de căldură a schimbătorului de căldură, este ușor să calculați economiile la încălzirea aerului pentru o cameră în condiții climatice specifice. Comparând beneficiile potențiale cu costurile de cumpărare și întreținere a sistemului, puteți face în mod rezonabil o alegere în favoarea unui recuperator sau a unui încălzitor de aer standard.

Adesea, producătorii de echipamente oferă o linie de model în care unitățile de ventilație cu funcționalități similare diferă în ceea ce privește cantitatea de schimb de aer. Pentru spațiile rezidențiale, acest parametru trebuie calculat conform tabelului 9.1. SP 54.13330.2016

Coeficient de performanță

Eficiența recuperatorului este înțeleasă ca eficiența transferului de căldură, care este calculată după următoarea formulă:

K = (T_n - T_n) / (T_în - T_n)

În care:

• T_n - temperatura aerului care intră în cameră;
• T_n - temperatura exterioara;
• T_în - temperatura aerului în cameră.

Valoarea maximă a eficienței cu standard debitele de aer și un anumit regim de temperatură indicat în documentația tehnică a dispozitivului. Rata sa reală va fi puțin mai mică.

În cazul fabricării independente a unei plăci sau a unui schimbător de căldură tubular, pentru a obține eficiența maximă a transferului de căldură, este necesar să se respecte următoarele reguli:

• Cel mai bun schimb de căldură este asigurat de dispozitivele în contracurent, apoi de dispozitivele cu flux încrucișat și cel mai mic - cu mișcarea unidirecțională a ambelor fluxuri.
• Viteza de transfer de căldură depinde de materialul și grosimea pereților care separă fluxurile, precum și de durata aerului din interiorul dispozitivului.

Cunoscând eficiența recuperatorului, este posibil să se calculeze eficiența sa energetică la diferite temperaturi ale aerului exterior și intern:

E (W) = 0,36 x P x K x (T_în - T_n)

unde P (m³/ ora) - consum de aer.

Calculul eficienței recuperatorului în termeni monetari și compararea cu costurile achiziționării și instalării acestuia pentru o cabană cu două etaje cu o suprafață totală de 270 m2 arată fezabilitatea instalării unui astfel de sistem

Costul recuperatorilor cu eficiență ridicată este destul de mare, au o structură complexă și o dimensiune considerabilă. Uneori, puteți rezolva aceste probleme instalând mai multe dispozitive mai simple, astfel încât aerul care intră să le treacă în mod secvențial.

Performanța sistemului de ventilație

Volumul debitului de aer este determinat de presiunea statică, care depinde de puterea ventilatorului și de componentele principale care creează tracțiune aerodinamică.De regulă, calculul său exact este imposibil din cauza complexității modelului matematic, de aceea sunt efectuate studii experimentale pentru proiectările tipice monobloc, iar componentele sunt selectate pentru dispozitive individuale.

Puterea ventilatorului trebuie selectată ținând cont de debitul schimbătorilor de căldură instalați de orice tip, care este indicat în documentația tehnică ca debitul recomandat sau volumul de aer transmis de dispozitiv pe unitatea de timp. De regulă, viteza admisibilă a aerului în interiorul dispozitivului nu depășește 2 m / s.

În caz contrar, la viteze mari în elementele înguste ale recuperatorului există o creștere accentuată a tragerii aerodinamice. Acest lucru duce la costuri inutile de energie, încălzire ineficientă a aerului exterior și reduce durata de viață a ventilatoarelor.

Graficul pierderii de presiune față de debitul de aer pentru mai multe modele de schimbătoare de căldură de înaltă performanță arată o creștere neliniară a rezistenței, prin urmare, este necesar să se respecte cerințele pentru volumul de schimb de aer recomandat indicat în documentația tehnică a dispozitivului

Modificarea direcției fluxului de aer creează o tracțiune aerodinamică suplimentară. Prin urmare, atunci când se modelează geometria conductei interioare, este de dorit să se minimizeze numărul de viraje de conductă cu 90 de grade. Difuzoarele pentru dispersia aerului cresc, de asemenea, rezistența, de aceea este indicat să nu folosiți elemente cu un model complex.

Filtrele și grilele contaminate creează o interferență semnificativă cu debitul, deci trebuie curățate sau înlocuite periodic. Unul dintre modurile eficiente de a evalua înfundarea este instalarea unor senzori care monitorizează căderea de presiune în zonele înainte și după filtru.

Concluzii și video util pe această temă

Principiul de funcționare al recuperatorului rotativ și al plăcii:

Măsurarea eficienței unui recuperator tip placă:

Sistemele de ventilație internă și industrială cu un recuperator integrat și-au dovedit eficiența energetică în menținerea căldurii în interior. Acum există numeroase oferte pentru vânzarea și instalarea unor astfel de dispozitive sub formă de modele gata pregătite și testate, precum și pentru comenzi individuale. Puteți calcula parametrii necesari și efectuați instalația singuri.

Dacă aveți întrebări când citiți informațiile sau dacă găsiți inexactități în materialul nostru, vă rugăm să lăsați comentariile dvs. în caseta de mai jos.