Aan- en afvoer ventilatie met warmteterugwinning: werkingsprincipe, een overzicht van de voor- en nadelen

De toevoer van verse lucht in de koude periode leidt tot de behoefte aan verwarming om het juiste binnenklimaat te garanderen. Voor het minimaliseren van de kosten van elektriciteit kan gebruik worden gemaakt van toevoer- en uitlaatventilatie met warmteterugwinning.

Als u de principes van de werking begrijpt, kunt u het warmteverlies het meest efficiënt verminderen met behoud van een voldoende volume vervangen lucht. Laten we proberen dit uit te zoeken.

Energiebesparing in ventilatiesystemen

In de herfst-lente periode waarin ventilatie een groot probleem is, is het grote temperatuurverschil tussen de binnenkomende en de binnenlucht. De koude stroom stroomt naar beneden en zorgt voor een ongunstig microklimaat in woningen, kantoren en op de werkvloer of een onaanvaardbare verticale temperatuurgradiënt in het magazijn.

Een veel voorkomende oplossing voor het probleem is integratie in de toevoerventilatie luchtverwarmerwaardoor de stroom wordt verwarmd. Een dergelijk systeem vereist energieverbruik, terwijl een aanzienlijke hoeveelheid uitgaande warme lucht tot aanzienlijk warmteverlies leidt.

Uitgang naar buiten met intense stoom dient als een indicator voor aanzienlijk warmteverlies, dat kan worden gebruikt om de inkomende stroom te verwarmen

Als de luchttoevoer- en uitlaatkanalen zich in de buurt bevinden, is het mogelijk om de warmte van de uitgaande stroom gedeeltelijk over te dragen aan de inkomende. Dit vermindert het energieverbruik van de kachel of laat deze volledig achterwege. Een apparaat voor het verschaffen van warmte-uitwisseling tussen gasstromen met verschillende temperaturen wordt een recuperator genoemd.

In het warme seizoen, wanneer de buitentemperatuur veel hoger is dan kamertemperatuur, kan een recuperator worden gebruikt om de inkomende stroom te koelen.

Unit unit met recuperator

De interne structuur van het ventilatiesysteem met geïntegreerde recuperator eenvoudig genoeg, daarom is hun onafhankelijke aankoop en installatie per element mogelijk. In het geval dat de montage of zelfmontage moeilijk is, kunt u op bestelling kant-en-klare oplossingen kopen in de vorm van typische monoblock of individuele geprefabriceerde constructies.

Een typisch ontwerp van een toevoer- en uitlaatventilatiesysteem met een recuperator in een enkele behuizing kan naar eigen goeddunken worden aangevuld met andere knooppunten

De belangrijkste elementen en hun parameters

De koffer met warmte- en geluidsisolatie is meestal gemaakt van plaatstaal. In het geval van wandmontage moet het bestand zijn tegen de druk die optreedt bij het schuimen van sleuven rond het apparaat en moet het ook trillingen van de ventilatoren voorkomen.

In het geval van een verdeelde inlaat en luchtstroom over verschillende kamers, zijn ze verbonden met de behuizing kanaalsysteem. Het is uitgerust met kleppen en dempers voor stroomverdeling.

Bij afwezigheid van luchtkanalen wordt een rooster of diffusor geïnstalleerd op de toevoerluchtuitlaat vanaf de zijkant van de kamer om de luchtstroom te verdelen. Op de inlaatopening vanaf de straat is een buitenluchtinlaatrooster gemonteerd om te voorkomen dat vogels, grote insecten en strooisel het ventilatiesysteem binnendringen.

De luchtbeweging wordt verzorgd door twee axiale of centrifugale ventilatoren. In aanwezigheid van een recuperator is natuurlijke luchtcirculatie in een voldoende volume onmogelijk vanwege de aerodynamische weerstand die door deze unit wordt gecreëerd.

De aanwezigheid van een recuperator omvat de installatie van fijne filters aan de inlaat van beide stromen. Dit is nodig om verstopping van stof en vetafzettingen in de dunne kanalen van de warmtewisselaar te verminderen. Anders zal voor een volledige werking van het systeem de frequentie van preventief onderhoud moeten worden verhoogd.

Fijnfilters moeten regelmatig worden vervangen of gereinigd. Anders zullen de ventilatoren breken door een verhoogde luchtstroomweerstand.

Een of meer recuperatoren nemen het grootste deel van de aan- en afvoer in beslag. Ze zijn in het midden van de constructie gemonteerd.

In het geval van strenge vorst die typisch is voor het gebied en onvoldoende efficiëntie van de warmtewisselaar voor het verwarmen van buitenlucht, kan er aanvullend een luchtverwarmer worden geïnstalleerd. Indien nodig worden ook een luchtbevochtiger, een ionisator en andere apparaten gemonteerd om een ​​gunstig microklimaat in de kamer te creëren.

Moderne modellen bevatten een elektronische besturingseenheid. Geavanceerde aanpassingen hebben functies voor het programmeren van bedrijfsmodi afhankelijk van de fysieke parameters van de lucht. Externe panelen hebben een aantrekkelijk uiterlijk, waardoor ze goed in elk kamerinterieur kunnen worden geïntegreerd.

Het probleem van condensatie oplossen

De koeling van de lucht die uit de kamer komt, schept de voorwaarden voor de afvoer van vocht en de vorming van condensaat. Bij een hoog debiet heeft het meeste geen tijd om zich op te hopen in de recuperator en gaat naar buiten. Bij langzame luchtbeweging blijft een aanzienlijk deel van het water in het apparaat achter. Daarom is het noodzakelijk om de opvang van vocht en de verwijdering ervan buiten de behuizing te verzekeren toevoer- en uitlaatsysteem.

Een elementair apparaat voor het opvangen en verwijderen van condensaat is een pan onder de recuperator met een helling naar het afvoergat

Conclusie van vocht wordt geproduceerd in een gesloten container. Het wordt alleen binnenshuis geplaatst om bevriezing van de uitstroomkanalen bij temperaturen onder nul te voorkomen.Er is geen betrouwbaar algoritme voor het berekenen van het watervolume dat wordt verkregen bij gebruik van systemen met een recuperator, dus het wordt experimenteel bepaald.

Hergebruik van condensaat om de lucht te bevochtigen is ongewenst, omdat water veel verontreinigende stoffen absorbeert, zoals menselijk zweet, geurtjes, etc.

Verminder de hoeveelheid condensaat aanzienlijk en vermijd de problemen die verband houden met het uiterlijk door een apart uitlaatsysteem te organiseren van de badkamer en keuken. In deze kamers heeft de lucht de hoogste luchtvochtigheid. Als er meerdere uitlaatsystemen zijn, moet de luchtuitwisseling tussen de technische en woongebieden worden beperkt door terugslagkleppen te installeren.

In het geval van afkoeling van de uitgaande luchtstroom tot negatieve temperaturen in de recuperator, gaat condensaat over in ijs, wat een vermindering van de levende dwarsdoorsnede van de stroom veroorzaakt en als gevolg daarvan een afname in volume of volledige stopzetting van ventilatie.

Voor periodieke of eenmalige ontdooiing van de recuperator is een bypass geïnstalleerd - een bypass-kanaal voor beweging van de toevoerlucht. Wanneer de stroom voorbij het apparaat gaat, stopt de warmteoverdracht, warmt de warmtewisselaar op en wordt het ijs vloeibaar. Water stroomt in de condensbak of verdampt naar buiten.

Het principe van het bypass-apparaat is eenvoudig, daarom is het raadzaam om, als er een risico op ijsvorming bestaat, een dergelijke oplossing te bieden, omdat de warmteterugwinning van de warmtewisselaar op andere manieren gecompliceerd en lang is

Wanneer de stroom door de bypass gaat, wordt de toevoerlucht door de recuperator niet verwarmd. Daarom moet, wanneer deze modus is geactiveerd, de luchtverwarmer automatisch worden ingeschakeld.

Kenmerken van verschillende soorten recuperatoren

Er zijn verschillende structureel verschillende opties voor de implementatie van warmteoverdracht tussen koude en verwarmde luchtstromen. Elk van hen heeft zijn eigen onderscheidende kenmerken die het belangrijkste doel van elk type recuperator bepalen.

Platenwarmtewisselaar

Het ontwerp van de platenwarmtewisselaar is gebaseerd op dunwandige panelen die afwisselend zo zijn verbonden dat ze de doorgang tussen verschillende temperatuurstromen in een hoek van 90 graden afwisselen. Een van de aanpassingen van dit model is een apparaat met ribbenkanalen voor luchtdoorlaat. Het heeft een hogere warmteoverdrachtscoëfficiënt.

Afwisselende doorvoer van warme en koude luchtstroom door de platen wordt gerealiseerd door de randen van de platen te buigen en afdichtingsmiddelen met een polyesterhars

Warmteoverdrachtpanelen kunnen van verschillende materialen zijn gemaakt:

• koper-, messing- en aluminiumlegeringen hebben een goede warmtegeleiding en zijn ongevoelig voor roest;
• een kunststof gemaakt van een hydrofoob polymeer materiaal met een hoge warmtegeleidingscoëfficiënt is lichtgewicht;
• absorberende cellulose laat condensaat door de plaat dringen en naar de kamer terugkeren.

Het nadeel is de mogelijkheid van condensatie bij lage temperaturen. Door de kleine afstand tussen de platen verhoogt vocht of ijs de aerodynamische weerstand aanzienlijk. In geval van bevriezing moet de binnenkomende luchtstroom worden afgesloten om de platen te verwarmen.

De voordelen van plaatrecuperatoren zijn als volgt:

• lage kosten;
• lange levensduur;
• een lange periode tussen preventief onderhoud en de eenvoud ervan;
• kleine afmetingen en gewicht.

Dit type recuperator komt het meest voor in woon- en kantoorpanden. Het wordt ook gebruikt in sommige technologische processen, bijvoorbeeld om de verbranding van brandstof tijdens het gebruik van ovens te optimaliseren.

Trommel of roterend type

Het werkingsprincipe van een roterende warmtewisselaar is gebaseerd op de rotatie van de warmtewisselaar, waarbinnen lagen golfplaten zijn met een hoge warmtecapaciteit.Door interactie met het effluent wordt de trommelsector verwarmd, die vervolgens warmte afgeeft aan de binnenkomende lucht.

De fijnmazige warmtewisselaar van de roterende warmtewisselaar is vatbaar voor verstopping, daarom is het vooral belangrijk om aandacht te besteden aan het kwaliteitswerk van fijne filters

De voordelen van roterende recuperatoren zijn als volgt:

• vrij hoge efficiëntie in vergelijking met concurrerende typen;
• de terugkeer van een grote hoeveelheid vocht, die in de vorm van condensaat op de trommel achterblijft en verdampt bij contact met binnenkomende droge lucht.

Dit type recuperator wordt minder vaak gebruikt voor woongebouwen met appartement- of cottage-ventilatie. Vaak wordt het gebruikt in grote ketelruimten om warmte terug te geven aan ovens of voor grote industriële of winkelfaciliteiten.

Dit type apparaat heeft echter aanzienlijke nadelen:

• een relatief complexe constructie met bewegende delen, waaronder een elektromotor, een trommel en een riemaandrijving, die constant onderhoud vereist;
• verhoogd geluidsniveau.

Soms wordt bij apparaten van dit type de term "regeneratieve warmtewisselaar" gevonden, wat juister is dan een "recuperator". Feit is dat een klein deel van de uitlaatlucht terugstroomt door de losse passing van de trommel op het lichaam van de constructie.

Dit legt aanvullende beperkingen op aan de mogelijkheid om apparaten van dit type te gebruiken. Zo kan vervuilde lucht van verwarmingskachels niet als warmtedrager worden gebruikt.

Buis- en omhulselsysteem

De recuperator van het buisvormige type bestaat uit dunwandige buizen met een kleine diameter die zich in de geïsoleerde behuizing van het systeem bevinden, waardoor externe lucht stroomt. Op de behuizing produceren warme luchtmassa-output uit de kamer, die de inkomende stroom verwarmt.

De afvoer van warme lucht moet precies via de behuizing plaatsvinden en niet via een buizensysteem, omdat het onmogelijk is om condensaat eruit te verwijderen

De belangrijkste voordelen van buisrecuperatoren zijn:

• hoge efficiëntie, dankzij het tegenstroomprincipe van beweging van het koelmiddel en de binnenkomende lucht;
• eenvoud van ontwerp en de afwezigheid van bewegende delen zorgen voor een laag geluidsniveau en zelden voorkomende behoefte aan onderhoud;
• lange levensduur;
• kleinste doorsnede van alle soorten herstelapparaten.

Buizen voor apparaten van dit type gebruiken ofwel lichtgelegeerd metaal of, minder vaak, polymeer. Deze materialen zijn niet hygroscopisch, daarom is met een aanzienlijk verschil in temperatuur van de stromingen de vorming van intens condensaat in de omhulling mogelijk, wat een constructieve oplossing vereist voor het verwijderen ervan. Een ander nadeel is dat de metalen vulling ondanks zijn kleine afmetingen een aanzienlijk gewicht heeft.

De eenvoud van het ontwerp van de buisvormige recuperator maakt dit type apparaat populair voor zelfproductie. Als buitenmantel worden meestal plastic buizen voor luchtkanalen gebruikt, geïsoleerd met polyurethaan omhulsels.

Tussenliggend warmteoverdrachtsapparaat

Soms bevinden de aan- en afvoerkanalen zich op enige afstand van elkaar. Deze situatie kan optreden als gevolg van de technologische kenmerken van het gebouw of sanitaire vereisten voor een betrouwbare scheiding van luchtstromen.

Gebruik in dit geval een tussenliggende koelvloeistof die tussen de kanalen door een geïsoleerde buis circuleert. Als medium voor de overdracht van thermische energie met behulp van water of een water-glycol-oplossing, waarvan de circulatie wordt verzorgd door warmtepomp.

De recuperator met tussenliggende koelvloeistof is een volumetrisch en duur apparaat, waarvan het gebruik economisch verantwoord is voor ruimtes met grote oppervlakken

Als het mogelijk is om een ​​ander type recuperator te gebruiken, is het beter om geen systeem met een tussenliggende koelvloeistof te gebruiken, omdat dit de volgende belangrijke nadelen heeft:

• laag rendement in vergelijking met andere soorten apparaten, daarom worden dergelijke apparaten niet gebruikt voor kleine kamers met een lage luchtstroom;
• aanzienlijk volume en gewicht van het gehele systeem;
• de behoefte aan een extra elektrische pomp om de vloeistof te laten circuleren;
• meer geluid van de pomp.

Dit systeem wordt aangepast wanneer in plaats van geforceerde circulatie van de warmtewisselingsvloeistof een medium met een laag kookpunt, zoals freon, wordt gebruikt. In dit geval is beweging langs het circuit op een natuurlijke manier mogelijk, maar alleen als het toevoerluchtkanaal zich boven het uitlaatkanaal bevindt.

Een dergelijk systeem vereist geen extra energiekosten, maar werkt alleen voor verwarming bij een aanzienlijk temperatuurverschil. Daarnaast is het noodzakelijk om het punt van verandering in de aggregatietoestand van de warmteoverdrachtsvloeistof te verfijnen, die kan worden geïmplementeerd door de gewenste druk of een specifieke chemische samenstelling te creëren.

Belangrijkste technische parameters

Als u de vereiste prestaties van het ventilatiesysteem en de efficiëntie van de warmtewisselaar van de warmtewisselaar kent, kunt u eenvoudig de besparingen berekenen voor het verwarmen van de lucht voor een kamer onder specifieke klimatologische omstandigheden. Door de potentiële voordelen te vergelijken met de kosten van aanschaf en onderhoud van het systeem, kunt u redelijkerwijs een keuze maken voor een recuperator of een standaard luchtverwarmer.

Vaak bieden fabrikanten van apparatuur een modellijn, waarin ventilatie-units met vergelijkbare functionaliteit verschillen in de hoeveelheid luchtuitwisseling. Voor woonpanden moet deze parameter worden berekend volgens tabel 9.1. SP 54.13330.2016

Prestatiecoëfficiënt

Onder de efficiëntie van de recuperator wordt de warmteoverdrachtsefficiëntie verstaan, die wordt berekend met de volgende formule:

K = (T_n - T_n) / (T_in - T_n)

Waarin:

• T_n - temperatuur van de binnenkomende lucht in de kamer;
• T_n - buitentemperatuur;
• T_in - luchttemperatuur in de kamer.

De maximale waarde van efficiëntie met standaard luchtstroomsnelheden en een bepaald temperatuurregime aangegeven in de technische documentatie van het apparaat. Het werkelijke tarief zal iets lager zijn.

In het geval van onafhankelijke fabricage van een plaat- of buisvormige warmtewisselaar, om een ​​maximale warmteoverdrachtsefficiëntie te bereiken, moeten de volgende regels worden nageleefd:

• De beste warmte-uitwisseling wordt verzekerd door tegenstroom-apparaten, dan kruisstroom-apparaten en de kleinste - met de unidirectionele beweging van beide stromen.
• De warmteoverdrachtsnelheid is afhankelijk van het materiaal en de dikte van de muren die de stromen scheiden, evenals van de duur van de lucht in het apparaat.

Als u de efficiëntie van de recuperator kent, kunt u de energie-efficiëntie ervan berekenen bij verschillende temperaturen van de buiten- en binnenlucht:

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

waar P (m³/ uur) - luchtverbruik.

Berekening van de efficiëntie van de recuperator in monetaire termen en vergelijking met de kosten van aankoop en installatie voor een cottage met twee verdiepingen met een totale oppervlakte van 270 m2 toont de haalbaarheid van het installeren van een dergelijk systeem

De kosten van recuperatoren met een hoog rendement zijn vrij hoog, ze hebben een complexe structuur en een aanzienlijke omvang. Soms kunt u deze problemen omzeilen door verschillende eenvoudigere apparaten te installeren, zodat de binnenkomende lucht er opeenvolgend doorheen gaat.

Prestaties ventilatiesysteem

Het volume van de luchtstroom wordt bepaald door statische druk, die afhangt van het vermogen van de ventilator en de belangrijkste componenten die aerodynamische weerstand creëren.In de regel is de exacte berekening ervan onmogelijk vanwege de complexiteit van het wiskundige model, daarom worden experimentele studies uitgevoerd voor typische monoblock-ontwerpen en worden componenten geselecteerd voor individuele apparaten.

Het ventilatorvermogen moet worden geselecteerd rekening houdend met de doorvoer van de geïnstalleerde recuperatoren van welk type dan ook, die in de technische documentatie wordt aangegeven als het aanbevolen debiet of het luchtvolume dat het apparaat per tijdseenheid passeert. In de regel is de toegestane luchtsnelheid in het apparaat niet hoger dan 2 m / s.

Anders is er bij hoge snelheden in de smalle elementen van de recuperator een sterke toename van de aerodynamische weerstand. Dit leidt tot onnodige energiekosten, inefficiënte verwarming van de buitenlucht en verkort de levensduur van de ventilatoren.

De grafiek van drukverlies versus luchtstroomsnelheid voor verschillende modellen van hoogwaardige warmtewisselaars toont een niet-lineaire toename van de weerstand, daarom is het noodzakelijk om te voldoen aan de vereisten voor het aanbevolen luchtuitwisselingsvolume aangegeven in de technische documentatie van het apparaat

Het veranderen van de richting van de luchtstroom zorgt voor extra aerodynamische weerstand. Daarom is het bij het modelleren van de geometrie van het binnenkanaal wenselijk om het aantal buisomwentelingen met 90 graden te minimaliseren. Diffusers voor luchtverspreiding verhogen ook de weerstand, daarom is het raadzaam om geen elementen met een complex patroon te gebruiken.

Verontreinigde filters en roosters veroorzaken aanzienlijke interferentie met de stroming en moeten daarom periodiek worden gereinigd of vervangen. Een van de effectieve manieren om verstopping te beoordelen, is door sensoren te installeren die de drukval in de gebieden voor en na het filter bewaken.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Het werkingsprincipe van de roterende en plaatrecuperator:

Het meten van de efficiëntie van een recuperator van het plaattype:

Huishoudelijke en industriële ventilatiesystemen met een geïntegreerde recuperator hebben hun energie-efficiëntie bewezen bij het vasthouden van warmte binnenshuis. Nu zijn er veel aanbiedingen voor de verkoop en installatie van dergelijke apparaten in de vorm van kant-en-klare en geteste modellen, evenals voor individuele bestellingen. U kunt de benodigde parameters berekenen en zelf de installatie uitvoeren.

Als u vragen heeft bij het lezen van de informatie of als u onnauwkeurigheden in ons materiaal aantreft, laat dan uw opmerkingen achter in het onderstaande vak.