Снабдяваща и изпускателна вентилация с възстановяване на топлината: принцип на работа, преглед на предимствата и недостатъците

Доставянето на свеж въздух през студения период води до необходимостта от затоплянето му за осигуряване на правилен вътрешен микроклимат.За да се сведат до минимум енергийните разходи, може да се използва захранваща и смукателна вентилация с възстановяване на топлината.

Разбирането на принципите на неговата работа ще ви позволи най-ефективно да намалите топлинните загуби, като същевременно поддържате достатъчен обем заменен въздух. Нека се опитаме да разберем този въпрос.

Енергоспестяване във вентилационни системи

През есенно-пролетния период при проветряване на помещения сериозен проблем е голямата температурна разлика между входящия въздух и въздуха вътре. Студеният поток се втурва надолу и създава неблагоприятен микроклимат в жилищни сгради, офиси и фабрики или неприемлив вертикален градиент на температурата в склада.

Често срещано решение на проблема е интегрирането в захранващата вентилация нагревател за въздух, с помощта на които потокът се загрява. Такава система изисква консумация на енергия, докато значителен обем топъл въздух, излизащ навън, води до значителни загуби на топлина.

Изходът на въздух навън с интензивна пара служи като индикатор за значителни топлинни загуби, които могат да се използват за отопление на входящия поток

Ако входните и изходящите канали за въздух са разположени наблизо, тогава е възможно частично да се прехвърли топлината на изходящия поток към входящия.Това ще намали консумацията на енергия от нагревателя или ще го премахне напълно. Устройство за осигуряване на топлообмен между газови потоци с различни температури се нарича рекуператор.

През топлия сезон, когато температурата на външния въздух е значително по-висока от стайната, може да се използва рекуператор за охлаждане на входящия поток.

Проектиране на агрегат с рекуператор

Вътрешна структура на захранващи и смукателни вентилационни системи с интегриран рекуператор Те са доста прости, така че могат да бъдат закупени и инсталирани независимо елемент по елемент. Ако монтажът или самоинсталацията са трудни, можете да закупите готови решения под формата на стандартен моноблок или индивидуални сглобяеми конструкции по поръчка.

Типичен дизайн на система за захранване и смукателна вентилация с рекуператор, разположен в един корпус, може да бъде допълнен с други компоненти по преценка на потребителя

Основни елементи и техните параметри

Тялото с топло и шумоизолация обикновено се изработва от листова стомана. В случай на стенен монтаж, той трябва да издържа на налягането, което възниква при разпенване на пукнатините около устройството, както и да предотвратява вибрациите от работата на вентилаторите.

В случай на разпределено всмукване и поток на въздух в различни помещения, свържете се към корпуса въздуховодна система. Снабден е с клапани и амортисьори за разпределяне на потоците.

Ако няма въздуховоди, на входния отвор отстрани на помещението се монтира решетка или дифузьор за разпределяне на въздушния поток. Решетка за всмукване на въздух от външен тип е монтирана на входния отвор от страната на улицата, за да се предотврати навлизането на птици, големи насекоми и отпадъци във вентилационната система.

Движението на въздуха се осигурява от два вентилатора с аксиално или центробежно действие. При наличието на рекуператор естествената циркулация на въздуха в достатъчен обем е невъзможна поради аеродинамичното съпротивление, създадено от това устройство.

Наличието на рекуператор включва инсталирането на фини филтри на входа на двата потока. Това е необходимо, за да се намали интензивността на запушване на тънките канали на топлообменника с отлагания от прах и мазнини. В противен случай, за да функционира системата пълноценно, ще е необходимо да се увеличи честотата на превантивната поддръжка.

Фините филтри трябва да се сменят или почистват периодично. В противен случай повишеното съпротивление на въздушния поток ще доведе до повреда на вентилатора.

Един или повече рекуператори заемат основния обем на захранващото и изпускателното устройство. Те са монтирани в центъра на конструкцията.

В случай на тежки студове, характерни за територията и недостатъчна ефективност на рекуператора за загряване на външния въздух, можете допълнително да инсталирате нагревател. Също така, ако е необходимо, се монтират овлажнител, йонизатор и други устройства за създаване на благоприятен микроклимат в помещението.

Съвременните модели включват електронен блок за управление. Комплексните модификации имат функции за програмиране на режими на работа в зависимост от физическите параметри на въздушната среда. Външните панели имат атрактивен външен вид, благодарение на който могат да се впишат добре във всеки интериор.

Решаване на проблема с конденза

Охлаждането на постъпващия от помещението въздух създава предпоставки за отделяне на влага и образуване на конденз. В случай на висок дебит, по-голямата част от него няма време да се натрупа в рекуператора и излиза навън.При бавно движение на въздуха значителна част от водата остава вътре в устройството. Следователно е необходимо да се гарантира, че влагата се събира и отстранява извън корпуса. захранваща и изпускателна система.

Елементарно устройство за събиране и изхвърляне на кондензат е тава, разположена под топлообменника с наклон към дренажния отвор

Влагата се отстранява в затворен съд. Поставя се само на закрито, за да се избегне замръзване на изходните канали при минусови температури. Няма алгоритъм за надеждно изчисляване на обема на получената вода при използване на системи с рекуператор, така че се определя експериментално.

Повторното използване на кондензат за овлажняване на въздуха е нежелателно, тъй като водата абсорбира много замърсители като човешка пот, миризми и др.

Можете значително да намалите обема на кондензата и да избегнете проблеми, свързани с появата му, като организирате отделна изпускателна система от банята и кухнята. Именно в тези помещения въздухът е с най-висока влажност. Ако има няколко изпускателни системи, обменът на въздух между техническите и жилищните помещения трябва да бъде ограничен чрез инсталиране на възвратни клапани.

Ако изходящият въздушен поток се охлади до отрицателни температури вътре в рекуператора, кондензатът се превръща в лед, което води до намаляване на отвореното напречно сечение на потока и, като следствие, намаляване на обема или пълно спиране на вентилацията.

За периодично или еднократно размразяване на рекуператора е монтиран байпас - байпасен канал за движение на подавания въздух. Когато потокът заобикаля устройството, преносът на топлина спира, топлообменникът се нагрява и ледът преминава в течно състояние. Водата се влива в резервоара за събиране на кондензат или се изпарява навън.

Принципът на байпасното устройство е прост, следователно, ако има риск от образуване на лед, препоръчително е да се осигури такова решение, тъй като отоплението на рекуператора с други средства е сложно и отнема много време

Когато потокът преминава през байпаса, няма отопление на подавания въздух през рекуператора. Следователно, когато този режим е активиран, нагревателят трябва да се включи автоматично.

Характеристики на различни видове рекуператори

Има няколко структурно различни варианта за осъществяване на топлообмен между студен и нагрят въздушен поток. Всеки от тях има свои отличителни черти, които определят основното предназначение на всеки тип рекуператор.

Пластинчат рекуператор с кръстосан поток

Конструкцията на пластинчатия рекуператор се основава на тънкостенни панели, свързани последователно по такъв начин, че да редуват преминаването на потоци с различни температури между тях под ъгъл от 90 градуса. Една от модификациите на този модел е устройство с оребрени канали за преминаване на въздух. Има по-висок коефициент на топлопреминаване.

Алтернативното преминаване на топъл и студен въздушен поток през плочите се осъществява чрез огъване на краищата на плочите и уплътняване на фугите с полиестерна смола

Топлообменните панели могат да бъдат изработени от различни материали:

• сплавите на базата на мед, месинг и алуминий имат добра топлопроводимост и не са податливи на ръжда;
• пластмаса, изработена от хидрофобен полимерен материал с висок коефициент на топлопроводимост и ниско тегло;
• хигроскопичната целулоза позволява на конденза да проникне през плочата и обратно в стаята.

Недостатъкът е възможността за образуване на конденз при ниски температури.Поради малкото разстояние между плочите, влагата или ледът значително увеличават аеродинамичното съпротивление. В случай на замръзване е необходимо да блокирате входящия въздушен поток, за да затоплите плочите.

Предимствата на пластинчатите рекуператори са следните:

• ниска цена;
• дълъг експлоатационен живот;
• дълъг период между превантивната поддръжка и лекота на нейното изпълнение;
• малки размери и тегло.

Този тип рекуператор е най-често срещан за жилищни и офис помещения. Използва се и в някои технологични процеси, например за оптимизиране на изгарянето на гориво по време на работа на пещи.

Барабанен или ротационен тип

Принципът на работа на ротационен рекуператор се основава на въртенето на топлообменник, вътре в който има слоеве от гофриран метал с висок топлинен капацитет. В резултат на взаимодействие с изходящия поток барабанният сектор се нагрява, който впоследствие отдава топлина на входящия въздух.

Топлообменникът с фина мрежа на ротационен рекуператор е податлив на запушване, така че трябва да обърнете специално внимание на качествената работа на фините филтри

Предимствата на ротационните рекуператори са следните:

• доста висока ефективност в сравнение с конкурентните видове;
• връщане на голямо количество влага, която остава под формата на конденз върху барабана и се изпарява при контакт с входящия сух въздух.

Този тип рекуператор се използва по-рядко за жилищни сгради за вентилация на апартамент или вила. Често се използва в големи котелни за връщане на топлина към пещи или за големи промишлени или търговски помещения.

Този тип устройство обаче има значителни недостатъци:

• сравнително сложен дизайн с движещи се части, включително електрически двигател, барабан и ремъчно задвижване, което изисква постоянна поддръжка;
• повишено ниво на шум.

Понякога за устройства от този тип можете да срещнете термина „регенеративен топлообменник“, който е по-правилен от „рекуператор“. Факт е, че малка част от отработения въздух се връща обратно поради хлабавото прилягане на барабана към тялото на конструкцията.

Това налага допълнителни ограничения върху възможността за използване на устройства от този тип. Например замърсеният въздух от печките за отопление не може да се използва като охлаждаща течност.

Система от тръби и корпуси

Тръбният рекуператор се състои от система от тънкостенни тръби с малък диаметър, разположени в изолиран корпус, през който има приток на външен въздух. Корпусът премахва топлия въздух от помещението, което загрява входящия поток.

Топлият въздух трябва да се изпуска през корпуса, а не през система от тръби, тъй като е невъзможно да се отстрани кондензат от тях

Основните предимства на тръбните рекуператори са следните:

• висока ефективност поради противотоковия принцип на движение на охлаждащата течност и входящия въздух;
• простотата на дизайна и липсата на движещи се части осигурява ниски нива на шум и рядко изисква поддръжка;
• дълъг експлоатационен живот;
• най-малкото напречно сечение сред всички видове устройства за възстановяване.

Тръбите за този тип устройства използват или метал от лека сплав, или по-рядко полимер. Тези материали не са хигроскопични, следователно при значителна разлика в температурите на потока може да се образува интензивна кондензация в корпуса, което изисква конструктивно решение за отстраняването му.Друг недостатък е, че металният пълнеж има значително тегло, въпреки малките си размери.

Простотата на дизайна на тръбен рекуператор прави този тип устройство популярно за самостоятелно производство. Като външен корпус обикновено се използват пластмасови тръби за въздуховоди, изолирани с обвивка от полиуретанова пяна.

Устройство с междинна охлаждаща течност

Понякога каналите за подаване и изпускане на въздух са разположени на известно разстояние един от друг. Тази ситуация може да възникне поради технологичните особености на сградата или санитарните изисквания за надеждно разделяне на въздушните потоци.

В този случай се използва междинна охлаждаща течност, циркулираща между въздуховодите през изолиран тръбопровод. Като среда за пренос на топлинна енергия се използва вода или водно-гликолов разтвор, чиято циркулация се осигурява от работа топлинна помпа.

Рекуператор с междинна охлаждаща течност е обемно и скъпо устройство, чието използване е икономически оправдано за помещения с големи площи

Ако е възможно да се използва друг тип рекуператор, тогава е по-добре да не се използва система с междинна охлаждаща течност, тъй като тя има следните значителни недостатъци:

• ниска ефективност в сравнение с други видове устройства, поради което такива устройства не се използват за малки помещения с нисък въздушен поток;
• значителен обем и тегло на цялата система;
• необходимостта от допълнителна електрическа помпа за циркулация на течността;
• повишен шум от помпата.

Има модификация на тази система, когато вместо принудителна циркулация на топлообменната течност се използва среда с ниска точка на кипене, като фреон.В този случай движението по контура е възможно естествено, но само ако каналът за подаване на въздух е разположен над канала за отработен въздух.

Такава система не изисква допълнителни разходи за енергия, но работи само за отопление, когато има значителна температурна разлика. Освен това е необходимо да се прецизира точката на промяна в агрегатното състояние на топлообменния флуид, което може да се реализира чрез създаване на необходимото налягане или определен химичен състав.

Основни технически параметри

Познавайки необходимата производителност на вентилационната система и ефективността на топлообмена на рекуператора, е лесно да се изчислят спестяванията при отопление на въздуха за стая при специфични климатични условия. Сравнявайки потенциалните ползи с разходите за закупуване и поддръжка на системата, можете разумно да направите избор в полза на рекуператор или стандартен нагревател за въздух.

Производителите на оборудване често предлагат моделна линия, в която вентилационните устройства с подобна функционалност се различават по обем на обмен на въздух. За жилищни помещения този параметър трябва да се изчисли съгласно таблица 9.1. SP 54.13330.2016

Ефективност

Ефективността на рекуператора се разбира като ефективност на пренос на топлина, която се изчислява по следната формула:

К = (Т_П - T_н) / (T_V - T_н)

при което:

• T_П – температура на постъпващия в помещението въздух;
• T_н – външна температура на въздуха;
• T_V – температура на въздуха в помещението.

Максимална стойност на ефективност при стандарт скорост на въздушния поток и определен температурен режим са посочени в техническата документация на уреда. Действителната му цифра ще бъде малко по-малка.

В случай на самостоятелно производство на плоча или тръбен рекуператор, за да постигнете максимална ефективност на топлообмен, трябва да спазвате следните правила:

• Най-добрият топлопренос се осигурява от устройства с насрещен поток, след това устройства с кръстосан поток, а най-малко от еднопосочно движение на двата потока.
• Интензивността на топлообмена зависи от материала и дебелината на стените, разделящи потоците, както и от продължителността на въздуха вътре в устройството.

Познавайки ефективността на рекуператора, можете да изчислите неговата енергийна ефективност при различни температури на външния и вътрешния въздух:

E (W) = 0,36 x P x K x (T_V - T_н)

където P (m³/час) – въздушен поток.

Изчисляването на ефективността на рекуператора в парично изражение и сравнението с разходите за неговото придобиване и инсталиране за двуетажна вила с обща площ от 270 m2 показва възможността за инсталиране на такава система

Цената на рекуператорите с висока ефективност е доста висока, те имат сложен дизайн и значителни размери. Понякога можете да заобиколите тези проблеми, като инсталирате няколко по-прости устройства, така че входящият въздух да преминава през тях последователно.

Ефективност на вентилационната система

Обемът на преминалия въздух се определя от статичното налягане, което зависи от мощността на вентилатора и основните компоненти, които създават аеродинамично съпротивление. По правило точното му изчисление е невъзможно поради сложността на математическия модел, поради което се провеждат експериментални изследвания за стандартни моноблокови структури и се избират компоненти за отделни устройства.

Мощността на вентилатора трябва да бъде избрана, като се вземе предвид пропускателната способност на инсталираните топлообменници от всякакъв тип, която е посочена в техническата документация като препоръчителен дебит или обем на въздуха, преминал от устройството за единица време. По правило допустимата скорост на въздуха вътре в устройството не надвишава 2 m/s.

В противен случай при високи скорости настъпва рязко увеличаване на аеродинамичното съпротивление в тесните елементи на рекуператора. Това води до ненужни разходи за енергия, неефективно нагряване на външния въздух и намален живот на вентилатора.

Графиката на загубата на налягане спрямо дебита на въздуха за няколко модела високоефективни рекуператори показва нелинейно увеличение на съпротивлението, така че е необходимо да се спазват изискванията за препоръчителния обем на въздухообмен, посочени в техническата документация на устройството

Промяната на посоката на въздушния поток създава допълнително аеродинамично съпротивление. Следователно, когато се моделира геометрията на вътрешен въздуховод, е желателно да се сведе до минимум броят на завоите на тръбата с 90 градуса. Въздушните дифузори също увеличават устойчивостта, така че е препоръчително да не използвате елементи със сложни шарки.

Замърсените филтри и решетки създават значителни смущения в потока, така че трябва периодично да се почистват или сменят. Един ефективен начин за оценка на запушването е инсталирането на сензори, които следят спада на налягането в зоните преди и след филтъра.

Изводи и полезно видео по темата

Принцип на работа на ротационен и пластинчат рекуператор:

Измерване на ефективността на пластинчат рекуператор:

Битови и промишлени вентилационни системи с вграден рекуператор са доказали своята енергийна ефективност при поддържане на топлината на закрито. Сега има много оферти за продажба и монтаж на такива устройства, както под формата на готови и тествани модели, така и по индивидуални поръчки. Можете сами да изчислите необходимите параметри и да извършите монтажа.

Ако имате въпроси, докато четете информацията или откриете неточности в нашия материал, моля, оставете коментарите си в блока по-долу.