Vnos svežega zraka v hladnem obdobju povzroči potrebo po ogrevanju, da se zagotovi pravilna mikroklima v prostorih. Za zmanjševanje stroškov električne energije se lahko uporablja dovod in izpušno prezračevanje z rekuperacijo toplote.
Razumevanje načel njegovega delovanja bo maksimalno zmanjšalo izgubo toplote ob ohranjanju zadostne količine nadomeščenega zraka. Poskusimo to ugotoviti.
Varčevanje z energijo v prezračevalnih sistemih
V jesensko-pomladnem obdobju, ko je prezračevanje velika težava, je velika temperaturna razlika med dovodnim in notranjim zrakom. Hladen tok hiti navzdol in ustvarja neugodno mikroklimo v domovih, pisarnah in na delovnem mestu ali nesprejemljiv navpični temperaturni gradient v skladišču.
Pogosta rešitev problema je vključitev v dovodno prezračevanje grelnika zraka, s katerim se ogreva pretok. Tak sistem zahteva porabo energije, medtem ko velika količina odhajajočega toplega zraka povzroči znatne izgube toplote.
Izhod na zunanjo stran z intenzivno paro je pokazatelj znatnih toplotnih izgub, ki jih lahko uporabimo za ogrevanje dovodnega toka
Če se kanali dovodnega in izpušnega zraka nahajajo v bližini, je možno delno prenašati toploto izhodnega toka na dohodni. Tako boste zmanjšali porabo energije grelca ali jo popolnoma opustili. Naprava za zagotavljanje izmenjave toplote med različnimi temperaturnimi pretoki plina se imenuje rekuperator.
V topli sezoni, ko je zunanja temperatura precej višja od sobne temperature, lahko za hlajenje dotočnega toka uporabimo rekuperator.
Enota z rekuperatorjem
Notranja struktura dovodnih in izpušnih prezračevalnih sistemov z vgrajenim rekuperatorjem je precej preprosta, zato jih je mogoče kupiti in namestiti neodvisno. V primeru, da je montaža ali samonastavitev težavna, lahko po naročilu kupite že pripravljene rešitve v obliki značilnih monoblokov ali posameznih montažnih konstrukcij.
Značilno zasnovo naprave za dovod in odzračevanje prezračevalnika z rekuperatorjem, nameščenim v enem ohišju, lahko po uporabnikovi presoji dopolnijo z drugimi vozlišči
Glavni elementi in njihovi parametri
Ohišje s toplotno in hrupno izolacijo je običajno narejeno iz pločevine. V primeru pritrditve na steno mora vzdržati tlak, ki nastane pri penanju rež okoli bloka, in tudi preprečiti vibracije ventilatorjev.
V primeru porazdeljenega dovoda in pretoka zraka po različnih prostorih je na ohišje priključen kanalski sistem. Opremljen je z ventili in dušilci za porazdelitev pretoka.
Če zračnih kanalov ni, je na izpustu dovodnega zraka s strani prostora nameščen žar ali difuzor za distribucijo pretoka zraka. Zunanja rešetka za dovod zraka je nameščena na dovodni odprtini z ulice, da prepreči pticam, velikim žuželkam in steljem vstop v prezračevalni sistem.
Gibanje zraka zagotavljata dva osna ali centrifugalna ventilatorja. V prisotnosti rekuperatorja je kroženje naravnega zraka v zadostni prostornini nemogoče zaradi aerodinamičnega vleka, ki ga ustvarja ta enota.
Prisotnost rekuperatorja vključuje namestitev finih filtrov na vstopu obeh tokov. To je potrebno za zmanjšanje zamašitve prahu in maščob v tankih kanalih toplotnega izmenjevalnika. V nasprotnem primeru bo za polno delovanje sistema treba povečati pogostost preventivnega vzdrževanja.
Fine filtre je treba občasno menjati ali čistiti. V nasprotnem primeru povečan upor pretoka zraka povzroči, da se ventilatorji zlomijo.
Eden ali več rekuperatorjev zaseda glavno prostornino napajalne in izpušne naprave. Vgrajeni so v središču konstrukcije.
V primeru močnih zmrzali, značilnih za ozemlje, in nezadostne učinkovitosti toplotnega izmenjevalnika se lahko za ogrevanje zunanjega zraka dodatno namesti grelec zraka. Po potrebi so nameščeni tudi vlažilec, ionizator in druge naprave, ki ustvarjajo ugodno mikroklimo v prostoru.
Sodobni modeli vključujejo elektronsko krmilno enoto. Prefinjene modifikacije imajo funkcije programiranja načinov delovanja, odvisno od fizičnih parametrov zraka. Zunanje plošče imajo privlačen videz, zaradi česar se lahko dobro vključijo v katero koli notranjost sobe.
Reševanje problema kondenzacije
Hlajenje zraka, ki prihaja iz prostora, ustvarja predpogoje za odvajanje vlage in nastajanje kondenzata. V primeru velikega pretoka se večina nima časa, da se nabira v rekuperatorju in gre zunaj. S počasnim gibanjem zraka velik del vode ostane znotraj naprave. Zato je treba zagotoviti zbiranje vlage in njen odvzem zunaj ohišja dovodnega in izpušnega sistema.
Osnovna naprava za zbiranje in odstranjevanje kondenzata je ponev pod rekuperatorjem z naklonom proti odtočni luknji
Zaključek vlage se proizvaja v zaprti posodi. Postavljen je samo v zaprtih prostorih, da se prepreči zamrznitev odtočnih kanalov pri ničelnih temperaturah. Ni zanesljivega algoritma za izračun prostornine vode, dobljene pri uporabi sistemov z rekuperatorjem, zato je določena eksperimentalno.
Ponovna uporaba kondenzata za vlaženje zraka je nezaželena, saj voda absorbira veliko onesnaževal, kot so človeški znoj, vonji itd.
Z organiziranjem ločenega izpušnega sistema iz kopalnice in kuhinje znatno zmanjšate količino kondenzata in se izognete težavam, povezanim z njegovim videzom. V teh prostorih ima zrak najvišjo vlažnost. Če obstaja več izpušnih sistemov, mora biti izmenjava zraka med tehničnimi in stanovanjskimi območji omejena z namestitvijo povratnih ventilov.
V primeru hlajenja izhodnega pretoka zraka do negativnih temperatur znotraj rekuperatorja kondenzat prehaja v led, kar povzroči zmanjšanje živega prereza pretoka in posledično zmanjšanje prostornine ali popolno prenehanje prezračevanja.
Za občasno ali enkratno odmrzovanje rekuperatorja je nameščen obvod - obvodni kanal za gibanje dovodnega zraka. Ko preskoči tok mimo naprave, se prenos toplote ustavi, izmenjevalec toplote se segreje in led postane tekoč. Voda odteka v zbiralnik kondenzata ali izhlapi navzven.
Načelo bypass naprave je preprosto, zato je, če obstaja nevarnost nastanka ledu, priporočljivo zagotoviti takšno rešitev, saj je ogrevanje izmenjevalnika toplote na druge načine zapleteno in dolgotrajno
Ko pretok poteka skozi obvoznico, ne pride do segrevanja dovodnega zraka skozi rekuperator. Zato je treba ob tem načinu aktivirati grelnik zraka samodejno.
Značilnosti različnih vrst rekuperatorjev
Obstaja več strukturno različnih možnosti za izvajanje prenosa toplote med hladnimi in ogrevanimi zračnimi tokovi. Vsak od njih ima svoje značilnosti, ki določajo glavni namen vsake vrste rekuperatorja.
Plošče s prečnim prenosnikom toplote
Zasnova ploščatega toplotnega izmenjevalnika temelji na tankostenskih ploščah, ki so izmenično povezane tako, da med njimi spreminjajo prehod različnih temperaturnih tokov pod kotom 90 stopinj. Ena od modifikacij tega modela je naprava z revnimi kanali za prehod zraka. Ima višji koeficient prenosa toplote.
Nadomestni prehod toplega in hladnega zraka skozi plošče se realizira z upogibanjem robov plošč in tesnjenjem spojin s poliestrsko smolo
Plošče za prenos toplote so lahko izdelane iz različnih materialov:
- zlitine na osnovi bakra, medenine in aluminija imajo dobro toplotno prevodnost in niso dovzetne za rjo;
- plastika iz polimernega hidrofobnega materiala z visokim koeficientom toplotne prevodnosti je lahka;
- vpojna celuloza kondenzu omogoča, da prodre skozi ploščo in se vrne v prostor.
Pomanjkljivost je možnost kondenzacije pri nizkih temperaturah. Zaradi majhne razdalje med ploščami vlaga ali led bistveno povečata aerodinamični povlek. V primeru zamrzovanja je treba ogreti plošče, da se dovod zraka izklopi.
Prednosti ploščnih rekuperatorjev so naslednje:
- poceni;
- dolga življenjska doba;
- dolgo obdobje med preventivnim vzdrževanjem in njegovo preprostostjo;
- majhne dimenzije in teža.
Ta vrsta rekuperatorja je najpogostejša za stanovanjske in pisarniške prostore. Uporablja se tudi v nekaterih tehnoloških postopkih, na primer za optimizacijo izgorevanja goriva med delovanjem peči.
Tip bobničnega ali vrtljivega
Načelo delovanja rotacijskega toplotnega izmenjevalnika temelji na vrtenju toplotnega izmenjevalnika, znotraj katerega so plasti valovite kovine z visoko toplotno zmogljivostjo. Zaradi interakcije z odtoki se sektor bobnov segreva, kar nato odda toploto dovodnemu zraku.
Fini očesni toplotni izmenjevalnik rotacijskega toplotnega izmenjevalnika je nagnjen k zamašitvi, zato je še posebej pomembno, da bodite pozorni na kakovostno delo finih filtrov
Prednosti rotacijskih rekuperatorjev so naslednje:
- precej visoka učinkovitost v primerjavi s konkurenčnimi vrstami;
- vrnitev velike količine vlage, ki v obliki kondenzata ostane na bobnu in izhlapi ob stiku s prihajajočim suhim zrakom.
Ta vrsta rekuperatorja se manj pogosto uporablja za stanovanjske stavbe z prezračevanjem stanovanj ali koč. Pogosto se uporablja v velikih kotlovnicah za vračanje toplote v peči ali za velike industrijske ali maloprodajne objekte.
Vendar ima ta vrsta naprave pomembne pomanjkljivosti:
- razmeroma zapletena konstrukcija s premičnimi deli, vključno z električnim motorjem, bobnom in jermenskim pogonom, ki zahteva stalno vzdrževanje;
- povečana raven hrupa.
Včasih za takšne naprave najdemo izraz "regenerativni izmenjevalec toplote", ki je pravilnejši od rekuperatorja. Dejstvo je, da majhen del izpušnega zraka priteče nazaj zaradi ohlapnega prileganja bobna na telo konstrukcije.
To nalaga dodatne omejitve možnosti uporabe naprav te vrste. Na primer, onesnaženega zraka iz peči za ogrevanje ni mogoče uporabiti kot nosilec toplote.
Sistem cevi in ohišja
Rekuperator cevastega tipa je sestavljen iz tankostenskih cevi majhnega premera, nameščenih v izoliranem ohišju sistema, skozi katere teče zunanji zrak. Na ohišju proizvajajo zaključek tople zračne mase iz prostora, ki segreva dovodni tok.
Izstop toplega zraka mora potekati natančno skozi ohišje in ne skozi sistem cevi, saj iz njih ni mogoče odstraniti kondenzata
Glavne prednosti cevnih rekuperatorjev so naslednje:
- visok izkoristek zaradi načela nasprotnega toka gibanja hladilne tekočine in dohodnega zraka;
- enostavnost zasnove in odsotnost gibljivih delov zagotavljata nizko raven hrupa in redko povzročajo potrebo po vzdrževanju;
- dolga življenjska doba;
- najmanjši presek med vsemi vrstami rekuperacijskih naprav.
Cevi za naprave te vrste uporabljajo bodisi kovino iz lahke zlitine ali redkeje polimer. Ti materiali niso higroskopični, zato je s pomembno razliko v temperaturi pretokov možno tvorjenje intenzivnega kondenzata v ohišju, ki za njegovo odstranitev potrebuje konstruktivno rešitev. Druga pomanjkljivost je, da ima kovinsko polnjenje kljub svoji majhnosti veliko težo.
Enostavnost zasnove cevastega rekuperatorja omogoča tovrstno napravo priljubljeno za samostojno izdelavo. Kot zunanje ohišje se običajno uporabljajo plastične cevi za zračne kanale, izolirane z lupinami iz poliuretanske pene.
Vmesna naprava za prenos toplote
Včasih so dovodni in izpušni kanali nameščeni na neki razdalji drug od drugega. Do takšnih razmer lahko pride zaradi tehnoloških značilnosti stavbe ali sanitarnih zahtev za zanesljivo ločevanje zračnih tokov.
V tem primeru uporabite vmesno hladilno sredstvo, ki kroži med kanali skozi izolirano cev. Kot medij za prenos toplotne energije se uporablja voda ali raztopina vode-glikola, katere kroženje je zagotovljeno z delovanjem toplotne črpalke.
Rekuperator z vmesno hladilno tekočino je volumetrična in draga naprava, katere uporaba je ekonomsko upravičena za prostore z velikimi površinami
V primeru, da je mogoče uporabiti drugo vrsto rekuperatorja, je bolje, da ne uporabljate sistema z vmesnim hladilnim sredstvom, saj ima naslednje pomembne pomanjkljivosti:
- nizka učinkovitost v primerjavi z drugimi vrstami naprav, zato se takšne naprave ne uporabljajo za majhne prostore z majhnim pretokom zraka;
- znatna prostornina in teža celotnega sistema;
- potreba po dodatni električni črpalki za kroženje tekočine;
- povečan hrup iz črpalke.
Ta sistem je spremenjen, če namesto prisilne kroženja tekočine za prenos toplote uporabimo medij z nizkim vreliščem, kot je freon. V tem primeru je gibanje vzdolž tokokroga možno na naraven način, vendar le, če je dovodni zračni kanal nameščen nad izpušnim kanalom.
Tak sistem ne potrebuje dodatnih stroškov energije, vendar deluje za ogrevanje le ob pomembni temperaturni razliki. Poleg tega je treba natančno prilagoditi točko spremembe stanja agregacije tekočine za prenos toplote, kar se lahko izvede z ustvarjanjem želenega tlaka ali posebne kemične sestave.
Glavni tehnični parametri
Če poznamo zahtevane zmogljivosti prezračevalnega sistema in učinkovitost prenosa toplote toplotnega izmenjevalnika, je enostavno izračunati prihranke pri segrevanju zraka za sobo v posebnih podnebnih pogojih. Če primerjate potencialne koristi s stroški nakupa in vzdrževanja sistema, se lahko upravičeno odločite za rekuperator ali običajni grelec zraka.
Proizvajalci opreme pogosto ponujajo modelno linijo, v kateri se prezračevalne enote s podobno funkcionalnostjo razlikujejo po količini izmenjave zraka. Za stanovanjske prostore je treba ta parameter izračunati v skladu s tabelo 9.1. SP 54.13330.2016
Učinkovitost
Učinkovitost rekuperatorja se razume kot učinkovitost prenosa toplote, ki se izračuna po naslednji formuli:
K = (TP - Tn) / (Tv - Tn)
Pri čemer:
- TP - temperatura vstopajočega zraka v prostor;
- Tn - zunanja temperatura;
- Tv - temperatura zraka v prostoru.
Največja vrednost izkoristka pri običajnem pretoku zraka in določenem temperaturnem režimu je navedena v tehnični dokumentaciji naprave. Njegova realna stopnja bo nekoliko manjša.
V primeru neodvisne izdelave ploščatega ali cevastega toplotnega izmenjevalnika, da bi dosegli največjo učinkovitost prenosa toplote, je treba upoštevati naslednja pravila:
- Najboljšo izmenjavo toplote zagotavljajo naprave s protitokom, nato naprave s prečnim pretokom, najmanjše - z enosmernim gibanjem obeh tokov.
- Hitrost prenosa toplote je odvisna od materiala in debeline sten, ki ločujejo tokove, pa tudi od trajanja zraka v napravi.
Če poznamo učinkovitost rekuperatorja, je mogoče izračunati njegovo energijsko učinkovitost pri različnih temperaturah zunanjega in notranjega zraka:
E (Š) = 0,36 x P x K x (Tv - Tn)
kjer je P (m3/ uro) - poraba zraka.
Izračun učinkovitosti rekuperatorja v denarnem smislu in primerjava s stroški njegovega nakupa in namestitve za dvonadstropno kočo s skupno površino 270 m2 kaže na izvedljivost namestitve takega sistema
Stroški rekuperatorjev z visokim izkoristkom so precej visoki, imajo zapleteno strukturo in veliko velikost. Včasih lahko te težave odpravite tako, da namestite več enostavnejših naprav, tako da dovodni zrak skozi njih zaporedno.
Delovanje prezračevalnega sistema
Prostornina pretoka zraka je določena s statičnim tlakom, ki je odvisen od moči ventilatorja in glavnih komponent, ki ustvarjajo aerodinamični povlek. Praviloma je njegov natančen izračun zaradi zapletenosti matematičnega modela nemogoč, zato se izvajajo eksperimentalne študije za značilne monoblokarske strukture, komponente pa se izberejo za posamezne naprave.
Moč ventilatorja mora biti izbrana ob upoštevanju pretočnosti katere koli vrste vgrajenih rekuperatorjev, ki je v tehnični dokumentaciji naveden kot priporočena količina pretoka ali količina zraka, ki jo naprava odda na enoto. Dovoljena hitrost zraka znotraj naprave praviloma ne presega 2 m / s.
V nasprotnem primeru pri visokih hitrostih v ozkih elementih rekuperatorja pride do močnega povečanja aerodinamičnega povleka. To vodi do nepotrebnih stroškov energije, neučinkovitega segrevanja zunanjega zraka in skrajša življenjsko dobo ventilatorjev.
Graf izgube tlaka glede na pretok zraka za več modelov visokozmogljivih toplotnih izmenjevalcev kaže nelinearno povečanje upora, zato je treba upoštevati zahteve glede priporočene količine izmenjave zraka, navedene v tehnični dokumentaciji naprave
Sprememba smeri pretoka zraka ustvarja dodatno aerodinamično vleko. Zato je pri modeliranju geometrije notranjega zračnega kanala zaželeno, da se število zavojev cevi zmanjša za 90 stopinj. Difuzorji za disperzijo zraka povečajo tudi odpornost, zato je priporočljivo, da ne uporabljate elementov s kompleksnim vzorcem.
Kontaminirani filtri in rešetke ustvarjajo velike motnje v toku, zato jih je treba občasno očistiti ali zamenjati. Eden od učinkovitih načinov za oceno zamašitve je namestitev senzorjev, ki spremljajo padec tlaka na območjih pred in po filtru.
Načelo delovanja rotacijskega in ploščatega rekuperatorja:
Merjenje učinkovitosti rekuperatorja plošče:
Domači in industrijski prezračevalni sistemi z vgrajenim rekuperatorjem so dokazali svojo energijsko učinkovitost pri ohranjanju toplote v zaprtih prostorih. Zdaj obstaja veliko ponudb za prodajo in namestitev takšnih naprav, tako v obliki že pripravljenih in preizkušenih modelov, kot tudi za posamezna naročila. Lahko izračunate potrebne parametre in sami izvedete namestitev.
Če imate vprašanja pri branju informacij ali če najdete netočnosti v našem gradivu, pustite svoje komentarje v spodnjem polju.