Odzysk ciepła w systemach wentylacyjnych: zasada działania i możliwości projektowania

Podczas procesu wentylacji z pomieszczenia odzyskiwane jest nie tylko powietrze wywiewane, ale także część energii cieplnej. Zimą oznacza to wyższe rachunki za energię.

Odzysk ciepła w scentralizowanych i lokalnych systemach wentylacyjnych pozwoli na redukcję nieuzasadnionych kosztów bez pogarszania wymiany powietrza. Do odzyskiwania energii cieplnej wykorzystuje się różnego rodzaju wymienniki ciepła – rekuperatory.

W artykule szczegółowo opisano modele jednostek, ich cechy konstrukcyjne, zasady działania, zalety i wady. Przedstawione informacje pomogą w wyborze optymalnej opcji aranżacji systemu wentylacji.

Koncepcja odzysku: zasada działania wymiennika ciepła

W tłumaczeniu z łaciny rekuperacja oznacza rekompensatę lub zwrot. W odniesieniu do reakcji wymiany ciepła odzysk charakteryzuje się częściowym zwrotem energii wydanej na działanie technologiczne w celu zastosowania w tym samym procesie.

W system wentylacji Zasada odzysku służy do oszczędzania energii cieplnej.

Analogicznie, podczas upałów odzyskuje się chłód – ciepłe masy dopływające podgrzewają spaliny, a ich temperatura spada.

Proces odzysku energii odbywa się w rekuperacyjnym wymienniku ciepła.Urządzenie zawiera element wymiennika ciepła oraz wentylatory tłoczące wielokierunkowe strumienie powietrza. Do sterowania procesem i kontroli jakości nawiewanego powietrza służy system automatyki.

Konstrukcja została zaprojektowana tak, aby przepływy nawiewu i wywiewu odbywały się w oddzielnych przedziałach i nie mieszały się - odzysk ciepła odbywa się przez ścianki wymiennika ciepła.

Zrozum i zrozum, o co chodzi wentylacja z odzyskiem Pomocny będzie wizualny schemat cyrkulacji powietrza.

Powietrze wywiewane wypływa przez okapy w pomieszczeniach wilgotnych (toaleta, łazienka, kuchnia). Przed wyprowadzeniem na zewnątrz przechodzi przez rekuperator i pozostawia część ciepła. Nawiewane powietrze porusza się w przeciwnym kierunku, nagrzewa się i napływa do pomieszczeń mieszkalnych (+)

Możliwość zastosowania rekuperatora w wentylacji

O możliwości zainstalowania wentylacji rekuperacyjnej możemy mówić oceniając skuteczność systemu i porównując jego zalety z wadami.

Część ciepła pobierana jest z powietrza wywiewanego zasysanego na zewnątrz i przekazywana do wymuszonych strumieni świeżego powietrza kierowanych do wnętrza pomieszczenia. Pozwala to ograniczyć straty ciepła nawet o 70% (+)

Konieczność stosowania odzysku ciepła jest najbardziej istotna w budynkach z wymuszonym wywiewem powietrza. Z reguły są to budynki o małej bezwładności wznoszone w innowacyjnych technologiach termoizolacji (domy z płyt warstwowych, płyt silikatowych, bloczków piankowych).

W takich budynkach ściany nie akumulują dobrze ciepła, a naturalna wymiana powietrza jest nieefektywna.

Problemy z cyrkulacją powietrza są jednak typowe także dla „tradycyjnych” budynków z cegły i betonu.Obecność szczelnych, izolujących ciepło i dźwięk okien PCV blokuje cyrkulację naturalnym impulsem – zatrzymuje się dopływ świeżego powietrza, a przewraca się ciąg w kanale wentylacyjnym lub dąży do zera.

Rozwiązaniem problemu „euro-okien” jest organizacja wymuszonej wentylacji. System przywraca wymianę powietrza, ale straty ciepła wzrastają nawet do 60%. I tutaj nie da się już obejść bez odzysku ciepła.

Sprawność procesu wymiany wyrażana jest w procentach i pokazuje ilość ciepła wydatkowanego z powietrza wywiewanego na ogrzanie świeżego „dolotu”

Wskaźnik efektywności odzysku ciepła wentylacyjnego:

• 0% - otwarte okno - ciepłe powietrze jest usuwane do atmosfery, a zimne napływa, obniżając temperaturę w pomieszczeniu;
• 100% - powietrze nawiewane podgrzewane jest do temperatury „wywiewu” – technicznie niemożliwe do zrealizowania;
• 30-90% - parametr dopuszczalny, odzysk o sprawności 60% i większej uznaje się za dobry, sprawność powyżej 80% to doskonałe przekazywanie ciepła.

Wydajność systemu zależy od rodzaju rekuperatora, wymiarów pomieszczenia i przepływu powietrza. W każdym razie zastosowanie wentylacji rekuperacyjnej, nawet przy wydajności 30%, jest bardziej opłacalne niż jej brak. Oprócz znacznych oszczędności w zużyciu energii, „regeneracja” ciepła poprawia ogólny mikroklimat w pomieszczeniu.

Wady stosowania wymiennika ciepła:

1. Zależność energetyczna. Zakup urządzeń klimatyzacyjnych jest uzasadniony, jeśli zużycie energii elektrycznej jest znacznie mniejsze niż oszczędności po zamontowaniu rekuperatora.
2. Kondensacja. Ze względu na różnice temperatur na ściankach wymiennika ciepła może gromadzić się wilgoć. Zimą istnieje możliwość oblodzenia, co może skutkować szybkim spadkiem wydajności lub awarią rekuperatora.
3. Głośna praca. Niektóre modele emitują buczenie podczas pracy.Jeśli w ciągu dnia ta wada nie jest szczególnie zauważalna, to w nocy hałas powoduje dyskomfort. Rekuperatory o ulepszonej izolacji pracują cicho.

Wysoka inwestycja początkowa jest często głównym argumentem przeciwko energooszczędnej wentylacji.

Wskazane jest inwestowanie pieniędzy w system, który zwróci się w ciągu 5-8 lat. Należy wziąć pod uwagę, że utrzymanie kompleksu będzie wymagało poniesienia dodatkowych kosztów, na przykład okresowej wymiany wentylatorów

Cechy różnych typów wymienników ciepła

Konstrukcja rekuperatora określa wzór przepływu chłodziwa, wydajność systemu wentylacji, klasę zużycia energii i koszt sprzętu. Stosuje się pięć rodzajów wymienników ciepła: płytowe, obrotowe, rurki cieplne, urządzenia komorowe oraz modele z pośrednim czynnikiem chłodzącym.

Rekuperator płytowy – prostota konstrukcji

Podstawą wymiennika ciepła jest szczelna komora z wieloma równoległymi kanałami powietrznymi. Kanały oddzielone są przegrodami – płytami przewodzącymi ciepło wykonanymi ze stali lub aluminium.

Płyty faliste (60-70 sztuk) zgrupowane są w jednym bloku tak, aby powstałe kanały były rozmieszczone względem siebie poprzecznie - powstająca turbulencja poprawia wymianę ciepła (+)

Strumienie gazów zbliżają się do siebie, przecinają się w kasecie rekuperatora, ale nie mieszają się. Wymiana ciepła odbywa się poprzez jednoczesne chłodzenie i ogrzewanie płyt z różnych stron.

Zalety krzyżowego wymiennika ciepła:

• łatwość instalacji i konfiguracji sprzętu;
• wykluczenie kontaktu mas powietrza;
• przystępny koszt i kompaktowe wymiary;
• brak trących i ruchomych części.

Wskaźnik wydajności waha się w przedziale 40-70%.

Główną wadą modelu płytowego jest osadzanie się kondensatu w kanale wylotowym i tworzenie się lodu w zimie. Aby rozmrozić urządzenie, przychodzący strumień jest kierowany tak, aby ominąć wymiennik ciepła, a ciepły strumień wychodzący topi lód na płytach.

W trybie „odszraniania” nie występują oszczędności energii, do podgrzewania napływającego powietrza służą nagrzewnice powietrza o mocy do 5 kW. Średnia wartość sprawności spada o 20% (+)

Istnieją dwa możliwe sposoby rozwiązania problemu:

1. Podgrzewanie napływającego powietrza do temperatury, w której wykluczone jest tworzenie się lodu.
2. Rekuperator z płytami wykonanymi z celulozy higroskopijnej. Materiał pochłania wilgoć z mas powietrza wywiewanego i przekazuje ją nowo napływającym strumieniom.

Wybierając krzyżowy wymiennik ciepła, należy wziąć pod uwagę cechy eksploatacyjne płyt.

Ich właściwości zależą od materiału produkcyjnego:

1. Folia aluminiowa – przystępna cena, ale ograniczona wydajność w zimie. Ponadto nie jest zalecany do pomieszczeń mieszkalnych ze względu na wysychanie powietrza. Modyfikacje z aluminiowym „wypełnieniem” są najlepszą opcją do wanien i basenów.
2. Przegrody plastikowe - cena podobna do wyrobów metalowych, ale różnią się zwiększoną efektywnością działania.
3. Celulozowy wymiennik ciepła – zapobiegać zamarzaniu i utrzymywać normalną wilgotność w pomieszczeniu.

Rekuperator higrocelulozowy jest najbardziej ekonomicznym i optymalnym rozwiązaniem do wentylacji budynków mieszkalnych.

Rekuperator obrotowy – wysoka wydajność systemu

Wymiennik ciepła ma postać cylindra wypełnionego warstwami blachy falistej. Gdy zespół bębna się obraca, do każdej komory na przemian dostają się ciepłe lub zimne strumienie powietrza.

Konstrukcja rekuperatora obrotowego: wał obrotowy i dwa kanały powietrzne.Jedna część wirnika zostaje nagrzana poprzez „odpracowanie”, bęben obraca się, a ciepło przekazywane jest do zimnych mas skupionych w sąsiednim kanale (+)

Sprawność wymiany ciepła zależy od prędkości obrotowej wirnika, a wydajność pracy można regulować.

Argumenty za rekuperatorem obrotowym:

• powrót ciepła do 65-90%;
• efektywność pobór prądu;
• częściowa wymiana wilgoci – można obejść się bez nawilżacza;
• Okres zwrotu – do 4 lat.

Pomimo wysokiej sprawności wymiennik bębnowy nie stał się liderem wśród podobnych instalacji.

Wady systemu wentylacji:

1. Dodawanie zanieczyszczonego powietrza do nawiewu. Masy spalin i nawiewu krążą naprzemiennie przez mikrokanały, dzięki czemu z powrotem wraca około 3-8% masy „roboczej”. Bęben często przekazuje zapach wychodzącego powietrza.
2. Złożoność projektu. Części obrotowe wirnika wymagają regularnej konserwacji i okresowej wymiany. Ruchome elementy podczas pracy wytwarzają hałas i wibracje.
3. Wysoka cena. Cena modeli obrotowych jest wyższa niż produktów płytowych. Wynika to z zastosowania złożonej mechaniki w konstrukcji bębnowego wymiennika ciepła.
4. Duże rozmiary. Montaż odbywa się w przestronnej komorze wentylacyjnej.

Ze względu na swoją objętość jednostki obrotowe są stosowane głównie w przedsiębiorstwach przemysłowych.

Aby zminimalizować mieszanie strumieni powietrza, obrotowe wymienniki ciepła uzupełniono o sektory pośrednie - tutaj mikrokanały nadmuchują świeże powietrze, które wpływa z powrotem do okapu. Wadą obwodu jest spadek wydajności (+)

Sprzężone wymienniki ciepła – model glikolowy

Ze względu na swoje cechy konstrukcyjne jednostka odzysku z pośrednim czynnikiem chłodzącym jest często nazywana sprzężonymi wymiennikami ciepła lub jednostką lodowcową. Jest to jeden z najbardziej elastycznych systemów odzysku ciepła. Jeden wymiennik ciepła wcina się w kanał nawiewny, drugi w kanał wywiewny.

Schemat rurociągów zawiera: pompę obiegową, zbiornik wyrównawczy, zawór powietrza, sterownik, czujnik temperatury, zawór bezpieczeństwa, wskaźnik ciśnienia (+)

Zasada działania. Skład glikolu krąży pomiędzy wymiennikami ciepła. Temperatura płynu chłodzącego wzrasta w wyniku podgrzanego strumienia spalin, a następnie energia cieplna jest przekazywana do świeżego powietrza. Zamknięty system eliminuje mieszanie się napływających mas powietrza.

Cechy działania wymienników ciepła z chłodziwem:

• Wydajność – 45-55%;
• regulacja wydajności za pomocą pompy - dobierana jest prędkość ruchu płynu niezamarzającego;
• możliwość ułożenia kanałów nawiewnych i wywiewnych w dużej odległości od siebie (do 800 m);
• rekuperator montowany jest pionowo lub poziomo;
• przy silnym mrozie powierzchnia wymiennika ciepła spalin zamarza i pojawia się lód; zastosowanie środka przeciw zamarzaniu pozwala na obsługę rekuperatora bez konieczności odszraniania;
• okres zwrotu inwestycji – do 2 lat;
• dopuszczalna jest kombinacja 1 okapu i kilku dopływów lub odwrotnie.

Objętość powietrza wywiewanego i wlotowego powinna być w przybliżeniu równa. Rekuperatory takie stosuje się najczęściej w przypadku, gdy dopływ jest toksyczny lub silnie zanieczyszczony, gdy niedopuszczalne jest mieszanie strumieni.

Jednostka komorowa – wszechstronność zastosowania

Konstrukcyjnie wymiennik komorowy stanowi zamkniętą skrzynkę, przedzieloną wewnątrz ruchomą przepustnicą.Przegroda otwierająca określa schemat pracy rekuperatora.

Odpływ przepływa jednym kanałem, a dopływ wpływa do drugiej komory. W wymienniku ciepła ciepłe masy ogrzewają ścianki pierwszej komory. Po chwili przepustnica poruszy się i strumień powietrza zmieni kierunek

W rezultacie napływ przemieszcza się wzdłuż ciepłych ścianek pierwszego kanału powietrznego, a „wylot” ogrzewa powierzchnię drugiej komory. W pewnym momencie przegroda powraca i cykl się powtarza.

Zalety komorowego zespołu wymiennika ciepła:

• Wydajność – 80-90%;
• w połączeniu z wysokiej jakości izolacją termiczną koszty ogrzewania zostają zredukowane do minimum;
• łatwość montażu – przy doborze parametrów centrali wentylacyjnej potrzebna będzie specjalistyczna pomoc;
• utrzymywanie poziomu wilgotności;
• zamrożenie systemu jest wykluczone.

Komorowy wymiennik ciepła jest doskonałą opcją dla regionów, w których przez długi okres roku występuje znaczna dysproporcja pomiędzy temperaturą wewnętrzną i zewnętrzną.

Do wad rekuperatora ciepła zalicza się:

• potrzeba regularnej konserwacji ruchomych elementów;
• przeciwprądy powietrza częściowo się mieszają – zapachy i zanieczyszczenia mogą przedostawać się z powrotem do budynku.

Aby zmniejszyć domieszkę, system jest wyposażony w element filtra. Powietrze staje się czystsze, ale wydajność rekuperatora spada.

Rury cieplne – zamknięty system wymiany ciepła

Rekuperator składa się z wielu rurek miedzianych lub aluminiowych wypełnionych łatwo parującą substancją, np. freonem. Zasada działania rurowego wymiennika ciepła opiera się na procesach fizycznych - zmianach stanu substancji po podgrzaniu.

Rurę cieplną ułożono pionowo – dolny koniec wymiennika ciepła znajduje się w kanale wywiewnym, a górny w kanale nawiewnym. Wypływające strumienie okrążają koniec rurki - freon nagrzewa się, wrze i paruje (+)

Gaz unosi się i oddaje energię cieplną do dopływu, po czym freon skrapla się i spływa do rekuperatora. Cykl termiczny powtarza się w kółko.

Charakterystyka techniczna i eksploatacyjna rurowego wymiennika ciepła:

• wydajność urządzenia – do 65%;
• cicha praca ze względu na brak ruchomych elementów;
• prostota projektu i niskie koszty utrzymania;
• ścisłość — małe wymiary i niewielka waga;
• niezależność energetyczna – płyn chłodzący krąży w sposób naturalny;

Istotną zaletą jest to, że strumienie powietrza napływającego i powrotnego nie mieszają się.

Słabe strony rurek cieplnych:

• wysoki poziom wydajności osiąga się to w wąskim zakresie temperatur - przy nagłym przegrzaniu cały freon odparowuje, a przy niewystarczającym ogrzewaniu intensywność parowania maleje;
• niska wytrzymałość rur – zmiana kształtu lub rozszczelnienie zmniejsza wydajność urządzenia.

Rurowe wymienniki ciepła znajdują zastosowanie w budownictwie prywatnym, budynkach administracyjno-biurowych oraz małych obszarach przemysłowych.

Metody organizacji wentylacji rekuperacyjnej

Odzyskiwanie odbywa się na jeden z następujących sposobów: scentralizowany i zdecentralizowany. W pierwszym przypadku wentylacja z całego pomieszczenia przechodzi przez wymiennik ciepła, w drugim - z jednego pomieszczenia.

Scentralizowany kompleks – centrala wentylacyjna

System scentralizowany instalowany jest na etapie budowy lub większej modernizacji systemu wentylacyjnego.

Wybrano jednostkę nawiewno-wywiewną (PVU) z wbudowanym rekuperatorem. Głównym kryterium wyboru jest ogólna wydajność kompleksu w oparciu o całą objętość powietrza w konstrukcji (+)

PVU z rekuperatorem zapewnia wystarczającą wymianę powietrza nawet w domach z uszczelnionymi oknami. Jednocześnie przepływ powietrza jest rozprowadzany równomiernie, bez tworzenia przeciągów.

Złożony centrale wentylacyjne typu monoblok wyposażony w:

• Fani – całodobowy dopływ czystego powietrza i emisja strumieni nasyconych dwutlenkiem węgla;
• grzejniki – wstępne podgrzewanie dopływu;
• filtry – wychwytują kurz i mikrocząsteczki;
• rekuperator — można stosować różne typy instalacji.

Funkcjonalność niektórych PVU jest rozszerzona o timer opóźnienia, regulator mocy, czujniki poziomu wilgotności itp.

Korpus modeli monoblokowych pokryty jest materiałem pochłaniającym hałas, dzięki czemu praca PVU jest bardzo cicha. Możliwe są wersje pionowe, poziome i podwieszane central wentylacyjnych

Wyprodukowane rekuperacyjne monobloki PVU sprawdziły się: „Wentylacje” (Ukraina), Dantherm (Dania), „Daikin” (Japonia), „Dantex” (Anglia).

Jednostki lokalne – uzupełnienie istniejącego systemu wentylacji

Aby przywrócić cyrkulację mas powietrza w użytkowanym pomieszczeniu, odpowiednie są zdecentralizowane nawiewniki z odzyskiem ciepła.

Wcinają się w elewację budynku lub montuje się przez okno. Ich głównym zadaniem jest doskonalenie wentylacja nawiewna w domu.

Rekuperatory lokalne wyposażone są w wentylator i płytowy wymiennik ciepła. „Rękaw” wlotowy izolowany jest materiałem dźwiękochłonnym.Jednostka sterująca kompaktowych central wentylacyjnych umieszczona jest na ścianie wewnętrznej

Cechy zdecentralizowanych systemów wentylacyjnych z odzyskiem:

• Efektywność – 60-96%;
• niska produktywność – urządzenia przeznaczone są do zapewnienia wymiany powietrza w pomieszczeniach o powierzchni do 20-35 m2;
• przystępna cena oraz szeroki wybór jednostek, począwszy od konwencjonalnych zaworów ściennych po modele zautomatyzowane z wielostopniowym systemem filtracji i możliwością regulacji wilgotności;
• łatwość instalacji – do uruchomienia nie są wymagane kanały powietrzne, zainstalować zawór ścienny Możesz zrobić to samemu.

Popularni producenci rekuperatorów lokalnych: Prana (Ukraina), O. Erre (Włochy), Zamieć (Niemcy), Otwory wentylacyjne (Ukraina), Aerovital (Niemcy).

Ważne kryteria wyboru wpustu ściennego: dopuszczalna grubość ścianki, wydajność, sprawność rekuperatora, średnica kanału powietrznego i temperatura pompowanego medium

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Porównanie działania wentylacji naturalnej i wymuszonej z odzyskiem:

Zasada działania scentralizowanego rekuperatora, obliczanie sprawności:

Projekt i procedura działania zdecentralizowanego wymiennika ciepła na przykładzie zaworu ściennego Prana:

Około 25-35% ciepła opuszcza pomieszczenie poprzez system wentylacji. Rekuperatory służą do ograniczania strat i efektywnego odzyskiwania ciepła. Urządzenia klimatyczne pozwalają wykorzystać energię mas odpadowych do ogrzania napływającego powietrza.

Masz coś do dodania lub masz pytania dotyczące działania różnych rekuperatorów wentylacyjnych? Prosimy o pozostawienie komentarzy pod publikacją i podzielenie się swoimi doświadczeniami z obsługi takich instalacji. Formularz kontaktowy znajduje się w dolnym bloku.