Възстановяване на топлина в вентилационните системи: принцип на действие + схеми

В процеса на вентилация от стаята се използва не само отработеният въздух, но и част от топлинната енергия. През зимата това води до увеличаване на сметките за енергия.

Намаляването на ненужните разходи, не в ущърб на въздушния обмен, ще позволи възстановяването на топлината в централизирани и локални вентилационни системи. За регенериране на топлинна енергия се използват различни видове топлообменници - рекуператори.

В статията се описват подробно моделите на блоковете, техните конструктивни характеристики, принципите на работа, предимствата и недостатъците. Посочената информация ще помогне при избора на най-добрия вариант за подреждане на вентилационната система.

Концепцията за възстановяване: принципът на работа на топлообменника

Преводът от латински означава възстановяване или връщане. Що се отнася до реакциите на топлообмен, възстановяването се характеризира като частично връщане на енергия, изразходвана за извършване на технологичното действие за целите на приложение в същия процес.

В вентилационната система принципът на възстановяване на топлината се използва за пестене на топлинна енергия.

По аналогия, охлаждането се възстановява при горещо време - топлоенергийните маси нагряват изхода "добив" и тяхната температура намалява.

Възстановяването на топлината в вентилационните системи намалява разходите за тяхното поддържане, поддържайки регулаторния обмен на въздух. Разумно е да се използват инсталации за възстановяване в организирани вентилационни системи с механична индукция на движение на въздуха. Рекуператорите на вентилационни системи се намират в таванското помещение или в отделно помещение, така че звукът на работното оборудване да не пречи на наемателите на къщите, посетителите на спортните комплекси и служителите на производствените цехове. Възстановеният въздушен поток с част от свеж въздух, смесен с него, се подава в помещенията през вентилационния канал При подреждане на производствени помещения с вентилационни вериги, като се запазва получената топлина и се добавя свеж въздух, в таванското пространство се монтира оборудване за пречистване на потока, въздушните канали се окачват под тавана. В допълнение към повторното използване на топлината, оборудването на вентилационната система филтрира въздушната маса, като премахва праха и токсичните компоненти от нея. Произвежданите в момента топлообменници са оборудвани с устройства за намаляване на консумацията на енергия, което значително намалява консумацията на енергия. Възстановяването е икономично решение за принудителни вентилационни системи, но се използва само като добавка. Основният обем въздух в студените месеци все още се справя с нагревателя

Процесът на оползотворяване на енергия се извършва в топлообменник. Устройството осигурява наличието на топлообменник и вентилатори за изпомпване на многопосочни въздушни потоци. За управление на процеса и контрол на качеството на системата за подаване на въздух се използва автоматизация.

Конструкцията е проектирана така, че захранващите и изпускателните потоци да са в отделни отделения и да не се смесват - регенерирането на топлина се извършва през стените на топлообменника.

Разберете и разберете какво вентилация е с възстановяването ще помогне визуална схема на циркулация на въздуха.

Чрез капака в мокри помещения (тоалетна, баня, кухня) е изтичането на отработения въздух. Преди да се пенсионира, той преминава през топлообменника и оставя малко топлина. Доставеният въздух се движи в обратна посока, загрява се и влиза в дневната (+)

Възможност за топлообменник във вентилацията

Възможно е да се говори за целесъобразността от организиране на рекуперативната вентилация чрез оценка на ефективността на системата и сравняване на нейните предимства с недостатъци.

Част от топлината се извлича от отработения въздух, извлечен навън, и се прехвърля към инжектираните свежи струи, насочени вътре в помещението. Това намалява загубата на топлина с до 70% (+)

Необходимостта от оползотворяване на топлината е най-подходяща за сгради с принудително изпускане на въздух. Като правило това са нискоинерционни структури, изградени с иновативни топлоизолационни технологии (къщи от сандвич панели, газосиликатни плочи, пеноблокове).

В такива сгради стените акумулират топлина слабо, а естественият обмен на въздух е неефективен.

Проблемите с циркулацията на въздуха обаче са характерни и за „традиционните“ тухлени и бетонни конструкции. Наличието на херметични топлоизолационни PVC прозорци блокира циркулацията с естествен импулс - притока на свеж въздух спира и тягата в вентилационния канал се преобръща или се стреми към нула.

Решението на проблема с "евроокните" е организирането на принудителна вентилация. Системата възстановява въздушния обмен, но в същото време топлинните загуби нарастват до 60%. И тук не можем да направим без възстановяване на топлината.

Ефективността на обменния процес се изразява като процент и показва количеството топлина, изразходвана от отработения въздух за нагряване на пресния "приток".

Индикатор за ефективност на вентилационната рекуперация:

• 0% - отворен прозорец - топъл въздух се отстранява в атмосферата, а студът попада вътре, понижавайки температурата в помещението;
• 100% - подаваният въздух се загрява до температурата на "изработване" - технически невъзможно да се изпълни;
• 30-90% е приемлив параметър, възстановяването се счита за добро с ефективност от 60% или повече, ефективността над 80% е отличен топлообмен.

Ефективността на системата зависи от вида на топлообменника, размерите на помещението и въздушния поток. Във всеки случай, използването на вентилация за възстановяване, дори и с ефективност от 30% по-изгодно от отсъствието му. В допълнение към значителните икономии на енергия, "регенерацията" на топлината подобрява цялостния микроклимат в помещението.

Недостатъци при използването на топлообменник:

1. Волатилността. Закупуването на климатично оборудване е оправдано, ако консумацията на електроенергия ще бъде значително по-малка от нейните спестявания след инсталирането на топлообменника.
2. Кондензация. Поради разликата в температурата на стените на топлообменника влагата може да се кондензира. През зимата има шанс за обледеняване, което е изпълнено с бързо намаляване на ефективността или повреда на топлообменника.
3. Шумна работа. Някои модели в процеса на експлоатация излъчват дрон. Ако през деня този дефицит не е особено забележим, то през нощта шумът носи дискомфорт. Рекуператорите с подобрена изолация работят тихо.

Високата първоначална инвестиция често се превръща в основен аргумент срещу енергийно ефективната вентилация.

Препоръчително е да се инвестира в системата, която се изплаща в рамките на 5-8 години. Трябва да се отбележи, че за поддръжката на комплекса ще трябва да се направят допълнителни разходи, например периодична подмяна на вентилаторите

Характеристики на различни видове топлообменници

Конструкцията на топлообменника определя модела на потока на охлаждащата течност, ефективността на вентилационната система, класа на потреблението на енергия и разходите за оборудване. Използват се пет варианта на топлообменници: ламелни, въртящи се, топлинни тръби, камерни устройства и модели с междинна охладителна течност.

Топлообменник за плочи - Прост дизайн

Основата на топлообменника е херметична камера с множество паралелни канали. Каналите са разделени от прегради - топлопроводящи плочи, изработени от стомана или алуминий.

Вълнообразните плочи (60-70 броя) са групирани в един блок, така че формираните канали са разположени напречно един на друг - създадената турбуленция подобрява топлопредаването (+)

Газовите потоци се движат един към друг, пресичат се в касетата на топлообменника, но не се смесват. Топлообменът се извършва чрез едновременно охлаждане и нагряване на плочите от различни страни.

Предимства на кръстосания топлообменник:

• лесно инсталиране и конфигуриране на оборудването;
• изключение на контакт на въздушни маси;
• достъпна цена и компактни размери;
• без триене и движещи се части.

Индексът на ефективност варира от 40 до 70%.

Основният недостатък на ламеларния модел е утаяването на кондензата в изпускателния канал и образуването на лед през зимата. За размразяване на уреда, постъпващата струя се пренасочва към байпас на топлообменника, а топлия отпадък стопява леда върху плочите.

В режим “размразяване” енергията не се запазва, а нагреватели до 5 kW се използват за нагряване на входящия въздух. Средната ефективност намалява с 20% (+)

Има два начина за решаване на проблема:

1. Загрейте входящия въздушен поток до температура, при която се изключва образуването на лед.
2. Рекуператор с абсорбиращи плочи от пулп. Материалът абсорбира влагата от отработените въздушни маси и я предава на новопристигащите потоци.

При избора на кръстосан топлообменник трябва да се вземат под внимание експлоатационните характеристики на плочите.

Техните характеристики зависят от материала на производство:

1. Алуминиево фолио - достъпна цена, но ограничена производителност през зимата. Освен това не се препоръчва за жилищни помещения поради изсушаване на въздуха. Модификации с алуминиево "пълнене" - най-добрият вариант за бани и басейни.
2. Пластмасови прегради - на цена, близка до металните продукти, но се отличават с подобрена ефективност на работа.
3. Целулозен топлообменник - предотвратява замръзването и поддържа нормалното съдържание на влага в закрити помещения.

Хигроцелулозният рекуператор е най-икономичен и оптимален за вентилация на жилищни сгради.

Ротационен топлообменник - висока ефективност на системата

Топлообменникът е представен под формата на цилиндър, напълнен с гофрирани метални междинни слоеве. Тъй като барабанът се върти, топло или студено изпускане на въздух се подават последователно във всяко отделение.

Конструкцията на роторния топлообменник: вал на въртене и два въздушни канала. Една секция на ротора се нагрява чрез "работа", барабанът се превърта и топлината се пренасочва към студени маси, концентрирани в съседния канал (+).

Ефективността на топлопредаването се определя от скоростта на въртене на ротора, ефективността може да се регулира.

Аргументи “за” ротационен топлообменник:

• регенериране на топлина до 65-90%;
• енергийна ефективност;
• частично възстановяване на влага - можете да го направите без овлажнител;
• срок на изплащане - до 4 години.

Въпреки високата си ефективност, барабанен топлообменник не се превърна в лидер сред подобни инсталации.

Против на вентилационната система:

1. Смесете замърсения въздух с притока. Масите на отработените газове и входящите потоци редуват циркулацията през микроканалите, така че около 3–8% от “отработените” се връщат. Барабанът често предава миризмата на изходящия въздух.
2. Сложността на дизайна. Въртящите се части на ротора се нуждаят от редовна поддръжка и периодична подмяна. Движещите се елементи по време на работа създават шум и вибрации.
3. Висока цена Цената на ротационните модели е по-висока, отколкото при ламелните продукти. Това се дължи на използването на сложна механика при проектирането на барабанен топлообменник.
4. Големи размери. Монтажът се извършва в просторна вентилационна камера.

Поради обемността на роторната инсталация се използват главно в промишлени предприятия.

За да се минимизира смесването на въздушния поток, роторните рекуператори се допълват с междинни сектори - тук микроканалите се продухва със свеж въздух, който се влива обратно в аспиратора. Минусна схема - намалена ефективност (+)

Свързани топлообменници - гликолов модел

Устройството за регенериране на топлина с междинна охладителна течност често се нарича свързан топлообменник или гликолово устройство поради неговите конструктивни характеристики. Това е една от най-гъвкавите системи за възстановяване на топлината. Един топлообменник се разбива във входящия канал, а вторият в изпускателната тръба.

В тръбната схема има: циркулационна помпа, разширителен съд, въздушен клапан, контролер, температурен датчик, предпазен клапан, индикатор за налягане (+)

Принципът на действие. Съставът на гликола циркулира между топлообменниците. Температурата на охлаждащата течност се увеличава поради нагрявания поток на отработените газове, след което топлинната енергия се прехвърля на чист въздух. Затворената система елиминира смесването на въздушни маси.

Характеристики на работа на топлообменници с охлаждаща течност:

• Ефективност - 45-55%;
• регулиране на ефективността с помощта на помпа - избрана е скоростта на движение против замръзване;
• възможността за поставяне на въздуховоди за подаване и отвеждане на въздух дистанционно един от друг (до 800 m);
• инсталирането на топлообменника се извършва вертикално или хоризонтално;
• при силен замръзване се появява повърхността на замръзване на топлообменника на отработените газове - лед; използването на антифриз позволява на рекуператора да работи, без да се прибягва до размразяване;
• срокът на възвращаемост на системата е до 2 години;
• Разрешава се комбинация от 1 качулка и няколко притока или обратното.

Обемът на отстранения и инжектиран въздух трябва да бъде приблизително равен. Такива топлообменници обикновено се използват, ако потокът е токсичен или силно замърсен, когато смесването е неприемливо.

Камерен възел - универсалност на приложението

В структурно отношение топлообменникът в камерата е затворена кутия, разделена вътре в движеща се амортисьор. Отварящата преграда определя работата на топлообменника.

Изтичането протича по един канал, а притока навлиза във втората камера. В топлообменника топлите маси нагряват стените на първото отделение. След известно време клапата се движи и въздушният поток променя посоката.

В резултат притокът се движи по топлите стени на първия въздуховод, а „изработването” нагрява повърхността на втората камера. В даден момент дялът се връща и цикълът се повтаря.

Предимства на камерата за топлообмен:

• Ефективност - 80-90%;
• в тандем с висококачествена топлоизолация разходите за отопление са сведени до минимум;
• лесна инсталация - при избора на параметрите на вентилационния блок ще е необходима помощ от специалисти;
• запазване на нивата на влажност;
• системата се замразява.

Камерен топлообменник е отлична възможност за региони, където през годината е налице значителен дисбаланс между температурата вътре и отвън.

Недостатъците на съоръжението за регенериране на топлина включват:

• необходимостта от редовна поддръжка на движещите се части;
• Потоците на въздуха, които се намират, са частично смесени.

За да се намали сместа, системата е оборудвана с филтърен елемент. Въздухът става по-чист, но ефективността на рекуператора пада.

Топлинни тръби - затворена топлообменна система

Рекуператорът се състои от различни медни или алуминиеви тръби, пълни с летливи вещества, като фреон. Принципът на действие на тръбен топлообменник се основава на физични процеси - промяна в състоянието на веществото при нагряване.

Термотубата се поставя вертикално - долният край на топлообменника в изпускателната тръба, а горният - на входящия канал. Изходящите потоци около края на тръбата - фреонът се загрява, кипи и се изпарява (+)

Газът се издига и отделя топлинна енергия към входа, след което фреонът се кондензира и изтича през топлообменника. Термичният цикъл се повтаря в кръг.

Технически и експлоатационни характеристики на тръбния топлообменник: \ t

• ефективност на устройството - до 65%;
• безшумна работа поради липсата на движещи се части;
• простота на дизайна и простота при поддръжката;
• компактност - малки размери и ниско тегло;
• енергийна независимост - охлаждащата течност циркулира естествено;

Значително предимство е, че въздушният поток и обратният поток не се смесват.

Слабости на топлинните тръби:

• висока степен на ефективност се постига при тесен температурен диапазон - с рязко прегряване, целият фреон се изпарява и при недостатъчно нагряване скоростта на изпаряване се забавя;
• тръби с ниска якост - промяната на формата или намаляването на налягането намалява производителността на оборудването.

Тръбните топлообменници се използват в частното строителство, в административните, офис сгради и малки индустриални зони.

Начини за организиране на рекуперативната вентилация

Възстановяването се решава по един от начините: централизиран и децентрализиран. В първия случай вентилационните потоци от цялото помещение преминават през топлообменника, а във втория - от едно помещение.

Централизиран комплекс - климатична инсталация

Централизираната система се урежда на етапа на строителството или капиталовата модернизация на вентилационната система.

Избран е принудително захранващо и изпускателно устройство (PVU) с вграден рекуператор. Основният критерий за избор - цялостното представяне на комплекса въз основа на целия обем въздух в структурата (+)

PVU с топлообменник осигурява достатъчен обмен на въздух дори в къщи с херметични прозорци. В същото време въздушните потоци се разпределят равномерно, без да се създават проекти.

Комплексните климатични инсталации от моноблок са оборудвани с:

• вентилатори - денонощна доставка на чист въздух и освобождаване на струи, наситени с въглероден диоксид;
• нагреватели - приток за предварително загряване;
• филтри - задържане на прах и микрочастици;
• рекуператор - могат да се използват различни видове растения.

Функционалността на някои PWUs е разширена с таймер за забавяне, регулатор на мощността, сензори за влажност и т.н.

Случаят с моноблокови модели е покрит с шумопоглъщащ материал, така че работата на PWU става много тиха. Възможни са вертикални, хоризонтални и окачени варианти на вентилационни модули.

Бутални моноблокови PVU, произведени от Vents (Украйна), Dantherm (Дания), Daikin (Япония), Dantex (Англия) са се доказали добре.

Местни единици - допълнение към съществуващата вентилационна система

За да се възстанови циркулацията на въздушните маси в експлоатираното помещение, децентрализираните потоци с оползотворяване на топлината ще бъдат подходящи.

Те се блъскат в фасадата на сградата или се монтират през прозорец. Тяхната основна задача е да подобрят вентилацията в къщата.

В локалните рекуператори са осигурени вентилатор и пластинчат топлообменник. Втулката на въздушния филтър е изолирана с шумопоглъщащ материал. Устройството за управление на компактната вентилационна система се намира от вътрешната страна на стената.

Особености на децентрализираните вентилационни системи с рекуперация:

• Ефективност - 60-96%;
• ниска производителност - устройствата са предназначени да осигурят обмен на въздух в помещения до 20-35 квадратни метра;
• достъпна цена и широка гама от уреди, вариращи от конвенционални стенни вентили до автоматизирани модели с многостепенна система за филтриране и възможност за регулиране на влажността;
• лесна инсталация - за пускане в експлоатация не е необходима инсталация на тръби, можете да инсталирате самият вентил за стена.

Популярни производители на местни рекуператори: Prana (Украйна), O.Erre (Италия), Blizzard (Германия), Vents (Украйна), Aerovital (Германия).

Важни критерии при избора на стенен контакт: допустима дебелина на стената, капацитет, ефективност на топлообменника, диаметър на въздушния канал и температура на помпената среда

Заключения и полезно видео по темата

Сравнение на работата на системата за естествена вентилация и принудително възстановяване:

Принципът на работа на централизирания топлообменник, изчисляването на ефективността:

Проектиране и експлоатация на децентрализиран топлообменник на примера на стенен вентил Прана:

Чрез вентилационната система от помещението отнема около 25-35% от топлината. За намаляване на загубите и ефективното регенериране на топлината се използват рекуператори. Климатичното оборудване ви позволява да използвате енергията на отпадъчната маса за нагряване на входящия въздух.

Има ли нещо, което да допълни или има някакви въпроси относно работата на различни вентилационни топлообменници? Моля, оставете коментари за публикацията, споделете опита си с експлоатацията на такива съоръжения. Формулярът за комуникация е в долния блок.