Rekuperace tepla ve ventilačních systémech: princip provozu + schémata

V procesu větrání je z místnosti využíván nejen odpadní vzduch, ale také část tepelné energie. V zimě to vede ke zvýšení účtů energií.

Snížení zbytečných nákladů, nikoliv na úkor výměny vzduchu, umožní rekuperaci tepla v centralizovaných a lokálních ventilačních systémech. Pro regeneraci tepelné energie se používají různé typy výměníků tepla - rekuperátory.

Článek podrobně popisuje modely jednotek, jejich konstrukční znaky, principy provozu, výhody a nevýhody. Uvedené informace pomohou při výběru nejlepší varianty pro uspořádání ventilačního systému.

Pojem využití: princip provozu výměníku tepla

Přeloženo z latiny, uzdravení znamená vrácení nebo návrat. Co se týče reakcí na výměnu tepla, regenerace je charakterizována jako částečná návratnost energie vynaložené na provádění technologického úkonu za účelem aplikace ve stejném procesu.

Ve ventilačním systému se používá princip rekuperace tepla, který šetří tepelnou energii.

Analogicky, chlazení je získáno v horkém počasí - teplé dodávky masy ohřívají výstup “dolování” a jejich teplota klesá.

Rekuperace tepla ve ventilačních systémech snižuje náklady na jejich údržbu a udržuje regulační výměnu vzduchu. Je rozumné používat zařízení pro regeneraci v organizovaných ventilačních systémech s mechanickou indukcí pohybu vzduchu. Rekuperátory větracích systémů jsou umístěny v podkroví nebo v samostatné technické místnosti tak, aby zvuk pracovního zařízení nebyl v rozporu s nájemci domů, návštěvníky sportovních areálů a zaměstnanci výrobních dílen. Obnovený průtok vzduchu s částí čerstvého vzduchu, který je s ním smíchán, je přiváděn do prostor ventilačním potrubím Při uspořádání průmyslových prostor s ventilačními okruhy při zachování přijatého tepla a přidávání čerstvého vzduchu je zařízení pro úpravu průtoku instalováno v podkrovním prostoru, vzduchové kanály jsou zavěšeny pod stropem. Kromě opětovného využití tepla zařízení ventilačního systému filtruje vzduchovou hmotu, odstraňuje z ní prach a toxické složky. V současné době vyráběné výměníky tepla jsou vybaveny zařízeními ke snížení spotřeby energie, což výrazně snižuje spotřebu energie. Obnova je ekonomickým řešením pro systémy nuceného větrání, ale používá se pouze jako doplněk. Hlavní objem vzduchu v chladných měsících stále ovládá topení

Proces zpětného získávání energie se provádí ve výměníku tepla. Zařízení zajišťuje přítomnost prvku pro výměnu tepla a ventilátorů pro čerpání vícesměrných proudů vzduchu. Pro řízení procesu a řízení kvality systému přívodu vzduchu se používá automatizace.

Konstrukce je navržena tak, že přívodní a výfukové proudy jsou v oddělených odděleních a nemíchají se - zpětné získávání tepla se provádí přes stěny výměníku tepla.

Pochopit a pochopit, co je ventilace s obnovou pomůže vizuální schéma cirkulace vzduchu.

Kapotou ve vlhkých prostorách (WC, koupelna, kuchyně) je odtok odváděného vzduchu. Před odchodem prochází výměníkem tepla a zanechává teplo. Dodávaný vzduch se pohybuje opačným směrem, ohřívá se a vstupuje do obytných místností (+)

Možnost výměníku tepla ve větrání

Je možné hovořit o účelnosti uspořádání rekuperační ventilace zhodnocení účinnosti systému a porovnání jeho výhod s nevýhodami.

Část tepla je odebírána z odváděného vzduchu odváděného ven a přenesena na vstřikované čerstvé trysky směřující dovnitř místnosti. To snižuje tepelné ztráty až o 70% (+)

Potřeba využití zpětného získávání tepla je nejvýznamnější v budovách s nuceným odvodem vzduchu. Jedná se zpravidla o nízké setrvačné konstrukce postavené s využitím inovativních tepelně izolačních technologií (domy ze sendvičových panelů, desky z křemičitanů, pěnové bloky).

V těchto budovách stěny špatně hromadí teplo a přirozená výměna vzduchu je neúčinná.

Problémy s cirkulací vzduchu jsou však také charakteristické pro „tradiční“ cihlové a betonové konstrukce. Přítomnost hermetických tepelně izolačních oken z PVC blokuje cirkulaci přirozeným impulsem - přívod čerstvého vzduchu se zastaví a trakce ve ventilačním kanálu se převrátí nebo má sklon k nule.

Řešením problému „eurookna“ je organizace nuceného větrání. Systém obnovuje výměnu vzduchu, ale zároveň zvyšuje tepelné ztráty na 60%. A zde nemůžeme dělat bez tepelného využití.

Účinnost procesu výměny je vyjádřena v procentech a ukazuje množství tepla, které je vyzařováno z odpadního vzduchu k ohřevu čerstvého "přítoku".

Indikátor účinnosti rekuperace tepla ventilace:

• 0% - otevřené okno - teplý vzduch je odváděn do atmosféry a vchází dovnitř studený vzduch, což snižuje teplotu v místnosti;
• 100% - přiváděný vzduch se ohřívá na teplotu "zpracování" - technicky nelze realizovat;
• 30-90% je přijatelný parametr, regenerace je považována za dobrou s účinností 60% nebo vyšší, účinnost nad 80% je vynikající výměna tepla.

Účinnost systému závisí na typu výměníku tepla, rozměrech prostoru a průtoku vzduchu. V každém případě, použití využití větrání, a to i s účinností o 30% výhodnější než jeho nepřítomnost. Kromě výrazných úspor energie zlepšuje "regenerace" tepla celkovou mikroklima v místnosti.

Nevýhody použití výměníku tepla:

1. Volatilita. Nákup klimatizačního zařízení je oprávněný, pokud bude spotřeba energie po instalaci výměníku tepla výrazně nižší než jeho úspora.
2. Kondenzace V důsledku teplotního rozdílu na stěnách tepelného výměníku může kondenzovat vlhkost. V zimě existuje možnost námrazy, která je plná rychlého snížení účinnosti nebo selhání výměníku tepla.
3. Hlučná práce. Některé modely v procesu provozu vydávají dron. Pokud během dne tento nedostatek není zvláště patrný, pak v noci hluk přináší nepohodlí. Rekuperátory se zlepšenou izolací pracují tiše.

Vysoká počáteční investice se často stává hlavním argumentem proti energeticky účinné ventilaci.

Je vhodné investovat do systému, který se vyplatí během 5-8 let. Je třeba poznamenat, že pro údržbu komplexu budou muset vzniknout dodatečné náklady, například pravidelné výměny ventilátorů

Vlastnosti různých typů výměníků tepla

Konstrukce výměníku tepla určuje průběh proudění chladiva, účinnost systému větrání, třídu spotřeby energie a náklady na zařízení. Používá se pět variant výměníků tepla: lamelární, rotační, tepelné trubky, komorová zařízení a modely s mezilehlým chladivem.

Deskový výměník tepla - jednoduchý design

Základem výměníku tepla je vzduchotěsná komora s více paralelními kanály. Kanály jsou odděleny přepážkami - tepelně vodivé desky z oceli nebo hliníku.

Zvlněné desky (60-70 kusů) jsou seskupeny do jednoho bloku tak, že vytvořené kanály jsou umístěny příčně k sobě - vytvořená turbulence zlepšuje přenos tepla (+)

Proudy plynu se pohybují směrem k sobě, protínají se v kazetě výměníku tepla, ale nemíchají se. Výměna tepla se provádí současným chlazením a ohřevem desek z různých stran.

Výhody křížového výměníku tepla:

• snadná instalace a konfigurace zařízení;
• s výjimkou kontaktu vzdušných hmot;
• cenově dostupné a kompaktní rozměry;
• žádné tření a pohyblivé části.

Index účinnosti se pohybuje v rozmezí 40-70%.

Hlavní nevýhodou lamelárního modelu je usazování kondenzátu ve výfukovém kanálu a tvorba ledu v zimě. Pro rozmrazení jednotky je vstupní proud přesměrován na obtok tepelného výměníku a teplý výtok roztaví led na deskách.

V režimu „odmrazování“ se energie neuloží a ohřívače do 5 kW se používají k ohřevu přiváděného vzduchu. Průměrná účinnost klesá o 20% (+)

Problém lze vyřešit dvěma způsoby:

1. Předehřátý proud přiváděného vzduchu předehřát na teplotu, při které je vyloučen vznik ledu.
2. Rekuperátor s absorpčními vláknitými deskami. Materiál absorbuje vlhkost z masy odpadního vzduchu a přenáší ji na nově příchozí toky.

Při výběru křížového tepelného výměníku je třeba vzít v úvahu provozní vlastnosti desek.

Jejich vlastnosti závisí na materiálu výroby:

1. Hliníková fólie - cenově dostupný, ale v zimě omezený výkon. Kromě toho se nedoporučuje pro obytné prostory kvůli sušení vzduchem. Úpravy s hliníkovým "výplní" - nejlepší volba pro koupele a bazény.
2. Plastové příčky - za cenu podobnou kovovým výrobkům, ale vyznačují se zlepšenou efektivitou práce.
3. Výměník tepla z celulózy - zabraňuje námraze a udržuje normální vlhkost uvnitř.

Rekuperátor hygrocelulózy je nejekonomičtější a nejvhodnější pro větrání obytných budov.

Rotační výměník tepla - vysoká účinnost systému

Výměník tepla je vytvořen ve formě válce naplněného vlnitými kovovými mezivrstvami. Když se jednotka fotoválce otáčí, do každého prostoru střídavě vstupují teplé nebo studené proudy vzduchu.

Konstrukce výměníku rotoru: hřídel rotace a dva vzduchové kanály. Jedna část rotoru se zahřeje „vypnutím“, buben se posouvá a teplo se přesměruje na chladné hmoty soustředěné v sousedním kanálu (+)

Účinnost přenosu tepla je dána rychlostí otáčení rotoru, účinnost může být nastavena.

Argumenty „pro“ rotační výměník:

• rekuperace tepla až 65-90%;
• energetická účinnost;
• částečná náhrada vlhkosti - můžete to udělat bez zvlhčovače;
• doba návratnosti - až 4 roky.

Navzdory své vysoké účinnosti se bubnový výměník tepla nestal lídrem mezi podobnými instalacemi.

Nevýhody ventilačního systému:

1. Znečištěný vzduch promíchejte do přítoku. Výfukové a přítokové hmoty střídavě cirkulují přes mikrokanály, takže se vrátí asi 3–8% „vypnutého“. Buben často přenáší vůni odcházejícího vzduchu.
2. Složitost návrhu. Rotující části rotoru vyžadují pravidelnou údržbu a pravidelnou výměnu. Pohybující se prvky během provozu vytvářejí hluk a vibrace.
3. Vysoké náklady Cena rotačních modelů je vyšší než u lamelárních výrobků. To je způsobeno použitím složité mechaniky v konstrukci výměníku tepla bubnu.
4. Velké velikosti. Instalace se provádí v prostorné větrací komoře.

Vzhledem k objemnosti instalace rotoru se používají především v průmyslových provozech.

Pro minimalizaci proudění vzduchu jsou rekuperátory rotoru doplněny mezilehlými sektory - zde jsou mikrokanály vyfukovány čerstvým vzduchem, který proudí zpět do kapoty. Minusové schéma - snížená účinnost (+)

Přidružené výměníky tepla - glykolový model

Jednotka rekuperace tepla s mezilehlým chladivem je často označována jako přidružené výměníky tepla nebo glykolová jednotka díky svým konstrukčním vlastnostem. Jedná se o jeden z nejflexibilnějších systémů zpětného získávání tepla. Jeden výměník tepla narazí do vstupního potrubí a druhý do výfuku.

V systému potrubí jsou: oběhové čerpadlo, expanzní nádoba, vzduchový ventil, regulátor, teplotní čidlo, pojistný ventil, indikátor tlaku (+)

Princip činnosti. Kompozice glykolu cirkuluje mezi výměníky tepla. Teplota chladicí kapaliny se zvyšuje v důsledku ohřátého proudu výfukových plynů a pak se tepelná energie přenáší na čerstvý vzduch. Uzavřený systém eliminuje míchání protijedoucího vzduchu.

Vlastnosti provozu výměníků tepla s chladivem:

• Účinnost - 45-55%;
• nastavení účinnosti pomocí čerpadla - rychlost zamrznutí;
• možnost umístění přívodních a výfukových vzduchových kanálů vzdáleně od sebe (do 800 m);
• instalace výměníku tepla se provádí vertikálně nebo horizontálně;
• při silném mrazu se objeví povrch výměníku tepla výfuku; použití nemrznoucí kapaliny umožňuje rekuperátoru pracovat bez odmrazování;
• doba návratnosti systému je až 2 roky;
• Je povolena kombinace 1 kapuce a několika přítoků, nebo naopak.

Objem odebraného a vstřikovaného vzduchu by měl být přibližně stejný. Takové výměníky tepla se obvykle používají v případě, že tok je toxický nebo silně znečištěný, když směšovací proudy jsou nepřijatelné.

Komorový uzel - univerzálnost aplikace

Konstrukčně je komorový výměník tepla uzavřený box rozdělený uvnitř pohyblivého tlumiče. Otevírací přepážka definuje činnost výměníku tepla.

Výtok probíhá podél jednoho kanálu a přítok vstupuje do druhé komory. V tepelném výměníku zahřívají horké hmoty stěny prvního oddělení. Po chvíli se klapka pohybuje a směr proudění vzduchu mění směr.

V důsledku toho se přítok pohybuje podél teplých stěn prvního vzduchového kanálu a „opracování“ zahřívá povrch druhé komory. V určitém okamžiku se oddíl vrátí a cyklus se opakuje.

Výhody výměníku tepla: \ t

• Účinnost - 80-90%;
• v kombinaci s kvalitní tepelnou izolací jsou minimalizovány náklady na vytápění;
• snadná instalace - při výběru parametrů větrací jednotky bude zapotřebí pomoci odborníků;
• zachování vlhkosti;
• zmrazení systému je vyloučeno.

Komorový výměník tepla je výbornou volbou pro regiony, kde je v průběhu roku dlouhá doba výrazná nerovnováha mezi teplotou uvnitř a vně.

Nevýhody jednotky rekuperace tepla zahrnují:

• potřeba pravidelné údržby pohyblivých částí;
• Příchozí proudy vzduchu jsou částečně smíšené - pachy a nečistoty mohou proudit zpět do budovy.

Pro snížení směšování je systém vybaven filtrační vložkou. Vzduch se čistí, ale účinnost rekuperátoru klesá.

Tepelné trubky - uzavřený systém výměny tepla

Rekuperátor se skládá z různých měděných nebo hliníkových trubek naplněných těkavými látkami, jako je freon. Princip činnosti trubkového tepelného výměníku je založen na fyzikálních procesech - změně stavu látky při zahřívání.

Termotrubice je umístěna svisle - dolní konec výměníku tepla ve výfukovém kanálu a horní - v sacím potrubí. Odchozí toky kolem konce trubky - freon se zahřívá, vaří a odpaří (+)

Plyn stoupá a uvolňuje tepelnou energii do přítoku, po čemž se freon kondenzuje a proudí dolů výměníkem tepla. Tepelný cyklus se opakuje v kruhu.

Technické a provozní charakteristiky trubkového výměníku tepla:

• účinnost zařízení - až 65%;
• bezhlučný provoz z důvodu nepřítomnosti pohyblivých částí;
• jednoduchost designu a jednoduchost údržby;
• kompaktnost - malé rozměry a nízká hmotnost;
• energetická nezávislost - chladivo cirkuluje přirozeně;

Vážnou výhodou je, že proudění vzduchu a zpětný tok nejsou smíšené.

Slabé stránky tepelných trubek:

• vysoké účinnosti se dosahuje s úzkým teplotním rozsahem - při prudkém přehřátí se veškerý freon vypařuje a při nedostatečném ohřevu se rychlost odpařování zpomaluje;
• trubky s nízkou pevností - změna tvaru nebo snížení tlaku snižuje výkon zařízení.

Trubkové výměníky tepla se používají v soukromé výstavbě, v administrativních, kancelářských budovách a malých průmyslových prostorách.

Způsoby organizování rekuperační ventilace

Vymáhání je řešeno jedním ze způsobů: centralizovaným a decentralizovaným. V prvním případě procházejí ventilační proudy z celé místnosti výměníkem tepla, v druhém případě z jedné místnosti.

Centralizovaný komplex - vzduchotechnická jednotka

Centralizovaný systém je řešen ve fázi výstavby nebo modernizace systému větrání.

Je vybrána jednotka nuceného napájení a odsávání (PVU) s vestavěným rekuperátorem. Hlavní kritérium výběru - celkový výkon komplexu na základě celého objemu vzduchu ve struktuře (+)

PVU s tepelným výměníkem zajišťuje dostatečnou výměnu vzduchu i v domech s hermetickými okny. Současně jsou proudy vzduchu rozdělovány rovnoměrně bez vytváření průvanu.

Komplexní vzduchotechnické jednotky typu monoblok jsou vybaveny:

• вентиляторами – круглосуточная подача чистого воздуха и выброс струй, насыщенных углекислым газом;
• нагревателями – предварительный подогрев притока;
• фильтрами – задерживают пыль и микрочастицы;
• рекуператором – могут использоваться разные типы установок.

Функционал некоторых ПВУ расширен таймером отсрочки работы, регулятором мощности, датчиками уровня влажности и тд.

Корпус моноблочных моделей покрыт шумопоглощающим материалом, благодаря чему работа ПВУ становится очень тихой. Возможны вертикальные, горизонтальные и подвесные варианты исполнения вентустановок

Хорошо зарекомендовали себя рекуперационные моноблочные ПВУ производства: «Вентс» (Украина), Dantherm (Дания), «Daikin» (Япония), «Dantex» (Англия).

Локальные агрегаты – дополнение к действующей вентсистеме

Для восстановления циркуляции воздушных масс в эксплуатируемом помещении подойдут децентрализованные приточники с рекуперацией тепла.

Они врезаются в фасад здания или монтируются через окно. Их основная задача – улучшение приточной вентиляции в доме.

В локальных рекуператорах предусмотрен вентилятор и пластинчатый теплообменник. «Рукав» приточника изолирован шумопоглощающим материалом. Блок управления компактных вентустановок размещается на внутренней стене

Особенности децентрализованных вентсистем с рекуперацией:

• КПД – 60-96%;
• невысокая производительность – устройства рассчитаны на обеспечения воздухообмена в помещениях до 20-35 кв.м;
• доступная стоимость и широкий выбор агрегатов, начиная от обычных стеновых клапанов до автоматизированных моделей с многоступенчатой системой фильтрации и возможностью регулировки влажности;
• простота монтажа – для ввода в эксплуатацию не требуется прокладка воздуховодов, установить стеновой клапан можно самостоятельно.

Популярные производители локальных рекуператоров: Prana (Украина), O.Erre (Италия), Blizzard (Германия), Вентс (Украина), Aerovital (Германия).

Важные критерии выбора стенового приточника: допустимая толщина стены, производительность, КПД рекуператора, диаметр воздушного канала и температура перекачиваемой среды

Závěry a užitečné video na toto téma

Сравнение работы естественной вентиляции и принудительной системы с рекуперацией:

Принцип функционирования централизованного рекуператора, расчет КПД:

Устройство и порядок работы децентрализованного теплообменника на примере стенового клапана Prana:

Через вентсистему из помещения уходит порядка 25-35% тепла. Для сокращения потерь и эффективной теплоутилизации используются рекуператоры. Климатическое оборудование позволяет задействовать энергию отработанных масс для нагрева поступающего воздуха.

Есть, что дополнить, или возникли вопросы по работе разных вентиляционных рекуператоров? Оставляйте, пожалуйста, комментарии к публикации, делитесь опытом эксплуатации таких установок. Formulář pro komunikaci je ve spodním bloku.