Вентилационна и изпускателна вентилация с рекуперация на топлина: принцип на работа, преглед на предимствата и недостатъците

Приемът на чист въздух в студения период от време води до необходимостта от отопление, за да се осигури правилния климат в помещенията. За минимизиране на разходите за електроенергия може да се използва захранваща и изпускателна вентилация с рекуперация на топлина.

Разбирането на принципите на неговата работа ще позволи най-ефективно намаляване на загубите на топлина, като същевременно се поддържа достатъчен обем на заменен въздух. Нека се опитаме да разберем това.

Пестене на енергия във вентилационни системи

В есенно-пролетния период, когато вентилацията е основен проблем, е голямата температурна разлика между входящия и вътрешния въздух. Студеният поток се втурва надолу и създава неблагоприятен микроклимат в домове, офиси и на работното място или неприемлив вертикален градиент на температурата в склада.

Често срещано решение на проблема е интегрирането в захранващата вентилация въздушен нагревателчрез който потокът се нагрява. Такава система изисква консумация на енергия, докато значително количество изходящ топъл въздух води до значителни топлинни загуби.

Изходът отвън с интензивна пара служи като индикатор за значителни топлинни загуби, които могат да се използват за загряване на входящия поток

Ако каналите за подаване и изпускане на въздух са разположени наблизо, тогава е възможно частично да се прехвърли топлината на изходящия поток към входящия. Това ще намали консумацията на енергия от нагревателя или напълно да го изостави. Устройство за осигуряване на топлообмен между различни температурни газови потоци се нарича рекуператор.

В топлия сезон, когато външната температура е много по-висока от стайната температура, може да се използва рекуператор за охлаждане на входящия поток.

Единица с рекуператор

Вътрешната структура на вентилационната система с интегриран рекуператор достатъчно просто, затова е възможна тяхната независима елементна покупка и инсталация. В случай, че монтажа или самосглобяването е трудно, можете да закупите готови решения под формата на типични моноблок или индивидуални сглобяеми конструкции по поръчка.

Типичен дизайн на устройство за вентилация на захранваща и изпускателна система с рекуператор, разположен в един корпус, може да бъде допълнен от други възли по преценка на потребителя

Основните елементи и техните параметри

Случаят с топло и шумоизолация обикновено е изработен от листова стомана. В случай на монтаж на стена, той трябва да издържа на налягането, което се получава при разпенване на прорези около уреда, а също и да предотвратява вибрациите от вентилаторите.

В случай на разпределен входящ и въздушен поток през различни помещения те са свързани с корпуса канална система, Снабден е с клапани и амортисьори за разпределение на потока.

При липса на въздуховоди на решетката за подаване на въздух от страната на помещението се монтира решетка или дифузьор, за да се разпредели въздушния поток. Външната решетка за всмукване на въздух е монтирана на входния отвор от улицата, за да предотврати навлизането на птици, големи насекоми и отпадъци във вентилационната система.

Движението на въздуха се осигурява от два аксиални или центробежни вентилатора. При наличието на рекуператор, естествената циркулация на въздуха в достатъчен обем е невъзможна поради аеродинамичното съпротивление, създадено от тази единица.

Наличието на рекуператор включва инсталирането на фини филтри на входа на двата потока. Това е необходимо за намаляване на запушването на прах и мастни натрупвания в тънките канали на топлообменника. В противен случай, за пълноценното функциониране на системата ще трябва да се увеличи честотата на превантивната поддръжка.

Фините филтри трябва периодично да се сменят или почистват. В противен случай повишеното съпротивление на въздушния поток ще доведе до счупване на вентилаторите.

Един или повече рекуператори заемат по-голямата част от захранващото и изпускателното устройство. Те са монтирани в центъра на конструкцията.

В случай на силни студове, характерни за територията и недостатъчна ефективност на топлообменника за отопление на външния въздух, допълнително може да се монтира въздушен нагревател. Също така, ако е необходимо, се монтира овлажнител, йонизатор и други устройства, за да се създаде благоприятен микроклимат в помещението.

Съвременните модели включват електронно устройство за управление. Сложните модификации имат функции за програмиране на режими на работа в зависимост от физическите параметри на въздуха. Външните панели имат атрактивен външен вид, поради което те могат да бъдат добре интегрирани във всеки интериор на помещението.

Решаване на проблема с конденза

Охлаждането на въздуха, идващ от помещението, създава предпоставките за изхвърляне на влага и образуване на кондензат. В случай на висок дебит, по-голямата част от него няма време да се натрупа в рекуператора и излиза навън. При бавно движение на въздуха значителна част от водата остава вътре в устройството. Следователно е необходимо да се осигури събирането на влага и нейното отстраняване извън корпуса захранваща и изпускателна система.

Елементарно устройство за събиране и отстраняване на кондензат е тиган, разположен под рекуператора с наклон към отвора за източване

Заключението на влагата се произвежда в затворен контейнер. Той се поставя само на закрито, за да се избегне замръзване на изходящите канали при минусови температури.Няма надежден алгоритъм за изчисляване на обема на водата, получена при използване на системи с рекуператор, така че се определя експериментално.

Използването на кондензат за овлажняване на въздуха е нежелателно, тъй като водата абсорбира много замърсители, като човешка пот, миризми и др.

Значително намалете количеството кондензат и избегнете проблемите, свързани с появата му, като организирате отделна изпускателна система от банята и кухнята. Именно в тези помещения въздухът има най-висока влажност. Ако има няколко изпускателни системи, обменът на въздух между техническите и жилищните зони трябва да бъде ограничен чрез инсталиране на възвратни клапани.

В случай на охлаждане на изходящия въздушен поток до отрицателни температури вътре в рекуператора, кондензатът преминава към лед, което причинява намаляване на живото напречно сечение на потока и в резултат на това намаляване на обема или пълно спиране на вентилацията.

За периодично или еднократно размразяване на рекуператора е инсталиран байпас - байпасен канал за движение на подавания въздух. Когато потокът преминава покрай устройството, топлопредаването спира, топлообменникът се загрява и ледът става течен. Водата тече в резервоара за събиране на кондензат или се изпарява навън.

Принципът на байпасното устройство е прост, следователно, ако има риск от образуване на лед, препоръчително е да се осигури такова решение, тъй като възстановяването на топлината на топлообменника по други начини е сложно и дълго

Когато потокът преминава през байпаса, не се нагрява подавания въздух през рекуператора. Следователно, когато този режим е активиран, е необходимо автоматично да се включи нагревателят на въздуха.

Характеристики на различни видове рекуператори

Има няколко структурно различни варианта за осъществяване на топлопреминаване между студени и отоплени въздушни потоци. Всеки от тях има свои отличителни характеристики, които определят основната цел за всеки тип рекуператор.

Пластинен кръстосан топлообменник

Дизайнът на пластинчатия топлообменник се основава на тънкостенни панели, свързани последователно по такъв начин, че да редуват преминаването между тях на различни температурни потоци под ъгъл от 90 градуса. Една от модификациите на този модел е устройство с фини канали за преминаване на въздуха. Той има по-висок коефициент на топлопреминаване.

Алтернативно преминаване на топъл и студен въздушен поток през плочите се осъществява чрез огъване на краищата на плочите и уплътняване на съединения с полиестерна смола

Панелите за пренос на топлина могат да бъдат изработени от различни материали:

• медни, месингови и алуминиеви сплави имат добра топлопроводимост и не са податливи на ръжда;
• леката пластмаса, направена от полимерен хидрофобен материал с висок коефициент на топлопроводимост;
• абсорбиращата целулоза позволява на кондензата да проникне през плочата и да се върне в стаята.

Недостатъкът е възможността за конденз при ниски температури. Поради малкото разстояние между плочите, влагата или ледът значително увеличават аеродинамичното съпротивление. В случай на замръзване е необходимо да се изключи входящият въздушен поток за затопляне на плочите.

Предимствата на рекуператорите са следните:

• ниска цена;
• дълъг експлоатационен живот;
• дълъг период между превантивната поддръжка и нейната простота;
• малки размери и тегло.

Този тип рекуператор е най-често срещан за жилищни и офис помещения. Използва се и в някои технологични процеси, например за оптимизиране на изгарянето на гориво по време на работа на пещи.

Барабанен или ротационен тип

Принципът на работа на ротационен топлообменник се основава на въртенето на топлообменника, вътре в който са слоеве от гофриран метал с висока топлинна мощност.В резултат на взаимодействие с изтичащите води, барабанният сектор се нагрява, което впоследствие отделя топлина на входящия въздух.

Финият мрежов топлообменник на въртящия се топлообменник е склонен към запушване, поради което е особено важно да се обърне внимание на качествената работа на фините филтри

Предимствата на ротационните рекуператори са, както следва:

• доста висока ефективност в сравнение с конкурентните типове;
• връщането на голямо количество влага, която под формата на кондензат остава на барабана и се изпарява при контакт с входящ сух въздух.

Този тип рекуператор се използва по-рядко за жилищни сгради с вентилация на апартаменти или къщи. Често се използва в големи котелни за връщане на топлина в пещи или за големи промишлени или търговски обекти.

Този тип устройства обаче имат значителни недостатъци:

• сравнително сложна структура с движещи се части, включително електродвигател, барабан и ремъчно задвижване, което изисква постоянна поддръжка;
• повишено ниво на шума.

Понякога за устройства от този тип може да се намери терминът „регенеративен топлообменник“, което е по-правилно от „рекуператор“. Факт е, че малка част от отработения въздух тече обратно поради хлабавото прилягане на барабана към тялото на конструкцията.

Това налага допълнителни ограничения върху възможността за използване на устройства от този тип. Например замърсеният въздух от печките за отопление не може да се използва като топлоносител.

Система за тръби и корпуси

Рекуператорът от тръбен тип се състои от тънкостенни тръби с малък диаметър, разположени в изолирания корпус на системата, през който тече външен въздух. Върху корпуса се произвежда маса от топъл въздух от стаята, която загрява входящия поток.

Изходът на топъл въздух трябва да се извършва точно през корпуса, а не чрез система от тръби, тъй като е невъзможно отстраняването на конденза от тях

Основните предимства на тръбните рекуператори са, както следва:

• висока ефективност, благодарение на принципа на противоток на движението на охлаждащата течност и входящия въздух;
• простотата на дизайна и липсата на подвижни части осигурява ниско ниво на шум и рядко възникваща нужда от поддръжка;
• дълъг експлоатационен живот;
• най-малко напречно сечение сред всички видове устройства за възстановяване.

Тръбите за устройства от този тип използват или лек сплав метал, или по-рядко полимер. Тези материали не са хигроскопични, поради което при значителна разлика в температурата на потоците е възможно образуването на интензивен кондензат в корпуса, което изисква конструктивно решение за неговото отстраняване. Друг недостатък е, че металния пълнеж има значително тегло, въпреки малките си размери.

Простотата на дизайна на тръбния рекуператор прави този тип устройства популярни за самостоятелно производство. Като външен корпус обикновено се използват пластмасови тръби за въздуховоди, изолирани с полиуретанови черупки.

Междинно устройство за пренос на топлина

Понякога тръбите за подаване и изпускане са разположени на известно разстояние един от друг. Тази ситуация може да възникне поради технологичните особености на сградата или санитарните изисквания за надеждно разделяне на въздушните потоци.

В този случай използвайте междинен охлаждащ агент, циркулиращ между каналите през изолирана тръба. Като средство за пренос на топлинна енергия с помощта на вода или водно-гликолов разтвор, циркулацията на който се осигурява от термопомпа.

Рекуператорът с междинна охлаждаща течност е обемно и скъпо устройство, чието използване е икономически оправдано за помещения с големи площи

В случай, че е възможно да се използва различен тип рекуператор, е по-добре да не използвате система с междинен охлаждащ агент, тъй като има следните значителни недостатъци:

• ниска ефективност в сравнение с други видове устройства, следователно за малки помещения с нисък въздушен поток такива устройства не се използват;
• значителен обем и тегло на цялата система;
• необходимостта от допълнителна електрическа помпа, която да циркулира течността;
• повишен шум от помпата.

Има модификация на тази система, когато вместо принудителна циркулация на топлообменната течност се използва среда с ниска точка на кипене, като фреон. В този случай движението по веригата е възможно по естествен начин, но само ако каналът за подаване на въздух е разположен над изпускателния канал.

Такава система не изисква допълнителни разходи за енергия, но работи за отопление само при значителна температурна разлика. Освен това е необходимо да се прецизира точката на промяна в състоянието на агрегиране на течността за пренос на топлина, което може да се осъществи чрез създаване на желаното налягане или специфичен химичен състав.

Основни технически параметри

Познавайки необходимите характеристики на вентилационната система и ефективността на топлообмена на топлообменника, е лесно да се изчислят спестяванията от загряване на въздуха за помещение при специфични климатични условия. Сравнявайки потенциалните ползи с разходите за закупуване и поддръжка на системата, можете разумно да направите избор в полза на рекуператор или стандартен въздушен нагревател.

Често производителите на оборудване предлагат моделна линия, в която вентилационните блокове с подобна функционалност се различават по обема на въздушния обмен. За жилищни помещения този параметър трябва да бъде изчислен съгласно таблица 9.1. СП 54.13330.2016

Коефициент на изпълнение

Под ефективността на рекуператора се разбира ефективността на топлопреминаването, която се изчислява по следната формула:

K = (T_п - Т_п) / (Т_в - Т_п)

В който:

• T_п - температура на входящия въздух в помещението;
• T_п - външна температура;
• T_в - температура на въздуха в помещението.

Максималната стойност на ефективността със стандарт скорости на въздушния поток и определен температурен режим, посочен в техническата документация на устройството. Реалната му скорост ще бъде малко по-малка.

В случай на независимо производство на плоча или тръбен топлообменник, за да се постигне максимална ефективност на топлопредаване, е необходимо да се спазват следните правила:

• Най-добрият топлообмен се осигурява от устройства с противоток, след това устройства с напречен поток, а най-малките - с еднопосочно движение на двата потока.
• Скоростта на топлопреминаване зависи от материала и дебелината на стените, разделящи потоците, както и от продължителността на въздуха вътре в устройството.

Познавайки ефективността на рекуператора, е възможно да се изчисли неговата енергийна ефективност при различни температури на външния и вътрешния въздух:

E (W) = 0,36 x P x K x (T_в - Т_п)

където P (m³/ час) - консумация на въздух.

Изчисляване на ефективността на рекуператора в парично изражение и сравнение с разходите за неговото закупуване и монтаж за двуетажна вила с обща площ 270 м2 показва възможността за инсталиране на такава система

Цената на рекуператорите с висока ефективност е доста висока, те имат сложна структура и значителни размери. Понякога можете да заобиколите тези проблеми, като инсталирате няколко по-прости устройства, така че входящият въздух да преминава през тях последователно.

Работа на вентилационната система

Обемът на въздушния поток се определя от статичното налягане, което зависи от мощността на вентилатора и основните компоненти, които създават аеродинамично съпротивление.По правило точното му изчисление е невъзможно поради сложността на математическия модел, поради което се провеждат експериментални проучвания за типични моноблокови конструкции, а компонентите се избират за отделни устройства.

Мощността на вентилатора трябва да бъде избрана, като се вземе предвид пропускателната способност на инсталираните рекуператори от всякакъв тип, която е посочена в техническата документация като препоръчителната скорост на потока или обема на въздуха, предаван от устройството за единица време. По правило допустимата скорост на въздуха вътре в устройството не надвишава 2 m / s.

В противен случай при високи скорости в тесните елементи на рекуператора има рязко увеличение на аеродинамичното съпротивление. Това води до ненужни разходи за енергия, неефективно загряване на външния въздух и съкращава живота на вентилаторите.

Графиката на загуба на налягане спрямо скоростта на въздушния поток за няколко модела високопроизводителни топлообменници показва нелинейно увеличение на съпротивлението, следователно е необходимо да се спазват изискванията за препоръчителния обем на въздушен обмен, посочен в техническата документация на устройството

Промяната на посоката на въздушния поток създава допълнително аеродинамично съпротивление. Затова при моделиране на геометрията на вътрешния канал е желателно броят на завоите на тръбите да се сведе до 90 градуса. Дифузорите за въздушна дисперсия също увеличават устойчивостта, така че е препоръчително да не се използват елементи със сложен модел.

Замърсените филтри и решетки създават значителни смущения в потока, така че те трябва периодично да се почистват или подменят. Един от ефективните начини за оценка на запушването е да се инсталират сензори, които наблюдават спада на налягането в зоните преди и след филтъра.

Изводи и полезно видео по темата

Принципът на работа на въртящия се и пластинен рекуператор:

Измерване на ефективността на рекуператор от плоча:

Вътрешните и промишлени вентилационни системи с интегриран рекуператор са доказали своята енергийна ефективност за поддържане на топлината на закрито. Сега има много оферти за продажба и монтаж на такива устройства под формата на готови и тествани модели, както и за индивидуални поръчки. Можете да изчислите необходимите параметри и да извършите инсталацията сами.

Ако имате въпроси, когато четете информацията или откриете неточности в нашия материал, моля, оставете коментарите си в полето по-долу.