Възстановяване на топлина във вентилационни системи: принцип на работа и конструктивни възможности

По време на процеса на вентилация не само отработеният въздух се рециклира от помещението, но и част от топлинната енергия. През зимата това води до по-високи сметки за енергия.

Възстановяването на топлината в централизирани и локални вентилационни системи ще ви позволи да намалите неоправданите разходи, без да компрометирате обмена на въздух. За възстановяване на топлинната енергия се използват различни видове топлообменници - рекуператори.

Статията описва подробно моделите на единиците, техните конструктивни характеристики, принципи на работа, предимства и недостатъци. Представената информация ще помогне при избора на оптимална опция за подреждане на вентилационната система.

Концепцията за възстановяване: принципът на работа на топлообменника

В превод от латински рекуперация означава компенсация или връщане. По отношение на реакциите на топлообмен възстановяването се характеризира като частично връщане на енергията, изразходвана за технологично действие с цел приложение в същия процес.

IN вентилационна система Принципът на възстановяване се използва за спестяване на топлинна енергия.

По аналогия, охлаждането се възстановява при горещо време - топли входящи маси загряват отработените газове и тяхната температура намалява.

Процесът на възстановяване на енергията се извършва в рекуперативен топлообменник.Устройството включва топлообменен елемент и вентилатори за изпомпване на многопосочни въздушни потоци. За управление на процеса и контрол на качеството на подаването на въздух се използва система за автоматизация.

Дизайнът е проектиран така, че захранващият и изпускателният поток да са в отделни отделения и да не се смесват - възстановяването на топлината се извършва през стените на топлообменника.

Разберете и разберете какво е това вентилация с възстановяване Визуална диаграма на циркулацията на въздуха ще ви помогне.

Отработеният въздух изтича през аспиратори в мокри помещения (тоалетна, баня, кухня). Преди да бъде изнесена навън, тя преминава през рекуператора и оставя част от топлината. Подаденият въздух се движи в обратна посока, нагрява се и влиза в жилищните помещения (+)

Възможността за рекуператор във вентилацията

Можем да говорим за осъществимостта на инсталирането на рекуперативна вентилация, като оценим ефективността на системата и сравним нейните предимства с недостатъците.

Част от топлината се отнема от отработения въздух, изтеглен навън и се прехвърля към принудителни свежи струи, насочени вътре в помещението. Това ви позволява да намалите топлинните загуби с до 70% (+)

Необходимостта от използване на рекуперация на топлина е най-актуална в сгради с принудително отвеждане на въздуха. По правило това са сгради с ниска инерция, издигнати с помощта на иновативни технологии за топлоизолация (къщи от сандвич панели, газосиликатни плочи, блокове от пяна).

В такива сгради стените не акумулират добре топлина и естественият обмен на въздух е неефективен.

Проблемите с циркулацията на въздуха обаче са характерни и за „традиционните“ сгради от тухли и бетон.Наличието на уплътнена топло- и звукоизолираща PVC дограма блокира циркулацията с естествен импулс - притокът на свеж въздух спира и течението във вентилационния канал се преобръща или клони към нула.

Решението на проблема с "евро-прозорците" е организирането на принудителна вентилация. Системата възстановява обмена на въздух, но загубата на топлина се увеличава до 60%. И тук вече не е възможно да се направи без рекуперация на топлина.

Ефективността на обменния процес се изразява в проценти и показва количеството топлина, изразходвано от изходящия въздух за загряване на пресния „входящ“

Индикатор за ефективност на оползотворяване на топлина при вентилация:

• 0% - отворен прозорец - топлият въздух се отстранява в атмосферата и навлиза студен въздух, понижавайки температурата в помещението;
• 100% - подаваният въздух се загрява до температурата на “изпускане” - технически невъзможно за изпълнение;
• 30-90% - приемлив параметър, възстановяването с ефективност от 60% или повече се счита за добро, ефективност над 80% е отличен топлопренос.

Ефективността на системата зависи от вида на рекуператора, размерите на помещението и въздушния поток. Във всеки случай използването на възстановяваща вентилация, дори и с ефективност от 30%, е по-изгодно от нейното отсъствие. В допълнение към значителните икономии на енергийни ресурси, „регенерацията“ на топлина подобрява цялостния микроклимат в помещението.

Недостатъци на използването на топлообменник:

1. Енергийна зависимост. Закупуването на оборудване за климатичен контрол е оправдано, ако потреблението на електроенергия е значително по-малко от спестяванията му след инсталирането на рекуператора.
2. Кондензация. Поради температурни разлики, влагата може да кондензира по стените на топлообменника. През зимата има възможност за заледяване, което може да доведе до бързо намаляване на ефективността или повреда на рекуператора.
3. Шумна работа. Някои модели издават бръмчене по време на работа.Ако през деня този недостатък не е особено забележим, тогава през нощта шумът причинява дискомфорт. Рекуператорите с подобрена изолация работят тихо.

Високата първоначална инвестиция често е основният аргумент срещу енергийно ефективната вентилация.

Препоръчително е да инвестирате пари в система, която ще се изплати в рамките на 5-8 години. Трябва да се има предвид, че ще трябва да се правят допълнителни разходи за поддръжка на комплекса, например периодична подмяна на вентилатори

Характеристики на различните видове топлообменници

Дизайнът на рекуператора определя модела на потока на охлаждащата течност, ефективността на вентилационната система, класа на потребление на енергия и цената на оборудването. Използват се пет вида топлообменници: пластинчати, ротационни, топлинни тръби, камерни устройства и модели с междинна охлаждаща течност.

Пластинчат рекуператор – простота на дизайна

Основата на топлообменника е запечатана камера с множество паралелни въздуховоди. Каналите са разделени с прегради - топлопроводими плочи от стомана или алуминий.

Вълнообразните плочи (60-70 броя) са групирани в един блок, така че образуваните канали да са разположени напречно една спрямо друга - създадената турбуленция подобрява топлообмена (+)

Газовите потоци се движат един към друг, пресичат се в касетата на рекуператора, но не се смесват. Топлообменът се осъществява чрез едновременно охлаждане и нагряване на плочите от различни страни.

Предимства на кръстосания топлообменник:

• лекота на инсталиране и конфигуриране на оборудването;
• изключване на контакт на въздушни маси;
• достъпна цена и компактни размери;
• липса на триене и движещи се части.

Ефективността варира в диапазона 40-70%.

Основният недостатък на модела на плочата е утаяването на кондензат в изпускателния канал и образуването на лед през зимата. За размразяване на уреда, входящият поток се пренасочва, за да заобиколи топлообменника, а топлият изходящ поток разтопява леда върху плочите.

В режим „размразяване“ не се пести енергия, за загряване на входящия въздух се използват въздушни нагреватели с мощност до 5 kW. Средната стойност на ефективността пада с 20% (+)

Има два възможни начина за решаване на проблема:

1. Предварително загряване на входящия въздушен поток до температура, при която е изключено образуването на лед.
2. Рекуператор с плочи от хигроскопична целулоза. Материалът абсорбира влагата от отработените въздушни маси и я предава на нововходящите потоци.

Когато избирате напречен топлообменник, трябва да вземете предвид експлоатационните характеристики на плочите.

Техните характеристики зависят от материала на производство:

1. Алуминиево фолио – достъпна цена, но ограничена производителност през зимата. Освен това не се препоръчва за жилищни помещения поради изсушаване на въздуха. Модификациите с алуминиев "пълнеж" са най-добрият вариант за вани и басейни.
2. Пластмасови прегради - подобни на цената на металните продукти, но се различават по подобрена оперативна ефективност.
3. Целулозен топлообменник – предотвратяване на замръзване и поддържане на нормално съдържание на влага в помещенията.

Хидроцелулозният рекуператор е най-икономичният и оптимален за вентилация на жилищни сгради.

Ротационен рекуператор – висока ефективност на системата

Топлообменникът е представен под формата на цилиндър, напълнен със слоеве от гофриран метал. Докато барабанът се върти, топли или студени струи въздух последователно навлизат във всяко отделение.

Конструкция на ротационен рекуператор: въртящ се вал и два въздушни канала.Една секция на ротора се нагрява чрез „отработване“, барабанът се върти и топлината се пренасочва към студени маси, концентрирани в съседния канал (+)

Ефективността на топлообмена се определя от скоростта на въртене на ротора, работната ефективност може да се регулира.

Аргументи за ротационен рекуператор:

• връщане на топлина до 65-90%;
• ефективност консумация на електроенергия;
• частично заместване на влагата – може и без овлажнител;
• период на изплащане – до 4 години.

Въпреки високата си ефективност, топлообменникът от барабанен тип не е станал лидер сред подобни инсталации.

Недостатъци на вентилационната система:

1. Добавяне на замърсен въздух към подавания. Изпускателната и захранващата маса последователно циркулират през микроканалите, така че около 3-8% от „работата“ се връща обратно. Барабанът често предава миризмата на изходящия въздух.
2. Сложност на дизайна. Въртящите се части на ротора изискват редовна поддръжка и периодична подмяна. Движещите се елементи създават шум и вибрации по време на работа.
3. Висока цена. Цената на ротационните модели е по-висока от тази на плочите. Това се дължи на използването на сложна механика при проектирането на барабанния топлообменник.
4. Големи размери. Монтажът се извършва в просторна вентилационна камера.

Поради своята обемност, ротационните агрегати се използват главно в промишлени предприятия.

За да се сведе до минимум смесването на въздушните потоци, ротационните топлообменници са допълнени с междинни сектори - тук микроканалите се издухват със свеж въздух, който се връща обратно в аспиратора. Недостатъкът на веригата е намаляване на ефективността (+)

Свързани топлообменници - модел на гликол

Поради конструктивните си характеристики рекуператорът с междинна охлаждаща течност често се нарича свързан топлообменник или ледник. Това е една от най-гъвкавите системи за възстановяване на топлина. Един топлообменник се врязва в захранващия канал, а вторият в изпускателния канал.

Схемата на тръбопровода съдържа: циркулационна помпа, разширителен съд, въздушен клапан, контролер, температурен датчик, предпазен клапан, индикатор за налягане (+)

Принцип на действие. Съставът на гликол циркулира между топлообменниците. Температурата на охлаждащата течност се повишава поради нагрятия изпускателен поток и след това топлинната енергия се прехвърля на чист въздух. Затворената система елиминира смесването на настъпващите въздушни маси.

Характеристики на работа на топлообменници с охлаждаща течност:

• Ефективност – 45-55%;
• регулиране на ефективността с помощта на помпа - избира се скоростта на движение на антифриза;
• възможност за поставяне на захранващи и изходящи въздуховоди на разстояние един от друг (до 800 m);
• рекуператорът се монтира вертикално или хоризонтално;
• при силен студ повърхността на топлообменника на отработените газове замръзва и се появява лед; използването на антифриз ви позволява да работите с рекуператора, без да прибягвате до размразяване;
• период на изплащане на системата – до 2 години;
• допустима е комбинация от 1 качулка и няколко притока или обратното.

Обемът на изходящия и входящия въздух трябва да бъде приблизително равен. Такива рекуператори обикновено се използват, ако входящият поток е токсичен или силно замърсен, когато смесването на потоци е неприемливо.

Камерен модул – универсалност на употреба

Структурно камерният топлообменник е затворена кутия, разделена вътре от подвижен амортисьор.Отварящата се преграда определя схемата на работа на рекуператора.

Изтичането преминава през един канал, а притокът влиза във втората камера. В топлообменника топлите маси загряват стените на първото отделение. След известно време амортисьорът се движи и въздушният поток променя посоката

В резултат на това притокът се движи по топлите стени на първия въздуховод, а "изпускателната тръба" загрява повърхността на втората камера. В определен момент преградата се връща и цикълът се повтаря.

Предимства на камерен топлообменник:

• Ефективност – 80-90%;
• в тандем с висококачествена топлоизолация, разходите за отопление са намалени до минимум;
• лекота на инсталиране - ще е необходима помощ от специалист при избора на параметрите на вентилационния модул;
• поддържане на ниво на влажност;
• замразяването на системата е изключено.

Камерният топлообменник е отлична възможност за региони, където има значителен дисбаланс между вътрешната и външната температура за дълъг период от годината.

Недостатъците на устройството за възстановяване на топлина включват:

• необходимостта от редовна поддръжка на движещи се елементи;
• насрещните въздушни течения се смесват частично - миризмите и замърсяванията могат да се върнат обратно в сградата.

За намаляване на примесите системата е оборудвана с филтърен елемент. Въздухът става по-чист, но ефективността на рекуператора намалява.

Топлинни тръби – затворена топлообменна система

Рекуператорът се състои от множество медни или алуминиеви тръби, пълни с лесно изпаряващо се вещество, например фреон. Принципът на работа на тръбния топлообменник се основава на физически процеси - промени в състоянието на веществото при нагряване.

Топлинната тръба е разположена вертикално - долният край на топлообменника е в изпускателния канал, а горният - в подаващия въздуховод. Изходящите потоци обикалят края на тръбата - фреонът се нагрява, кипи и се изпарява (+)

Газът се издига и освобождава топлинна енергия към входящия поток, след което фреонът кондензира и се стича надолу по рекуператора. Термичният цикъл се повтаря в кръг.

Технически и експлоатационни характеристики на тръбния топлообменник:

• ефективност на устройството – до 65%;
• тиха работа поради липсата на движещи се елементи;
• простота на дизайна и ниска поддръжка;
• компактност — малки размери и ниско тегло;
• енергийна независимост – охлаждащата течност циркулира естествено;

Съществено предимство е, че входящият и обратният въздушен поток не се смесват.

Слабости на топлинните тръби:

• високо ниво на ефективност се постига в тесен температурен диапазон - при внезапно прегряване целият фреон се изпарява, а при недостатъчно нагряване интензивността на изпарение се забавя;
• ниска якост на тръбите – промяна във формата или намаляване на налягането намаляват производителността на оборудването.

Тръбните топлообменници се използват в частно строителство, административни и офис сгради и малки промишлени площи.

Методи за организиране на рекуперативна вентилация

Възстановяването се организира по един от следните начини: централизирано и децентрализирано. В първия случай вентилационните потоци от цялата стая преминават през топлообменника, във втория - от една стая.

Централизиран комплекс – климатична камера

Централизирана система се инсталира на етапа на изграждане или основна модернизация на вентилационната система.

Избира се принудително захранващо и изпускателно устройство (PVU) с вграден рекуператор. Основният критерий за избор е общата производителност на комплекса въз основа на целия обем въздух в конструкцията (+)

PVU с рекуператор осигурява достатъчен въздухообмен дори в къщи с уплътнени прозорци. В същото време въздушните потоци се разпределят равномерно, без да създават течение.

Комплекс климатични камери тип моноблок, оборудван с:

• фенове – денонощно подаване на чист въздух и изпускане на струи, наситени с въглероден диоксид;
• нагреватели – предварително загряване на притока;
• филтри – улавя прах и микрочастици;
• рекуператор — могат да се използват различни видове инсталации.

Функционалността на някои PVU е разширена с таймер за забавяне, регулатор на мощността, сензори за ниво на влажност и др.

Корпусът на моноблоковите модели е покрит с шумопоглъщащ материал, което прави работата на PVU много тиха. Възможни са вертикални, хоризонтални и окачени версии на вентилационни модули

Произведените рекуперативни моноблокови PVU се доказаха добре: "отвори" (Украйна), Dantherm (Дания), "Daikin" (Япония), "Дантекс" (Англия).

Локални възли - допълнение към съществуващата вентилационна система

За възстановяване на циркулацията на въздушните маси в използваното помещение са подходящи децентрализирани въздуховоди с възстановяване на топлината.

Врязват се във фасадата на сграда или се монтират през прозорец. Основната им задача е да се подобряват захранваща вентилация в къщата.

Локалните рекуператори са оборудвани с вентилатор и пластинчат топлообменник. Входящият „ръкав“ е изолиран със звукопоглъщащ материал.Блокът за управление на компактните вентилационни модули е разположен на вътрешната стена

Характеристики на децентрализирани вентилационни системи с възстановяване:

• Ефективност – 60-96%;
• ниска производителност – устройствата са предназначени за осигуряване на въздухообмен в помещения до 20-35 кв.м;
• достъпна цена и богат избор от агрегати, вариращи от конвенционални стенни вентили до автоматизирани модели с многостепенна система за филтриране и възможност за регулиране на влажността;
• лекота на монтаж – не са необходими въздуховоди за въвеждане в експлоатация, монтирайте стенен вентил можете да го направите сами.

Популярни производители на местни рекуператори: Прана (Украйна), О.Ере (Италия), виелица (Германия), Вентилационни отвори (Украйна), Аеровитал (Германия).

Важни критерии за избор на стенен вход: допустима дебелина на стената, производителност, ефективност на рекуператора, диаметър на въздушния канал и температура на изпомпваната среда

Изводи и полезно видео по темата

Сравнение на работата на естествена вентилация и принудителна система с възстановяване:

Принципът на работа на централизиран рекуператор, изчисляване на ефективността:

Проектиране и оперативна процедура на децентрализиран топлообменник, използващ стенния вентил Prana като пример:

Около 25-35% от топлината напуска помещението през вентилационната система. Рекуператорите се използват за намаляване на загубите и ефективно възстановяване на топлината. Климатичното оборудване ви позволява да използвате енергията на отпадъчните маси за загряване на входящия въздух.

Имате ли какво да добавите или имате въпроси относно работата на различни вентилационни рекуператори? Моля, оставете коментари за публикацията и споделете своя опит в работата с такива инсталации. Формата за контакт се намира в долния блок.