Ventilació de subministrament i escape amb recuperació de calor: principi de funcionament, una visió general dels avantatges i desavantatges

La ingesta d’aire fresc en el període fred del temps comporta la necessitat de calefacció per assegurar el clima interior adequat. Per minimitzar el cost de l'electricitat es pot utilitzar el subministrament i la ventilació d'escapament amb recuperació de calor.

Comprendre els principis del seu funcionament permetrà la reducció més eficient de la pèrdua de calor mantenint un volum suficient d’aire substituït. Intentem esbrinar-ho.

Estalvi d’energia en sistemes de ventilació

En el període de tardor-primavera, quan la ventilació és un problema important, és la gran diferència de temperatura entre l’aire entrant i l’aire interior. El corrent fred es precipita i crea un microclima desfavorable a les llars, les oficines i al lloc de treball o un gradient de temperatura vertical inacceptable al magatzem.

Una solució comuna al problema és la integració a la ventilació de subministrament escalfador d'airepel qual s’escalfa el flux. Aquest sistema requereix un consum d’energia, mentre que una quantitat important d’aire càlid sortint comporta pèrdues de calor importants.

La sortida a l'exterior amb un vapor intens serveix com a indicador de pèrdues de calor importants, que es poden utilitzar per escalfar el flux entrant

Si els canals d’alimentació d’aire i d’escapament es troben a prop, llavors és possible transferir parcialment la calor del flux de sortida a l’entrada. D’aquesta manera es reduirà el consum d’energia del calefactor o l’abandonarà completament. Un dispositiu per proporcionar un intercanvi de calor entre diferents fluxos de gas de temperatura s'anomena recuperador.

A la temporada càlida, quan la temperatura exterior és molt superior a la temperatura ambient, es pot utilitzar un recuperador per refredar el flux entrant.

Unitat unitària amb recuperador

L’estructura interna del sistema de ventilació amb recuperador integrat prou senzill, per tant és possible la seva compra i instal·lació independent d’elements independents. En cas que el muntatge o el muntatge automàtic siguin difícils, podeu adquirir solucions preparades en forma de monobloc típic o estructures prefabricades individuals sota comanda.

Un disseny típic d'un dispositiu de sistema de ventilació de subministrament i d'escapament amb un recuperador situat en un sol carcassa es pot complementar amb altres nodes a discreció de l'usuari.

Els elements principals i els seus paràmetres

El cas de l’aïllament tèrmic i acústic sol ser de xapa d’acer. En el cas del muntatge a la paret, ha de suportar la pressió que es produeix en espumar ranures al voltant de la unitat i també evitar les vibracions dels ventiladors.

En el cas de l’entrada distribuïda i el flux d’aire sobre diverses habitacions, es connecten a l’allotjament sistema de conductes. Està equipat amb vàlvules i amortidors per a la distribució del cabal.

En absència de conductes d’aire, s’instal·la una reixa o difusor a la sortida d’aire de subministrament des del costat de l’habitació per distribuir el flux d’aire. Una reixa d’entrada d’aire exterior s’instal·la a l’obertura d’entrada del carrer per evitar que els ocells, els grans insectes i les escombraries entrin al sistema de ventilació.

El moviment de l'aire és proporcionat per dos ventiladors axials o centrífugs. En presència d’un recuperador, la circulació natural de l’aire en un volum suficient és impossible a causa de l’arrossegament aerodinàmic creat per aquesta unitat.

La presència d’un recuperador implica la instal·lació de filtres fins a l’entrada d’ambdós fluxos. Això és necessari per reduir l’obstrucció de dipòsits de pols i greixos als canals prims de l’intercanviador de calor. En cas contrari, per al funcionament complet del sistema caldrà augmentar la freqüència de manteniment preventiu.

Els filtres fins s’han de canviar o netejar periòdicament. En cas contrari, l'augment de la resistència del flux d'aire farà que els ventiladors es trenquin.

Un o més recuperadors ocupen la major part del dispositiu d’escapament i subministrament. Es munten al centre de l'estructura.

En cas de gelades severes pròpies del territori i una eficiència insuficient de l'intercanviador de calor per escalfar l'aire exterior, també es pot instal·lar un escalfador d'aire. També, si cal, es munta un humidificador, un ionitzador i altres dispositius per crear un microclima favorable a la sala.

Els models moderns inclouen una unitat de control electrònic. Les modificacions sofisticades tenen funcions per programar modes de funcionament depenent dels paràmetres físics de l’aire. Els panells externs tenen un aspecte atractiu, degut al qual es poden integrar bé en qualsevol interior de l’habitació.

Resolució del problema de la condensació

El refredament de l’aire que surt de l’habitació crea els requisits previs per a la descàrrega d’humitat i la formació de condensats. En el cas d'un cabal elevat, la majoria no té temps per acumular-se al recuperador i surt fora. Amb un moviment lent de l’aire, una part important de l’aigua roman dins de l’aparell. Per tant, cal assegurar la recollida d’humitat i la seva eliminació fora de l’habitatge subministrament i sistema d’escapament.

Un dispositiu elemental per a la recollida i eliminació del condensat és una panera situada sota el recuperador amb una inclinació cap al forat de desguàs

Conclusió de la humitat es produeix en un recipient tancat. Es col·loca només a l'interior per evitar la congelació dels canals de sortida a temperatures inferiors a zero.No hi ha cap algorisme fiable per calcular el volum d’aigua obtingut quan s’utilitzen sistemes amb un recuperador, de manera que es determina experimentalment.

La reutilització del condensat per humectar l’aire no és desitjable, ja que l’aigua absorbeix molts contaminants, com la suor humana, les olors, etc.

Reduir significativament la quantitat de condensat i evitar els problemes associats al seu aspecte organitzant un sistema d’escapament separat del bany i la cuina. És en aquestes habitacions que l’aire té la humitat més elevada. Si hi ha diversos sistemes d’escapament, s’ha de limitar l’intercanvi d’aire entre les àrees tècniques i les residencials mitjançant la instal·lació de vàlvules de control.

En el cas de refredar el flux d’aire sortint a temperatures negatives a l’interior del recuperador, es produeixen condensacions de transició al gel, cosa que provoca una reducció de la secció viva del flux i, com a conseqüència, una disminució del volum o cessació completa de la ventilació.

Per a la descongelació periòdica o única del recuperador, s’instal·la un bypass: un canal de bypass per al moviment d’aire de subministrament. Quan el flux passa a l’altura del dispositiu, la transferència de calor s’atura, l’intercanviador de calor s’escalfa i el gel es converteix en líquid. L’aigua surt al dipòsit de recollida de condensats o s’evapora cap a l’exterior.

El principi del dispositiu de bypass és senzill, per tant, si hi ha risc de formació de gel, és convenient proporcionar una solució d’aquest tipus, ja que la recuperació de calor de l’intercanviador de calor d’altres maneres és complicada i llarga.

Quan el flux passa pel bypass, no hi ha escalfament de l’aire de subministrament a través del recuperador. Per tant, quan s’activa aquest mode, cal encendre l’escalfador d’aire de forma automàtica.

Característiques de diversos tipus de recuperadors

Hi ha diverses opcions estructuralment diferents per a la implementació de la transferència de calor entre els fluxos d'aire fred i escalfat. Cadascun d’ells té les seves pròpies característiques distintives que determinen la finalitat principal de cada tipus de recuperador.

Intercanviador de calor de flux creuat de plaques

El disseny de l’intercanviador de calor de plaques es basa en panells de parets primes connectats alternativament de manera que alterin el pas entre ells de diferents fluxos de temperatura en un angle de 90 graus. Una de les modificacions d’aquest model és un dispositiu amb canals aletats per al pas d’aire. Té un coeficient de transferència de calor més gran.

El pas altern del flux d’aire càlid i fred a través de les plaques es realitza doblegant les vores de les plaques i segellant compostos amb una resina de polièster

Els panells de transferència de calor es poden fer de diversos materials:

• coure, llautó i aliatges a base d'alumini tenen una bona conductivitat tèrmica i no són susceptibles de l'oxidació;
• un plàstic fabricat amb un material hidròfob de polímer amb un elevat coeficient de conductivitat tèrmica és lleuger;
• la cel·lulosa absorbent permet que el condensat penetri a través de la placa i torni a l’habitació.

El desavantatge és la possibilitat de condensació a temperatures baixes. A causa de la petita distància entre les plaques, la humitat o el gel augmenten significativament l’arrossegament aerodinàmic. En cas de congelació, cal apagar el flux d’aire entrant per escalfar les plaques.

Els avantatges dels recuperadors de plaques són els següents:

• baix cost;
• llarga vida útil;
• un llarg període entre el manteniment preventiu i la seva senzillesa;
• petites dimensions i pes.

Aquest tipus de recuperador és més comú en locals residencials i d’oficines. També s'utilitza en alguns processos tecnològics, per exemple, per optimitzar la combustió del combustible durant l'operació dels forns.

Tambor o tipus rotatiu

El principi de funcionament d’un intercanviador de calor giratori es basa en la rotació de l’intercanviador de calor, a l’interior del qual hi ha capes de metall corrugat d’alta capacitat de calor.Com a resultat de la interacció amb l’efluent, s’escalfa el sector del tambor, que posteriorment desprèn calor a l’aire que entra.

L’intercanviador de calor de malla fina de l’intercanviador de calor rotatiu és propens a obstruir-se, per tant, és especialment important parar atenció al treball de qualitat dels filtres fins

Els avantatges dels recuperadors rotatius són els següents:

• una eficiència bastant alta en comparació amb els tipus de competència;
• el retorn d’una gran quantitat d’humitat, que en forma de condensat roman al tambor i s’evapora al contacte amb l’aire sec.

Aquest tipus de recuperador s'utilitza menys en edificis residencials amb ventilació d'apartaments o cases rurals. Sovint s’utilitza en sales grans de calderes per retornar calor als forns o a instal·lacions industrials o comercials al detall.

Tot i això, aquest tipus de dispositiu presenta desavantatges importants:

• una estructura relativament complexa amb parts mòbils, incloent-hi un motor elèctric, un tambor i un accionament per la corretja, que requereix un manteniment constant;
• augment del nivell de soroll.

De vegades, en dispositius d’aquest tipus, es pot trobar el terme “intercanviador de calor regeneratiu”, que és més correcte que un “recuperador”. El fet és que una petita part de l’aire d’escapament torna a retornar a causa de l’ajustament solt del tambor al cos de l’estructura.

Això imposa restriccions addicionals a la possibilitat d’utilitzar dispositius d’aquest tipus. Per exemple, l'aire contaminat dels fogons de calefacció no es pot utilitzar com a agent de calor.

Sistema de tub i caixa

El recuperador de tipus tubular consisteix en tubs de paret prim de petit diàmetre situats a la carcassa aïllada del sistema, per on flueix l’aire exterior. A la carcassa es produeix una sortida de massa d’aire càlid de la sala, que escalfa el flux que entra.

La sortida d'aire càlid s'ha de realitzar precisament a través de la caixa, i no a través d'un sistema de tubs, ja que és impossible eliminar el condensat

Els principals avantatges dels recuperadors tubulars són els següents:

• alta eficiència, gràcies al principi de contracorrent de moviment del refrigerant i de l’aire entrant;
• la simplicitat del disseny i l'absència de peces mòbils proporciona un baix nivell de soroll i rares vegades es necessita un manteniment;
• llarga vida útil;
• secció més petita entre tots els tipus de dispositius de recuperació.

Els tubs per a dispositius d’aquest tipus utilitzen metalls d’aliatge lleuger o, menys freqüentment, polímer. Aquests materials no són higroscòpics, per tant, amb una diferència significativa en la temperatura dels fluxos, és possible la formació de condensats intensos a la carcassa, cosa que requereix una solució constructiva per a la seva eliminació. Un altre desavantatge és que el farcit metàl·lic té un pes considerable, malgrat les seves dimensions reduïdes.

La simplicitat del disseny del recuperador tubular fa que aquest tipus de dispositiu sigui popular per a l’autoproducció. Com a carcassa exterior, normalment s’utilitzen canonades de plàstic per a conductes d’aire, aïllades amb petxines de poliuretà.

Dispositiu de transferència de calor intermèdia

De vegades, els conductes d’alimentació i d’escapament es troben a alguna distància l’un de l’altre. Aquesta situació pot sorgir per les característiques tecnològiques de l’edifici o per requeriments sanitaris per a una separació fiable dels fluxos d’aire.

En aquest cas, utilitzeu un refrigerant intermedi que circuli entre els conductes a través d’una canonada aïllada. Com a mitjà per a la transferència d’energia tèrmica mitjançant aigua o una solució d’aiglicol, la circulació de la qual és proporcionada bomba de calor.

El recuperador amb un refrigerant intermedi és un dispositiu volumètric i car, l'ús de la qual està justificat econòmicament per a habitacions amb grans superfícies

En el cas que sigui possible utilitzar un altre tipus de recuperador, és millor no utilitzar un sistema amb un refrigerant intermedi, ja que presenta els inconvenients importants següents:

• baixa eficiència en comparació amb altres tipus de dispositius, per tant, per a habitacions petites amb un baix flux d’aire, aquests dispositius no s’utilitzen;
• volum i pes significatius de tot el sistema;
• la necessitat d’una bomba elèctrica addicional per circular el fluid;
• augment del soroll de la bomba.

Hi ha una modificació d’aquest sistema quan, en lloc de la circulació forçada del fluid d’intercanvi de calor, s’utilitza un medi amb un punt d’ebullició baix, com ara el freó. En aquest cas, el moviment al llarg del circuit és possible de forma natural, però només si el conducte d’aire d’alimentació està situat per sobre del conducte d’escapament.

Aquest sistema no requereix costos d’energia addicionals, però funciona per escalfar només a una diferència de temperatura significativa. A més, és necessari afinar el punt de canvi de l’estat d’agregació del fluid de transferència de calor, que es pot implementar creant la pressió desitjada o una composició química específica.

Principals paràmetres tècnics

Conegut el rendiment requerit del sistema de ventilació i l’eficiència d’intercanvi de calor de l’intercanviador de calor, és fàcil calcular l’estalvi en escalfar l’aire d’una habitació en condicions climàtiques específiques. Si compareu els beneficis potencials amb el cost de compra i manteniment del sistema, podeu triar raonablement a favor d’un recuperador o d’un escalfador d’aire estàndard.

Sovint, els fabricants d’equips ofereixen una línia de model en què les unitats de ventilació amb funcionalitats similars difereixen en quant a l’intercanvi d’aire. Per a locals residencials, aquest paràmetre s'ha de calcular segons la taula 9.1. SP 54.13330.2016

Coeficient de rendiment

L’eficiència del recuperador s’entén com a eficiència de transferència de calor, que es calcula mitjançant la fórmula següent:

K = (T_n - T_n) / (T_a - T_n)

En què:

• T_n - temperatura de l’aire entrant a l’habitació;
• T_n - temperatura exterior;
• T_a - temperatura de l’aire a l’habitació.

El màxim valor d’eficiència amb estàndard cabals d'aire i un determinat règim de temperatura indicat a la documentació tècnica del dispositiu. La seva taxa real serà lleugerament inferior.

En el cas de la fabricació independent d'una placa o un intercanviador de calor tubular, per assolir la màxima eficiència de transferència de calor, cal complir les següents regles:

• El millor intercanvi de calor s’assegura mitjançant dispositius de contracorrent, després dispositius de flux creuat i el més petit, amb el moviment unidireccional d’ambdós fluxos.
• La velocitat de transferència de calor depèn del material i del gruix de les parets que separen els corrents, així com de la durada de l’aire dins del dispositiu.

Coneguda l'eficiència del recuperador, és possible calcular la seva eficiència energètica a diverses temperatures de l'aire exterior i intern:

E (W) = 0,36 x P x K x (T_a - T_n)

on P (m³/ hora) - consum d’aire.

El càlcul de l’eficiència del recuperador en termes monetaris i la comparació amb els costos de la seva compra i instal·lació per a una casa de dues plantes amb una superfície total de 270 m2 demostra la viabilitat d’instal·lar aquest sistema.

El cost dels recuperadors amb alta eficiència és bastant elevat, tenen una estructura complexa i una mida considerable. De vegades es pot solucionar aquests problemes mitjançant la instal·lació de diversos dispositius més senzills de manera que l’aire entrant els passi de forma seqüencial.

Rendiment del sistema de ventilació

El volum de flux d’aire està determinat per la pressió estàtica, que depèn de la potència del ventilador i dels components principals que creen l’arrossegament aerodinàmic.Per regla general, el seu càlcul exacte és impossible a causa de la complexitat del model matemàtic, per això es realitzen estudis experimentals per a dissenys típics de monobloc i es seleccionen components per a dispositius individuals.

S'ha de seleccionar la potència del ventilador tenint en compte la quantitat de recuperadors instal·lats de qualsevol tipus, que s'indica a la documentació tècnica com el cabal o el volum d'aire recomanat per unitat de temps. Per regla general, la velocitat de l’aire admissible dins del dispositiu no supera els 2 m / s.

En cas contrari, a grans velocitats en els estrets elements del recuperador es produeix un fort augment de l’arrossegament aerodinàmic. Això comporta uns costos d’energia innecessaris, un escalfament ineficient de l’aire exterior i redueix la vida dels ventiladors.

El gràfic de la pèrdua de pressió enfront del cabal d’aire per a diversos models d’intercanviadors de calor d’alt rendiment mostra un augment no lineal de la resistència, per tant, cal complir els requisits del volum d’intercanvi d’aire recomanat indicat a la documentació tècnica del dispositiu.

El canvi de direcció del flux d'aire crea un arrossegament aerodinàmic addicional. Per tant, quan es modeli la geometria del conducte interior, és desitjable minimitzar els 90 volts de canonades. Els difusors per a la dispersió de l'aire també augmenten la resistència, per la qual cosa és recomanable no utilitzar elements amb un patró complex.

Els filtres i reixes contaminats creen interferències importants amb el flux, de manera que s’han de netejar o substituir periòdicament. Una de les maneres efectives de valorar l’obstrucció és instal·lar sensors que controlin la caiguda de pressió a les zones abans i després del filtre.

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

El principi de funcionament del rotor i del recuperador de plaques:

Mesura de l'eficàcia d'un recuperador de tipus placa:

Els sistemes de ventilació domèstica i industrial amb un recuperador integrat han demostrat la seva eficiència energètica a l’hora de mantenir la calor a l’interior. Ara hi ha moltes ofertes per a la venda i la instal·lació d'aquests dispositius en forma de models preparats i provats, així com per a comandes individuals. Podeu calcular els paràmetres necessaris i realitzar la instal·lació vosaltres mateixos.

Si teniu dubtes en llegir la informació o si trobeu inexactituds al nostre material, si us plau, deixeu els vostres comentaris al quadre següent.