Prívodné a odsávacie vetranie s rekuperáciou tepla: princíp činnosti, prehľad výhod a nevýhod

Prívod čerstvého vzduchu v chladnom období vedie k potrebe zahrievania, aby sa zabezpečila správna vnútorná klíma. Na minimalizáciu nákladov na elektrinu je možné použiť prívod a odvod vzduchu s rekuperáciou tepla.

Pochopenie princípov jeho činnosti umožní najúčinnejšie zníženie tepelných strát pri zachovaní dostatočného objemu nahradeného vzduchu. Skúsme to zistiť.

Úspora energie vo ventilačných systémoch

V období jesene a jari, keď je vetranie hlavným problémom, je veľký teplotný rozdiel medzi vstupujúcim a vnútorným vzduchom. Studený prúd prúdi dole a vytvára nepriaznivú mikroklímu v domácnostiach, kanceláriách a na pracovisku alebo neprijateľný vertikálny teplotný gradient v sklade.

Bežným riešením problému je integrácia do prívodnej ventilácie ohrievač vzduchučím sa prúd ohrieva. Takýto systém vyžaduje spotrebu energie, zatiaľ čo značné množstvo výstupného teplého vzduchu vedie k výrazným stratám tepla.

Výstup z vonkajšej strany s intenzívnou parou slúži ako indikátor výrazných tepelných strát, ktoré sa môžu použiť na ohrev privádzaného prúdu

Ak sú prívodné a výfukové kanály vzduchu umiestnené v blízkosti, je možné čiastočne preniesť teplo výstupného prúdu do privádzaného. Tým sa zníži spotreba energie ohrievača alebo ho úplne opustí. Zariadenie na zabezpečenie výmeny tepla medzi plynnými prúdmi s rôznou teplotou sa nazýva rekuperátor.

V teplej sezóne, keď je vonkajšia teplota oveľa vyššia ako izbová teplota, je možné na ochladenie privádzaného prúdu použiť rekuperátor.

Jednotka s rekuperátorom

Vnútorná štruktúra vetracieho systému s integrovaný rekuperátor dostatočne jednoduché, a preto je možný ich nezávislý nákup a inštalácia. V prípade, že je montáž alebo samotná montáž náročná, môžete si na objednávku kúpiť hotové riešenia vo forme typického monobloku alebo jednotlivých prefabrikovaných štruktúr.

Typická konštrukcia zariadenia na prívod a odvod vetrania s rekuperátorom umiestneným v jednom puzdre môže byť podľa uváženia používateľa doplnená ďalšími uzlami.

Hlavné prvky a ich parametre

Puzdro s tepelnou a zvukovou izoláciou je obvykle vyrobené z oceľového plechu. V prípade montáže na stenu musí odolať tlaku, ktorý sa vyskytuje pri napenení štrbín okolo jednotky, a tiež zabrániť vibráciám spôsobeným ventilátormi.

V prípade rozdeleného nasávania a prúdenia vzduchu v rôznych miestnostiach sú spojené s krytom potrubný systém, Je vybavený ventilmi a tlmičmi na distribúciu prietoku.

Ak nie sú k dispozícii vzduchové kanály, je na výstupe privádzaného vzduchu zo strany miestnosti inštalovaná mriežka alebo difúzor na distribúciu prúdu vzduchu. Na vstupnom otvore z ulice je namontovaná mriežka na prívod vonkajšieho vzduchu, aby sa zabránilo vniknutiu vtákov, veľkého hmyzu a podstielky do vetracieho systému.

Pohyb vzduchu zabezpečujú dva axiálne alebo odstredivé ventilátory. V prítomnosti rekuperátora je prirodzená cirkulácia vzduchu v dostatočnom objeme nemožná z dôvodu aerodynamického odporu vytvoreného touto jednotkou.

Prítomnosť rekuperátora zahŕňa inštaláciu jemných filtrov na vstupe oboch prúdov. Je to potrebné na zníženie upchávania usadenín prachu a tuku v tenkých kanáloch výmenníka tepla. V opačnom prípade bude pre úplné fungovanie systému potrebné zvýšiť frekvenciu preventívnej údržby.

Jemné filtre sa musia pravidelne vymieňať alebo čistiť. V opačnom prípade zvýšený odpor prúdenia vzduchu spôsobí zlomenie ventilátorov.

Jeden alebo viac rekuperátorov zaberá väčšinu napájacieho a výfukového zariadenia. Sú namontované v strede konštrukcie.

V prípade silných mrazov typických pre dané územie a nedostatočnej účinnosti výmenníka tepla na ohrev vonkajšieho vzduchu je možné dodatočne nainštalovať ohrievač vzduchu. Ak je to potrebné, zvlhčovač, ionizátor a ďalšie zariadenia sú namontované tak, aby vytvorili priaznivú mikroklímu v miestnosti.

Moderné modely zahŕňajú elektronickú riadiacu jednotku. Sofistikované úpravy majú funkcie na programovanie prevádzkových režimov v závislosti od fyzikálnych parametrov vzduchu. Vonkajšie panely majú atraktívny vzhľad, vďaka čomu sa dajú dobre integrovať do akéhokoľvek interiéru miestnosti.

Riešenie problému kondenzácie

Chladenie vzduchu prichádzajúceho z miestnosti vytvára predpoklady pre vypúšťanie vlhkosti a tvorbu kondenzátu. V prípade vysokého prietoku nemá väčšina čas na akumuláciu v rekuperátore a ide von. Pri pomalom pohybe vzduchu zostáva vo vnútri zariadenia veľká časť vody. Preto je potrebné zabezpečiť zber vlhkosti a jej odstránenie mimo krytu napájací a výfukový systém.

Základným zariadením na zachytávanie a odvádzanie kondenzátu je panvica umiestnená pod rekuperátorom so sklonom smerom k výpustnému otvoru.

V uzavretej nádobe sa vytvára vlhkosť. Je umiestnený iba vo vnútri, aby nedošlo k zamrznutiu odtokových kanálov pri teplotách pod nulou.Neexistuje spoľahlivý algoritmus na výpočet objemu vody získanej pri použití systémov s rekuperátorom, takže sa stanovuje experimentálne.

Opätovné použitie kondenzátu na zvlhčovanie vzduchu je nežiaduce, pretože voda absorbuje veľa znečisťujúcich látok, ako je ľudský pot, pachy atď.

Organizácia samostatného výfukového systému od kúpeľne a kuchyne výrazne zníži množstvo kondenzátu a zabráni problémom spojeným s jeho vzhľadom. Vzduch má v týchto miestnostiach najvyššiu vlhkosť. Ak existuje niekoľko výfukových systémov, výmena vzduchu medzi technickou a obytnou oblasťou musí byť obmedzená inštaláciou spätných ventilov.

V prípade ochladzovania výstupného vzduchu na záporné teploty vo vnútri rekuperátora kondenzáty prechádzajú na ľad, čo spôsobuje zníženie živého prierezu prúdu a v dôsledku toho zníženie objemu alebo úplné zastavenie vetrania.

Pre periodické alebo jednorazové rozmrazovanie rekuperátora je nainštalovaný obtok - obtokový kanál pre pohyb privádzaného vzduchu. Keď tok prechádza obtokom zariadenia, prenos tepla sa zastaví, výmenník tepla sa zahrieva a ľad sa stáva tekutým. Voda prúdi do zbernej nádrže kondenzátu alebo sa odparuje von.

Princíp obtokového zariadenia je jednoduchý, preto, ak existuje riziko tvorby ľadu, je vhodné poskytnúť také riešenie, pretože rekuperácia tepla výmenníka tepla iným spôsobom je komplikovaná a dlhá.

Keď prúd prechádza obtokom, nedochádza k zahrievaniu privádzaného vzduchu cez rekuperátor. Preto, keď je tento režim aktivovaný, je potrebné automaticky zapnúť ohrievač vzduchu.

Funkcie rôznych typov rekuperátorov

Existuje niekoľko štrukturálne odlišných možností realizácie prenosu tepla medzi prúdmi studeného a zohriateho vzduchu. Každá z nich má svoje vlastné charakteristické črty, ktoré určujú hlavný účel každého typu rekuperátora.

Doskový výmenník tepla

Konštrukcia doskového tepelného výmenníka je založená na tenkostenných paneloch, ktoré sú striedavo spojené takým spôsobom, aby striedali priechod rôznych teplotných tokov medzi nimi pod uhlom 90 stupňov. Jednou z modifikácií tohto modelu je zariadenie s rebrovanými kanálmi na priechod vzduchu. Má vyšší koeficient prestupu tepla.

Alternatívny prechod teplého a studeného prúdu vzduchu doskami sa uskutočňuje ohýbaním okrajov dosiek a tesniacich hmôt polyesterovou živicou.

Dosky na prestup tepla môžu byť vyrobené z rôznych materiálov:

• zliatiny na báze medi, mosadze a hliníka majú dobrú tepelnú vodivosť a nie sú náchylné na hrdzu;
• plast vyrobený z polymérneho hydrofóbneho materiálu s vysokým koeficientom tepelnej vodivosti je ľahký;
• Absorpčná celulóza umožňuje kondenzátu preniknúť doskou a vracať sa do miestnosti.

Nevýhodou je možnosť kondenzácie pri nízkych teplotách. Vďaka malej vzdialenosti medzi doskami vlhkosť alebo ľad významne zvyšujú aerodynamický odpor. V prípade zamrznutia je potrebné uzavrieť prívod vzduchu, aby sa dosky zohriali.

Výhody doskových výmenníkov tepla sú nasledujúce:

• nízke náklady;
• dlhá životnosť;
• dlhá doba medzi preventívnou údržbou a jej jednoduchosťou;
• malé rozmery a hmotnosť.

Tento typ rekuperátora je najbežnejší pre bytové a kancelárske priestory. Používa sa tiež v niektorých technologických procesoch, napríklad na optimalizáciu spaľovania paliva počas prevádzky pecí.

Bubenový alebo rotačný typ

Princíp činnosti rotačného výmenníka tepla je založený na rotácii výmenníka tepla, vo vnútri ktorej sú vrstvy vlnitého kovu s vysokou tepelnou kapacitou.V dôsledku interakcie s odtokom je sektor bubna zahrievaný, čo následne odovzdáva teplo privádzanému vzduchu.

Tepelný výmenník s jemnými okami rotačného výmenníka tepla je náchylný na upchávanie, preto je obzvlášť dôležité venovať pozornosť kvalitnej práci jemných filtrov.

Výhody rotačných rekuperátorov sú nasledujúce:

• pomerne vysoká účinnosť v porovnaní s konkurenčnými typmi;
• návrat veľkého množstva vlhkosti, ktorá vo forme kondenzátu zostáva na bubne a pri kontakte so vstupujúcim suchým vzduchom sa odparuje.

Tento typ rekuperátora sa menej bežne používa v obytných budovách s vetraním bytu alebo chaty. Často sa používa vo veľkých kotolniach na vracanie tepla do pecí alebo do veľkých priemyselných alebo maloobchodných zariadení.

Tento typ zariadenia má však značné nevýhody:

• relatívne zložitá konštrukcia s pohyblivými časťami, vrátane elektrického motora, bubna a remeňového pohonu, ktorá si vyžaduje stálu údržbu;
• zvýšená hladina hluku.

V prípade zariadení tohto typu je niekedy možné nájsť výraz „regeneratívny výmenník tepla“, ktorý je presnejší ako „rekuperátor“. Faktom je, že malá časť odpadového vzduchu prúdi späť kvôli voľnému uloženiu bubna do telesa konštrukcie.

To ukladá ďalšie obmedzenia možnosti použitia zariadení tohto typu. Napríklad kontaminovaný vzduch z vykurovacích pecí sa nemôže použiť ako nosič tepla.

Rúrkový a plášťový systém

Rúrkový rekuperátor pozostáva z tenkostenných rúrok s malým priemerom, ktoré sa nachádzajú v izolovanom puzdre systému, ktorým prechádza vonkajší vzduch. Na skrini produkujte teplý vzduch hromadiaci výstup z miestnosti, ktorá ohrieva privádzaný prúd.

Výstup teplého vzduchu sa musí vykonávať presne cez plášť a nie prostredníctvom systému rúrok, pretože z nich nie je možné odstrániť kondenzát.

Hlavné výhody rúrkových rekuperátorov sú tieto:

• vysoká účinnosť vďaka protiprúdovému princípu pohybu chladiacej kvapaliny a privádzaného vzduchu;
• jednoduchosť konštrukcie a neprítomnosť pohyblivých častí poskytuje nízku hladinu hluku a zriedka vzniká potreba údržby;
• dlhá životnosť;
• najmenší prierez zo všetkých typov obnovovacích zariadení.

Rúrky pre zariadenia tohto typu používajú buď kov z ľahkej zliatiny alebo, menej bežne, polymér. Tieto materiály nie sú hygroskopické, takže pri významnom rozdiele teploty prúdov je možné v puzdre tvoriť intenzívny kondenzát, ktorý na jeho odstránenie vyžaduje konštruktívne riešenie. Ďalšou nevýhodou je to, že kovová výplň má napriek svojim malým rozmerom značnú hmotnosť.

Jednoduchosť konštrukcie trubicového rekuperátora robí tento typ zariadenia populárnym pre vlastnú výrobu. Ako vonkajšie puzdro sa obvykle používajú plastové rúrky pre vzduchové kanály izolované polyuretánovými škrupinami.

Zariadenie na prechod tepla

Niekedy sú prívodné a výfukové kanály umiestnené v určitej vzdialenosti od seba. Táto situácia môže nastať v dôsledku technologických prvkov budovy alebo hygienických požiadaviek na spoľahlivé oddelenie prúdenia vzduchu.

V takom prípade použite medziľahlé chladivo cirkulujúce medzi potrubiami cez izolované potrubie. Ako médium na prenos tepelnej energie pomocou vody alebo roztoku voda-glykol, ktorého cirkulácia je zabezpečená pomocou tepelné čerpadlo.

Rekuperátor so stredným chladiacim médiom je objemové a drahé zariadenie, ktorého použitie je ekonomicky opodstatnené v miestnostiach s veľkými plochami.

V prípade, že je možné použiť iný typ rekuperátora, je lepšie nepoužívať systém so stredným chladiacim médiom, pretože má tieto významné nevýhody:

• nízka účinnosť v porovnaní s inými typmi zariadení sa preto pre malé miestnosti s nízkym prietokom vzduchu nepoužívajú;
• významný objem a hmotnosť celého systému;
• potreba ďalšieho elektrického čerpadla na cirkuláciu tekutiny;
• zvýšený hluk z čerpadla.

Tento systém sa mení, keď sa namiesto nútenej cirkulácie teplosmennej tekutiny použije médium s nízkym bodom varu, ako je napríklad freón. V tomto prípade je pohyb po okruhu možný prirodzeným spôsobom, ale iba vtedy, ak je prívodný vzduchový kanál umiestnený nad výfukovým potrubím.

Takýto systém nevyžaduje ďalšie náklady na energiu, ale pracuje iba pri významnom teplotnom rozdiele. Ďalej je potrebné doladiť bod zmeny stavu agregácie teplonosnej tekutiny, ktorý sa môže realizovať vytvorením požadovaného tlaku alebo špecifického chemického zloženia.

Hlavné technické parametre

Po vedomí požadovaného výkonu vetracieho systému a účinnosti výmeny tepla vo výmenníku tepla je ľahké vypočítať úspory pri ohreve vzduchu pre miestnosť za špecifických klimatických podmienok. Porovnaním potenciálnych výhod s nákladmi na nákup a údržbu systému si môžete primerane vybrať v prospech rekuperátora alebo štandardného ohrievača vzduchu.

Výrobcovia zariadení často ponúkajú modelovú radu, v ktorej sa vetracie jednotky s podobnou funkciou líšia veľkosťou výmeny vzduchu. Pre bytové priestory sa tento parameter musí vypočítať podľa tabuľky 9.1. SP 54.13330.2016

Koeficient výkonnosti

Účinnosťou rekuperátora sa rozumie účinnosť prenosu tepla, ktorá sa vypočíta podľa tohto vzorca:

K = (T_n - T_n) / (T_v - T_n)

V ktorom:

• T_n - teplota privádzaného vzduchu do miestnosti;
• T_n - vonkajšia teplota;
• T_v - teplota vzduchu v miestnosti.

Maximálna hodnota účinnosti so štandardom prietok vzduchu a určitý teplotný režim uvedený v technickej dokumentácii zariadenia. Jeho skutočná miera bude o niečo nižšia.

V prípade nezávislej výroby doskového alebo rúrkového výmenníka tepla, aby sa dosiahla maximálna účinnosť prenosu tepla, je potrebné dodržiavať tieto pravidlá:

• Najlepšia výmena tepla je zabezpečená protiprúdovými zariadeniami, potom zariadeniami s priečnym tokom a najmenšími - s jednosmerným pohybom oboch prúdov.
• Rýchlosť prenosu tepla závisí od materiálu a hrúbky stien oddeľujúcich prúdy, ako aj od trvania vzduchu vo vnútri zariadenia.

Pri znalosti účinnosti rekuperátora je možné vypočítať jeho energetickú účinnosť pri rôznych teplotách vonkajšieho a vnútorného vzduchu:

E (W) = 0,36 x P x Kx (T_v - T_n)

kde P (m³za hodinu) - spotreba vzduchu.

Výpočet efektívnosti rekuperátora v peňažnom vyjadrení a porovnanie s nákladmi na jeho nákup a inštaláciu pre dvojpodlažnú chatu s celkovou plochou 270 m2 ukazuje uskutočniteľnosť inštalácie tohto systému

Náklady na rekuperátory s vysokou účinnosťou sú pomerne vysoké, majú zložitú štruktúru a značnú veľkosť. Tieto problémy sa občas môžu vyriešiť inštaláciou niekoľkých jednoduchších zariadení, aby nimi prichádzajúci vzduch postupne prechádzal.

Výkon vetracieho systému

Objem prúdu vzduchu je určený statickým tlakom, ktorý závisí od výkonu ventilátora a hlavných komponentov, ktoré vytvárajú aerodynamický odpor.Jeho presný výpočet je spravidla nemožný kvôli zložitosti matematického modelu, preto sa uskutočňujú experimentálne štúdie pre typické návrhy monoblokov a komponenty sa vyberajú pre jednotlivé zariadenia.

Výkon ventilátora musí byť zvolený s ohľadom na priechodnosť nainštalovaných rekuperátorov akéhokoľvek typu, ktoré sú uvedené v technickej dokumentácii ako odporúčaný prietok alebo objem vzduchu, ktorý zariadenie prejde za jednotku času. Prípustná rýchlosť vzduchu vo vnútri zariadenia spravidla nepresahuje 2 m / s.

Inak pri vysokých rýchlostiach v úzkych prvkoch rekuperátora dochádza k prudkému nárastu aerodynamického odporu. To vedie k zbytočným nákladom na energiu, neefektívnemu ohrevu vonkajšieho vzduchu a skráteniu životnosti ventilátorov.

Graf tlakovej straty oproti prietoku vzduchu pre niekoľko vysokovýkonných modelov výmenníkov tepla ukazuje nelineárne zvýšenie odporu, preto je potrebné dodržať požiadavky na odporúčaný objem výmeny vzduchu uvedené v technickej dokumentácii zariadenia.

Zmena smeru prúdenia vzduchu vytvára ďalší aerodynamický odpor. Preto je pri modelovaní geometrie vnútorného potrubia žiaduce minimalizovať počet závitov potrubia o 90 stupňov. Difúzory pre vzduchovú disperziu tiež zvyšujú odpor, preto sa neodporúča používať prvky so zložitým vzorom.

Znečistené filtre a mriežky spôsobujú významné rušenie toku, preto sa musia pravidelne čistiť alebo vymieňať. Jedným z efektívnych spôsobov vyhodnotenia upchatia je inštalácia snímačov, ktoré monitorujú pokles tlaku v oblastiach pred a za filtrom.

Závery a užitočné video na túto tému

Princíp činnosti rotačného a doskového rekuperátora:

Meranie účinnosti doskového rekuperátora:

Domáce a priemyselné vetracie systémy s integrovaným rekuperátorom preukázali svoju energetickú účinnosť pri udržiavaní tepla v interiéri. V súčasnosti existuje veľa ponúk na predaj a inštaláciu takýchto zariadení vo forme hotových a testovaných modelov, ako aj na individuálne objednávky. Môžete vypočítať potrebné parametre a vykonať inštaláciu sami.

Ak máte otázky pri čítaní informácií alebo zistíte nepresnosti v našich materiáloch, zanechajte svoje pripomienky v rámčeku nižšie.