Warmteterugwinning in ventilatiesystemen: werkingsprincipe en ontwerpopties

Tijdens het ventilatieproces wordt niet alleen de afgevoerde lucht uit de kamer gerecycled, maar ook een deel van de thermische energie. In de winter leidt dit tot hogere energierekeningen.

Met warmteterugwinning in gecentraliseerde en lokale ventilatiesystemen kunt u ongerechtvaardigde kosten verlagen zonder de luchtuitwisseling in gevaar te brengen. Om thermische energie terug te winnen, worden verschillende soorten warmtewisselaars gebruikt: recuperatoren.

Het artikel beschrijft in detail de modellen van eenheden, hun ontwerpkenmerken, werkingsprincipes, voor- en nadelen. De gepresenteerde informatie zal helpen bij het kiezen van de optimale optie voor het regelen van het ventilatiesysteem.

Het concept van terugwinning: het werkingsprincipe van de warmtewisselaar

Vertaald uit het Latijn betekent herstel compensatie of terugkeer. Met betrekking tot warmtewisselingsreacties wordt terugwinning gekarakteriseerd als een gedeeltelijke teruggave van energie die wordt besteed aan een technologische handeling met het doel deze in hetzelfde proces toe te passen.

IN ventilatiesysteem Het terugwinningsprincipe wordt gebruikt om thermische energie te besparen.

Naar analogie wordt bij warm weer de koeling teruggewonnen: warme influentmassa's verwarmen het uitlaatgas en hun temperatuur daalt.

Het energieterugwinningsproces wordt uitgevoerd in een recuperatieve warmtewisselaar.Het apparaat bevat een warmtewisselaarelement en ventilatoren voor het pompen van luchtstromen in meerdere richtingen. Om het proces te controleren en de kwaliteit van de luchttoevoer te controleren, wordt een automatiseringssysteem gebruikt.

Het ontwerp is zo ontworpen dat de toevoer- en uitlaatstromen zich in afzonderlijke compartimenten bevinden en niet vermengen - warmteterugwinning wordt uitgevoerd via de wanden van de warmtewisselaar.

Begrijp en begrijp wat het is ventilatie met herstel Een visueel diagram van de luchtcirculatie zal helpen.

Afvoerlucht stroomt via afzuigkappen in natte ruimtes (toilet, badkamer, keuken) naar buiten. Voordat het naar buiten wordt afgevoerd, passeert het de recuperator en laat een deel van de warmte achter. De aangevoerde lucht beweegt in de tegenovergestelde richting, warmt op en komt de woonkamers binnen (+)

De haalbaarheid van een recuperator in ventilatie

We kunnen praten over de haalbaarheid van het installeren van recuperatieve ventilatie door de effectiviteit van het systeem te beoordelen en de voordelen en nadelen ervan te vergelijken.

Een deel van de warmte wordt uit de afvoerlucht gehaald die naar buiten wordt gezogen en overgebracht naar geforceerde verse stralen die naar de kamer worden gericht. Hierdoor kunt u het warmteverlies tot wel 70% verminderen (+)

De noodzaak om warmteterugwinning te gebruiken is het meest relevant in gebouwen met geforceerde luchtafvoer. In de regel zijn dit gebouwen met een lage inertie die zijn opgetrokken met behulp van innovatieve thermische isolatietechnologieën (huizen gemaakt van sandwichpanelen, gassilicaatplaten, schuimblokken).

In dergelijke gebouwen accumuleren de muren de warmte niet goed en is de natuurlijke luchtuitwisseling niet effectief.

Problemen met de luchtcirculatie zijn echter ook typisch voor ‘traditionele’ gebouwen van baksteen en beton.De aanwezigheid van afgedichte warmte- en geluidsisolerende PVC-ramen blokkeert de circulatie met een natuurlijke impuls - de stroom verse lucht stopt en de tocht in het ventilatiekanaal kantelt of neigt naar nul.

De oplossing voor het probleem van “Euro-ramen” is de organisatie van geforceerde ventilatie. Het systeem herstelt de luchtuitwisseling, maar het warmteverlies neemt tot 60% toe. En hier kan men niet meer zonder warmteterugwinning.

De efficiëntie van het uitwisselingsproces wordt uitgedrukt als een percentage en toont de hoeveelheid warmte die uit de afgevoerde lucht wordt verbruikt om de verse “inlaat” te verwarmen

Indicator rendement warmteterugwinning ventilatie:

• 0% - open raam - warme lucht wordt in de atmosfeer verwijderd en koude lucht komt binnen, waardoor de temperatuur in de kamer daalt;
• 100% - de toevoerlucht wordt verwarmd tot de “uitlaat”-temperatuur – technisch onmogelijk te implementeren;
• 30-90% - een acceptabele parameter, terugwinning met een rendement van 60% of meer wordt als goed beschouwd, een rendement boven de 80% is een uitstekende warmteoverdracht.

Het rendement van het systeem is afhankelijk van het type recuperator, de afmetingen van de ruimte en de luchtstroom. Hoe dan ook is het gebruik van terugwinningsventilatie, zelfs met een rendement van 30%, rendabeler dan het ontbreken ervan. Naast aanzienlijke besparingen op energiebronnen verbetert de warmteregeneratie het algehele microklimaat in de kamer.

Nadelen van het gebruik van een warmtewisselaar:

1. Energieafhankelijkheid. De aanschaf van klimaatbeheersingsapparatuur is gerechtvaardigd als het elektriciteitsverbruik aanzienlijk lager is dan de besparing na installatie van de recuperator.
2. condensatie. Door temperatuurverschillen kan vocht condenseren op de wanden van de warmtewisselaar. In de winter bestaat de kans op ijsvorming, wat kan leiden tot een snelle afname van de efficiëntie of uitval van de recuperator.
3. Lawaaierig werk. Sommige modellen laten tijdens het gebruik een brom horen.Als dit nadeel overdag niet bijzonder merkbaar is, veroorzaakt het geluid 's nachts ongemak. Recuperatoren met verbeterde isolatie werken stil.

Hoge initiële investeringen zijn vaak het belangrijkste argument tegen energie-efficiënte ventilatie.

Het is raadzaam om geld te investeren in een systeem dat zich binnen 5-8 jaar terugbetaalt. Houd er rekening mee dat er extra kosten gemaakt zullen moeten worden om het complex te onderhouden, bijvoorbeeld het periodiek vervangen van ventilatoren

Kenmerken van verschillende soorten warmtewisselaars

Het ontwerp van de recuperator bepaalt het stromingspatroon van de koelvloeistof, de efficiëntie van het ventilatiesysteem, de energieverbruiksklasse en de kosten van de apparatuur. Er worden vijf soorten warmtewisselaars gebruikt: platenwarmtewisselaars, roterende warmtewisselaars, warmtepijpen, kamerapparaten en modellen met een tussenkoelmiddel.

Plaatrecuperator – eenvoud van ontwerp

De basis van de warmtewisselaar is een afgesloten kamer met veel parallelle luchtkanalen. De kanalen zijn gescheiden door scheidingswanden - warmtegeleidende platen van staal of aluminium.

Golfvormige platen (60-70 stuks) zijn gegroepeerd in één blok zodat de gevormde kanalen kruislings ten opzichte van elkaar liggen - de gecreëerde turbulentie verbetert de warmteoverdracht (+)

Gasstromen bewegen naar elkaar toe, kruisen elkaar in de recuperatorcassette, maar mengen zich niet. Warmte-uitwisseling vindt plaats door gelijktijdige koeling en verwarming van de platen vanaf verschillende kanten.

Voordelen van een kruiswarmtewisselaar:

• gemak van installatie en configuratie van apparatuur;
• uitsluiting van contact met luchtmassa's;
• betaalbare kosten en compacte afmetingen;
• afwezigheid van wrijvende en bewegende delen.

Het rendement varieert in het bereik van 40-70%.

Het grootste nadeel van het plaatmodel is de bezinking van condensaat in het uitlaatkanaal en de vorming van ijs in de winter. Om de unit te ontdooien, wordt de binnenkomende stroom omgeleid om de warmtewisselaar te omzeilen, en de warme uitgaande stroom doet het ijs op de platen smelten.

In de "ontdooi" -modus vindt geen energiebesparing plaats; luchtverwarmers met een vermogen tot 5 kW worden gebruikt om de binnenkomende lucht te verwarmen. De gemiddelde efficiëntiewaarde daalt met 20% (+)

Er zijn twee mogelijke manieren om het probleem op te lossen:

1. Voorverwarmen van de binnenkomende luchtstroom tot een temperatuur waarbij ijsvorming wordt uitgesloten.
2. Recuperator met platen van hygroscopische cellulose. Het materiaal absorbeert vocht uit de afgevoerde luchtmassa's en draagt ​​dit over aan nieuw binnenkomende stromen.

Wanneer u een kruiswarmtewisselaar kiest, moet u rekening houden met de operationele kenmerken van de platen.

Hun kenmerken zijn afhankelijk van het fabricagemateriaal:

1. Aluminiumfolie – betaalbare prijs, maar beperkte prestaties in de winter. Bovendien wordt het niet aanbevolen voor woongebouwen vanwege luchtdroging. Aanpassingen met aluminium "vulling" zijn de beste optie voor baden en zwembaden.
2. Kunststof scheidingswanden - vergelijkbaar in prijs met metaalproducten, maar verschillen in verbeterde bedrijfsefficiëntie.
3. Cellulose-warmtewisselaar – voorkom bevriezing en behoud een normaal vochtgehalte binnenshuis.

De hygrocelluloserecuperator is het meest economisch en optimaal voor ventilatie van woongebouwen.

Roterende recuperator – hoge systeemefficiëntie

De warmtewisselaar wordt gepresenteerd in de vorm van een cilinder gevuld met lagen golfplaten. Terwijl de drumeenheid draait, komen er afwisselend warme en koude luchtstralen in elk compartiment.

Ontwerp van een roterende recuperator: rotatieas en twee luchtkanalen.Eén deel van de rotor wordt verwarmd door “afwerking”, de trommel draait en de warmte wordt omgeleid naar koude massa’s geconcentreerd in het aangrenzende kanaal (+)

Het rendement van de warmteoverdracht wordt bepaald door de rotatiesnelheid van de rotor; het bedrijfsrendement kan worden aangepast.

Argumenten voor een roterende recuperator:

• warmte retour tot 65-90%;
• efficiëntie elektriciteitsverbruik;
• gedeeltelijke vochtvervanging – je kunt het zonder luchtbevochtiger doen;
• terugbetalingsperiode – tot 4 jaar.

Ondanks zijn hoge efficiëntie is de trommelwarmtewisselaar geen leider geworden onder vergelijkbare installaties.

Nadelen van het ventilatiesysteem:

1. Vervuilde lucht toevoegen aan de toevoer. Uitlaat- en toevoermassa's circuleren afwisselend door de microkanalen, zodat ongeveer 3-8% van de "werking" wordt teruggegeven. De trommel brengt vaak de geur van de uitgaande lucht over.
2. Complexiteit van ontwerp. De roterende delen van de rotor vereisen regelmatig onderhoud en periodieke vervanging. Bewegende elementen produceren tijdens bedrijf geluid en trillingen.
3. Hoge prijs. De prijs voor roterende modellen is hoger dan voor plaatproducten. Dit komt door het gebruik van complexe mechanica bij het ontwerp van de trommelwarmtewisselaar.
4. Grote maten. De installatie wordt uitgevoerd in een ruime ventilatiekamer.

Vanwege hun omvang worden roterende eenheden voornamelijk gebruikt in industriële ondernemingen.

Om de vermenging van luchtstromen te minimaliseren, worden roterende warmtewisselaars aangevuld met tussensectoren - hier worden de microkanalen geblazen met verse lucht, die terug in de kap stroomt. Het nadeel van het circuit is een afname van de efficiëntie (+)

Gekoppelde warmtewisselaars – glycolmodel

Vanwege de ontwerpkenmerken wordt een terugwinningseenheid met een tussenkoelmiddel vaak gekoppelde warmtewisselaars of een gletsjereenheid genoemd. Dit is een van de meest flexibele warmteterugwinningssystemen. Eén warmtewisselaar snijdt in het toevoerkanaal en de tweede in het uitlaatkanaal.

Het leidingschema bevat: circulatiepomp, expansievat, luchtklep, regelaar, temperatuursensor, veiligheidsklep, drukindicator (+)

Werkingsprincipe. De glycolsamenstelling circuleert tussen de warmtewisselaars. De temperatuur van het koelmiddel neemt toe als gevolg van de verwarmde uitlaatstroom, waarna de thermische energie wordt overgedragen aan frisse lucht. Het gesloten systeem elimineert de vermenging van tegemoetkomende luchtmassa's.

Kenmerken van de werking van warmtewisselaars met koelvloeistof:

• Efficiëntie – 45-55%;
• efficiëntieaanpassing met behulp van een pomp - de snelheid van de antivriesbeweging wordt geselecteerd;
• mogelijkheid om toevoer- en afvoerluchtkanalen op afstand van elkaar te plaatsen (tot 800 m);
• de recuperator wordt verticaal of horizontaal geïnstalleerd;
• bij strenge vorst bevriest het oppervlak van de uitlaatwarmtewisselaar en verschijnt er ijs; door het gebruik van antivries kunt u de recuperator bedienen zonder dat u hoeft te ontdooien;
• terugverdientijd van het systeem – maximaal 2 jaar;
• een combinatie van 1 afzuigkap en meerdere inlaten of omgekeerd is toegestaan.

Het volume van de uitlaat- en inlaatlucht moet ongeveer gelijk zijn. Dergelijke recuperatoren worden meestal gebruikt als het influent giftig of zwaar vervuild is, wanneer vermenging van stromen onaanvaardbaar is.

Kamerunit – veelzijdigheid in gebruik

Structureel is de kamerwarmtewisselaar een gesloten doos, van binnen gescheiden door een bewegende demper.De openingspartitie bepaalt het werkingsschema van de recuperator.

De uitstroom passeert één kanaal en de instroom komt de tweede kamer binnen. In de warmtewisselaar verwarmen warme massa's de wanden van het eerste compartiment. Na een tijdje beweegt de klep en verandert de luchtstroom van richting

Als gevolg hiervan beweegt de instroom langs de warme wanden van het eerste luchtkanaal en verwarmt de "uitlaat" het oppervlak van de tweede kamer. Op een gegeven moment komt het septum terug en herhaalt de cyclus zich.

Voordelen van een kamerwarmtewisselaar:

• Efficiëntie – 80-90%;
• in combinatie met hoogwaardige thermische isolatie worden de verwarmingskosten tot een minimum beperkt;
• installatiegemak - specialistische hulp is nodig bij het kiezen van de parameters van de ventilatie-unit;
• het handhaven van de luchtvochtigheid;
• bevriezing van het systeem is uitgesloten.

Een kamerwarmtewisselaar is een uitstekende optie voor regio's waar gedurende een lange periode van het jaar een aanzienlijk onevenwicht bestaat tussen binnen- en buitentemperaturen.

De nadelen van de warmteterugwinningsunit zijn onder meer:

• de noodzaak van regelmatig onderhoud van bewegende elementen;
• tegenluchtstromen mengen zich gedeeltelijk - geuren en onzuiverheden kunnen terug in het gebouw stromen.

Om vermenging te verminderen, is het systeem uitgerust met filter element. De lucht wordt schoner, maar het rendement van de recuperator neemt af.

Heatpipes – gesloten warmtewisselaarsysteem

De recuperator bestaat uit veel koperen of aluminium buizen gevuld met een gemakkelijk verdampende substantie, zoals freon. Het werkingsprincipe van een buisvormige warmtewisselaar is gebaseerd op fysieke processen: veranderingen in de toestand van een stof bij verhitting.

De warmtepijp wordt verticaal geplaatst - het onderste uiteinde van de warmtewisselaar bevindt zich in het uitlaatkanaal en de bovenkant bevindt zich in het toevoerluchtkanaal. De uitgaande stromen gaan rond het uiteinde van de buis - de freon warmt op, kookt en verdampt (+)

Het gas stijgt op en geeft thermische energie af aan de instroom, waarna de freon condenseert en door de recuperator stroomt. De thermische cyclus herhaalt zich in een cirkel.

Technische en operationele kenmerken van de buiswarmtewisselaar:

• efficiëntie van het apparaat – tot 65%;
• stille werking door de afwezigheid van bewegende elementen;
• eenvoud van ontwerp en weinig onderhoud;
• compactheid — kleine afmetingen en laag gewicht;
• energie-onafhankelijkheid – de koelvloeistof circuleert op natuurlijke wijze;

Een belangrijk voordeel is dat de in- en retourluchtstromen niet vermengen.

Zwakke punten van heatpipes:

• hoog niveau van efficiëntie wordt bereikt over een smal temperatuurbereik - bij plotselinge oververhitting verdampt alle freon en bij onvoldoende verwarming vertraagt ​​de intensiteit van de verdamping;
• lage sterkte van buizen – vormverandering of drukverlaging vermindert de prestaties van de apparatuur.

Buisvormige warmtewisselaars worden gebruikt in de particuliere bouw, administratieve en kantoorgebouwen en kleine industriële gebieden.

Methoden voor het organiseren van recuperatieve ventilatie

Herstel wordt op een van de volgende manieren geregeld: gecentraliseerd en decentraal. In het eerste geval gaat de ventilatiestroom vanuit de hele kamer door de warmtewisselaar, in het tweede geval vanuit één kamer.

Gecentraliseerd complex – luchtbehandelingsunit

Een gecentraliseerd systeem wordt geïnstalleerd in de fase van de bouw of grote modernisering van het ventilatiesysteem.

Er wordt gekozen voor een geforceerde aan- en afvoerunit (PVU) met ingebouwde recuperator. Het belangrijkste selectiecriterium zijn de algehele prestaties van het complex op basis van het volledige luchtvolume in de constructie (+)

Een PVU met recuperator zorgt ook in huizen met gesloten ramen voor voldoende luchtverversing. Tegelijkertijd worden de luchtstromen gelijkmatig verdeeld zonder dat er tocht ontstaat.

Complex luchtbehandelingsunits monoblock type uitgerust met:

• ventilatoren – 24 uur per dag aanvoer van schone lucht en uitstoot van met kooldioxide verzadigde straalvliegtuigen;
• verwarmers – voorverwarmen van de instroom;
• filters – stof en microdeeltjes opvangen;
• recuperator — er kunnen verschillende soorten installaties worden gebruikt.

De functionaliteit van sommige PVU’s is uitgebreid met een vertragingstimer, vermogensregelaar, vochtigheidssensoren, etc.

De behuizing van monoblock-modellen is bedekt met geluidsabsorberend materiaal, waardoor de werking van de PVU zeer stil is. Verticale, horizontale en hangende versies van ventilatie-units zijn mogelijk

De geproduceerde recuperatieve monoblock PVU's hebben zich goed bewezen: "Ventilatoren" (Oekraïne), Dantherm (Denemarken), "Daikin" (Japan), "Dantex" (Engeland).

Lokale eenheden - een aanvulling op het bestaande ventilatiesysteem

Om de circulatie van luchtmassa's in de gebruikte ruimte te herstellen, zijn decentrale luchtinlaten met warmteterugwinning geschikt.

Ze snijden in de gevel van een gebouw of worden door een raam gemonteerd. Hun belangrijkste taak is verbeteren ventilatie voorzien in het huis.

Lokale recuperatoren zijn uitgerust met een ventilator en een platenwarmtewisselaar. De inlaat “huls” is geïsoleerd met geluidsabsorberend materiaal.De besturingseenheid van compacte ventilatie-units bevindt zich op de binnenmuur

Kenmerken van decentrale ventilatiesystemen met herstel:

• Efficiëntie – 60-96%;
• lage productiviteit – de apparaten zijn ontworpen om luchtuitwisseling te bieden in ruimtes tot 20-35 m²;
• betaalbare prijs en een ruime keuze aan units, variërend van conventionele muurkleppen tot geautomatiseerde modellen met een meertrapsfiltratiesysteem en de mogelijkheid om de luchtvochtigheid aan te passen;
• installatiegemak – er zijn geen luchtkanalen nodig voor de inbedrijfstelling, muurkraan installeren je kan het zelf doen.

Populaire fabrikanten van lokale recuperatoren: Prana (Oekraïne), O.Erre (Italië), Sneeuwstorm (Duitsland), Ventilatieopeningen (Oekraïne), Aerovital (Duitsland).

Belangrijke criteria bij het kiezen van een wandinlaat: toegestane wanddikte, prestatie, rendement van de recuperator, diameter van het luchtkanaal en temperatuur van het verpompte medium

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Vergelijking van de werking van natuurlijke ventilatie en een geforceerd systeem met herstel:

Het werkingsprincipe van een gecentraliseerde recuperator, berekening van de efficiëntie:

Ontwerp en werkwijze van een decentrale warmtewisselaar met de Prana wandafsluiter als voorbeeld:

Ongeveer 25-35% van de warmte verlaat de kamer via het ventilatiesysteem. Recuperatoren worden gebruikt om verliezen te verminderen en warmte effectief terug te winnen. Met klimaatapparatuur kunt u de energie van afvalmassa's gebruiken om de binnenkomende lucht te verwarmen.

Heeft u iets toe te voegen, of heeft u vragen over de werking van verschillende ventilatierecuperatoren? Laat alstublieft commentaar achter op de publicatie en deel uw ervaring met het bedienen van dergelijke installaties. Het contactformulier bevindt zich in het onderste blok.