Récupération de chaleur dans les systèmes de ventilation: principe de fonctionnement et options

Dans le processus de ventilation de la pièce, non seulement l'air d'échappement est utilisé, mais également une partie de l'énergie thermique. En hiver, cela entraîne une augmentation des factures d'énergie.

Pour réduire les coûts inutiles, sans préjudice des échanges d'air, la récupération de chaleur dans les systèmes de ventilation de type centralisé et local permettra. Pour la récupération de l'énergie thermique, différents types d'échangeurs de chaleur sont utilisés - les récupérateurs.

L'article décrit en détail les modèles d'unités, leurs caractéristiques de conception, leurs principes de fonctionnement, leurs avantages et leurs inconvénients. Les informations fournies aideront à choisir la meilleure option pour organiser le système de ventilation.

Le concept de récupération: le principe de fonctionnement de l'échangeur de chaleur

Traduit du latin, récupération signifie un remboursement ou un retour. En ce qui concerne les réactions d'échange de chaleur, la récupération se caractérise comme un retour partiel d'énergie dépensée pour réaliser une action technologique en vue d'une application dans le même procédé.

Dans système de ventilation Le principe de récupération est utilisé pour économiser l'énergie thermique.

Par analogie, le refroidissement est récupéré par temps chaud - les masses calorifiques chaudes chauffent la sortie en «travaillant» et leur température diminue.

Le processus de récupération d'énergie est effectué dans un échangeur de chaleur à récupération. Le dispositif prévoit la présence d'un élément d'échange thermique et de ventilateurs pour pomper des flux d'air multidirectionnels. Un système automatique est utilisé pour contrôler le processus et contrôler la qualité de l'alimentation en air.

La conception est conçue pour que les flux d'alimentation et d'échappement soient dans des compartiments séparés et ne se mélangent pas - la récupération de chaleur est effectuée à travers les parois de l'échangeur de chaleur.

Comprendre et comprendre ce qui est ventilation récupérée un diagramme clair de la circulation de l'air vous aidera.

À travers les hottes des pièces humides (toilettes, salle de bain, cuisine), la sortie d'air d'échappement se produit. Avant de partir, il passe à travers l'échangeur de chaleur et laisse une partie de la chaleur. L'air fourni se déplace dans la direction opposée, se réchauffe et entre dans les pièces à vivre (+)

Opportunité d'un récupérateur en ventilation

Il est possible de parler de la faisabilité d'organiser une ventilation régénérative en évaluant l'efficacité du système et en comparant ses avantages avec ses inconvénients.

Une partie de la chaleur est extraite de l'air évacué et transférée aux jets frais injectés dirigés à l'intérieur de la pièce. Cela vous permet de réduire les pertes de chaleur jusqu'à 70% (+)

La nécessité d'utiliser la récupération de chaleur est plus pertinente dans les bâtiments avec sortie d'air forcé. En règle générale, il s'agit de structures à faible inertie construites à l'aide de technologies innovantes d'isolation thermique (maisons en panneaux sandwich, panneaux de silicate de gaz, blocs de mousse).

Dans de tels bâtiments, les murs n'accumulent pas bien la chaleur et l'échange d'air naturel est inefficace.

Cependant, les problèmes de circulation de l'air sont également caractéristiques des bâtiments «traditionnels» en brique et en béton. La présence de fenêtres hermétiques en PVC isolant la chaleur bloque la circulation avec une envie naturelle - le flux d'air frais s'arrête, et inclinaison du conduit de ventilation ou tend vers zéro.

La solution au problème de l'Euro-fenêtre est l'organisation de la ventilation forcée. Le système rétablit l'échange d'air, mais en même temps, la perte de chaleur augmente à 60%. Et ici, vous ne pouvez pas vous passer de récupération thermique.

L'efficacité du processus d'échange est exprimée en pourcentage et montre la quantité de chaleur dépensée par l'air d'échappement pour chauffer le «flux entrant» frais

Le facteur d'efficacité de la récupération de chaleur par ventilation:

• 0% - fenêtre ouverte - l'air chaud est évacué dans l'atmosphère et l'air froid pénètre à l'intérieur, abaissant la température dans la pièce;
• 100% - l'air d'alimentation est chauffé à la température de l '"échappement" - techniquement impossible à mettre en œuvre;
• 30-90% - un paramètre acceptable, la récupération est considérée comme bonne avec une efficacité de 60% ou plus, une efficacité supérieure à 80% - un excellent transfert de chaleur.

L'efficacité du système dépend du type de récupérateur, des dimensions de la pièce et du débit d'air. Dans tous les cas, l'utilisation de la ventilation régénérative même avec une efficacité de 30% est plus rentable que son absence. Outre des économies importantes de ressources énergétiques, la «récupération de chaleur» améliore le microclimat intérieur global.

Inconvénients de l'utilisation d'un échangeur de chaleur:

1. Volatilité. L'achat d'équipement HVAC est justifié si la consommation d'énergie est nettement inférieure à ses économies après l'installation de l'échangeur de chaleur.
2. Condensation En raison de la différence de température, l'humidité peut se condenser sur les parois de l'échangeur de chaleur. En hiver, il y a un risque de givrage, ce qui se traduit par une diminution rapide de l'efficacité ou une défaillance de l'échangeur de chaleur.
3. Travail bruyant. Certains modèles émettent un bourdonnement pendant le fonctionnement. Si pendant la journée, cet inconvénient n'est pas particulièrement perceptible, la nuit, le bruit est inconfortable. Les récupérateurs avec une isolation améliorée sont silencieux.

Des investissements initiaux élevés deviennent souvent le principal argument contre la ventilation éconergétique.

Il est conseillé d'investir dans un système rentable dans les 5 à 8 ans. Veuillez noter que pour l'entretien du complexe, vous devrez supporter des frais supplémentaires, par exemple, le remplacement périodique des ventilateurs

Caractéristiques des différents types d'échangeurs de chaleur

La conception du récupérateur détermine le schéma d'écoulement du liquide de refroidissement, l'efficacité du système de ventilation, la classe énergétique et le coût de l'équipement. Cinq types d'échangeurs de chaleur sont utilisés: à plaques, rotatifs, caloducs, dispositifs à chambre et modèles avec caloporteur intermédiaire.

Récupérateur lamellaire - simplicité d'une conception

La base de l'échangeur de chaleur est une chambre étanche avec de nombreux conduits parallèles. Les canaux sont séparés par des cloisons - plaques thermoconductrices en acier ou en aluminium.

Les plaques en forme de vague (60-70 pièces) sont regroupées en un seul bloc afin que les canaux formés soient situés les uns contre les autres - la turbulence créée améliore le transfert de chaleur (+)

Les flux de gaz se rapprochent, se croisent dans la cassette du récupérateur, mais ne se mélangent pas. L'échange thermique est réalisé en raison du refroidissement et du chauffage simultanés des plaques de différents côtés.

Avantages de l'échangeur thermique croisé:

• facilité d'installation et de configuration de l'équipement;
• exclusion du contact des masses d'air;
• coût abordable et dimensions compactes;
• absence de frottement et de pièces mobiles.

L'indicateur de performance varie de 40 à 70%.

Le principal inconvénient du modèle à plaques est la condensation qui se dépose dans le conduit d'échappement et la formation de glace en hiver. Pour dégivrer l'unité, le flux entrant est redirigé pour contourner l'échangeur de chaleur et le flux sortant chaud fait fondre la glace sur les plaques.

En mode «dégivrage», il n'y a pas d'économie d'énergie, des aérothermes d'une puissance allant jusqu'à 5 kW sont utilisés pour chauffer l'air entrant. La valeur moyenne de l'efficacité baisse de 20% (+)

Il existe deux façons de résoudre le problème:

1. Préchauffage du flux d'air entrant à une température à laquelle la formation de glace est exclue.
2. Récupérateur avec plaques de cellulose hygroscopiques. Le matériau absorbe l'humidité des masses d'air d'échappement et la transfère aux flux entrants.

Lors du choix d'un échangeur croisé, les caractéristiques de fonctionnement des plaques doivent être prises en compte.

Leurs caractéristiques dépendent du matériau de fabrication:

1. Feuille d'aluminium - coût abordable, mais performances limitées en hiver. De plus, il n'est pas recommandé pour les locaux résidentiels en raison du séchage à l'air. Modifications avec "remplissage" en aluminium - la meilleure option pour les bains et les piscines.
2. Cloisons en plastique - prix similaire aux produits métalliques, mais diffèrent par une meilleure efficacité de travail.
3. Échangeur de chaleur en cellulose - empêcher le gel et maintenir une humidité normale à l'intérieur.

Le récupérateur d'hygrocellulose est le plus économique et optimal pour la ventilation des bâtiments résidentiels.

Récupérateur rotatif - haute efficacité du système

L'échangeur de chaleur se présente sous la forme d'un cylindre rempli de couches de métal ondulé. Lorsque le kit de tambour tourne, des jets d'air chauds ou froids pénètrent alternativement dans chaque compartiment.

Conception d'échangeur de chaleur rotatif: arbre de rotation et deux canaux d'air. Une section du rotor est chauffée par «extraction», le tambour défile et la chaleur est redirigée vers les masses froides concentrées dans le canal adjacent (+)

L'efficacité du transfert de chaleur est déterminée par la vitesse du rotor, l'efficacité peut être ajustée.

Arguments «pour» le récupérateur rotatif:

• récupération de chaleur jusqu'à 65-90%;
• rentabilité la consommation d'énergie;
• compensation partielle de l'humidité - vous pouvez vous passer d'un humidificateur;
• période de récupération - jusqu'à 4 ans.

Malgré son rendement élevé, l'échangeur de chaleur à tambour n'est pas devenu un leader parmi des installations similaires.

Inconvénients du système de ventilation:

1. Un mélange d'air pollué dans l'afflux. À travers les microcanaux, les masses d'échappement et d'alimentation circulent alternativement, donc environ 3 à 8% des retours de «travail». Le tambour transmet souvent l'odeur de l'air sortant.
2. La complexité de la conception. Les pièces rotatives du rotor nécessitent un entretien régulier et un remplacement périodique. Les éléments mobiles émettent du bruit et des vibrations pendant le fonctionnement.
3. Coût élevé. Le prix des modèles rotatifs est plus élevé que celui des produits en tôle. Cela est dû à l'utilisation de mécanismes complexes dans la conception de l'échangeur de chaleur à tambour.
4. Grandes tailles. L'installation est effectuée dans une chambre de ventilation spacieuse.

En raison de leur encombrement, les usines de rotor sont principalement utilisées dans les entreprises industrielles.

Pour minimiser le mélange des flux d'air, les récupérateurs rotatifs sont complétés par des secteurs intermédiaires - ici les microcanaux sont soufflés d'air frais, qui pénètre dans la hotte d'échappement. Le moins du schéma est une diminution de l'efficacité (+)

Échangeurs de chaleur liés - Modèle au glycol

En raison de ses caractéristiques de conception, une unité de récupération avec un liquide de refroidissement intermédiaire est souvent appelée échangeurs de chaleur couplés ou unité de glycol. Il s'agit de l'un des systèmes de récupération de chaleur les plus flexibles. Un échangeur de chaleur s'écrase dans le conduit d'alimentation et le second dans l'échappement.

Dans le schéma de tuyauterie, il y a: une pompe de circulation, un vase d'expansion, une vanne d'air, un contrôleur, un capteur de température, une soupape de sécurité, un indicateur de pression (+)

Le principe du travail. La composition glycolique circule entre les échangeurs de chaleur. La température du liquide de refroidissement augmente en raison du flux retiré chauffé, puis l'énergie thermique est transférée à l'air frais. Un système fermé élimine le mélange des masses d'air venant en sens inverse.

Caractéristiques du travail des échangeurs de chaleur avec un liquide de refroidissement:

• Efficacité - 45-55%;
• réglage de l'efficacité à l'aide d'une pompe - la vitesse de déplacement de l'antigel est sélectionnée;
• la possibilité de placer les conduits d'alimentation et d'évacuation à distance les uns des autres (jusqu'à 800 m);
• le récupérateur est monté verticalement ou horizontalement;
• en cas de gel intense, la surface de l'échangeur de chaleur d'échappement gèle - de la glace apparaît; l'utilisation d'antigel vous permet de faire fonctionner le récupérateur sans recourir au dégivrage;
• période de récupération du système - jusqu'à 2 ans;
• une combinaison de 1 hotte et de plusieurs entrées ou vice versa est acceptable.

Le volume d'air d'échappement et d'admission doit être approximativement égal. De tels récupérateurs sont généralement utilisés si l'afflux est toxique ou fortement contaminé lorsque le mélange des flux est inacceptable.

Assemblage de chambre - Polyvalence

Structurellement, l'échangeur de chaleur à chambre est un boîtier fermé, divisé à l'intérieur par un registre mobile. La cloison d'ouverture détermine le fonctionnement du récupérateur.

Le flux sortant passe le long d'un canal et le flux entrant entre dans la deuxième chambre. Dans l'échangeur de chaleur, les masses chaudes chauffent les parois du premier compartiment. Après un certain temps, le volet se déplace et le flux d'air change de direction

En conséquence, l'afflux se déplace le long des parois chaudes du premier conduit et le «minage» chauffe la surface de la deuxième chambre. À un certain moment, la partition revient et le cycle se répète.

Avantages de l'unité d'échange thermique de la chambre:

• Efficacité - 80-90%;
• en tandem avec une isolation thermique de haute qualité, les coûts de chauffage sont minimisés;
• facilité d'installation - l'aide de spécialistes sera nécessaire lors du choix des paramètres de l'installation de ventilation;
• préservation du niveau d'humidité;
• le gel du système est exclu.

Un récupérateur de chambre est une excellente option pour les régions où, sur une longue période de l'année, il existe un déséquilibre important entre les températures intérieure et extérieure.

Les inconvénients de l'unité de récupération de chaleur comprennent:

• la nécessité d'un entretien régulier des pièces mobiles;
• les jets d'air venant en sens inverse se mélangent partiellement - les odeurs et les impuretés peuvent refluer dans le bâtiment.

Pour réduire le mix, le système est équipé élément filtrant. L'air devient plus pur, mais l'efficacité du récupérateur diminue.

Caloducs - système d'échange de chaleur fermé

Le récupérateur se compose de nombreux tubes en cuivre ou en aluminium remplis d'un matériau volatil, comme le fréon. Le principe de fonctionnement d'un échangeur de chaleur tubulaire est basé sur des processus physiques - un changement dans l'état d'une substance lorsqu'elle est chauffée.

Le caloduc est placé verticalement - l'extrémité inférieure de l'échangeur de chaleur dans le conduit d'évacuation et le haut dans le conduit d'air d'alimentation. Débit sortant à l'extrémité du tube - Le fréon s'échauffe, bout et s'évapore (+)

Le gaz monte et dégage de l'énergie thermique à l'influx, après quoi le fréon se condense et descend dans le récupérateur. Le cycle thermique se répète en cercle.

Caractéristiques techniques et opérationnelles de l'échangeur de chaleur tubulaire:

• efficacité de l'appareil - jusqu'à 65%;
• fonctionnement silencieux en raison de l'absence d'éléments mobiles;
• simplicité de conception et sans prétention dans le service;
• compacité - petites dimensions et poids léger;
• indépendance énergétique - le liquide de refroidissement circule naturellement;

Un avantage significatif est que les flux d'air de l'arrivée et du retour ne sont pas mélangés.

Faiblesses des caloducs:

• haut niveau d'efficacité atteint avec une plage de température étroite - avec une surchauffe soudaine, le fréon entier s'évapore, et avec un chauffage insuffisant, le taux de vaporisation ralentit;
• faible résistance du tube - un changement de forme ou une dépressurisation réduit les performances de l'équipement.

Les récupérateurs tubulaires sont utilisés dans la construction privée, dans les immeubles administratifs, de bureaux et les petites zones industrielles.

Méthodes d'organisation de la ventilation régénérative

La récupération est équipée de l'une des manières: centralisée et décentralisée. Dans le premier cas, les flux de ventilation de toute la pièce passent par l'échangeur de chaleur, dans le second - d'une pièce.

Complexe centralisé - centrale de traitement d'air

Un système centralisé est équipé au stade de la construction ou de la modernisation majeure du système de ventilation.

L'installation à air forcé et évacuation forcée (PVU) avec récupérateur intégré est sélectionnée. Le critère de sélection principal est la performance globale du complexe sur la base du volume total d'air dans la structure (+)

Le PVU avec récupérateur fournit un échange d'air suffisant même dans les maisons aux fenêtres scellées. Dans le même temps, les flux d'air sont répartis uniformément sans créer de courants d'air.

Intégré installations à air pulsé et d'échappement type monobloc équipé de:

• les fans - alimentation en air pur 24h / 24 et émission de jets saturés de dioxyde de carbone;
• radiateurs - préchauffage de l'afflux;
• filtres - retenir la poussière et les microparticules;
• récupérateur - Différents types d'installations peuvent être utilisés.

La fonctionnalité de certains PVU est étendue par une minuterie de retard, un régulateur de puissance, des capteurs de niveau d'humidité, etc.

Le boîtier des modèles monoblocs est recouvert d'un matériau insonorisant, de sorte que le fonctionnement du PVU devient très silencieux. Des versions verticales, horizontales et suspendues des unités de ventilation sont possibles

Production de PVU monobloc de récupération éprouvée: Évents (Ukraine) Dantherm (Danemark) "Daikin" (Japon) "Dantex" (Angleterre).

Unités locales - ajout au système de ventilation existant

Pour rétablir la circulation des masses d'air dans une salle d'opération, des entrées d'air décentralisées avec récupération de chaleur conviennent.

Ils percutent la façade du bâtiment ou sont montés par une fenêtre. Leur objectif principal est d'améliorer aérer la ventilation dans la maison.

Dans les récupérateurs locaux, un ventilateur et un échangeur de chaleur à plaques sont fournis. Le "manchon" de l'entrée est isolé avec un matériau insonorisant. L'unité de commande de l'unité de traitement d'air compact est située sur la paroi intérieure

Caractéristiques des systèmes de ventilation décentralisée avec récupération:

• Efficacité – 60-96%;
• faible productivité - les appareils sont conçus pour fournir un échange d'air dans des pièces jusqu'à 20 à 35 m²;
• coût abordable et une large sélection d'unités, allant des vannes murales conventionnelles aux modèles automatisés avec un système de filtration à plusieurs étages et la possibilité d'ajuster l'humidité;
• facilité d'installation - pour la mise en service, aucun conduit n'est nécessaire, installer une vanne murale Vous pouvez le faire vous-même.

Fabricants populaires de récupérateurs locaux: Prana (Ukraine) O.erre (Italie), Blizzard (Allemagne), Évents (Ukraine) Aérovital (Allemagne).

Critères importants pour le choix d'une entrée de paroi: épaisseur de paroi admissible, productivité, efficacité du récupérateur, diamètre du canal d'air et température du fluide pompé

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Comparaison de la ventilation naturelle et du système forcé avec la récupération:

Le principe de fonctionnement d'un échangeur de chaleur centralisé, calcul du rendement:

Conception et fonctionnement d'un échangeur de chaleur décentralisé en utilisant la vanne murale Prana comme exemple:

Environ 25 à 35% de la chaleur quitte la pièce par le système de ventilation. Les récupérateurs sont utilisés pour réduire les pertes et récupérer efficacement la chaleur. L'équipement climatique vous permet d'utiliser l'énergie des masses dépensées pour chauffer l'air entrant.

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