Přívodní a odtahové větrání s rekuperací tepla: princip činnosti, přehled výhod a nevýhod

Přísun čerstvého vzduchu v chladném období vede k nutnosti jej ohřívat pro zajištění správného vnitřního mikroklimatu.Pro minimalizaci nákladů na energii lze využít přívodní a odtahové větrání s rekuperací tepla.

Pochopení principů jeho fungování vám umožní nejúčinněji snížit tepelné ztráty při zachování dostatečného objemu nahrazovaného vzduchu. Pokusme se tuto problematiku pochopit.

Úspora energie ve ventilačních systémech

V období podzim-jaro při větrání místností je vážným problémem velký teplotní rozdíl mezi nasávaným vzduchem a vzduchem uvnitř. Proudění chladu se řítí dolů a vytváří nepříznivé mikroklima v obytných budovách, kancelářích a továrnách nebo nepřijatelný vertikální teplotní gradient ve skladu.

Častým řešením problému je integrace do přívodního větrání ohřívač vzduchu, s jehož pomocí se proud ohřívá. Takový systém vyžaduje spotřebu energie, zatímco značný objem teplého vzduchu unikajícího ven vede ke značným tepelným ztrátám.

Výstup vzduchu ven s intenzivní párou slouží jako indikátor značných tepelných ztrát, které lze využít k ohřevu příchozího proudu

Pokud jsou kanály pro přívod a odvod vzduchu umístěny poblíž, je možné částečně přenést teplo odcházejícího proudu na příchozí.Tím snížíte spotřebu energie ohřívače nebo ji úplně odstraníte. Zařízení pro zajištění výměny tepla mezi proudy plynů o různých teplotách se nazývá rekuperátor.

V teplém období, kdy je teplota venkovního vzduchu výrazně vyšší než teplota v místnosti, lze použít rekuperátor pro chlazení příchozího proudu.

Návrh jednotky s rekuperátorem

Vnitřní struktura přívodních a odtahových ventilačních systémů s integrovaný rekuperátor Jsou poměrně jednoduché, takže je lze zakoupit a nainstalovat nezávisle prvek po prvku. Pokud je montáž nebo samoinstalace obtížná, můžete si na zakázku zakoupit hotová řešení ve formě standardních monobloků nebo jednotlivých prefabrikovaných konstrukcí.

Typické provedení systému přívodního a odtahového větrání s rekuperátorem umístěným v jedné skříni může být doplněno o další komponenty dle uvážení uživatele

Hlavní prvky a jejich parametry

Těleso s tepelnou a zvukovou izolací je obvykle vyrobeno z ocelového plechu. V případě nástěnné instalace musí odolat tlaku, který vzniká při pěnění prasklin kolem jednotky, a také zabránit vibracím z provozu ventilátorů.

V případě distribuovaného nasávání a proudění vzduchu v různých místnostech připojte k pouzdru systém vzduchového potrubí. Je vybaven ventily a klapkami pro distribuci průtoku.

Pokud nejsou vzduchové kanály, je na přívodním otvoru na straně místnosti instalována mřížka nebo difuzor pro distribuci proudu vzduchu. Na vstupním otvoru na straně ulice je instalována vnější mřížka pro přívod vzduchu, aby se zabránilo vnikání ptáků, velkého hmyzu a nečistot do ventilačního systému.

Pohyb vzduchu zajišťují dva ventilátory s axiálním nebo odstředivým účinkem. V přítomnosti rekuperátoru je přirozená cirkulace vzduchu v dostatečném objemu nemožná z důvodu aerodynamického odporu vytvářeného touto jednotkou.

Přítomnost rekuperátoru zahrnuje instalaci jemných filtrů na vstupu obou toků. To je nezbytné pro snížení intenzity zanášení tenkých kanálů výměníku usazeninami prachu a mastnoty. V opačném případě bude pro plnou funkci systému nutné zvýšit frekvenci preventivní údržby.

Jemné filtry je nutné pravidelně měnit nebo čistit. Jinak zvýšený odpor proti proudění vzduchu způsobí selhání ventilátoru.

Jeden nebo více rekuperátorů zabírá hlavní objem přívodního a výfukového zařízení. Jsou namontovány ve středu konstrukce.

V případě velkých mrazů typických pro dané území a nedostatečné účinnosti rekuperátoru na ohřev venkovního vzduchu můžete dodatečně nainstalovat topidlo. V případě potřeby je také instalován zvlhčovač, ionizátor a další zařízení pro vytvoření příznivého mikroklimatu v místnosti.

Moderní modely obsahují elektronickou řídicí jednotku. Komplexní úpravy mají funkce pro programování provozních režimů v závislosti na fyzikálních parametrech vzdušného prostředí. Vnější panely mají atraktivní vzhled, díky kterému se hodí do každého interiéru.

Řešení problému kondenzace

Chlazení vzduchu přicházejícího z místnosti vytváří předpoklady pro uvolňování vlhkosti a tvorbu kondenzátu. V případě velkého průtoku se většina nestihne nashromáždit v rekuperátoru a jde ven.Při pomalém pohybu vzduchu zůstává značná část vody uvnitř zařízení. Proto je nutné zajistit, aby se vlhkost shromažďovala a odváděla mimo kryt. přívodní a výfukový systém.

Základním zařízením pro sběr a odvod kondenzátu je vana umístěná pod výměníkem tepla se sklonem k odtokovému otvoru.

Vlhkost se odstraní do uzavřené nádoby. Umísťuje se pouze uvnitř, aby nedocházelo k zamrzání odtokových kanálů při teplotách pod nulou. Neexistuje žádný algoritmus pro spolehlivý výpočet objemu přijímané vody při použití systémů s rekuperátorem, proto se stanovuje experimentálně.

Opětovné použití kondenzátu pro zvlhčování vzduchu je nežádoucí, protože voda absorbuje mnoho znečišťujících látek, jako je lidský pot, pachy atd.

Uspořádáním samostatného výfukového systému z koupelny a kuchyně můžete výrazně snížit objem kondenzátu a vyhnout se problémům spojeným s jeho výskytem. Právě v těchto místnostech má vzduch nejvyšší vlhkost. V případě více výfukových systémů je nutné omezit výměnu vzduchu mezi technickou a obytnou částí instalací zpětných ventilů.

Pokud se proud odpadního vzduchu uvnitř rekuperátoru ochladí na záporné teploty, kondenzát se změní na led, což způsobí zmenšení otevřeného průřezu proudění a v důsledku toho zmenšení objemu nebo úplné zastavení ventilace.

Pro periodické nebo jednorázové odmrazování rekuperátoru je instalován bypass - obtokový kanál pro pohyb přiváděného vzduchu. Když proudění obtéká zařízení, přenos tepla se zastaví, výměník tepla se zahřeje a led přejde do kapalného stavu. Voda odtéká do sběrné nádrže kondenzátu nebo se vypařuje ven.

Princip obtokového zařízení je jednoduchý, proto v případě nebezpečí tvorby ledu je vhodné takové řešení zajistit, protože ohřev rekuperátoru jinými prostředky je složitý a časově náročný

Při průchodu proudění obtokem nedochází k ohřevu přiváděného vzduchu přes rekuperátor. Proto se při aktivaci tohoto režimu musí ohřívač automaticky zapnout.

Vlastnosti různých typů rekuperátorů

Existuje několik konstrukčně odlišných možností realizace výměny tepla mezi proudy studeného a ohřátého vzduchu. Každý z nich má své charakteristické rysy, které určují hlavní účel každého typu rekuperátoru.

Deskový křížový rekuperátor

Konstrukce deskového rekuperátoru je založena na tenkostěnných panelech, spojovaných střídavě tak, aby se mezi nimi střídaly průchody proudů různých teplot pod úhlem 90 stupňů. Jednou z modifikací tohoto modelu je zařízení s žebrovanými kanály pro průchod vzduchu. Má vyšší koeficient prostupu tepla.

Střídavý průchod proudění teplého a studeného vzduchu deskami je realizován ohnutím okrajů desek a utěsněním spojů polyesterovou pryskyřicí

Teplosměnné panely mohou být vyrobeny z různých materiálů:

• slitiny na bázi mědi, mosazi a hliníku mají dobrou tepelnou vodivost a nejsou náchylné ke korozi;
• plast vyrobený z hydrofobního polymerního materiálu s vysokým koeficientem tepelné vodivosti a nízkou hmotností;
• hygroskopická celulóza umožňuje kondenzaci proniknout přes desku a zpět do místnosti.

Nevýhodou je možnost tvorby kondenzátu při nízkých teplotách.Díky malé vzdálenosti mezi deskami vlhkost nebo led výrazně zvyšuje aerodynamický odpor. V případě zamrznutí je nutné zablokovat proudění přiváděného vzduchu, aby se desky zahřály.

Výhody deskových rekuperátorů jsou následující:

• nízké náklady;
• dlouhá životnost;
• dlouhá doba mezi preventivní údržbou a snadností její implementace;
• malé rozměry a hmotnost.

Tento typ rekuperátoru je nejběžnější pro bytové a kancelářské prostory. Používá se také v některých technologických procesech, například k optimalizaci spalování paliva při provozu pecí.

Bubnový nebo rotační typ

Princip činnosti rotačního rekuperátoru je založen na rotaci výměníku tepla, uvnitř kterého jsou vrstvy vlnitého kovu s vysokou tepelnou kapacitou. V důsledku interakce s odcházejícím prouděním dochází k zahřívání bubnového sektoru, který následně předává teplo přiváděnému vzduchu.

Jemný výměník tepla rotačního rekuperátoru je náchylný k zanášení, proto je třeba věnovat zvláštní pozornost kvalitnímu provozu jemných filtrů

Výhody rotačních rekuperátorů jsou následující:

• poměrně vysoká účinnost ve srovnání s konkurenčními typy;
• návrat velkého množství vlhkosti, která zůstává ve formě kondenzace na bubnu a vypařuje se při kontaktu s přicházejícím suchým vzduchem.

Tento typ rekuperátoru se méně často používá pro obytné budovy pro větrání bytu nebo chaty. Často se používá ve velkých kotelnách pro vracení tepla do pecí nebo pro velké průmyslové nebo komerční prostory.

Tento typ zařízení má však významné nevýhody:

• poměrně složitá konstrukce s pohyblivými částmi včetně elektromotoru, bubnu a řemenového pohonu, která vyžaduje neustálou údržbu;
• zvýšená hladina hluku.

Někdy se u zařízení tohoto typu můžete setkat s pojmem „regenerační výměník tepla“, který je správnější než „rekuperátor“. Malá část odpadního vzduchu se totiž díky volnému uložení bubnu k tělu konstrukce dostane zpět.

To ukládá další omezení možnosti používat zařízení tohoto typu. Například znečištěný vzduch z topných kamen nelze použít jako chladicí kapalinu.

Systém trubek a pláště

Trubkový rekuperátor je tvořen soustavou tenkostěnných trubek malého průměru umístěných v izolovaném plášti, kterými je přiváděn venkovní vzduch. Plášť odvádí teplý vzduch z místnosti, který ohřívá přiváděný proud.

Teplý vzduch musí být vypouštěn přes plášť a ne přes systém trubek, protože z nich není možné odstranit kondenzát

Hlavní výhody trubkových rekuperátorů jsou následující:

• vysoká účinnost díky protiproudému principu pohybu chladicí kapaliny a přiváděného vzduchu;
• jednoduchost konstrukce a absence pohyblivých částí zajišťuje nízkou hladinu hluku a zřídka vyžaduje údržbu;
• dlouhá životnost;
• nejmenší průřez mezi všemi typy záchranných zařízení.

Trubky pro tento typ zařízení používají buď kov z lehkých slitin, nebo méně často polymer. Tyto materiály nejsou hygroskopické, proto se při výrazném rozdílu teplot průtoku může v plášti tvořit intenzivní kondenzace, která vyžaduje konstruktivní řešení pro její odstranění.Další nevýhodou je, že kovová výplň má i přes své malé rozměry značnou hmotnost.

Jednoduchost konstrukce trubkového rekuperátoru činí tento typ zařízení oblíbeným pro vlastní výrobu. Jako vnější plášť se obvykle používají plastové trubky pro vzduchová potrubí, izolované pláštěm z polyuretanové pěny.

Zařízení s mezichladicí kapalinou

Někdy jsou kanály pro přívod a odvod vzduchu umístěny v určité vzdálenosti od sebe. Tato situace může nastat v důsledku technologických vlastností budovy nebo hygienických požadavků na spolehlivé oddělení proudění vzduchu.

V tomto případě se používá mezilehlé chladivo, které cirkuluje mezi vzduchovými kanály přes izolované potrubí. Jako médium pro přenos tepelné energie se používá voda nebo roztok voda-glykol, jehož oběh je zajištěn provozem tepelné čerpadlo.

Rekuperátor s mezilehlým chladivem je objemné a drahé zařízení, jehož použití je ekonomicky odůvodněné pro prostory s velkými plochami

Pokud je možné použít jiný typ rekuperátoru, je lepší nepoužívat systém s mezilehlým chladivem, protože má následující významné nevýhody:

• nízká účinnost ve srovnání s jinými typy zařízení, proto se taková zařízení nepoužívají pro malé místnosti s nízkým průtokem vzduchu;
• významný objem a hmotnost celého systému;
• potřeba přídavného elektrického čerpadla pro cirkulaci kapaliny;
• zvýšený hluk z čerpadla.

Dochází k modifikaci tohoto systému, kdy je místo nuceného oběhu teplosměnné kapaliny použito médium s nízkým bodem varu, např. freon.V tomto případě je pohyb po obrysu možný přirozeně, ale pouze pokud je potrubí přiváděného vzduchu umístěno nad potrubím odpadního vzduchu.

Takový systém nevyžaduje dodatečné náklady na energii, ale funguje pouze pro vytápění, když je výrazný teplotní rozdíl. Navíc je nutné doladit bod, ve kterém se změní stav agregace teplosměnné kapaliny, čehož lze dosáhnout vytvořením požadovaného tlaku nebo určitého chemického složení.

Hlavní technické parametry

Při znalosti požadovaného výkonu ventilačního systému a účinnosti výměny tepla rekuperátoru lze snadno vypočítat úspory na ohřevu vzduchu pro místnost za konkrétních klimatických podmínek. Porovnáním potenciálních přínosů s náklady na pořízení a údržbu systému se můžete rozumně rozhodnout ve prospěch rekuperátoru nebo standardního ohřívače vzduchu.

Výrobci zařízení často nabízejí modelovou řadu, ve které se větrací jednotky s podobnou funkčností liší objemem výměny vzduchu. Pro obytné prostory je nutné tento parametr vypočítat podle tabulky 9.1. SP 54.13330.2016

Účinnost

Účinností rekuperátoru se rozumí účinnost přenosu tepla, která se vypočítá podle vzorce:

K = (T_P - T_n) / (T_PROTI - T_n)

kde:

• T_P – teplota vzduchu vstupujícího do místnosti;
• T_n – teplota venkovního vzduchu;
• T_PROTI – teplota vzduchu v místnosti.

Maximální hodnota účinnosti při standardu rychlost proudění vzduchu a určitý teplotní režim jsou uvedeny v technické dokumentaci zařízení. Jeho skutečné číslo bude o něco nižší.

V případě vlastní výroby deskového nebo trubkového rekuperátoru je pro dosažení maximální účinnosti přenosu tepla nutné dodržet následující pravidla:

• Nejlepší přenos tepla zajišťují protiproudé zařízení, dále křížové a nejméně jednosměrný pohyb obou proudů.
• Intenzita přenosu tepla závisí na materiálu a tloušťce stěn oddělujících proudění a také na době trvání vzduchu uvnitř zařízení.

Když znáte účinnost rekuperátoru, můžete vypočítat jeho energetickou účinnost při různých teplotách vnějšího a vnitřního vzduchu:

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

kde P (m³/hod) – proudění vzduchu.

Výpočet účinnosti rekuperátoru v peněžním vyjádření a srovnání s náklady na jeho pořízení a instalaci pro dvoupodlažní chatu o celkové ploše 270 m2 ukazuje proveditelnost instalace takového systému

Náklady na rekuperátory s vysokou účinností jsou poměrně vysoké, mají složitou konstrukci a významné rozměry. Někdy můžete tyto problémy obejít instalací několika jednodušších zařízení tak, aby jimi přiváděný vzduch procházel postupně.

Výkon ventilačního systému

Objem prošlého vzduchu je dán statickým tlakem, který závisí na výkonu ventilátoru a hlavních komponentech vytvářejících aerodynamický odpor. Jeho přesný výpočet je zpravidla z důvodu složitosti matematického modelu nemožný, proto se pro standardní monoblokové struktury provádějí experimentální studie a pro jednotlivá zařízení se vybírají komponenty.

Výkon ventilátoru musí být zvolen s ohledem na průchodnost instalovaných výměníků tepla libovolného typu, která je v technické dokumentaci uvedena jako doporučený průtok nebo objem vzduchu prošlého zařízením za jednotku času. Přípustná rychlost vzduchu uvnitř zařízení zpravidla nepřesahuje 2 m/s.

Jinak při vysokých rychlostech dochází k prudkému nárůstu aerodynamického odporu v úzkých prvcích rekuperátoru. To vede ke zbytečným nákladům na energii, neefektivnímu ohřevu venkovního vzduchu a zkrácení životnosti ventilátoru.

Graf tlakové ztráty versus průtok vzduchu u více modelů výkonných rekuperátorů ukazuje nelineární nárůst odporu, proto je nutné dodržet požadavky na doporučený objem výměny vzduchu uvedený v technické dokumentaci zařízení

Změna směru proudění vzduchu vytváří dodatečný aerodynamický odpor. Proto je při modelování geometrie vnitřního vzduchového potrubí žádoucí minimalizovat počet závitů potrubí o 90 stupňů. Vzduchové difuzory také zvyšují odpor, proto je vhodné nepoužívat prvky se složitými vzory.

Znečištěné filtry a mřížky významně narušují průtok, proto je nutné je pravidelně čistit nebo vyměňovat. Jedním z účinných způsobů, jak posoudit zanesení, je instalace senzorů, které monitorují pokles tlaku v oblastech před a za filtrem.

Závěry a užitečné video k tématu

Princip činnosti rotačního a deskového rekuperátoru:

Měření účinnosti deskového rekuperátoru:

Domácí a průmyslové větrací systémy s integrovaným rekuperátorem prokázaly svou energetickou účinnost při udržování tepla v interiéru. Nyní existuje mnoho nabídek na prodej a instalaci takových zařízení, a to jak ve formě hotových a testovaných modelů, tak na individuální objednávky. Můžete vypočítat potřebné parametry a provést instalaci sami.

Pokud máte nějaké dotazy při čtení informací nebo najdete nějaké nepřesnosti v našem materiálu, zanechte prosím své komentáře v bloku níže.