Wentylacja nawiewno-wywiewna z odzyskiem ciepła: zasada działania, przegląd zalet i wad

Dopływ świeżego powietrza w okresie chłodnym wiąże się z koniecznością jego podgrzewania, aby zapewnić prawidłowy mikroklimat w pomieszczeniu.Aby zminimalizować koszty energii, można zastosować wentylację nawiewno-wywiewną z odzyskiem ciepła.

Zrozumienie zasady jego działania pozwoli najskuteczniej ograniczyć straty ciepła przy jednoczesnym zachowaniu wystarczającej ilości wymienianego powietrza. Spróbujmy zrozumieć to zagadnienie.

Oszczędność energii w systemach wentylacyjnych

W okresie jesienno-wiosennym przy wietrzeniu pomieszczeń poważnym problemem jest duża różnica temperatur pomiędzy powietrzem nawiewanym a powietrzem wewnątrz. Zimny ​​przepływ spływa w dół i tworzy niekorzystny mikroklimat w budynkach mieszkalnych, biurach i fabrykach lub niedopuszczalny pionowy gradient temperatury w magazynie.

Powszechnym rozwiązaniem tego problemu jest integracja z wentylacją nawiewną Podgrzewacz powietrza, za pomocą którego przepływ jest podgrzewany. Taki system wymaga zużycia energii, a znaczna ilość ciepłego powietrza uciekającego na zewnątrz powoduje znaczne straty ciepła.

Wylot powietrza na zewnątrz z intensywną parą jest wskaźnikiem znacznych strat ciepła, które można wykorzystać do ogrzania napływającego strumienia

Jeśli w pobliżu znajdują się kanały wlotowe i wylotowe powietrza, możliwe jest częściowe przeniesienie ciepła wychodzącego na dopływający.Zmniejszy to zużycie energii przez grzejnik lub całkowicie je wyeliminuje. Urządzenie zapewniające wymianę ciepła pomiędzy przepływami gazów o różnych temperaturach nazywa się rekuperatorem.

W ciepłym sezonie, gdy temperatura powietrza na zewnątrz jest znacznie wyższa niż temperatura pokojowa, do chłodzenia napływającego powietrza można zastosować rekuperator.

Projekt bloku z rekuperatorem

Struktura wewnętrzna systemów wentylacji nawiewno-wywiewnej z zintegrowany rekuperator Są dość proste, dlatego można je kupić i zainstalować niezależnie element po elemencie. Jeżeli montaż lub samodzielny montaż jest utrudniony, można zakupić na zamówienie gotowe rozwiązania w postaci standardowych monobloków lub indywidualnych konstrukcji prefabrykowanych.

Typowa konstrukcja systemu wentylacji nawiewno-wywiewnej z rekuperatorem umieszczonym w jednej obudowie, może zostać uzupełniona o inne elementy według uznania użytkownika

Główne elementy i ich parametry

Korpus z izolacją cieplną i akustyczną jest zwykle wykonany z blachy stalowej. W przypadku montażu naściennego musi on wytrzymać ciśnienie powstające podczas spieniania pęknięć wokół urządzenia, a także zapobiegać wibracjom wynikającym z pracy wentylatorów.

W przypadku rozproszonego nawiewu i nawiewu powietrza w różnych pomieszczeniach podłączyć do obudowy system kanałów powietrznych. Wyposażony jest w zawory i przepustnice rozprowadzające przepływy.

Jeżeli nie ma kanałów powietrznych, na otworze nawiewnym z boku pomieszczenia montuje się kratkę lub nawiewnik w celu rozprowadzenia strumienia powietrza. Na otworze wlotowym od strony ulicy montowana jest zewnętrzna kratka wlotu powietrza, która zapobiega przedostawaniu się ptaków, dużych owadów i zanieczyszczeń do systemu wentylacyjnego.

Ruch powietrza zapewniają dwa wentylatory o działaniu osiowym lub odśrodkowym. W obecności rekuperatora naturalna cyrkulacja powietrza w wystarczającej objętości jest niemożliwa ze względu na opór aerodynamiczny wytwarzany przez to urządzenie.

Obecność rekuperatora wymaga zainstalowania filtrów dokładnych na wlocie obu przepływów. Jest to konieczne, aby zmniejszyć intensywność zatykania cienkich kanałów wymiennika ciepła osadami kurzu i tłuszczu. W przeciwnym razie, aby system mógł w pełni funkcjonować, konieczne będzie zwiększenie częstotliwości konserwacji zapobiegawczej.

Filtry dokładne należy okresowo wymieniać lub czyścić. W przeciwnym razie zwiększony opór przepływu powietrza spowoduje awarię wentylatora.

Jeden lub więcej rekuperatorów zajmuje główną objętość urządzenia nawiewno-wywiewnego. Montowane są w środku konstrukcji.

W przypadku typowych dla danego terenu silnych mrozów i niewystarczającej wydajności rekuperatora do podgrzewania powietrza zewnętrznego, można dodatkowo zamontować nagrzewnicę. W razie potrzeby instaluje się także nawilżacz, jonizator i inne urządzenia, aby stworzyć korzystny mikroklimat w pomieszczeniu.

Nowoczesne modele zawierają elektroniczną jednostkę sterującą. Złożone modyfikacje posiadają funkcje programowania trybów pracy w zależności od parametrów fizycznych środowiska powietrznego. Panele zewnętrzne charakteryzują się atrakcyjnym wyglądem, dzięki czemu doskonale wpasują się w każde wnętrze.

Rozwiązanie problemu kondensacji

Chłodzenie powietrza wychodzącego z pomieszczenia stwarza warunki do uwolnienia wilgoci i powstania kondensacji. W przypadku dużego przepływu większość z nich nie ma czasu na gromadzenie się w rekuperatorze i wychodzi na zewnątrz.Przy powolnym ruchu powietrza znaczna część wody pozostaje wewnątrz urządzenia. Dlatego należy zadbać o to, aby wilgoć była zbierana i usuwana na zewnątrz obudowy. układ nawiewno-wywiewny.

Podstawowym urządzeniem do zbierania i odprowadzania kondensatu jest taca umieszczona pod wymiennikiem ciepła ze spadkiem w kierunku otworu spustowego

Wilgoć usuwa się do zamkniętego pojemnika. Umieszcza się go wyłącznie w pomieszczeniach zamkniętych, aby uniknąć zamarznięcia kanałów odpływowych w temperaturach ujemnych. Nie ma algorytmu wiarygodnego obliczenia objętości pobieranej wody przy zastosowaniu systemów z rekuperatorem, dlatego ustala się ją eksperymentalnie.

Ponowne wykorzystanie kondensatu do nawilżania powietrza jest niepożądane, ponieważ woda pochłania wiele zanieczyszczeń, takich jak ludzki pot, zapachy itp.

Można znacznie zmniejszyć ilość kondensatu i uniknąć problemów związanych z jego występowaniem, organizując oddzielny układ wyciągowy z łazienki i kuchni. To właśnie w tych pomieszczeniach powietrze ma największą wilgotność. Jeżeli istnieje kilka układów wydechowych, należy ograniczyć wymianę powietrza pomiędzy obszarem technicznym i mieszkalnym poprzez zainstalowanie zaworów zwrotnych.

Jeżeli strumień powietrza wywiewanego zostanie schłodzony do ujemnych temperatur wewnątrz rekuperatora, kondensat zamieni się w lód, co powoduje zmniejszenie otwartego przekroju przepływu, a w konsekwencji zmniejszenie objętości lub całkowite zaprzestanie wentylacji.

W celu okresowego lub jednorazowego odszraniania rekuperatora instaluje się obejście - kanał obejściowy dla ruchu powietrza nawiewanego. Kiedy przepływ omija urządzenie, przenoszenie ciepła zatrzymuje się, wymiennik ciepła nagrzewa się, a lód przechodzi w stan ciekły. Woda spływa do zbiornika kondensatu lub wyparowuje na zewnątrz.

Zasada działania urządzenia obejściowego jest prosta, dlatego w przypadku ryzyka oblodzenia wskazane jest zastosowanie takiego rozwiązania, gdyż podgrzewanie rekuperatora innymi sposobami jest skomplikowane i czasochłonne

Gdy przepływ przechodzi przez obejście, powietrze nawiewane przez rekuperator nie jest podgrzewane. Dlatego po włączeniu tego trybu grzejnik musi się automatycznie włączyć.

Cechy różnych typów rekuperatorów

Istnieje kilka strukturalnie różnych opcji realizacji wymiany ciepła pomiędzy strumieniami zimnego i ogrzanego powietrza. Każdy z nich ma swoje charakterystyczne cechy, które określają główne przeznaczenie każdego typu rekuperatora.

Rekuperator płytowy z przepływem krzyżowym

Konstrukcja rekuperatora płytowego opiera się na cienkościennych panelach, połączonych naprzemiennie w taki sposób, aby naprzemiennie przechodzić pomiędzy nimi przepływy o różnych temperaturach pod kątem 90 stopni. Jedną z modyfikacji tego modelu jest urządzenie z żebrowanymi kanałami do przepływu powietrza. Ma wyższy współczynnik przenikania ciepła.

Naprzemienny przepływ ciepłego i zimnego powietrza przez płyty realizowany jest poprzez zagięcie krawędzi płyt i uszczelnienie połączeń żywicą poliestrową

Panele wymiany ciepła mogą być wykonane z różnych materiałów:

• stopy miedzi, mosiądzu i aluminium mają dobrą przewodność cieplną i nie są podatne na rdzę;
• tworzywo sztuczne wykonane z hydrofobowego materiału polimerowego o wysokim współczynniku przewodzenia ciepła i niskiej wadze;
• higroskopijna celuloza umożliwia przenikanie kondensatu przez płytę i powrót do pomieszczenia.

Wadą jest możliwość tworzenia się kondensacji w niskich temperaturach.Ze względu na małą odległość między płytami wilgoć lub lód znacznie zwiększają opór aerodynamiczny. W przypadku zamarznięcia konieczne jest zablokowanie dopływu powietrza w celu ogrzania płyt.

Zalety rekuperatorów płytowych są następujące:

• niska cena;
• długa żywotność;
• długi okres między konserwacją zapobiegawczą a łatwością jej wdrożenia;
• małe wymiary i waga.

Ten typ rekuperatora jest najczęściej stosowany w pomieszczeniach mieszkalnych i biurowych. Wykorzystywany jest także w niektórych procesach technologicznych, np. w celu optymalizacji spalania paliw podczas pracy pieców.

Typ bębnowy lub obrotowy

Zasada działania rekuperatora obrotowego opiera się na obrocie wymiennika ciepła, wewnątrz którego znajdują się warstwy blachy falistej o dużej pojemności cieplnej. W wyniku interakcji z wypływającym strumieniem nagrzewa się sektor bębna, który następnie oddaje ciepło do napływającego powietrza.

Wymiennik ciepła o drobnych oczkach rekuperatora obrotowego jest podatny na zatykanie, dlatego należy zwrócić szczególną uwagę na jakość działania filtrów dokładnych

Zalety rekuperatorów obrotowych są następujące:

• dość wysoka wydajność w porównaniu do konkurencyjnych typów;
• powrót dużej ilości wilgoci, która pozostaje w postaci skroplin na bębnie i odparowuje w kontakcie z napływającym suchym powietrzem.

Ten typ rekuperatora jest rzadziej stosowany w budynkach mieszkalnych do wentylacji mieszkań lub domków letniskowych. Jest często stosowany w dużych kotłowniach do zwrotu ciepła do pieców lub w dużych obiektach przemysłowych lub handlowych.

Jednak tego typu urządzenie ma istotne wady:

• stosunkowo złożona konstrukcja z ruchomymi częściami, w tym silnikiem elektrycznym, napędem bębnowym i pasowym, wymagająca ciągłej konserwacji;
• zwiększony poziom hałasu.

Czasami w przypadku urządzeń tego typu można spotkać się z określeniem „regeneracyjny wymiennik ciepła”, które jest bardziej trafne niż „rekuperator”. Faktem jest, że niewielka część powietrza wywiewanego wraca z powodu luźnego dopasowania bębna do korpusu konstrukcji.

Nakłada to dodatkowe ograniczenia na możliwość korzystania z urządzeń tego typu. Na przykład zanieczyszczonego powietrza z pieców grzewczych nie można używać jako chłodziwa.

System rur i osłon

Rekuperator rurowy składa się z układu cienkościennych rurek o małej średnicy umieszczonych w izolowanej obudowie, przez które następuje napływ powietrza zewnętrznego. Obudowa usuwa ciepłe powietrze z pomieszczenia, które ogrzewa napływające powietrze.

Ciepłe powietrze musi być odprowadzane przez obudowę, a nie przez system rurek, ponieważ nie ma możliwości usunięcia z nich kondensatu

Główne zalety rekuperatorów rurowych to:

• wysoka wydajność dzięki przeciwprądowej zasadzie ruchu chłodziwa i napływającego powietrza;
• prostota konstrukcji i brak ruchomych części zapewnia niski poziom hałasu i rzadko wymaga konserwacji;
• długa żywotność;
• najmniejszy przekrój spośród wszystkich typów urządzeń do odzysku.

Rury do tego typu urządzeń wykorzystują metal ze stopu lekkiego lub rzadziej polimer. Materiały te nie są higroskopijne, dlatego przy znacznej różnicy temperatur przepływu w obudowie może tworzyć się intensywna kondensacja, której usunięcie wymaga konstruktywnego rozwiązania.Kolejną wadą jest to, że wypełnienie metalowe pomimo niewielkich wymiarów ma znaczną wagę.

Prostota konstrukcji rekuperatora rurowego sprawia, że ​​tego typu urządzenia są popularne do samodzielnej produkcji. Jako osłonę zewnętrzną stosuje się najczęściej rury z tworzywa sztucznego do kanałów wentylacyjnych, izolowane płaszczem z pianki poliuretanowej.

Urządzenie z pośrednim chłodziwem

Czasami kanały powietrza nawiewanego i wywiewanego znajdują się w pewnej odległości od siebie. Sytuacja ta może powstać ze względu na cechy technologiczne budynku lub wymagania sanitarne dotyczące niezawodnego oddzielenia przepływów powietrza.

W tym przypadku stosuje się pośrednie chłodziwo, krążące pomiędzy kanałami powietrznymi przez izolowany rurociąg. Jako medium do przenoszenia energii cieplnej stosuje się wodę lub roztwór wodno-glikolowy, którego obieg zapewnia działanie Pompa ciepła.

Rekuperator z chłodziwem pośrednim jest urządzeniem obszernym i drogim, którego zastosowanie jest ekonomicznie uzasadnione w pomieszczeniach o dużych powierzchniach

Jeśli możliwe jest zastosowanie innego typu rekuperatora, lepiej nie stosować systemu z pośrednim chłodziwem, ponieważ ma on następujące istotne wady:

• niska wydajność w porównaniu do innych typów urządzeń, dlatego takich urządzeń nie stosuje się w małych pomieszczeniach o niskim przepływie powietrza;
• znaczna objętość i waga całego systemu;
• potrzeba dodatkowej pompy elektrycznej do cyrkulacji cieczy;
• zwiększony hałas pompy.

Istnieje modyfikacja tego układu polegająca na tym, że zamiast wymuszonego obiegu płynu wymieniającego ciepło stosuje się czynnik o niskiej temperaturze wrzenia, np. freon.W takim przypadku ruch po konturze jest możliwy w sposób naturalny, ale tylko wtedy, gdy kanał powietrza nawiewanego znajduje się nad kanałem powietrza wywiewanego.

Taki system nie wymaga dodatkowych kosztów energii, a działa tylko na ogrzewanie, gdy występuje znaczna różnica temperatur. Ponadto konieczne jest precyzyjne dostrojenie punktu zmiany stanu skupienia płynu wymiany ciepła, co można osiągnąć poprzez wytworzenie wymaganego ciśnienia lub określonego składu chemicznego.

Główne parametry techniczne

Znając wymaganą wydajność systemu wentylacji oraz sprawność wymiany ciepła rekuperatora, łatwo jest obliczyć oszczędności na ogrzewaniu powietrza dla pomieszczenia w określonych warunkach klimatycznych. Porównując potencjalne korzyści z kosztami zakupu i utrzymania systemu, można rozsądnie dokonać wyboru na korzyść rekuperatora lub standardowej nagrzewnicy powietrza.

Producenci sprzętu często oferują linię modeli, w których centrale wentylacyjne o podobnej funkcjonalności różnią się objętością wymiany powietrza. W przypadku lokali mieszkalnych parametr ten należy obliczyć zgodnie z tabelą 9.1. SP 54.13330.2016

Efektywność

Przez sprawność rekuperatora rozumie się sprawność wymiany ciepła, którą oblicza się ze wzoru:

K = (T_P - T_N) / (T_V - T_N)

W której:

• T_P – temperatura powietrza wchodzącego do pomieszczenia;
• T_N – temperatura powietrza zewnętrznego;
• T_V – temperatura powietrza w pomieszczeniu.

Maksymalna wartość sprawności w standardzie prędkość przepływu powietrza i określony reżim temperaturowy są wskazane w dokumentacji technicznej urządzenia. Jego rzeczywista liczba będzie nieco mniejsza.

W przypadku samodzielnej produkcji rekuperatora płytowego lub rurowego, aby osiągnąć maksymalną efektywność wymiany ciepła należy przestrzegać następujących zasad:

• Najlepszy transfer ciepła zapewniają urządzenia przeciwprądowe, następnie krzyżowe, a najmniejsze jednokierunkowy ruch obu przepływów.
• Intensywność wymiany ciepła zależy od materiału i grubości ścianek oddzielających przepływy, a także od czasu przebywania powietrza wewnątrz urządzenia.

Znając sprawność rekuperatora można obliczyć jego efektywność energetyczną przy różnych temperaturach powietrza zewnętrznego i wewnętrznego:

E (W) = 0,36 x P x K x (T_V - T_N)

gdzie P (m³/godzinę) – przepływ powietrza.

Obliczenie wydajności rekuperatora w kategoriach pieniężnych i porównanie z kosztami jego nabycia i instalacji dla dwupiętrowego domku o łącznej powierzchni 270 m2 pokazuje wykonalność instalacji takiego systemu

Koszt rekuperatorów o wysokiej wydajności jest dość wysoki, mają złożoną konstrukcję i znaczne wymiary. Czasami można obejść te problemy, instalując kilka prostszych urządzeń, tak aby napływające powietrze przechodziło przez nie sekwencyjnie.

Wydajność systemu wentylacji

Objętość przepuszczanego powietrza zależy od ciśnienia statycznego, które zależy od mocy wentylatora i głównych elementów tworzących opór aerodynamiczny. Z reguły jego dokładne obliczenie jest niemożliwe ze względu na złożoność modelu matematycznego, dlatego badania eksperymentalne przeprowadza się dla standardowych konstrukcji monoblokowych i dobiera komponenty do poszczególnych urządzeń.

Moc wentylatora należy dobrać biorąc pod uwagę przepustowość zainstalowanych wymienników ciepła dowolnego typu, która jest podana w dokumentacji technicznej jako zalecany przepływ lub objętość powietrza przepuszczanego przez urządzenie w jednostce czasu. Z reguły dopuszczalna prędkość powietrza wewnątrz urządzenia nie przekracza 2 m/s.

W przeciwnym razie przy dużych prędkościach w wąskich elementach rekuperatora następuje gwałtowny wzrost oporu aerodynamicznego. Prowadzi to do niepotrzebnych kosztów energii, nieefektywnego ogrzewania powietrza zewnętrznego i skrócenia żywotności wentylatorów.

Wykres straty ciśnienia w funkcji natężenia przepływu powietrza dla kilku modeli rekuperatorów o dużej wydajności pokazuje nieliniowy wzrost oporu, dlatego należy przestrzegać wymagań dotyczących zalecanej objętości wymiany powietrza podanych w dokumentacji technicznej urządzenia

Zmiana kierunku przepływu powietrza powoduje dodatkowy opór aerodynamiczny. Dlatego podczas modelowania geometrii wewnętrznego kanału wentylacyjnego pożądane jest zminimalizowanie liczby zwojów rury o 90 stopni. Nawiewniki zwiększają również opór, dlatego nie zaleca się stosowania elementów o skomplikowanych wzorach.

Brudne filtry i kratki powodują znaczne zakłócenia przepływu, dlatego należy je okresowo czyścić lub wymieniać. Skutecznym sposobem oceny zatkania jest zainstalowanie czujników monitorujących spadek ciśnienia w obszarach przed i za filtrem.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Zasada działania rekuperatora obrotowego i płytowego:

Pomiar sprawności rekuperatora płytowego:

Systemy wentylacji domowej i przemysłowej ze zintegrowanym rekuperatorem udowodniły swoją efektywność energetyczną w utrzymaniu ciepła w pomieszczeniach zamkniętych. Obecnie dostępnych jest wiele ofert sprzedaży i montażu takich urządzeń, zarówno w postaci gotowych i przetestowanych modeli, jak i na indywidualne zamówienia. Możesz obliczyć niezbędne parametry i samodzielnie przeprowadzić instalację.

Jeżeli w trakcie lektury masz jakieś pytania lub zauważysz nieścisłości w naszym materiale, prosimy o pozostawienie komentarza w bloku poniżej.