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

Prísun čerstvého vzduchu v chladnom období vedie k potrebe jeho ohrevu pre zabezpečenie správnej vnútornej mikroklímy.Na minimalizáciu nákladov na energiu možno použiť prívodné a odsávacie vetranie s rekuperáciou tepla.

Pochopenie princípov jeho fungovania vám umožní najefektívnejšie znížiť tepelné straty pri zachovaní dostatočného objemu vymieňaného vzduchu. Pokúsme sa pochopiť tento problém.

Úspora energie vo ventilačných systémoch

V období jeseň-jar pri vetraní miestností je vážnym problémom veľký teplotný rozdiel medzi nasávaným vzduchom a vzduchom vo vnútri. Prúdenie chladu sa rúti dole a vytvára nepriaznivú mikroklímu v obytných budovách, kanceláriách a továrňach alebo neprijateľný vertikálny teplotný gradient v sklade.

Bežným riešením problému je integrácia do prívodného vetrania ohrievač vzduchu, pomocou ktorého sa prúd ohrieva. Takýto systém vyžaduje spotrebu energie, pričom značný objem teplého vzduchu unikajúci von vedie k značným tepelným stratám.

Výstup vzduchu von intenzívnou parou slúži ako indikátor výrazných tepelných strát, ktorý možno využiť na ohrev privádzaného prúdu

Ak sú vstupné a výstupné kanály vzduchu umiestnené v blízkosti, je možné čiastočne preniesť teplo vychádzajúceho prúdu do prichádzajúceho.Tým sa zníži spotreba energie ohrievača alebo sa úplne odstráni. Zariadenie na zabezpečenie výmeny tepla medzi prúdmi plynu rôznych teplôt sa nazýva rekuperátor.

V teplom období, keď je vonkajšia teplota vzduchu výrazne vyššia ako teplota v miestnosti, je možné použiť rekuperátor na chladenie privádzaného prúdu.

Návrh jednotky s rekuperátorom

Vnútorná štruktúra prívodných a odsávacích ventilačných systémov s integrovaný rekuperátor Sú pomerne jednoduché, takže je možné ich zakúpiť a nainštalovať samostatne prvok po prvku. Ak je montáž alebo samoinštalácia náročná, môžete si na objednávku zakúpiť hotové riešenia vo forme štandardných monoblokov alebo individuálnych prefabrikovaných konštrukcií.

Typické prevedenie systému prívodu a odvodu vetrania s rekuperátorom umiestneným v jednom kryte môže byť doplnené ďalšími komponentmi podľa uváženia užívateľa

Hlavné prvky a ich parametre

Teleso s tepelnou a zvukovou izoláciou je zvyčajne vyrobené z oceľového plechu. V prípade inštalácie na stenu musí odolať tlaku, ktorý vzniká pri penení trhlín okolo jednotky, a tiež zabrániť vibráciám z prevádzky ventilátorov.

V prípade distribuovaného nasávania a prúdenia vzduchu v rôznych miestnostiach pripojte k puzdru systém vzduchového potrubia. Je vybavený ventilmi a klapkami na distribúciu prietokov.

Ak nie sú vzduchové potrubia, na prívodnom otvore na bočnej strane miestnosti je nainštalovaná mriežka alebo difúzor, ktorý rozdeľuje prúd vzduchu. Na vstupnom otvore na strane ulice je inštalovaná externá mriežka nasávania vzduchu, aby sa zabránilo vniknutiu vtákov, veľkého hmyzu a nečistôt do ventilačného systému.

Pohyb vzduchu zabezpečujú dva ventilátory s axiálnym alebo odstredivým účinkom. V prítomnosti rekuperátora je prirodzená cirkulácia vzduchu v dostatočnom objeme nemožná z dôvodu aerodynamického odporu vytváraného touto jednotkou.

Prítomnosť rekuperátora zahŕňa inštaláciu jemných filtrov na vstupe oboch tokov. Je to potrebné na zníženie intenzity upchávania tenkých kanálov výmenníka tepla usadeninami prachu a mastnoty. V opačnom prípade bude pre plnohodnotné fungovanie systému potrebné zvýšiť frekvenciu preventívnej údržby.

Jemné filtre sa musia pravidelne meniť alebo čistiť. V opačnom prípade zvýšený odpor proti prúdeniu vzduchu spôsobí poruchu ventilátora.

Jeden alebo viac rekuperátorov zaberá hlavný objem prívodného a výfukového zariadenia. Sú namontované v strede konštrukcie.

V prípade silných mrazov typických pre územie a nedostatočnej účinnosti rekuperátora na ohrev vonkajšieho vzduchu môžete dodatočne nainštalovať ohrievač. V prípade potreby je tiež inštalovaný zvlhčovač, ionizátor a ďalšie zariadenia na vytvorenie priaznivej mikroklímy v miestnosti.

Moderné modely obsahujú elektronickú riadiacu jednotku. Komplexné úpravy majú funkcie na programovanie prevádzkových režimov v závislosti od fyzikálnych parametrov vzdušného prostredia. Vonkajšie panely majú atraktívny vzhľad, vďaka čomu dobre zapadnú do každého interiéru.

Riešenie problému kondenzácie

Ochladzovanie vzduchu prichádzajúceho z miestnosti vytvára predpoklady pre uvoľnenie vlhkosti a tvorbu kondenzátu. V prípade vysokého prietoku sa väčšina nestihne nahromadiť v rekuperátore a ide von.Pri pomalom pohybe vzduchu zostáva značná časť vody vo vnútri zariadenia. Preto je potrebné zabezpečiť, aby sa vlhkosť zhromažďovala a odvádzala mimo krytu. prívodný a výfukový systém.

Základným zariadením na zachytávanie a odvádzanie kondenzátu je vanička umiestnená pod výmenníkom tepla so sklonom k ​​odtokovému otvoru.

Vlhkosť sa odstráni do uzavretej nádoby. Umiestňuje sa iba v interiéri, aby sa predišlo zamrznutiu odtokových kanálov pri mínusových teplotách. Neexistuje žiadny algoritmus na spoľahlivý výpočet objemu prijatej vody pri použití systémov s rekuperátorom, takže sa určuje experimentálne.

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

Môžete výrazne znížiť objem kondenzátu a vyhnúť sa problémom spojeným s jeho výskytom organizovaním samostatného výfukového systému z kúpeľne a kuchyne. Práve v týchto miestnostiach má vzduch najvyššiu vlhkosť. V prípade viacerých výfukových systémov je potrebné obmedziť výmenu vzduchu medzi technickými a obytnými priestormi inštaláciou spätných ventilov.

Ak sa prúd odpadového vzduchu ochladí vo vnútri rekuperátora na záporné teploty, kondenzát sa zmení na ľad, čo spôsobí zmenšenie otvoreného prierezu prúdenia a v dôsledku toho zmenšenie objemu alebo úplné zastavenie vetrania.

Na periodické alebo jednorazové odmrazovanie rekuperátora je nainštalovaný obtok - obtokový kanál na pohyb privádzaného vzduchu. Keď prúdenie obteká zariadenie, prenos tepla sa zastaví, výmenník tepla sa zohreje a ľad prechádza do tekutého stavu. Voda steká do zbernej nádrže kondenzátu alebo sa vyparuje von.

Princíp obtokového zariadenia je jednoduchý, preto pri nebezpečenstve tvorby ľadu je vhodné zabezpečiť takéto riešenie, keďže ohrev rekuperátora inými prostriedkami je zložitý a časovo náročný.

Pri prechode prietoku cez obtok nedochádza k ohrevu privádzaného vzduchu cez rekuperátor. Preto, keď je tento režim aktivovaný, ohrievač sa musí automaticky zapnúť.

Vlastnosti rôznych typov rekuperátorov

Existuje niekoľko konštrukčne odlišných možností realizácie výmeny tepla medzi prúdením studeného a ohriateho vzduchu. Každý z nich má svoje charakteristické črty, ktoré určujú hlavný účel každého typu rekuperátora.

Doskový krížový rekuperátor

Konštrukcia doskového rekuperátora je založená na tenkostenných paneloch, pospájaných striedavo tak, aby sa medzi nimi striedal prechod prúdov rôznych teplôt pod uhlom 90 stupňov. Jednou z modifikácií tohto modelu je zariadenie s rebrovanými kanálmi na priechod vzduchu. Má vyšší koeficient prestupu tepla.

Striedavý prechod teplého a studeného vzduchu cez dosky je realizovaný ohnutím okrajov dosiek a utesnením spojov polyesterovou živicou

Teplovýmenné panely 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 hydrofóbneho polymérneho materiálu s vysokým koeficientom tepelnej vodivosti a nízkou hmotnosťou;
• hygroskopická celulóza umožňuje kondenzácii preniknúť cez platňu a späť do miestnosti.

Nevýhodou je možnosť tvorby kondenzátu pri nízkych teplotách.Vďaka malej vzdialenosti medzi platňami vlhkosť alebo ľad výrazne zvyšujú aerodynamický odpor. V prípade zamrznutia je potrebné zablokovať prúdenie vzduchu, aby sa platne zohriali.

Výhody doskových rekuperátorov sú nasledovné:

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

Tento typ rekuperátora je najbežnejší pre obytné a kancelárske priestory. Používa sa aj v niektorých technologických procesoch, napríklad na optimalizáciu spaľovania paliva pri prevádzke pecí.

Bubnový alebo rotačný typ

Princíp činnosti rotačného rekuperátora je založený na rotácii výmenníka tepla, vo vnútri ktorého sú vrstvy vlnitého kovu s vysokou tepelnou kapacitou. V dôsledku interakcie s výstupným prúdom sa sektor bubna zahrieva, čo následne odovzdáva teplo prichádzajúcemu vzduchu.

Jemnozrnný výmenník tepla rotačného rekuperátora je náchylný na zanášanie, preto je potrebné venovať zvýšenú pozornosť kvalitnému chodu jemných filtrov

Výhody rotačných rekuperátorov sú nasledovné:

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

Tento typ rekuperátora sa menej často používa pre obytné budovy na vetranie bytu alebo chaty. Často sa používa vo veľkých kotolniach na vrátenie tepla do pecí alebo pre veľké priemyselné alebo komerčné priestory.

Tento typ zariadenia má však významné nevýhody:

• pomerne zložitý dizajn s pohyblivými časťami vrátane elektromotora, bubna a remeňového pohonu, ktorý si vyžaduje neustálu údržbu;
• zvýšená hladina hluku.

Niekedy sa pre zariadenia tohto typu môžete stretnúť s pojmom „regeneračný výmenník tepla“, ktorý je správnejší ako „rekuperátor“. Faktom je, že malá časť odpadového vzduchu sa dostane späť v dôsledku voľného uloženia bubna k telu konštrukcie.

To ukladá ďalšie obmedzenia na možnosť používať zariadenia tohto typu. Napríklad znečistený vzduch z vykurovacích kachlí nemôže byť použitý ako chladivo.

Rúrkový a plášťový systém

Rúrkový rekuperátor pozostáva zo sústavy tenkostenných rúrok malého priemeru umiestnených v izolovanom plášti, cez ktoré je privádzaný vonkajší vzduch. Plášť odvádza teplý vzduch z miestnosti, ktorý ohrieva prichádzajúci prúd.

Teplý vzduch musí byť odvádzaný cez plášť a nie cez systém rúrok, pretože z nich nie je možné odstrániť kondenzát

Hlavné výhody rúrkových rekuperátorov sú nasledovné:

• vysoká účinnosť vďaka protiprúdovému princípu pohybu chladiacej kvapaliny a prichádzajúceho vzduchu;
• jednoduchosť konštrukcie a absencia pohyblivých častí zaisťuje nízku hladinu hluku a zriedka vyžaduje údržbu;
• dlhá životnosť;
• najmenší prierez spomedzi všetkých typov záchranných zariadení.

Rúry pre tento typ zariadenia používajú buď kov z ľahkých zliatin, alebo zriedkavejšie polymér. Tieto materiály nie sú hygroskopické, preto pri výraznom rozdiele teplôt prietoku môže dôjsť k intenzívnej kondenzácii v plášti, čo si vyžaduje konštrukčné riešenie na jej odstránenie.Ďalšou nevýhodou je, že kovová výplň má napriek malým rozmerom značnú hmotnosť.

Jednoduchosť konštrukcie rúrkového rekuperátora robí tento typ zariadenia obľúbeným pre vlastnú výrobu. Ako vonkajší plášť sa zvyčajne používajú plastové rúry pre vzduchové potrubia, izolované plášťom z polyuretánovej peny.

Zariadenie s medzichladičom

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

V tomto prípade sa používa medziľahlé chladivo, ktoré cirkuluje medzi vzduchovými kanálmi cez izolované potrubie. Ako médium na prenos tepelnej energie sa používa voda alebo vodno-glykolový roztok, ktorého obeh je zabezpečený prevádzkou tepelné čerpadlo.

Rekuperátor so strednou chladiacou kvapalinou je objemné a drahé zariadenie, ktorého použitie je ekonomicky opodstatnené pre priestory s veľkými plochami

Ak je možné použiť iný typ rekuperátora, potom je lepšie nepoužívať systém so stredným chladivom, pretože má tieto významné nevýhody:

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

Existuje modifikácia tohto systému, keď sa namiesto núteného obehu teplovýmennej kvapaliny používa médium s nízkym bodom varu, ako je freón.V tomto prípade je pohyb pozdĺž obrysu možný prirodzene, ale iba vtedy, ak je potrubie prívodného vzduchu umiestnené nad potrubím odpadového vzduchu.

Takýto systém nevyžaduje dodatočné náklady na energiu, ale funguje len na vykurovanie, keď je výrazný teplotný rozdiel. Okrem toho je potrebné doladiť bod zmeny stavu agregácie teplovýmennej kvapaliny, čo je možné realizovať vytvorením požadovaného tlaku alebo určitého chemického zloženia.

Hlavné technické parametre

Pri znalosti požadovaného výkonu vetracieho systému a účinnosti výmeny tepla rekuperátora je ľahké vypočítať úsporu na ohrev vzduchu pre miestnosť pri špecifických klimatických podmienkach. Porovnaním potenciálnych výhod s nákladmi na nákup a údržbu systému sa môžete rozumne rozhodnúť v prospech rekuperátora alebo štandardného ohrievača vzduchu.

Výrobcovia zariadení často ponúkajú modelový rad, v ktorom sa ventilačné jednotky s podobnou funkčnosťou líšia objemom výmeny vzduchu. Pre obytné priestory je potrebné tento parameter vypočítať podľa tabuľky 9.1. SP 54.13330.2016

Efektívnosť

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

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

kde:

• T_P - teplota vzduchu vstupujúceho do miestnosti;
• T_n – teplota vonkajšieho vzduchu;
• T_V - teplota vzduchu v miestnosti.

Maximálna hodnota účinnosti v štandarde rýchlosť prúdenia vzduchu a určitý teplotný režim sú uvedené v technickej dokumentácii zariadenia. Jeho skutočná hodnota bude o niečo nižšia.

V prípade vlastnej výroby doskového alebo rúrkového rekuperátora, aby ste dosiahli maximálnu účinnosť prenosu tepla, musíte dodržiavať nasledujúce pravidlá:

• Najlepší prenos tepla zabezpečujú protiprúdové zariadenia, potom krížové a najmenej jednosmerný pohyb oboch prúdov.
• Intenzita prestupu tepla závisí od materiálu a hrúbky stien oddeľujúcich prúdenie, ako aj od trvania vzduchu vo vnútri zariadenia.

Keď poznáte účinnosť rekuperátora, môžete vypočítať jeho energetickú účinnosť pri rôznych teplotách vonkajšieho a vnútorného vzduchu:

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

kde P (m³/hod) – prúdenie vzduchu.

Výpočet účinnosti rekuperátora v peňažnom vyjadrení a porovnanie s nákladmi na jeho obstaranie a inštaláciu pre dvojpodlažnú chatu s celkovou plochou 270 m2 ukazuje uskutočniteľnosť inštalácie takéhoto systému.

Náklady na rekuperátory s vysokou účinnosťou sú pomerne vysoké, majú zložitý dizajn a významné rozmery. Niekedy môžete tieto problémy obísť inštaláciou niekoľkých jednoduchších zariadení tak, aby cez ne prechádzal vzduch postupne.

Výkon ventilačného systému

Objem prechádzajúceho vzduchu je určený statickým tlakom, ktorý závisí od výkonu ventilátora a hlavných komponentov, ktoré vytvárajú aerodynamický odpor. Jeho presný výpočet je spravidla nemožný z dôvodu zložitosti matematického modelu, preto sa experimentálne štúdie vykonávajú pre štandardné monoblokové štruktúry a vyberajú sa komponenty pre jednotlivé zariadenia.

Výkon ventilátora je potrebné zvoliť s prihliadnutím na priepustnosť inštalovaných výmenníkov tepla akéhokoľvek typu, ktorá je v technickej dokumentácii uvedená ako odporúčaný prietok alebo objem vzduchu, ktorý prejde zariadením za jednotku času. Prípustná rýchlosť vzduchu vo vnútri zariadenia spravidla nepresahuje 2 m/s.

V opačnom prípade pri vysokých rýchlostiach dochádza v úzkych prvkoch rekuperátora k prudkému zvýšeniu aerodynamického odporu. To vedie k zbytočným nákladom na energiu, neefektívnemu ohrevu vonkajšieho vzduchu a zníženiu životnosti ventilátora.

Graf tlakovej straty verzus prietok vzduchu u viacerých modelov výkonných rekuperátorov ukazuje nelineárny nárast odporu, preto je potrebné dodržať požiadavky na odporúčaný objem výmeny vzduchu uvedený v technickej dokumentácii zariadenia

Zmena smeru prúdenia vzduchu vytvára dodatočný aerodynamický odpor. Preto pri modelovaní geometrie vnútorného vzduchového potrubia je žiaduce minimalizovať počet závitov potrubia o 90 stupňov. Odolnosť zvyšujú aj difúzory vzduchu, preto je vhodné nepoužívať prvky so zložitými vzormi.

Znečistené filtre a mriežky značne narúšajú prietok, preto sa musia pravidelne čistiť alebo vymieňať. Jedným z účinných spôsobov, ako posúdiť upchatie, 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. Teraz existuje veľa ponúk na predaj a inštaláciu takýchto zariadení, a to ako vo forme hotových a testovaných modelov, tak aj na individuálne objednávky. Môžete vypočítať potrebné parametre a vykonať inštaláciu sami.

Ak máte nejaké otázky pri čítaní informácií alebo nájdete nejaké nepresnosti v našom materiáli, zanechajte svoje pripomienky v bloku nižšie.