Rekuperacija topline u ventilacijskim sustavima: princip rada i mogućnosti izvedbe

Tijekom procesa ventilacije ne samo da se otpadni zrak reciklira iz prostorije, već i dio toplinske energije. Zimi to dovodi do većih računa za energiju.

Povrat topline u centraliziranim i lokalnim sustavima ventilacije omogućit će vam smanjenje neopravdanih troškova bez ugrožavanja izmjene zraka. Za povrat toplinske energije koriste se različiti tipovi izmjenjivača topline - rekuperatori.

U članku su detaljno opisani modeli jedinica, njihove značajke dizajna, načela rada, prednosti i nedostaci. Predstavljene informacije pomoći će u odabiru optimalne opcije za uređenje ventilacijskog sustava.

Pojam rekuperacije: princip rada izmjenjivača topline

U prijevodu s latinskog recuperation znači naknada ili povratak. S obzirom na reakcije izmjene topline, povrat se karakterizira kao djelomični povrat energije utrošene na tehnološku radnju u svrhu primjene u istom procesu.

U sustav ventilacije Za uštedu toplinske energije koristi se princip oporabe.

Analogno tome, hlađenje se obnavlja u vrućem vremenu - tople ulazne mase zagrijavaju ispušni otpad i njihova se temperatura smanjuje.

Proces povrata energije provodi se u rekuperativnom izmjenjivaču topline.Uređaj uključuje element za izmjenu topline i ventilatore za pumpanje višesmjernih strujanja zraka. Za kontrolu procesa i kontrolu kvalitete opskrbe zrakom koristi se sustav automatizacije.

Dizajn je dizajniran tako da su dovodni i ispušni tokovi u odvojenim odjeljcima i ne miješaju se - povrat topline provodi se kroz zidove izmjenjivača topline.

Shvatite i shvatite što je to ventilacija s oporavkom Pomoći će vizualni dijagram cirkulacije zraka.

Ispušni zrak izlazi kroz nape u mokrim prostorijama (WC, kupaonica, kuhinja). Prije iznošenja van, prolazi kroz rekuperator i ostavlja dio topline. Dovedeni zrak se kreće u suprotnom smjeru, zagrijava i ulazi u dnevne sobe (+)

Izvedivost rekuperatora u ventilaciji

O izvedivosti ugradnje rekuperativne ventilacije možemo govoriti procjenom učinkovitosti sustava i usporedbom njegovih prednosti s nedostacima.

Dio topline preuzima se iz ispušnog zraka koji se izvlači van i prenosi na prisilne svježe mlazove usmjerene unutar prostorije. To vam omogućuje smanjenje gubitka topline do 70% (+)

Potreba za korištenjem povrata topline najrelevantnija je u zgradama s prisilnim odvodom zraka. U pravilu su to zgrade niske inercije podignute pomoću inovativnih tehnologija toplinske izolacije (kuće od sendvič panela, plinskih silikatnih ploča, blokova pjene).

U takvim zgradama zidovi ne akumuliraju toplinu dobro, a prirodna izmjena zraka je neučinkovita.

Međutim, problemi s cirkulacijom zraka tipični su i za “tradicionalne” zgrade od cigle i betona.Prisutnost zatvorenih toplinski i zvučno izolacijskih PVC prozora blokira cirkulaciju prirodnim impulsom - zaustavlja se protok svježeg zraka, a propuh u ventilacijskom kanalu se prevrće ili teži nuli.

Rješenje problema "Euro-prozora" je organizacija prisilne ventilacije. Sustav obnavlja izmjenu zraka, ali se gubitak topline povećava do 60%. I ovdje više nije moguće bez povrata topline.

Učinkovitost procesa izmjene izražena je u postocima i pokazuje količinu topline potrošene iz odvodnog zraka za zagrijavanje svježeg "usisnog" zraka.

Pokazatelj učinkovitosti povrata topline ventilacije:

• 0% - otvoren prozor - topli zrak se uklanja u atmosferu, a hladni ulazi, snižavajući temperaturu u prostoriji;
• 100% - dovodni zrak je zagrijan na temperaturu "ispuha" - tehnički neizvedivo;
• 30-90% - prihvatljiv parametar, oporavak s učinkovitošću od 60% ili više smatra se dobrim, učinkovitost od preko 80% je odličan prijenos topline.

Učinkovitost sustava ovisi o vrsti rekuperatora, dimenzijama prostorije i protoku zraka. U svakom slučaju, korištenje povratne ventilacije, čak i s učinkovitošću od 30%, isplativije je od njezinog odsustva. Osim značajnih ušteda energetskih resursa, "regeneracija" topline poboljšava ukupnu mikroklimu u prostoriji.

Nedostaci korištenja izmjenjivača topline:

1. Energetska ovisnost. Kupnja opreme za kontrolu klime opravdana je ako je potrošnja električne energije znatno manja od njezine uštede nakon ugradnje rekuperatora.
2. Kondenzacija. Zbog temperaturnih razlika može doći do kondenzacije vlage na stijenkama izmjenjivača topline. Zimi postoji mogućnost zaleđivanja, što može dovesti do brzog pada učinkovitosti ili kvara rekuperatora.
3. Bučan rad. Neki modeli emitiraju zujanje tijekom rada.Ako tijekom dana ovaj nedostatak nije osobito vidljiv, onda noću buka uzrokuje nelagodu. Rekuperatori s poboljšanom izolacijom rade tiho.

Visoka početna ulaganja često su glavni argument protiv energetski učinkovite ventilacije.

Preporučljivo je uložiti novac u sustav koji će se isplatiti unutar 5-8 godina. Treba uzeti u obzir da će za održavanje kompleksa morati nastati dodatni troškovi, na primjer, periodična zamjena ventilatora

Značajke različitih vrsta izmjenjivača topline

Dizajn rekuperatora određuje uzorak protoka rashladne tekućine, učinkovitost ventilacijskog sustava, klasu potrošnje energije i cijenu opreme. Koristi se pet vrsta izmjenjivača topline: pločasti, rotacijski, toplinske cijevi, komorni uređaji i modeli s međurashladnim sredstvom.

Pločasti rekuperator – jednostavnost dizajna

Osnova izmjenjivača topline je zatvorena komora s mnogo paralelnih zračnih kanala. Kanali su odvojeni pregradama - pločama koje provode toplinu od čelika ili aluminija.

Ploče valovitog oblika (60-70 komada) grupirane su u jedan blok tako da su oblikovani kanali smješteni unakrsno jedan prema drugom - stvorena turbulencija poboljšava prijenos topline (+)

Tokovi plina kreću se jedan prema drugom, sijeku se u kaseti rekuperatora, ali se ne miješaju. Izmjena topline provodi se zbog istovremenog hlađenja i zagrijavanja ploča s različitih strana.

Prednosti križnog izmjenjivača topline:

• jednostavnost instalacije i konfiguracije opreme;
• isključivanje kontakta zračnih masa;
• pristupačna cijena i kompaktne dimenzije;
• odsutnost trljajućih i pokretnih dijelova.

Stopa učinkovitosti varira u rasponu od 40-70%.

Glavni nedostatak pločastog modela je taloženje kondenzata u ispušnom kanalu i stvaranje leda zimi. Za odmrzavanje jedinice, dolazni tok se preusmjerava da zaobiđe izmjenjivač topline, a topli izlazni tok otapa led na pločama.

U načinu "odmrzavanja" ne dolazi do uštede energije, za zagrijavanje ulaznog zraka koriste se grijači zraka snage do 5 kW. Prosječna vrijednost učinkovitosti pada za 20% (+)

Postoje dva moguća načina za rješavanje problema:

1. Predgrijavanje ulaznog protoka zraka do temperature pri kojoj je isključeno stvaranje leda.
2. Rekuperator s pločama od higroskopne celuloze. Materijal upija vlagu iz otpadnih zračnih masa i prenosi je na novonadolazeće tokove.

Prilikom odabira križnog izmjenjivača topline, trebali biste uzeti u obzir radne značajke ploča.

Njihove karakteristike ovise o materijalu proizvodnje:

1. Aluminijska folija – pristupačna cijena, ali ograničen učinak zimi. Osim toga, ne preporučuje se za stambene prostore zbog sušenja zraka. Izmjene s aluminijskim "punjenjem" najbolja su opcija za kupke i bazene.
2. Plastične pregrade - slične cijene metalnim proizvodima, ali se razlikuju u poboljšanoj radnoj učinkovitosti.
3. Izmjenjivač topline od celuloze – spriječiti smrzavanje i održavati normalan sadržaj vlage u zatvorenom prostoru.

Higrocelulozni rekuperator je najekonomičniji i optimalan za ventilaciju stambenih zgrada.

Rotacijski rekuperator – visoka učinkovitost sustava

Izmjenjivač topline predstavljen je u obliku cilindra ispunjenog slojevima valovitog metala. Kako se jedinica bubnja okreće, topli ili hladni mlazovi zraka naizmjenično ulaze u svaki odjeljak.

Dizajn rotacijskog rekuperatora: rotacijska osovina i dva zračna kanala.Jedan dio rotora se zagrijava "radom", bubanj se okreće i toplina se preusmjerava na hladne mase koncentrirane u susjednom kanalu (+)

Učinkovitost prijenosa topline određena je brzinom vrtnje rotora, radna učinkovitost se može podešavati.

Argumenti za rotacijski rekuperator:

• povrat topline do 65-90%;
• učinkovitost potrošnja električne energije;
• djelomična zamjena vlage – možete i bez ovlaživača;
• razdoblje povrata – do 4 godine.

Unatoč visokoj učinkovitosti, izmjenjivač topline tipa bubnja nije postao lider među sličnim instalacijama.

Nedostaci ventilacijskog sustava:

1. Dodavanje onečišćenog zraka u dovod. Ispušne i opskrbne mase naizmjenično cirkuliraju kroz mikrokanale, tako da se oko 3-8% "radnog" vraća natrag. Bubanj često prenosi miris odlaznog zraka.
2. Složenost dizajna. Rotirajući dijelovi rotora zahtijevaju redovito održavanje i povremenu zamjenu. Pokretni elementi proizvode buku i vibracije tijekom rada.
3. Visoka cijena. Cijena za rotacijske modele je veća nego za ploče. To je zbog upotrebe složene mehanike u dizajnu izmjenjivača topline bubnja.
4. Velike veličine. Ugradnja se provodi u prostranoj ventilacijskoj komori.

Zbog svoje glomaznosti, rotacijske jedinice koriste se uglavnom u industrijskim poduzećima.

Kako bi se minimaliziralo miješanje protoka zraka, rotacijski izmjenjivači topline dopunjeni su međusektorima - ovdje se mikrokanali upuhuju svježim zrakom, koji teče natrag u napu. Nedostatak kruga je smanjenje učinkovitosti (+)

Spojeni izmjenjivači topline – glikolni model

Zbog svojih značajki dizajna, jedinica za povrat s međurashladnom tekućinom često se naziva spojeni izmjenjivači topline ili ledenjačka jedinica. Ovo je jedan od najfleksibilnijih sustava povrata topline. Jedan izmjenjivač topline ulazi u dovodni kanal, a drugi u ispušni kanal.

Dijagram cjevovoda sadrži: cirkulacijsku pumpu, ekspanzionu posudu, zračni ventil, regulator, senzor temperature, sigurnosni ventil, pokazivač tlaka (+)

Princip rada. Sastav glikola cirkulira između izmjenjivača topline. Temperatura rashladne tekućine raste zbog zagrijanog ispušnog toka, a zatim se toplinska energija prenosi na svježi zrak. Zatvoreni sustav eliminira miješanje nadolazećih zračnih masa.

Značajke rada izmjenjivača topline s rashladnom tekućinom:

• Učinkovitost – 45-55%;
• podešavanje učinkovitosti pomoću pumpe - odabrana je brzina kretanja antifriza;
• mogućnost postavljanja dovodnih i odvodnih kanala udaljenih jedan od drugog (do 800 m);
• rekuperator se postavlja okomito ili vodoravno;
• u jakom mrazu, površina izmjenjivača topline ispušnih plinova smrzava se i pojavljuje se led; upotreba antifriza omogućuje vam rad rekuperatora bez pribjegavanja odmrzavanju;
• razdoblje povrata sustava - do 2 godine;
• dopuštena je kombinacija 1 nape i nekoliko dotoka ili obrnuto.

Volumen ispušnog i usisanog zraka treba biti približno jednak. Takvi se rekuperatori obično koriste ako je dotok otrovan ili jako onečišćen, kada je miješanje tokova neprihvatljivo.

Komorna jedinica – svestranost upotrebe

Strukturno, izmjenjivač topline komore je zatvorena kutija, podijeljena iznutra pokretnim prigušivačem.Otvorna pregrada određuje shemu rada rekuperatora.

Odljev prolazi duž jednog kanala, a priljev ulazi u drugu komoru. U izmjenjivaču topline tople mase zagrijavaju zidove prvog odjeljka. Nakon nekog vremena, zaklopka se pomiče i strujanje zraka mijenja smjer

Kao rezultat toga, dotok se kreće duž toplih zidova prvog zračnog kanala, a "ispuh" zagrijava površinu druge komore. U određenom trenutku, septum se vraća i ciklus se ponavlja.

Prednosti komorne jedinice za izmjenu topline:

• Učinkovitost – 80-90%;
• u tandemu s visokokvalitetnom toplinskom izolacijom, troškovi grijanja su smanjeni na minimum;
• jednostavnost ugradnje - pri odabiru parametara ventilacijske jedinice bit će potrebna pomoć stručnjaka;
• održavanje razine vlažnosti;
• isključeno je zamrzavanje sustava.

Komorni izmjenjivač topline izvrsna je opcija za regije u kojima postoji značajna neravnoteža između unutarnje i vanjske temperature tijekom dužeg razdoblja u godini.

Nedostaci jedinice za povrat topline uključuju:

• potreba za redovitim održavanjem pokretnih elemenata;
• protustruje zraka djelomično se miješaju - mirisi i nečistoće mogu se vratiti u zgradu.

Za smanjenje primjesa, sustav je opremljen sa filter elemenata. Zrak postaje čišći, ali se smanjuje učinkovitost rekuperatora.

Toplinske cijevi – zatvoreni sustav izmjene topline

Rekuperator se sastoji od mnogo bakrenih ili aluminijskih cijevi ispunjenih lako isparljivom tvari, poput freona. Načelo rada cjevastog izmjenjivača topline temelji se na fizičkim procesima - promjenama stanja tvari pri zagrijavanju.

Toplinska cijev je postavljena okomito - donji kraj izmjenjivača topline je u ispušnom kanalu, a gornji u kanalu dovodnog zraka. Izlazni tokovi idu oko kraja cijevi - freon se zagrijava, ključa i isparava (+)

Plin se diže i predaje toplinsku energiju dotoku, nakon čega se freon kondenzira i slijeva niz rekuperator. Toplinski ciklus se ponavlja u krugu.

Tehničke i radne karakteristike cjevastog izmjenjivača topline:

• učinkovitost uređaja – do 65%;
• tihi rad zbog odsutnosti pokretnih elemenata;
• jednostavnost dizajna i nisko održavanje;
• kompaktnost — male dimenzije i mala težina;
• energetska neovisnost – rashladna tekućina cirkulira prirodno;

Značajna prednost je što se dolazni i povratni tokovi zraka ne miješaju.

Slabosti toplinskih cijevi:

• visoka razina učinkovitosti postiže se u uskom temperaturnom rasponu - kod naglog pregrijavanja sav freon ispari, a kod nedovoljnog zagrijavanja intenzitet isparavanja se usporava;
• niska čvrstoća cijevi – promjena oblika ili smanjenje tlaka smanjuje učinkovitost opreme.

Cijevni izmjenjivači topline koriste se u privatnoj gradnji, upravnim i uredskim zgradama te malim industrijskim područjima.

Metode organiziranja rekuperativne ventilacije

Oporavak se organizira na jedan od sljedećih načina: centralizirano i decentralizirano. U prvom slučaju, ventilacijski tokovi iz cijele prostorije prolaze kroz izmjenjivač topline, u drugom - iz jedne prostorije.

Centralizirani kompleks – jedinica za obradu zraka

Centralizirani sustav postavlja se u fazi izgradnje ili velike modernizacije ventilacijskog sustava.

Odabrana je jedinica za prisilno napajanje i odvod (PVU) s ugrađenim rekuperatorom. Glavni kriterij odabira je ukupna izvedba kompleksa na temelju cjelokupnog volumena zraka u strukturi (+)

PVU s rekuperatorom osigurava dovoljnu izmjenu zraka čak iu kućama sa zatvorenim prozorima. Istodobno, protok zraka se ravnomjerno raspoređuje bez stvaranja propuha.

Kompleks jedinice za obradu zraka monoblok tip opremljen sa:

• navijača – 24-satna opskrba čistim zrakom i emisija mlaznica zasićenih ugljičnim dioksidom;
• grijalice – predgrijavanje dotoka;
• filteri – uhvatiti prašinu i mikročestice;
• povratnik — mogu se koristiti različite vrste instalacija.

Funkcionalnost nekih PVU-a proširena je timerom za odgodu, regulatorom snage, senzorima razine vlažnosti itd.

Tijelo monoblok modela prekriveno je materijalom koji apsorbira buku, što čini rad PVU vrlo tihim. Moguće su vertikalne, horizontalne i viseće izvedbe ventilacijskih jedinica

Proizvedeni rekuperativni monoblok PVU-ovi dobro su se pokazali: "otvori" (Ukrajina), Dantherm (Danska), "Daikin" (Japan), "Dantex" (Engleska).

Lokalne jedinice - dopuna postojećem sustavu ventilacije

Za ponovno uspostavljanje cirkulacije zračnih masa u prostoriji koja se koristi prikladni su decentralizirani ulazi zraka s povratom topline.

Urezuju se u fasadu zgrade ili se montiraju kroz prozor. Njihov glavni zadatak je usavršavanje opskrbna ventilacija u kući.

Lokalni rekuperatori opremljeni su ventilatorom i pločastim izmjenjivačem topline. Ulazni "rukav" je izoliran materijalom koji apsorbira zvuk.Upravljačka jedinica kompaktnih ventilacijskih jedinica nalazi se na unutarnjem zidu

Značajke decentraliziranih ventilacijskih sustava s rekuperacijom:

• Učinkovitost – 60-96%;
• niska produktivnost – uređaji su dizajnirani za izmjenu zraka u prostorijama do 20-35 m2;
• pristupačna cijena i širok izbor jedinica, u rasponu od uobičajenih zidnih ventila do automatiziranih modela s višestupanjskim sustavom filtriranja i mogućnošću podešavanja vlažnosti;
• jednostavnost ugradnje – za puštanje u rad nisu potrebni zračni kanali, postaviti zidni ventil možete to učiniti sami.

Popularni proizvođači lokalnih rekuperatora: Prana (Ukrajina), O.Erre (Italija), Mećava (Njemačka), Ventilacijski otvori (Ukrajina), Aerovital (Njemačka).

Važni kriteriji za odabir zidnog ulaza: dopuštena debljina stijenke, izvedba, učinkovitost rekuperatora, promjer zračnog kanala i temperatura dizanog medija

Zaključci i koristan video na tu temu

Usporedba rada prirodne ventilacije i prisilnog sustava s povratom:

Princip rada centraliziranog rekuperatora, izračun učinkovitosti:

Dizajn i radni postupak decentraliziranog izmjenjivača topline na primjeru Prana zidnog ventila:

Oko 25-35% topline napušta prostoriju kroz ventilacijski sustav. Rekuperatori se koriste za smanjenje gubitaka i učinkovit povrat topline. Klimatska oprema omogućuje vam korištenje energije otpadnih masa za zagrijavanje ulaznog zraka.

Imate li što dodati ili imate pitanja o radu različitih ventilacijskih rekuperatora? Ostavite komentare na publikaciju i podijelite svoje iskustvo u upravljanju takvim instalacijama. Kontakt obrazac nalazi se u donjem bloku.