Dovodno in izpušno prezračevanje z rekuperacijo toplote: princip delovanja, pregled prednosti in slabosti

Dovod svežega zraka v hladnem obdobju povzroči potrebo po njegovem ogrevanju za zagotovitev pravilne notranje mikroklime.Za zmanjšanje stroškov energije je mogoče uporabiti dovodno in izpušno prezračevanje z rekuperacijo toplote.

Razumevanje načel njegovega delovanja vam bo omogočilo najučinkovitejše zmanjšanje toplotnih izgub ob ohranjanju zadostne količine nadomeščenega zraka. Poskusimo razumeti to vprašanje.

Varčevanje z energijo v prezračevalnih sistemih

V jesensko-pomladnem obdobju pri prezračevanju prostorov je resna težava velika temperaturna razlika med vstopnim zrakom in zrakom v notranjosti. Hladni tok drvi navzdol in ustvarja neugodno mikroklimo v stanovanjskih stavbah, pisarnah in tovarnah ali nesprejemljiv vertikalni temperaturni gradient v skladišču.

Običajna rešitev problema je integracija v dovodno prezračevanje grelec zraka, s pomočjo katerega se ogreva tok. Takšen sistem zahteva porabo energije, medtem ko znatna količina toplega zraka, ki uhaja navzven, povzroči znatne toplotne izgube.

Izhod zraka navzven z intenzivno paro služi kot pokazatelj znatnih toplotnih izgub, ki se lahko uporabijo za ogrevanje dovodnega toka

Če sta dovodni in odvodni kanali zraka v bližini, je mogoče delno prenesti toploto izhodnega toka na dohodni.S tem boste zmanjšali porabo energije grelnika ali pa ga v celoti odpravili. Naprava za zagotavljanje izmenjave toplote med plinskimi tokovi različnih temperatur se imenuje rekuperator.

V topli sezoni, ko je zunanja temperatura zraka bistveno višja od sobne, lahko za hlajenje dovodnega toka uporabimo rekuperator.

Zasnova agregata z rekuperatorjem

Notranja struktura dovodnih in izpušnih prezračevalnih sistemov z integriran rekuperator So precej preprosti, zato jih je mogoče kupiti in namestiti neodvisno element za elementom. Če je montaža ali samomontaža težavna, lahko po naročilu kupite že pripravljene rešitve v obliki standardnega monobloka ali posameznih montažnih konstrukcij.

Tipična zasnova dovodnega in izpušnega prezračevalnega sistema z rekuperatorjem v enem samem ohišju se lahko dopolni z drugimi komponentami po lastni presoji uporabnika.

Glavni elementi in njihovi parametri

Telo s toplotno in zvočno izolacijo je običajno izdelano iz jeklene pločevine. V primeru stenske namestitve mora prenesti pritisk, ki nastane pri penjenju razpok okoli enote, in preprečiti tudi tresljaje zaradi delovanja ventilatorjev.

V primeru porazdeljenega dovoda in pretoka zraka v različnih prostorih priključite na ohišje sistem zračnih kanalov. Opremljen je z ventili in loputami za porazdelitev tokov.

Če ni zračnih kanalov, se na dovodni odprtini na strani prostora namesti rešetka ali difuzor za porazdelitev zračnega toka. Zunanja rešetka za dovod zraka je nameščena na vstopni odprtini na strani ulice, da prepreči vstop ptic, velikih žuželk in odpadkov v prezračevalni sistem.

Gibanje zraka zagotavljata dva ventilatorja aksialnega ali centrifugalnega delovanja. Ob prisotnosti rekuperatorja je naravno kroženje zraka v zadostni prostornini nemogoče zaradi aerodinamičnega upora, ki ga ustvarja ta enota.

Prisotnost rekuperatorja vključuje namestitev finih filtrov na vhodu obeh tokov. To je potrebno za zmanjšanje intenzivnosti zamašitve tankih kanalov izmenjevalnika toplote s prahom in maščobami. V nasprotnem primeru bo za polno delovanje sistema potrebno povečati pogostost preventivnega vzdrževanja.

Fine filtre je treba občasno zamenjati ali očistiti. V nasprotnem primeru bo povečan upor proti pretoku zraka povzročil okvaro ventilatorja.

Eden ali več rekuperatorjev zavzema glavni volumen dovodne in odvodne naprave. Nameščeni so v središču konstrukcije.

V primeru močnih zmrzali, značilnih za ozemlje, in nezadostne učinkovitosti rekuperatorja za ogrevanje zunanjega zraka, lahko dodatno namestite grelec. Po potrebi so nameščeni tudi vlažilec, ionizator in druge naprave za ustvarjanje ugodne mikroklime v prostoru.

Sodobni modeli vključujejo elektronsko krmilno enoto. Kompleksne modifikacije imajo funkcije za programiranje načinov delovanja glede na fizične parametre zračnega okolja. Zunanje plošče imajo privlačen videz, zaradi česar se lahko dobro prilegajo kateri koli notranjosti.

Reševanje problema kondenzacije

Hlajenje zraka, ki prihaja iz prostora, ustvarja predpogoje za sproščanje vlage in nastajanje kondenza. V primeru velikega pretoka se večina nima časa akumulirati v rekuperatorju in gre ven.Pri počasnem gibanju zraka velik del vode ostane v napravi. Zato je treba zagotoviti, da se vlaga zbira in odvaja zunaj ohišja. dovodni in izpušni sistem.

Osnovna naprava za zbiranje in odvajanje kondenzata je pladenj, ki se nahaja pod izmenjevalnikom toplote z naklonom proti odtočni luknji

Vlago odstranimo v zaprto posodo. Postavljen je samo v zaprtih prostorih, da se prepreči zamrznitev odtočnih kanalov pri temperaturah pod ničlo. Algoritma za zanesljiv izračun količine prejete vode pri uporabi sistemov z rekuperatorjem ni, zato se določa eksperimentalno.

Ponovna uporaba kondenzata za vlaženje zraka je nezaželena, saj voda absorbira številna onesnaževala, kot so človeški znoj, vonjave itd.

Z organizacijo ločenega izpušnega sistema iz kopalnice in kuhinje lahko znatno zmanjšate količino kondenzata in se izognete težavam, povezanim z njegovim pojavom. V teh prostorih je zrak najvišje vlažnosti. Če obstaja več izpušnih sistemov, je treba izmenjavo zraka med tehničnimi in bivalnimi prostori omejiti z vgradnjo povratnih ventilov.

Če se tok odpadnega zraka v notranjosti rekuperatorja ohladi na negativne temperature, se kondenzat spremeni v led, kar povzroči zmanjšanje odprtega preseka toka in posledično zmanjšanje prostornine ali popolno prenehanje prezračevanja.

Za občasno ali enkratno odmrzovanje rekuperatorja je nameščen obvod - obvodni kanal za gibanje dovodnega zraka. Ko tok obide napravo, se prenos toplote ustavi, toplotni izmenjevalec se segreje in led preide v tekoče stanje. Voda teče v posodo za zbiranje kondenzata ali izhlapeva zunaj.

Princip obvodne naprave je preprost, zato je v primeru nevarnosti nastanka ledu priporočljivo predvideti takšno rešitev, saj je ogrevanje rekuperatorja z drugimi sredstvi zahtevno in dolgotrajno.

Pri prehodu toka skozi obvod ni segrevanja dovodnega zraka skozi rekuperator. Ko je ta način aktiviran, se mora torej grelec samodejno vklopiti.

Značilnosti različnih vrst rekuperatorjev

Obstaja več strukturno različnih možnosti za izvedbo izmenjave toplote med hladnim in ogrevanim zračnim tokom. Vsak od njih ima svoje posebnosti, ki določajo glavni namen posamezne vrste rekuperatorja.

Ploščati prečni rekuperator

Zasnova ploščnega rekuperatorja temelji na tankostenskih panelih, ki so izmenično povezani tako, da med njimi izmenično prehajajo tokovi različnih temperatur pod kotom 90 stopinj. Ena od modifikacij tega modela je naprava z rebrastimi kanali za prehod zraka. Ima višji koeficient toplotne prehodnosti.

Izmenično prehajanje toplega in hladnega zraka skozi plošče se izvede z upogibanjem robov plošč in tesnjenjem spojev s poliestrsko smolo.

Plošče za izmenjavo toplote so lahko izdelane iz različnih materialov:

• zlitine na osnovi bakra, medenine in aluminija imajo dobro toplotno prevodnost in niso dovzetne za rjo;
• plastika iz hidrofobnega polimernega materiala z visokim koeficientom toplotne prevodnosti in majhno težo;
• higroskopska celuloza omogoča, da kondenzacija prodre skozi ploščo in nazaj v prostor.

Pomanjkljivost je možnost nastajanja kondenza pri nizkih temperaturah.Zaradi majhne razdalje med ploščama vlaga ali led bistveno povečata aerodinamični upor. V primeru zmrzovanja je potrebno blokirati dovod zraka, da se plošče segrejejo.

Prednosti ploščnih rekuperatorjev so naslednje:

• poceni;
• dolga življenjska doba;
• dolgo obdobje med preventivnim vzdrževanjem in enostavnostjo njegovega izvajanja;
• majhne dimenzije in teža.

Ta vrsta rekuperatorja je najpogostejša za stanovanjske in pisarniške prostore. Uporablja se tudi v nekaterih tehnoloških procesih, na primer za optimizacijo zgorevanja goriva med delovanjem peči.

Bobnasti ali rotacijski tip

Princip delovanja rotacijskega rekuperatorja temelji na vrtenju toplotnega izmenjevalnika, znotraj katerega so plasti valovite kovine z visoko toplotno kapaciteto. Zaradi interakcije z izhodnim tokom se segreje sektor bobna, ki nato odda toploto vhodnemu zraku.

Toplotni izmenjevalnik z drobno mrežico rotacijskega rekuperatorja je dovzeten za zamašitev, zato morate biti še posebej pozorni na kakovostno delovanje finih filtrov.

Prednosti rotacijskih rekuperatorjev so naslednje:

• precej visoka učinkovitost v primerjavi s konkurenčnimi vrstami;
• vračanje velike količine vlage, ki ostane v obliki kondenza na bobnu in ob stiku z vhodnim suhim zrakom izhlapi.

Ta vrsta rekuperatorja se redkeje uporablja za stanovanjske objekte za prezračevanje stanovanj ali koč. Pogosto se uporablja v velikih kotlovnicah za vračanje toplote v peči ali za velike industrijske ali poslovne prostore.

Vendar ima ta vrsta naprave pomembne pomanjkljivosti:

• razmeroma zapletena zasnova z gibljivimi deli, vključno z električnim motorjem, bobnom in jermenskim pogonom, ki zahteva stalno vzdrževanje;
• povečana raven hrupa.

Včasih lahko za naprave te vrste naletite na izraz "regenerativni izmenjevalnik toplote", ki je bolj pravilen kot "rekuperator". Dejstvo je, da se majhen del izpušnega zraka vrne zaradi ohlapnega prileganja bobna telesu konstrukcije.

To nalaga dodatne omejitve glede možnosti uporabe tovrstnih naprav. Onesnaženega zraka iz ogrevalnih peči na primer ni mogoče uporabiti kot hladilno sredstvo.

Sistem cevi in ​​ohišja

Cevni rekuperator je sestavljen iz sistema tankostenskih cevi majhnega premera, ki se nahajajo v izoliranem ohišju, skozi katerega poteka dotok zunanjega zraka. Ohišje odvaja topel zrak iz prostora, ki segreva dovodni tok.

Topel zrak mora biti odveden skozi ohišje in ne skozi sistem cevi, saj je iz njih nemogoče odstraniti kondenzat.

Glavne prednosti cevnih rekuperatorjev so naslednje:

• visoka učinkovitost zaradi protitočnega principa gibanja hladilne tekočine in vstopnega zraka;
• preprostost zasnove in odsotnost gibljivih delov zagotavlja nizko raven hrupa in redko zahteva vzdrževanje;
• dolga življenjska doba;
• najmanjši presek med vsemi vrstami obnovitvenih naprav.

Cevi za to vrsto naprave uporabljajo kovino iz lahke zlitine ali, manj pogosto, polimer. Ti materiali niso higroskopski, zato lahko pri znatni razliki v temperaturah dotoka v ohišju nastane intenzivna kondenzacija, ki zahteva konstruktivno rešitev za njeno odstranitev.Druga pomanjkljivost je, da ima kovinsko polnilo kljub majhnim dimenzijam veliko težo.

Enostavnost zasnove cevnega rekuperatorja naredi to vrsto naprave priljubljeno za lastno proizvodnjo. Plastične cevi za zračne kanale, izolirane z lupino iz poliuretanske pene, se običajno uporabljajo kot zunanji ovoj.

Naprava z vmesnim hladilnim sredstvom

Včasih so dovodni in izpušni kanali nameščeni na določeni razdalji drug od drugega. Do tega lahko pride zaradi tehnoloških značilnosti stavbe ali sanitarnih zahtev za zanesljivo ločevanje zračnih tokov.

V tem primeru se uporablja vmesno hladilno sredstvo, ki kroži med zračnimi kanali skozi izoliran cevovod. Kot medij za prenos toplotne energije se uporablja voda ali vodno-glikolna raztopina, katere kroženje je zagotovljeno z delovanjem. toplotna črpalka.

Rekuperator z vmesnim hladilnim sredstvom je obsežna in draga naprava, katere uporaba je ekonomsko upravičena za prostore z velikimi površinami.

Če je mogoče uporabiti drugo vrsto rekuperatorja, je bolje, da ne uporabite sistema z vmesnim hladilnim sredstvom, saj ima naslednje pomembne pomanjkljivosti:

• nizka učinkovitost v primerjavi z drugimi vrstami naprav, zato se takšne naprave ne uporabljajo za majhne prostore z nizkim pretokom zraka;
• pomembna prostornina in teža celotnega sistema;
• potreba po dodatni električni črpalki za kroženje tekočine;
• povečan hrup črpalke.

Obstaja modifikacija tega sistema, ko se namesto prisilnega kroženja tekočine za izmenjavo toplote uporablja medij z nizkim vreliščem, kot je freon.V tem primeru je gibanje po konturi možno naravno, vendar le, če je dovodni kanal nameščen nad kanalom izpušnega zraka.

Takšen sistem ne zahteva dodatnih stroškov za energijo, ampak deluje samo za ogrevanje, ko obstaja znatna temperaturna razlika. Poleg tega je treba natančno nastaviti točko, na kateri se spremeni agregatno stanje tekočine za izmenjavo toplote, kar je mogoče doseči z ustvarjanjem zahtevanega tlaka ali določene kemične sestave.

Glavni tehnični parametri

Če poznamo zahtevano zmogljivost prezračevalnega sistema in učinkovitost izmenjave toplote rekuperatorja, je enostavno izračunati prihranke pri ogrevanju zraka za prostor v določenih podnebnih razmerah. Če primerjate potencialne koristi s stroški nakupa in vzdrževanja sistema, se lahko upravičeno odločite za rekuperator ali standardni grelnik zraka.

Proizvajalci opreme pogosto ponujajo modelno linijo, v kateri se prezračevalne enote s podobno funkcionalnostjo razlikujejo po volumnu izmenjave zraka. Za stanovanjske prostore je treba ta parameter izračunati v skladu s tabelo 9.1. SP 54.13330.2016

Učinkovitost

Pod učinkovitostjo rekuperatorja razumemo učinkovitost prenosa toplote, ki se izračuna po naslednji formuli:

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

pri čemer:

• T_p – temperatura zraka, ki vstopa v prostor;
• T_n – temperatura zunanjega zraka;
• T_V – temperatura zraka v prostoru.

Največja vrednost učinkovitosti pri standardu hitrost pretoka zraka in določen temperaturni režim sta navedena v tehnični dokumentaciji naprave. Njegova dejanska številka bo nekoliko manjša.

V primeru samostojne izdelave ploščatega ali cevnega rekuperatorja morate za doseganje največje učinkovitosti prenosa toplote upoštevati naslednja pravila:

• Najboljši prenos toplote zagotavljajo protitočne naprave, nato prečne, najmanj pa enosmerno gibanje obeh tokov.
• Intenzivnost prenosa toplote je odvisna od materiala in debeline sten, ki ločujejo tokove, kot tudi od trajanja zraka v napravi.

Če poznate učinkovitost rekuperatorja, lahko izračunate njegovo energetsko učinkovitost pri različnih temperaturah zunanjega in notranjega zraka:

E (Š) = 0,36 x P x K x (T_V - T_n)

kjer je P (m³/uro) – pretok zraka.

Izračun učinkovitosti rekuperatorja v denarnem smislu in primerjava s stroški njegovega nakupa in namestitve za dvonadstropno kočo s skupno površino 270 m2 kaže na izvedljivost namestitve takšnega sistema

Stroški rekuperatorjev z visokim izkoristkom so precej visoki, imajo zapleteno zasnovo in pomembne dimenzije. Včasih lahko te težave rešite tako, da namestite več enostavnejših naprav, tako da vhodni zrak prehaja skozi njih zaporedno.

Delovanje prezračevalnega sistema

Količina prepuščenega zraka je določena s statičnim tlakom, ki je odvisen od moči ventilatorja in glavnih komponent, ki ustvarjajo aerodinamični upor. Njegov natančen izračun je praviloma nemogoč zaradi kompleksnosti matematičnega modela, zato se eksperimentalne študije izvajajo za standardne monobločne strukture, komponente pa se izberejo za posamezne naprave.

Moč ventilatorja je treba izbrati ob upoštevanju pretoka nameščenih toplotnih izmenjevalnikov katere koli vrste, ki je v tehnični dokumentaciji navedena kot priporočeni pretok ali prostornina zraka, ki jo naprava prehaja na enoto časa. Dovoljena hitrost zraka v napravi praviloma ne presega 2 m/s.

V nasprotnem primeru pri visokih hitrostih pride do močnega povečanja aerodinamičnega upora v ozkih elementih rekuperatorja. To vodi do nepotrebnih stroškov energije, neučinkovitega ogrevanja zunanjega zraka in krajše življenjske dobe ventilatorja.

Graf izgube tlaka v odvisnosti od pretoka zraka pri več modelih visokozmogljivih rekuperatorjev kaže nelinearno naraščanje upora, zato je potrebno upoštevati zahteve glede priporočenega volumna izmenjave zraka, navedene v tehnični dokumentaciji naprave.

Spreminjanje smeri zračnega toka ustvarja dodaten aerodinamični upor. Zato je pri modeliranju geometrije notranjega zračnega kanala zaželeno zmanjšati število zavojev cevi za 90 stopinj. Zračni difuzorji prav tako povečajo odpornost, zato je priporočljivo, da ne uporabljate elementov s kompleksnimi vzorci.

Umazani filtri in rešetke močno motijo ​​pretok, zato jih je treba občasno očistiti ali zamenjati. Eden od učinkovitih načinov za ocenjevanje zamašitve je namestitev senzorjev, ki spremljajo padec tlaka na območjih pred in za filtrom.

Zaključki in uporaben video na to temo

Princip delovanja rotacijskega in ploščnega rekuperatorja:

Merjenje učinkovitosti ploščnega rekuperatorja:

Domači in industrijski prezračevalni sistemi z vgrajenim rekuperatorjem so se izkazali z energetsko učinkovitostjo pri ohranjanju toplote v notranjih prostorih. Zdaj obstaja veliko ponudb za prodajo in namestitev takšnih naprav, tako v obliki že pripravljenih in preizkušenih modelov kot po posameznih naročilih. Sami lahko izračunate potrebne parametre in izvedete namestitev.

Če imate med branjem informacij kakršna koli vprašanja ali najdete kakršne koli netočnosti v našem gradivu, pustite svoje komentarje v spodnjem bloku.