Dovodna i ispušna ventilacija s povratom topline: princip rada, pregled prednosti i nedostataka

Dovod svježeg zraka tijekom hladnog razdoblja dovodi do potrebe za zagrijavanjem kako bi se osigurala pravilna unutarnja mikroklima.Kako bi se smanjili troškovi energije, može se koristiti dovodna i ispušna ventilacija s povratom topline.

Razumijevanje principa njegovog rada omogućit će vam najučinkovitije smanjenje gubitka topline uz održavanje dovoljne količine zamijenjenog zraka. Pokušajmo razumjeti ovo pitanje.

Ušteda energije u ventilacijskim sustavima

U jesensko-proljetnom razdoblju, pri prozračivanju prostorija, ozbiljan problem je velika temperaturna razlika između ulaznog zraka i zraka u unutrašnjosti. Hladno strujanje se spušta i stvara nepovoljnu mikroklimu u stambenim zgradama, uredima i tvornicama ili neprihvatljiv vertikalni temperaturni gradijent u skladištu.

Uobičajeno rješenje problema je integracija u dovodnu ventilaciju grijač zraka, uz pomoć kojih se protok zagrijava. Takav sustav zahtijeva potrošnju energije, dok značajan volumen toplog zraka koji izlazi van dovodi do značajnog gubitka topline.

Izlaz zraka prema van s intenzivnom parom služi kao pokazatelj značajnog gubitka topline, koji se može koristiti za zagrijavanje ulaznog toka

Ako se kanali za dovod i odvod zraka nalaze u blizini, tada je moguće djelomično prenijeti toplinu odlaznog toka na dolazni.To će smanjiti potrošnju energije grijača ili ga u potpunosti eliminirati. Uređaj za osiguravanje izmjene topline između protoka plina različitih temperatura naziva se rekuperator.

U toploj sezoni, kada je vanjska temperatura zraka znatno viša od sobne temperature, rekuperator se može koristiti za hlađenje ulaznog toka.

Dizajn jedinice s rekuperatorom

Unutarnja struktura dovodnih i ispušnih ventilacijskih sustava s integrirani rekuperator Oni su prilično jednostavni, tako da se mogu kupiti i instalirati neovisno element po element. Ako je montaža ili samoinstalacija teška, možete kupiti gotova rješenja u obliku standardnog monobloka ili pojedinačnih montažnih konstrukcija po narudžbi.

Tipični dizajn dovodno-ispušnog ventilacijskog sustava s rekuperatorom smještenim u jednom kućištu može se nadopuniti drugim komponentama prema nahođenju korisnika

Glavni elementi i njihovi parametri

Tijelo s toplinskom i zvučnom izolacijom obično je izrađeno od čeličnog lima. U slučaju zidne ugradnje, mora izdržati pritisak koji nastaje prilikom pjenjenja pukotina oko jedinice, a također mora spriječiti vibracije od rada ventilatora.

U slučaju raspodijeljenog unosa i protoka zraka u različitim prostorijama, spojite na kućište sustav zračnih kanala. Opremljen je ventilima i zaklopkama za raspodjelu protoka.

Ako nema zračnih kanala, na dovodni otvor sa strane prostorije postavlja se rešetka ili difuzor za raspodjelu protoka zraka. Rešetka za usis zraka vanjskog tipa postavljena je na ulazni otvor s ulične strane kako bi se spriječilo ulazak ptica, velikih insekata i otpadaka u ventilacijski sustav.

Kretanje zraka osiguravaju dva ventilatora aksijalnog ili centrifugalnog djelovanja. U prisutnosti rekuperatora, prirodna cirkulacija zraka u dovoljnom volumenu je nemoguća zbog aerodinamičkog otpora koji stvara ova jedinica.

Prisutnost rekuperatora uključuje ugradnju finih filtera na ulazu oba toka. To je potrebno kako bi se smanjio intenzitet začepljenja tankih kanala izmjenjivača topline naslagama prašine i masti. Inače, za potpuno funkcioniranje sustava bit će potrebno povećati učestalost preventivnog održavanja.

Fini filtri moraju se povremeno mijenjati ili čistiti. Inače će povećani otpor protoku zraka uzrokovati kvar ventilatora.

Jedan ili više rekuperatora zauzimaju glavni volumen dovodnog i ispušnog uređaja. Postavljeni su u središte konstrukcije.

U slučaju jakih mrazova tipičnih za teritorij i nedovoljne učinkovitosti rekuperatora za zagrijavanje vanjskog zraka, možete dodatno ugraditi grijač. Također, ako je potrebno, instaliraju se ovlaživač zraka, ionizator i drugi uređaji za stvaranje povoljne mikroklime u prostoriji.

Moderni modeli uključuju elektroničku upravljačku jedinicu. Složene izmjene imaju funkcije za programiranje načina rada ovisno o fizičkim parametrima zračnog okruženja. Vanjske ploče imaju atraktivan izgled, zahvaljujući kojem se mogu dobro uklopiti u svaki interijer.

Rješavanje problema kondenzacije

Hlađenjem zraka koji dolazi iz prostorija stvaraju se preduvjeti za oslobađanje vlage i stvaranje kondenzacije. U slučaju velikog protoka, većina se nema vremena akumulirati u rekuperatoru i izlazi van.Uz sporo kretanje zraka, značajan dio vode ostaje unutar uređaja. Stoga je potrebno osigurati sakupljanje i uklanjanje vlage izvan kućišta. dovodni i ispušni sustav.

Osnovni uređaj za skupljanje i ispuštanje kondenzata je posuda smještena ispod izmjenjivača topline s nagibom prema odvodnom otvoru

Vlaga se uklanja u zatvorenu posudu. Postavlja se samo u zatvorenom prostoru kako bi se izbjeglo smrzavanje odvodnih kanala na temperaturama ispod nule. Ne postoji algoritam za pouzdano izračunavanje volumena primljene vode pri korištenju sustava s rekuperatorom, pa se određuje eksperimentalno.

Ponovno korištenje kondenzata za ovlaživanje zraka je nepoželjno, jer voda apsorbira mnoge zagađivače poput ljudskog znoja, mirisa itd.

Možete značajno smanjiti volumen kondenzata i izbjeći probleme povezane s njegovom pojavom organiziranjem zasebnog ispušnog sustava iz kupaonice i kuhinje. Upravo u tim prostorijama zrak ima najveću vlažnost. Ako postoji nekoliko ispušnih sustava, razmjena zraka između tehničkog i stambenog prostora mora biti ograničena ugradnjom povratnih ventila.

Ako se struja ispušnog zraka ohladi na negativne temperature unutar rekuperatora, dolazi do pretvaranja kondenzata u led, što uzrokuje smanjenje otvorenog presjeka strujanja i posljedično smanjenje volumena ili potpuni prestanak ventilacije.

Za periodično ili jednokratno odmrzavanje rekuperatora ugrađen je premosni kanal - premosni kanal za kretanje dovodnog zraka. Kada protok zaobiđe uređaj, prijenos topline prestaje, izmjenjivač topline se zagrijava i led prelazi u tekuće stanje. Voda teče u spremnik za skupljanje kondenzata ili isparava vani.

Princip bypass uređaja je jednostavan, stoga, ako postoji opasnost od stvaranja leda, preporučljivo je osigurati takvo rješenje, jer je zagrijavanje rekuperatora drugim sredstvima složeno i dugotrajno.

Kada protok prolazi kroz obilaznicu, nema zagrijavanja dovodnog zraka kroz rekuperator. Stoga, kada je ovaj način rada aktiviran, grijač se mora automatski uključiti.

Značajke raznih vrsta rekuperatora

Postoji nekoliko strukturno različitih opcija za provedbu izmjene topline između hladnih i grijanih strujanja zraka. Svaki od njih ima svoje karakteristične značajke, koje određuju glavnu svrhu svake vrste rekuperatora.

Pločasti rekuperator s križnim protokom

Dizajn pločastog rekuperatora temelji se na pločama tankih stijenki, naizmjenično spojenim na način da se između njih izmjenjuju protok strujanja različitih temperatura pod kutom od 90 stupnjeva. Jedna od modifikacija ovog modela je uređaj s rebrastim kanalima za prolaz zraka. Ima veći koeficijent prijenosa topline.

Naizmjenično prolaženje strujanja toplog i hladnog zraka kroz ploče ostvaruje se savijanjem rubova ploča i brtvljenjem spojeva poliesterskom smolom

Ploče za izmjenu topline mogu biti izrađene od različitih materijala:

• legure na bazi bakra, mjedi i aluminija imaju dobru toplinsku vodljivost i nisu osjetljive na hrđu;
• plastika izrađena od hidrofobnog polimernog materijala s visokim koeficijentom toplinske vodljivosti i malom težinom;
• higroskopna celuloza omogućuje kondenzaciji da prodre kroz ploču i vrati se u prostoriju.

Nedostatak je mogućnost stvaranja kondenzacije pri niskim temperaturama.Zbog malog razmaka između ploča vlaga ili led značajno povećavaju aerodinamički otpor. U slučaju smrzavanja, potrebno je blokirati dolazni protok zraka kako bi se ploče zagrijale.

Prednosti pločastih rekuperatora su sljedeće:

• niska cijena;
• dug radni vijek;
• dugo razdoblje između preventivnog održavanja i jednostavnost njegove provedbe;
• male dimenzije i težina.

Ovaj tip rekuperatora najčešći je za stambene i uredske prostore. Također se koristi u nekim tehnološkim procesima, na primjer, za optimizaciju izgaranja goriva tijekom rada peći.

Bubanj ili rotacijski tip

Načelo rada rotacijskog rekuperatora temelji se na rotaciji izmjenjivača topline, unutar kojeg se nalaze slojevi valovitog metala s visokim toplinskim kapacitetom. Kao rezultat interakcije s izlaznim protokom, sektor bubnja se zagrijava, koji potom daje toplinu dolaznom zraku.

Fino-mrežasti izmjenjivač topline rotacijskog rekuperatora osjetljiv je na začepljenje, stoga morate obratiti posebnu pozornost na kvalitetan rad finih filtera

Prednosti rotacijskih rekuperatora su sljedeće:

• prilično visoka učinkovitost u usporedbi s konkurentskim vrstama;
• povrat velike količine vlage, koja ostaje u obliku kondenzacije na bubnju i isparava u kontaktu s ulaznim suhim zrakom.

Ova vrsta rekuperatora rjeđe se koristi za stambene zgrade za ventilaciju stanova ili vikendica. Često se koristi u velikim kotlovnicama za vraćanje topline u peći ili za velike industrijske ili komercijalne prostore.

Međutim, ova vrsta uređaja ima značajne nedostatke:

• relativno složen dizajn s pokretnim dijelovima, uključujući električni motor, bubanj i remenski pogon, koji zahtijeva stalno održavanje;
• povećana razina buke.

Ponekad za uređaje ove vrste možete naići na izraz "regenerativni izmjenjivač topline", što je ispravnije od "rekuperator". Činjenica je da se mali dio ispušnog zraka vraća zbog labavog prianjanja bubnja na tijelo konstrukcije.

To nameće dodatna ograničenja na mogućnost korištenja uređaja ove vrste. Na primjer, onečišćeni zrak iz peći za grijanje ne može se koristiti kao rashladno sredstvo.

Sustav cijevi i kućišta

Rekuperator cjevastog tipa sastoji se od sustava tankostijenih cijevi malog promjera smještenih u izoliranom kućištu, kroz koje dolazi do priljeva vanjskog zraka. Kućište uklanja topli zrak iz prostorije, koji zagrijava dolazni protok.

Topli zrak mora se ispuštati kroz kućište, a ne kroz sustav cijevi, jer je iz njih nemoguće ukloniti kondenzat

Glavne prednosti cijevnih rekuperatora su sljedeće:

• visoka učinkovitost zbog protustrujnog principa kretanja rashladne tekućine i ulaznog zraka;
• jednostavnost dizajna i odsutnost pokretnih dijelova osigurava niske razine buke i rijetko zahtijeva održavanje;
• dug radni vijek;
• najmanji poprečni presjek među svim vrstama uređaja za oporavak.

Cijevi za ovu vrstu uređaja koriste ili laki metal ili, rjeđe, polimer. Ovi materijali nisu higroskopni, stoga, uz značajnu razliku u temperaturama protoka, može se stvoriti intenzivna kondenzacija u kućištu, što zahtijeva konstruktivno rješenje za njegovo uklanjanje.Drugi nedostatak je što metalno punjenje ima značajnu težinu, unatoč malim dimenzijama.

Jednostavnost dizajna cjevastog rekuperatora čini ovu vrstu uređaja popularnom za samoproizvodnju. Plastične cijevi za zračne kanale, izolirane ljuskom od poliuretanske pjene, obično se koriste kao vanjsko kućište.

Uređaj s međurashladnim sredstvom

Ponekad se dovodni i odvodni kanali nalaze na određenoj udaljenosti jedan od drugog. Ova situacija može nastati zbog tehnoloških značajki zgrade ili sanitarnih zahtjeva za pouzdanim odvajanjem protoka zraka.

U ovom slučaju koristi se međurashladna tekućina koja cirkulira između zračnih kanala kroz izolirani cjevovod. Kao medij za prijenos toplinske energije koristi se voda ili vodeno-glikolna otopina čije je kruženje osigurano radom toplinska pumpa.

Rekuperator s međurashladnom tekućinom je voluminozan i skup uređaj, čija je uporaba ekonomski opravdana za prostore s velikim površinama.

Ako je moguće koristiti drugu vrstu rekuperatora, onda je bolje ne koristiti sustav s međurashladnim sredstvom, jer ima sljedeće značajne nedostatke:

• niska učinkovitost u usporedbi s drugim vrstama uređaja, stoga se takvi uređaji ne koriste za male prostorije s niskim protokom zraka;
• značajan volumen i težina cijelog sustava;
• potreba za dodatnom električnom pumpom za cirkulaciju tekućine;
• povećana buka iz pumpe.

Postoji modifikacija ovog sustava kada se umjesto prisilne cirkulacije tekućine za izmjenu topline koristi medij s niskim vrelištem, poput freona.U ovom slučaju, kretanje po konturi moguće je prirodno, ali samo ako se kanal za dovod zraka nalazi iznad kanala za ispušni zrak.

Takav sustav ne zahtijeva dodatne troškove energije, već radi samo za grijanje kada postoji značajna temperaturna razlika. Osim toga, potrebno je fino podesiti točku promjene agregatnog stanja tekućine za izmjenu topline, što se može postići stvaranjem potrebnog tlaka ili određenog kemijskog sastava.

Glavni tehnički parametri

Poznavajući potrebne performanse ventilacijskog sustava i učinkovitost izmjene topline rekuperatora, lako je izračunati uštedu na grijanju zraka za sobu u određenim klimatskim uvjetima. Uspoređujući potencijalne koristi s troškovima kupnje i održavanja sustava, možete razumno napraviti izbor u korist rekuperatora ili standardnog grijača zraka.

Proizvođači opreme često nude liniju modela u kojoj se ventilacijske jedinice slične funkcionalnosti razlikuju u volumenu izmjene zraka. Za stambene prostore ovaj se parametar mora izračunati prema tablici 9.1. SP 54.13330.2016

Učinkovitost

Učinkovitost rekuperatora podrazumijeva se učinkovitost prijenosa topline koja se izračunava prema sljedećoj formuli:

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

pri čemu:

• T_P – temperatura zraka koji ulazi u prostoriju;
• T_n – vanjska temperatura zraka;
• T_V – sobna temperatura zraka.

Maksimalna vrijednost učinkovitosti u standardu brzina protoka zraka i određeni temperaturni režim naznačeni su u tehničkoj dokumentaciji uređaja. Njegova stvarna brojka bit će nešto manja.

U slučaju samoproizvodnje pločastog ili cjevastog rekuperatora, kako biste postigli maksimalnu učinkovitost prijenosa topline, morate se pridržavati sljedećih pravila:

• Najbolji prijenos topline omogućuju protustrujni uređaji, zatim križni, a najmanji jednosmjerno kretanje oba toka.
• Intenzitet prijenosa topline ovisi o materijalu i debljini stijenki koje razdvajaju tokove, kao i o trajanju zraka unutar uređaja.

Poznavajući učinkovitost rekuperatora, možete izračunati njegovu energetsku učinkovitost pri različitim temperaturama vanjskog i unutarnjeg zraka:

E (Š) = 0,36 x P x K x (T_V - T_n)

gdje je P (m³/sat) – protok zraka.

Izračun učinkovitosti rekuperatora u novčanom smislu i usporedba s troškovima njegove nabave i ugradnje za dvokatnu vikendicu ukupne površine 270 m2 pokazuje izvedivost ugradnje takvog sustava

Trošak rekuperatora visoke učinkovitosti je prilično visok, imaju složen dizajn i značajne dimenzije. Ponekad možete zaobići ove probleme instaliranjem nekoliko jednostavnijih uređaja tako da dolazni zrak prolazi kroz njih uzastopno.

Rad ventilacijskog sustava

Volumen propuštenog zraka određen je statičkim tlakom koji ovisi o snazi ​​ventilatora i glavnim komponentama koje stvaraju aerodinamički otpor. U pravilu je njegov točan izračun nemoguć zbog složenosti matematičkog modela, stoga se eksperimentalna istraživanja provode za standardne monoblok strukture, a komponente se odabiru za pojedinačne uređaje.

Snaga ventilatora mora se odabrati uzimajući u obzir propusnost instaliranih izmjenjivača topline bilo koje vrste, što je navedeno u tehničkoj dokumentaciji kao preporučeni protok ili volumen zraka koji uređaj prolazi po jedinici vremena. U pravilu dopuštena brzina zraka unutar uređaja ne prelazi 2 m/s.

Inače, pri velikim brzinama dolazi do naglog povećanja aerodinamičkog otpora u uskim elementima rekuperatora. To dovodi do nepotrebnih troškova energije, neučinkovitog zagrijavanja vanjskog zraka i smanjenog vijeka trajanja ventilatora.

Grafikon gubitka tlaka u odnosu na protok zraka za nekoliko modela visokoučinkovitih rekuperatora pokazuje nelinearni porast otpora, stoga je potrebno pridržavati se zahtjeva za preporučeni volumen izmjene zraka navedenih u tehničkoj dokumentaciji uređaja.

Promjena smjera strujanja zraka stvara dodatni aerodinamički otpor. Stoga je pri modeliranju geometrije kanala za unutarnji zrak poželjno minimizirati broj zavoja cijevi za 90 stupnjeva. Difuzori zraka također povećavaju otpor, pa je preporučljivo ne koristiti elemente sa složenim uzorcima.

Prljavi filtri i rešetke stvaraju značajne smetnje protoku, pa ih je potrebno povremeno čistiti ili mijenjati. Jedan od učinkovitih načina za procjenu začepljenja je ugradnja senzora koji prate pad tlaka u područjima prije i iza filtra.

Zaključci i koristan video na tu temu

Princip rada rotacionog i pločastog rekuperatora:

Mjerenje učinkovitosti pločastog rekuperatora:

Kućni i industrijski ventilacijski sustavi s integriranim rekuperatorom dokazali su svoju energetsku učinkovitost u održavanju topline u zatvorenim prostorima. Sada postoji mnogo ponuda za prodaju i ugradnju takvih uređaja, kako u obliku gotovih i testiranih modela, tako i po pojedinačnim narudžbama. Možete sami izračunati potrebne parametre i izvršiti instalaciju.

Ako imate bilo kakvih pitanja dok čitate informacije ili pronađete bilo kakve netočnosti u našem materijalu, ostavite svoje komentare u bloku ispod.