Rekuperacija toplote v prezračevalnih sistemih: princip delovanja in možnosti izvedbe

Pri procesu prezračevanja se iz prostora ne reciklira le odpadni zrak, ampak tudi del toplotne energije. Pozimi to povzroči višje račune za energijo.

Rekuperacija toplote v centraliziranih in lokalnih prezračevalnih sistemih vam bo omogočila zmanjšanje neupravičenih stroškov brez ogrožanja izmenjave zraka. Za pridobivanje toplotne energije se uporabljajo različne vrste toplotnih izmenjevalnikov - rekuperatorji.

Članek podrobno opisuje modele enot, njihove konstrukcijske značilnosti, načela delovanja, prednosti in slabosti. Predstavljene informacije bodo pomagale pri izbiri optimalne možnosti za ureditev prezračevalnega sistema.

Koncept rekuperacije: princip delovanja izmenjevalnika toplote

Prevedeno iz latinščine rekuperacija pomeni nadomestilo ali vrnitev. V zvezi z reakcijami izmenjave toplote je rekuperacija označena kot delna vrnitev energije, porabljene za tehnološko dejanje za namen uporabe v istem procesu.

IN prezračevalni sistem Za varčevanje s toplotno energijo se uporablja princip rekuperacije.

Po analogiji se hlajenje obnovi v vročem vremenu - tople dotočne mase segrejejo izpušne odpadke in njihova temperatura se zniža.

Postopek rekuperacije energije poteka v rekuperativnem izmenjevalniku toplote.Naprava vključuje element za izmenjavo toplote in ventilatorje za črpanje večsmernih zračnih tokov. Za nadzor procesa in nadzor kakovosti dovoda zraka se uporablja avtomatski sistem.

Zasnova je zasnovana tako, da sta dovodni in izpušni tok v ločenih predelkih in se ne mešata - rekuperacija toplote poteka skozi stene toplotnega izmenjevalnika.

Razumeti in razumeti, kaj je prezračevanje z rekuperacijo V pomoč vam bo vizualni diagram kroženja zraka.

V mokrih prostorih (WC, kopalnica, kuhinja) odpadni zrak odteka skozi nape. Preden se odnese ven, gre skozi rekuperator in pusti del toplote. Dovedeni zrak se giblje v nasprotni smeri, segreje in vstopa v bivalne prostore (+)

Izvedljivost rekuperatorja pri prezračevanju

O smiselnosti vgradnje prezračevanja z rekuperacijo lahko govorimo tako, da ocenimo učinkovitost sistema in primerjamo njegove prednosti s slabostmi.

Del toplote se odvzame izpušnemu zraku, ki se odvaja zunaj, in se prenese na prisilne sveže curke, usmerjene v notranjost prostora. To vam omogoča zmanjšanje toplotne izgube do 70% (+)

Potreba po uporabi rekuperacije toplote je najbolj pomembna v stavbah s prisilnim odvodom zraka. Praviloma so to stavbe z nizko vztrajnostjo, zgrajene z uporabo inovativnih tehnologij toplotne izolacije (hiše iz sendvič plošč, plinskih silikatnih plošč, blokov iz pene).

V takih zgradbah stene slabo akumulirajo toploto, naravna izmenjava zraka pa je neučinkovita.

Težave s kroženjem zraka pa so značilne tudi za »tradicionalne« zgradbe iz opeke in betona.Prisotnost tesnilnih toplotno in zvočno izolativnih PVC oken blokira kroženje z naravnim impulzom - pretok svežega zraka se ustavi in prepih v prezračevalnem kanalu se prevrne ali teži k ničli.

Rešitev problema "evro oken" je organizacija prisilnega prezračevanja. Sistem obnovi izmenjavo zraka, vendar se toplotne izgube povečajo do 60%. In tu brez rekuperacije toplote ne gre več.

Učinkovitost procesa izmenjave je izražena v odstotkih in prikazuje količino toplote, porabljeno iz odpadnega zraka za ogrevanje svežega "dovoda"

Indikator učinkovitosti rekuperacije toplote pri prezračevanju:

• 0% - odprto okno - topel zrak se odstrani v ozračje, hladen pa vstopi, kar zniža temperaturo v prostoru;
• 100% - dovodni zrak je segret na temperaturo “odvoda” - tehnično neizvedljivo;
• 30-90% - sprejemljiv parameter, rekuperacija z učinkovitostjo 60% ali več velja za dobro, učinkovitost nad 80% je odličen prenos toplote.

Učinkovitost sistema je odvisna od vrste rekuperatorja, dimenzij prostora in pretoka zraka. V vsakem primeru je uporaba rekuperacijskega prezračevanja, tudi z učinkovitostjo 30%, bolj donosna kot njegova odsotnost. Poleg znatnih prihrankov pri energetskih virih "regeneracija" toplote izboljša splošno mikroklimo v prostoru.

Slabosti uporabe toplotnega izmenjevalnika:

1. Energijska odvisnost. Nakup klimatske naprave je upravičen, če je poraba električne energije bistveno manjša od njenega prihranka po vgradnji rekuperatorja.
2. Kondenzacija. Zaradi temperaturnih razlik lahko pride do kondenzacije vlage na stenah toplotnega izmenjevalnika. V zimskem času obstaja možnost poledice, kar lahko privede do hitrega zmanjšanja učinkovitosti ali odpovedi rekuperatorja.
3. Hrupno delo. Nekateri modeli med delovanjem oddajajo brnenje.Če čez dan ta pomanjkljivost ni posebej opazna, potem ponoči hrup povzroča nelagodje. Rekuperatorji z izboljšano izolacijo delujejo tiho.

Visoka začetna investicija je pogosto glavni argument proti energijsko učinkovitemu prezračevanju.

Priporočljivo je vložiti denar v sistem, ki se bo povrnil v 5-8 letih. Upoštevati je treba, da bodo morali za vzdrževanje kompleksa nastati dodatni stroški, na primer občasna zamenjava ventilatorjev.

Značilnosti različnih vrst toplotnih izmenjevalnikov

Zasnova rekuperatorja določa pretok hladilne tekočine, učinkovitost prezračevalnega sistema, razred porabe energije in ceno opreme. Uporablja se pet vrst toplotnih izmenjevalnikov: ploščni, rotacijski, toplotne cevi, komorne naprave in modeli z vmesnim hladilnim sredstvom.

Ploščni rekuperator – preprostost izvedbe

Osnova toplotnega izmenjevalnika je zaprta komora s številnimi vzporednimi zračnimi kanali. Kanali so ločeni s pregradami - toplotno prevodnimi ploščami iz jekla ali aluminija.

Plošče v obliki valov (60-70 kosov) so združene v en blok, tako da so oblikovani kanali nameščeni navzkrižno drug proti drugemu - ustvarjena turbulenca izboljša prenos toplote (+)

Plinski tokovi se premikajo drug proti drugemu, se križajo v rekuperatorski kaseti, vendar se ne mešajo. Izmenjava toplote se izvaja zaradi hkratnega hlajenja in segrevanja plošč z različnih strani.

Prednosti križnega izmenjevalnika toplote:

• enostavnost namestitve in konfiguracije opreme;
• izključitev stika zračnih mas;
• dostopni stroški in kompaktne dimenzije;
• odsotnost drgnjenja in gibljivih delov.

Stopnja učinkovitosti se giblje v območju 40-70%.

Glavna pomanjkljivost modela plošče je usedanje kondenzata v izpušnem kanalu in nastanek ledu pozimi. Za odmrzovanje enote se vhodni tok preusmeri v obid izmenjevalnika toplote, topel izhodni tok pa topi led na ploščah.

V načinu "odmrzovanje" ne pride do prihrankov energije, za ogrevanje vstopnega zraka se uporabljajo grelniki zraka z močjo do 5 kW. Povprečna vrednost učinkovitosti pade za 20% (+)

Težavo lahko rešite na dva načina:

1. Predgretje vhodnega zračnega toka na temperaturo, pri kateri je izključena tvorba ledu.
2. Rekuperator s ploščami iz higroskopske celuloze. Material absorbira vlago iz odpadnih zračnih mas in jo prenaša na novo prihajajoče tokove.

Pri izbiri navzkrižnega izmenjevalnika toplote je treba upoštevati operativne značilnosti plošč.

Njihove značilnosti so odvisne od materiala izdelave:

1. Aluminijasta folija – dostopni stroški, vendar omejena zmogljivost pozimi. Poleg tega ni priporočljivo za stanovanjske prostore zaradi sušenja zraka. Modifikacije z aluminijastim "polnjenjem" so najboljša možnost za kopeli in bazene.
2. Plastične predelne stene - po ceni podobni kovinskim izdelkom, vendar se razlikujejo po izboljšani učinkovitosti delovanja.
3. Toplotni izmenjevalnik celuloze – preprečiti zmrzovanje in vzdrževati normalno vsebnost vlage v zaprtih prostorih.

Higrocelulozni rekuperator je najbolj ekonomičen in optimalen za prezračevanje stanovanjskih objektov.

Rotacijski rekuperator – visoka učinkovitost sistema

Toplotni izmenjevalnik je predstavljen v obliki valja, napolnjenega s plastmi valovite kovine. Ko se enota bobna vrti, v vsak predelek izmenično vstopajo topli ali hladni curki zraka.

Izvedba rotacijskega rekuperatorja: rotacijska gred in dva zračna kanala.En del rotorja se segreje z "delovanjem", boben se vrti in toplota se preusmeri na hladne mase, koncentrirane v sosednjem kanalu (+)

Učinkovitost prenosa toplote je določena s hitrostjo vrtenja rotorja, izkoristek delovanja je nastavljiv.

Argumenti za rotacijski rekuperator:

• vračanje toplote do 65-90%;
• učinkovitost poraba električne energije;
• delna zamenjava vlage – lahko tudi brez vlažilca zraka;
• vračilna doba – do 4 leta.

Kljub visoki učinkovitosti bobnasti izmenjevalnik toplote ni postal vodilni med podobnimi napravami.

Slabosti prezračevalnega sistema:

1. Dodajanje onesnaženega zraka v dovod. Izpušne in dovodne mase izmenično krožijo skozi mikrokanale, tako da se približno 3-8% "delovnega" vrne nazaj. Boben pogosto oddaja vonj izhajajočega zraka.
2. Kompleksnost oblikovanja. Vrtljivi deli rotorja zahtevajo redno vzdrževanje in občasno menjavo. Premični elementi med delovanjem povzročajo hrup in tresljaje.
3. Visoka cena. Cena za rotacijske modele je višja kot za ploščate izdelke. To je posledica uporabe kompleksne mehanike pri zasnovi bobnastega toplotnega izmenjevalnika.
4. Velike velikosti. Namestitev se izvaja v prostorni prezračevalni komori.

Rotacijske enote se zaradi svoje prostornosti uporabljajo predvsem v industrijskih podjetjih.

Da bi zmanjšali mešanje zračnih tokov, so rotacijski izmenjevalniki toplote dopolnjeni z vmesnimi sektorji - tukaj mikrokanale prepihava svež zrak, ki teče nazaj v pokrov. Pomanjkljivost vezja je zmanjšanje učinkovitosti (+)

Sklopljeni izmenjevalniki toplote - Glikolni model

Rekuperacijsko enoto z vmesnim hladilnim sredstvom zaradi konstrukcijskih značilnosti pogosto imenujemo sklopljeni toplotni izmenjevalniki ali ledeniška enota. To je eden najbolj prilagodljivih sistemov rekuperacije toplote. En toplotni izmenjevalnik je vrezan v dovodni kanal, drugi pa v izpušni kanal.

Shema napeljave vsebuje: obtočno črpalko, ekspanzijsko posodo, zračni ventil, regulator, temperaturni senzor, varnostni ventil, indikator tlaka (+)

Načelo delovanja. Sestava glikola kroži med izmenjevalniki toplote. Temperatura hladilne tekočine se poveča zaradi segretega izpušnega toka, nato pa se toplotna energija prenese na svež zrak. Zaprt sistem odpravlja mešanje prihajajočih zračnih mas.

Značilnosti delovanja izmenjevalnikov toplote s hladilno tekočino:

• Učinkovitost – 45-55%;
• nastavitev učinkovitosti s črpalko - izbrana je hitrost gibanja antifriza;
• možnost namestitve dovodnih in odvodnih kanalov na daljavo drug od drugega (do 800 m);
• rekuperator je nameščen navpično ali vodoravno;
• v močni zmrzali površina toplotnega izmenjevalnika izpušnih plinov zmrzne in pojavi se led; uporaba antifriza vam omogoča delovanje rekuperatorja brez uporabe odtaljevanja;
• vračilna doba sistema - do 2 leti;
• dopustna je kombinacija 1 nape in več vtokov ali obratno.

Količina izpušnega in vsesanega zraka morata biti približno enaka. Takšni rekuperatorji se običajno uporabljajo, če je dotok strupen ali močno onesnažen, ko je mešanje tokov nesprejemljivo.

Komorna enota – vsestranskost uporabe

Strukturno je komorni izmenjevalnik toplote zaprta škatla, znotraj katere je razdeljena gibljiva loputa.Odpiralna pregrada določa shemo delovanja rekuperatorja.

Odtok poteka vzdolž enega kanala, dotok pa vstopi v drugo komoro. V izmenjevalniku toplote tople mase segrejejo stene prvega predelka. Čez nekaj časa se loputa premakne in pretok zraka spremeni smer

Posledično se dotok premika vzdolž toplih sten prvega zračnega kanala, "izpuh" pa segreva površino druge komore. Na določeni točki se septum vrne in cikel se ponovi.

Prednosti komorne izmenjevalne enote:

• Učinkovitost – 80-90%;
• v tandemu s kakovostno toplotno izolacijo se stroški ogrevanja zmanjšajo na minimum;
• enostavnost namestitve - pri izbiri parametrov prezračevalne enote bo potrebna strokovna pomoč;
• vzdrževanje ravni vlažnosti;
• zamrznitev sistema je izključena.

Komorni izmenjevalnik toplote je odlična možnost za regije, kjer je daljše obdobje v letu veliko neravnovesje med notranjo in zunanjo temperaturo.

Slabosti rekuperacije toplote vključujejo:

• potreba po rednem vzdrževanju gibljivih elementov;
• nasprotni zračni tokovi se delno premešajo - vonjave in nečistoče lahko tečejo nazaj v zgradbo.

Za zmanjšanje primesi je sistem opremljen z filtrirni element. Zrak postane čistejši, vendar se učinkovitost rekuperatorja zmanjša.

Toplotne cevi – zaprt sistem izmenjave toplote

Rekuperator je sestavljen iz številnih bakrenih ali aluminijastih cevi, napolnjenih s snovjo, ki lahko izhlapi, kot je freon. Načelo delovanja cevnega izmenjevalnika toplote temelji na fizikalnih procesih - spremembah agregatnega stanja snovi pri segrevanju.

Toplotna cev je postavljena navpično - spodnji konec toplotnega izmenjevalnika je v izpušnem kanalu, zgornji pa v dovodnem kanalu. Izhodni tokovi gredo okoli konca cevi - freon se segreje, zavre in izhlapi (+)

Plin se dviga in oddaja toplotno energijo dotoku, nakar freon kondenzira in steče po rekuperatorju. Toplotni cikel se ponavlja v krogu.

Tehnične in obratovalne značilnosti cevnega izmenjevalnika toplote:

• učinkovitost naprave – do 65 %;
• tiho delovanje zaradi odsotnosti gibljivih elementov;
• preprostost oblikovanja in nizko vzdrževanje;
• kompaktnost — majhne dimenzije in majhna teža;
• energetska neodvisnost – hladilna tekočina kroži naravno;

Bistvena prednost je, da se dovodni in povratni tok zraka ne mešata.

Slabosti toplotnih cevi:

• visoka stopnja učinkovitosti se doseže v ozkem temperaturnem območju - pri nenadnem pregrevanju ves freon izhlapi, pri nezadostnem segrevanju pa se intenzivnost uparjanja upočasni;
• nizka trdnost cevi – sprememba oblike ali znižanje tlaka zmanjša učinkovitost opreme.

Cevni izmenjevalniki toplote se uporabljajo v zasebni gradnji, upravnih in pisarniških zgradbah ter manjših industrijskih območjih.

Metode za organizacijo rekuperativnega prezračevanja

Izterjava je urejena na enega od naslednjih načinov: centralizirano in decentralizirano. V prvem primeru prezračevalni tokovi iz celotnega prostora prehajajo skozi toplotni izmenjevalnik, v drugem - iz ene sobe.

Centraliziran kompleks - klimatska naprava

Centraliziran sistem je nameščen v fazi gradnje ali večje posodobitve prezračevalnega sistema.

Izbrana je prisilna dovodno-odsesovalna enota (PVU) z vgrajenim rekuperatorjem. Glavno merilo izbire je celotna zmogljivost kompleksa glede na celotno količino zraka v strukturi (+)

PVU z rekuperatorjem zagotavlja zadostno izmenjavo zraka tudi v hišah z zaprtimi okni. Hkrati se zračni tokovi enakomerno porazdelijo brez ustvarjanja prepiha.

Kompleksno enote za obdelavo zraka monoblok tip opremljen z:

• oboževalci – 24-urna oskrba s čistim zrakom in izpust curkov, nasičenih z ogljikovim dioksidom;
• grelci – predgretje dotoka;
• filtri – lovljenje prahu in mikrodelcev;
• rekuperator — lahko se uporabljajo različne vrste naprav.

Funkcionalnost nekaterih PVU je razširjena s časovnikom zakasnitve, regulatorjem moči, senzorji nivoja vlažnosti itd.

Ohišje monoblok modelov je prekrito z materialom, ki absorbira hrup, zaradi česar je delovanje PVU zelo tiho. Možne so vertikalne, horizontalne in viseče izvedbe prezračevalnih enot

Proizvedeni rekuperativni monoblok PVU so se dobro izkazali: "zračniki" (Ukrajina), Dantherm (Danska), "Daikin" (Japonska), "Dantex" (Anglija).

Lokalne enote - nadgradnja obstoječega prezračevalnega sistema

Za ponovno vzpostavitev kroženja zračnih mas v prostoru, ki ga uporabljamo, so primerni decentralizirani dovodi zraka z rekuperacijo toplote.

Vrežejo se v fasado zgradbe ali pa se montirajo skozi okno. Njihova glavna naloga je izboljšanje dovodno prezračevanje v hiši.

Lokalni rekuperatorji so opremljeni z ventilatorjem in ploščnim prenosnikom toplote. Dovodni "rokav" je izoliran z materialom, ki absorbira zvok.Krmilna enota kompaktnih prezračevalnih enot se nahaja na notranji steni

Lastnosti decentraliziranih prezračevalnih sistemov z rekuperacijo:

• Učinkovitost – 60-96%;
• nizka produktivnost – naprave so zasnovane za izmenjavo zraka v prostorih do 20-35 m2;
• dostopna cena in širok izbor enot, od običajnih stenskih ventilov do avtomatiziranih modelov z večstopenjskim filtrirnim sistemom in možnostjo prilagajanja vlažnosti;
• enostavnost namestitve – za zagon niso potrebni zračni kanali, namestite stenski ventil to lahko storite sami.

Priljubljeni proizvajalci lokalnih rekuperatorjev: Prana (Ukrajina), O.Erre (Italija), Blizzard (Nemčija), zračniki (Ukrajina), Aerovital (Nemčija).

Pomembna merila za izbiro stenskega dotoka: dovoljena debelina stene, zmogljivost, učinkovitost rekuperatorja, premer zračnega kanala in temperatura črpanega medija.

Zaključki in uporaben video na to temo

Primerjava delovanja naravnega prezračevanja in prisilnega sistema z rekuperacijo:

Princip delovanja centraliziranega rekuperatorja, izračun učinkovitosti:

Zasnova in postopek delovanja decentraliziranega izmenjevalnika toplote na primeru stenskega ventila Prana:

Približno 25-35% toplote zapusti prostor skozi prezračevalni sistem. Rekuperatorji se uporabljajo za zmanjšanje izgub in učinkovito vračanje toplote. Klimatska oprema vam omogoča uporabo energije odpadnih mas za ogrevanje vstopnega zraka.

Želite kaj dodati ali imate vprašanja o delovanju različnih prezračevalnih rekuperatorjev? Pustite komentarje o publikaciji in delite svoje izkušnje pri upravljanju takšnih naprav. Kontaktni obrazec se nahaja v spodnjem bloku.