Recupero del calore nei sistemi di ventilazione: principio di funzionamento e opzioni

Nel processo di ventilazione dalla stanza non viene utilizzata solo l'aria di scarico, ma anche parte dell'energia termica. In inverno, questo porta ad un aumento delle bollette energetiche.

Per ridurre i costi superflui, fatto salvo lo scambio d'aria, sarà consentito il recupero di calore nei sistemi di ventilazione centralizzati e di tipo locale. Per il recupero di energia termica vengono utilizzati diversi tipi di scambiatori di calore: i recuperatori.

L'articolo descrive in dettaglio i modelli di unità, le loro caratteristiche di progettazione, i principi operativi, i vantaggi e gli svantaggi. Le informazioni fornite aiuteranno a scegliere l'opzione migliore per organizzare il sistema di ventilazione.

Il concetto di recupero: il principio di funzionamento dello scambiatore di calore

Tradotto dal latino, recupero significa rimborso o reso. Per quanto riguarda le reazioni di scambio termico, il recupero è caratterizzato come un ritorno parziale di energia spesa per lo svolgimento di un'azione tecnologica ai fini dell'applicazione nello stesso processo.

il sistema di ventilazione Il principio del recupero viene utilizzato per risparmiare energia termica.

Per analogia, il raffreddamento viene recuperato con tempo caldo - le masse di approvvigionamento caldo riscaldano l'uscita "lavorando" e la loro temperatura diminuisce.

Il processo di recupero di energia viene eseguito in uno scambiatore di calore di recupero. Il dispositivo prevede la presenza di un elemento di scambio termico e ventole per il pompaggio di flussi d'aria multidirezionali. Un sistema automatico viene utilizzato per controllare il processo e controllare la qualità della fornitura d'aria.

Il design è progettato in modo tale che i flussi di alimentazione e di scarico siano in compartimenti separati e non si mescolino: il recupero del calore viene effettuato attraverso le pareti dello scambiatore di calore.

Comprendi e capisci cos'è ventilazione recuperata un diagramma chiaro della circolazione dell'aria aiuterà.

Attraverso le cappe in ambienti umidi (WC, bagno, cucina), si verifica il deflusso dell'aria di scarico. Prima di partire, passa attraverso lo scambiatore di calore e lascia parte del calore. L'aria fornita si muove nella direzione opposta, si riscalda ed entra nei salotti (+)

Opportunità di un recuperatore in ventilazione

È possibile parlare della fattibilità di organizzare la ventilazione rigenerativa valutando l'efficacia del sistema e confrontando i suoi vantaggi con gli svantaggi.

Parte del calore viene prelevata dall'aria di scarico estratta e trasferita ai getti freschi iniettati diretti all'interno della stanza. Ciò consente di ridurre la perdita di calore fino al 70% (+)

La necessità di utilizzare il recupero di calore è particolarmente rilevante negli edifici con uscita forzata dell'aria. Di norma, si tratta di strutture a bassa inerzia costruite utilizzando tecnologie innovative di isolamento termico (case fatte di pannelli sandwich, pannelli di silicato di gas, blocchi di schiuma).

In tali edifici, le pareti non accumulano bene il calore e il ricambio d'aria naturale è inefficace.

Tuttavia, i problemi con la circolazione dell'aria sono anche caratteristici degli edifici "tradizionali" in mattoni e cemento. La presenza di serrate finestre in PVC termoisolante blocca la circolazione con un impulso naturale - il flusso di aria fresca si ferma, e condotto di ventilazione si inclina o tende a zero.

La soluzione al problema dell'euro-finestra è l'organizzazione della ventilazione forzata. Il sistema ripristina lo scambio d'aria, ma allo stesso tempo la perdita di calore aumenta al 60%. E qui non puoi fare a meno del recupero termico.

L'efficienza del processo di scambio è espressa in percentuale e mostra la quantità di calore speso dall'aria di scarico per riscaldare il nuovo "afflusso"

Il fattore di efficienza del recupero di calore per ventilazione:

• 0% - finestra aperta: l'aria calda viene rimossa nell'atmosfera e l'aria fredda entra all'interno, abbassando la temperatura nella stanza;
• 100% - l'aria di mandata viene riscaldata alla temperatura dello "scarico" - tecnicamente impossibile da implementare;
• 30-90% - un parametro accettabile, il recupero è considerato buono con un'efficienza del 60% o più, un'efficienza superiore all'80% - eccellente trasferimento di calore.

L'efficacia del sistema dipende dal tipo di recuperatore, dalle dimensioni della stanza e dal flusso d'aria. In ogni caso, l'uso della ventilazione rigenerativa anche con un'efficienza del 30% è più redditizio della sua assenza. Oltre a un notevole risparmio di risorse energetiche, il "recupero di calore" migliora il microclima interno generale.

Svantaggi dell'utilizzo di uno scambiatore di calore:

1. Volatilità. L'acquisto di apparecchiature HVAC è giustificato se il consumo di energia è significativamente inferiore ai suoi risparmi dopo l'installazione dello scambiatore di calore.
2. La condensa. A causa della differenza di temperatura, l'umidità può condensarsi sulle pareti dello scambiatore di calore. In inverno esiste la possibilità di formazione di ghiaccio, che è irto di una rapida diminuzione dell'efficienza o del guasto dello scambiatore di calore.
3. Lavoro rumoroso. Alcuni modelli emettono ronzii durante il funzionamento. Se durante il giorno questo inconveniente non è particolarmente evidente, di notte il rumore è scomodo. I recuperatori con isolamento migliorato sono silenziosi.

Gli investimenti iniziali elevati spesso diventano l'argomento principale contro la ventilazione ad alta efficienza energetica.

Si consiglia di investire in un sistema che ripaga entro 5-8 anni. Per la manutenzione del complesso dovrete sostenere costi aggiuntivi, ad esempio la sostituzione periodica dei ventilatori

Caratteristiche di diversi tipi di scambiatori di calore

Il design del recuperatore determina il diagramma di flusso del refrigerante, l'efficienza del sistema di ventilazione, la classe energetica e i costi delle apparecchiature. Vengono utilizzati cinque tipi di scambiatori di calore: piastra, rotante, tubi di calore, dispositivi a camera e modelli con un vettore di calore intermedio.

Recuperatore lamellare: semplicità di un design

La base dello scambiatore di calore è una camera sigillata con molti condotti paralleli. I canali sono separati da pareti divisorie: piastre termoconduttive in acciaio o alluminio.

Le piastre a forma di onda (60-70 pezzi) sono raggruppate in un blocco in modo che i canali formati siano posizionati l'uno di fronte all'altro - la turbolenza creata migliora il trasferimento di calore (+)

I flussi di gas si muovono l'uno verso l'altro, si intersecano nella cassetta del recuperatore, ma non si mescolano. Lo scambio termico viene effettuato a causa del raffreddamento e riscaldamento simultanei delle piastre da diversi lati.

Vantaggi dello scambiatore di calore a croce:

• facilità di installazione e configurazione delle apparecchiature;
• esclusione del contatto di masse d'aria;
• costo accessibile e dimensioni compatte;
• mancanza di sfregamento e parti in movimento.

L'indicatore di prestazione varia nell'intervallo 40-70%.

Lo svantaggio principale del modello a piastre è la condensa che si deposita nel condotto di scarico e la formazione di ghiaccio in inverno. Per scongelare l'unità, il flusso in entrata viene reindirizzato per bypassare lo scambiatore di calore e il flusso in uscita caldo scioglie il ghiaccio sulle piastre.

Nella modalità di "sbrinamento", non si verifica il risparmio energetico, i riscaldatori ad aria con potenza fino a 5 kW vengono utilizzati per riscaldare l'aria in ingresso. Il valore medio dell'efficienza diminuisce del 20% (+)

Esistono due modi per risolvere il problema:

1. Preriscaldamento del flusso d'aria in ingresso a una temperatura alla quale è esclusa la formazione di ghiaccio.
2. Recuperatore con piastre igroscopiche di cellulosa. Il materiale assorbe l'umidità dalle masse dell'aria di scarico e la trasferisce ai flussi in entrata.

Quando si sceglie uno scambiatore incrociato, è necessario tenere conto delle caratteristiche operative delle piastre.

Le loro caratteristiche dipendono dal materiale di fabbricazione:

1. Foglio di alluminio - costo accessibile, ma prestazioni limitate in inverno. Inoltre, non è raccomandato per i locali residenziali a causa dell'essiccazione all'aria. Modifiche con "riempimento" in alluminio: l'opzione migliore per bagni e piscine.
2. Partizioni in plastica - simile nel prezzo ai prodotti in metallo, ma differisce nel miglioramento dell'efficienza del lavoro.
3. Scambiatore di calore in cellulosa - prevenire il congelamento e mantenere il normale contenuto di umidità all'interno.

Il recuperatore di igrocellulosa è il più economico e ottimale per la ventilazione di edifici residenziali.

Recuperatore rotativo: alta efficienza del sistema

Lo scambiatore di calore è presentato sotto forma di un cilindro riempito con strati di metallo ondulato. Mentre il drum kit ruota, getti d'aria caldi o freddi entrano alternativamente in ogni compartimento.

Scambiatore di calore rotativo: albero di rotazione e due canali d'aria. Una sezione del rotore viene riscaldata per "estrazione", il tamburo scorre e il calore viene reindirizzato alle masse fredde concentrate nel canale adiacente (+)

L'efficienza del trasferimento di calore è determinata dalla velocità del rotore, l'efficienza può essere regolata.

Argomenti "per" recuperatore rotativo:

• recupero di calore fino al 65-90%;
• economia consumo di energia;
• compensazione parziale dell'umidità - puoi fare a meno di un umidificatore;
• periodo di rimborso - fino a 4 anni.

Nonostante la sua elevata efficienza, lo scambiatore di calore a tamburo non è diventato un leader tra installazioni simili.

Contro del sistema di ventilazione:

1. Una miscela di aria inquinata nell'afflusso. Attraverso i microcanali, le masse di gas di scarico e di alimentazione circolano alternativamente, quindi circa il 3-8% dell '"allenamento" viene restituito. Il tamburo trasmette spesso l'odore dell'aria in uscita.
2. La complessità del design. Le parti rotanti del rotore richiedono una manutenzione regolare e una sostituzione periodica. Gli elementi in movimento emettono rumore e vibrazioni durante il funzionamento.
3. Alto costo. Il prezzo per i modelli rotanti è superiore a quello dei prodotti a piastre. Ciò è dovuto all'uso di meccanismi complessi nella progettazione dello scambiatore di calore a tamburo.
4. Grandi dimensioni. L'installazione viene eseguita in una spaziosa camera di ventilazione.

A causa dell'ingombro, gli impianti a rotore sono utilizzati principalmente nelle imprese industriali.

Per ridurre al minimo la miscelazione dei flussi d'aria, i recuperatori rotanti sono integrati da settori intermedi - qui i microcanali vengono soffiati con aria fresca, che entra nella cappa di scarico. Il meno dello schema è una diminuzione dell'efficienza (+)

Scambiatori di calore rilegati - Modello glicole

Per le sue caratteristiche di progettazione, un'unità di recupero con un refrigerante intermedio viene spesso definita scambiatore di calore accoppiato o unità glicole. Questo è uno dei sistemi di recupero del calore più flessibili. Uno scambiatore di calore si schianta contro il condotto di alimentazione e il secondo nello scarico.

Nello schema delle tubazioni ci sono: una pompa di circolazione, un vaso di espansione, una valvola dell'aria, un controller, un sensore di temperatura, una valvola di sicurezza, un indicatore di pressione (+)

Il principio di lavoro. La composizione glicolica circola tra scambiatori di calore. La temperatura del liquido di raffreddamento aumenta a causa del flusso rimosso riscaldato, quindi l'energia termica viene trasferita all'aria fresca. Un sistema chiuso elimina la miscelazione delle masse d'aria in arrivo.

Caratteristiche del lavoro degli scambiatori di calore con un refrigerante:

• Efficienza: 45-55%;
• regolazione dell'efficienza con l'aiuto di una pompa: viene selezionata la velocità del movimento antigelo;
• la capacità di posizionare i condotti di alimentazione e di scarico in remoto l'uno dall'altro (fino a 800 m);
• il recuperatore è montato verticalmente o orizzontalmente;
• in caso di forte gelo, la superficie dello scambiatore di calore di scarico si congela - appare il ghiaccio; l'uso dell'antigelo consente di far funzionare il recuperatore senza ricorrere allo sbrinamento;
• periodo di rimborso del sistema - fino a 2 anni;
• è accettabile una combinazione di 1 cappuccio e più afflussi o viceversa.

Il volume dell'aria di scarico e di aspirazione dovrebbe essere approssimativamente uguale. Tali recuperatori vengono generalmente utilizzati se l'afflusso è tossico o fortemente contaminato quando i flussi di miscelazione sono inaccettabili.

Assemblaggio della camera - Versatilità

Strutturalmente, lo scambiatore di calore a camera è una scatola chiusa, divisa all'interno da una serranda mobile. La partizione di apertura determina il funzionamento del recuperatore.

Il deflusso passa lungo un canale e l'afflusso entra nella seconda camera. Nello scambiatore di calore, le masse calde riscaldano le pareti del primo compartimento. Dopo un po ', l'aletta si sposta e il flusso d'aria cambia direzione

Di conseguenza, l'afflusso si sposta lungo le pareti calde del primo condotto e il "mining" riscalda la superficie della seconda camera. Ad un certo momento, la partizione ritorna e il ciclo si ripete.

Vantaggi dell'unità di scambio termico della camera:

• Efficienza: 80-90%;
• insieme a un isolamento termico di alta qualità, i costi di riscaldamento sono ridotti al minimo;
• facilità di installazione: sarà necessario l'aiuto di specialisti nella scelta dei parametri dell'installazione di ventilazione
• conservazione del livello di umidità;
• il congelamento del sistema è escluso.

Un recuperatore da camera è un'opzione eccellente per le regioni in cui, per un lungo periodo dell'anno, esiste uno squilibrio significativo tra le temperature interne ed esterne.

Gli svantaggi dell'unità di recupero del calore includono:

• la necessità di una manutenzione regolare delle parti mobili;
• i getti d'aria in arrivo si mescolano parzialmente - gli odori e le impurità possono rifluire nell'edificio.

Per ridurre il mix, il sistema è dotato elemento filtrante. L'aria diventa più pulita, ma l'efficienza del recuperatore diminuisce.

Tubi di calore - sistema di scambio termico chiuso

Il recuperatore è costituito da molti tubi di rame o alluminio riempiti con un materiale volatile, come il freon. Il principio di funzionamento di uno scambiatore di calore tubolare si basa su processi fisici: un cambiamento nello stato di una sostanza quando viene riscaldato.

Il tubo di calore è posizionato verticalmente: l'estremità inferiore dello scambiatore di calore nel condotto di scarico e la parte superiore nel condotto dell'aria di mandata. Flussi in uscita attorno all'estremità del tubo - Freon si riscalda, bolle ed evapora (+)

Il gas sale e emette energia termica all'afflusso, dopodiché il freon si condensa e scorre nel recuperatore. Il ciclo termico si ripete in un cerchio.

Caratteristiche tecniche e operative dello scambiatore di calore tubolare:

• efficienza del dispositivo - fino al 65%;
• operazione silenziosa a causa dell'assenza di elementi mobili;
• semplicità del design e senza pretese nel servizio;
• densità - dimensioni contenute e peso ridotto;
• indipendenza energetica - il liquido di raffreddamento circola naturalmente;

Un vantaggio significativo è che i flussi d'aria di afflusso e ritorno non sono miscelati.

Debolezze dei tubi di calore:

• alto livello di efficienza raggiunto con un intervallo di temperatura ristretto - con improvviso surriscaldamento, l'intero freon evapora e con riscaldamento insufficiente, l'intensità della vaporizzazione rallenta;
• bassa resistenza del tubo - un cambiamento di forma o depressurizzazione riduce le prestazioni dell'attrezzatura.

I recuperatori tubolari sono utilizzati in edilizia privata, in edifici amministrativi, uffici e piccole aree industriali.

Metodi di organizzazione della ventilazione rigenerativa

Il recupero è fornito in uno dei modi: centralizzato e decentralizzato. Nel primo caso, i flussi di ventilazione da tutta la stanza passano attraverso lo scambiatore di calore, nel secondo - da una stanza.

Complesso centralizzato - unità di trattamento dell'aria

Un sistema centralizzato è equipaggiato in fase di costruzione o di modernizzazione del sistema di ventilazione.

È stata selezionata l'installazione forzata di aria forzata e di scarico (PVU) con recuperatore incorporato. Il criterio di selezione principale è la prestazione complessiva del complesso in base all'intero volume d'aria nella struttura (+)

Il PVU con recuperatore fornisce uno scambio d'aria sufficiente anche in case con finestre sigillate. Allo stesso tempo, i flussi d'aria sono distribuiti uniformemente senza creare correnti d'aria.

complesso installazioni ad aria forzata e di scarico tipo monoblocco dotato di:

• fan - fornitura continua di aria pulita ed emissione di getti saturi di anidride carbonica;
• riscaldatori - preriscaldamento dell'influsso;
• filtri - trattenere polvere e microparticelle;
• recupero di calore - È possibile utilizzare diversi tipi di installazione.

La funzionalità di alcune PVU è ampliata da un timer di ritardo, un regolatore di potenza, sensori di livello di umidità, ecc.

Il case dei modelli monoblocco è rivestito con materiale fonoassorbente, in modo che il funzionamento del PVU diventi molto silenzioso. Sono possibili versioni verticali, orizzontali e sospese delle unità di ventilazione

Produzione PVU monoblocco di recupero collaudata: "Vents" (Ucraina), Dantherm (Danimarca), «Daikin» (Giappone), «Dantex» (Inghilterra).

Unità locali - aggiunta al sistema di ventilazione esistente

Per ripristinare la circolazione delle masse d'aria in una sala operatoria, sono adatte le prese d'aria decentralizzate con recupero di calore.

Si schiantano contro la facciata dell'edificio o vengono montati attraverso una finestra. Il loro obiettivo principale è migliorare fornire ventilazione in casa.

Nei recuperatori locali sono forniti un ventilatore e uno scambiatore di calore a piastre. La "manica" dell'ingresso è isolata con materiale fonoassorbente. L'unità di controllo dell'unità di trattamento dell'aria compatta si trova sulla parete interna

Caratteristiche dei sistemi di ventilazione decentralizzata con recupero:

• efficienza – 60-96%;
• bassa produttività - i dispositivi sono progettati per fornire ricambio d'aria in ambienti fino a 20-35 mq;
• costo accessibile e una vasta gamma di unità, che vanno dalle valvole a parete convenzionali ai modelli automatizzati con un sistema di filtraggio a più stadi e la capacità di regolare l'umidità;
• facilità di installazione - per la messa in servizio, non è necessaria alcuna canalizzazione, installare la valvola a muro Puoi farlo da solo.

Produttori popolari di recuperatori locali: prana (Ucraina), O.ERRE (Italia), bufera di neve (Germania) Vents (Ucraina), Aerovital (Germania).

Criteri importanti per la scelta di un ingresso a parete: spessore della parete ammissibile, produttività, efficienza del recuperatore, diametro del canale dell'aria e temperatura del mezzo pompato

Conclusioni e video utili sull'argomento

Confronto tra ventilazione naturale e sistema forzato con recupero:

Il principio di funzionamento di uno scambiatore di calore centralizzato, calcolo dell'efficienza:

Progettazione e funzionamento di uno scambiatore di calore decentralizzato utilizzando la valvola a parete Prana come esempio:

Circa il 25-35% del calore lascia la stanza attraverso il sistema di ventilazione. I recuperatori vengono utilizzati per ridurre le perdite e un efficiente recupero del calore. Le apparecchiature climatiche ti consentono di utilizzare l'energia delle masse esaurite per riscaldare l'aria in arrivo.

C'è qualcosa da integrare o hai domande sul funzionamento di vari recuperatori di ventilazione? Si prega di lasciare commenti sulla pubblicazione, condividere la vostra esperienza nel funzionamento di tali installazioni. Il modulo di contatto si trova nel blocco inferiore.