Toevoer- en afvoerventilatie met warmteterugwinning: werkingsprincipe, overzicht van voor- en nadelen

De toevoer van verse lucht tijdens de koude periode leidt tot de noodzaak om deze te verwarmen om het juiste microklimaat binnenshuis te garanderen.Om de energiekosten te minimaliseren kan gebruik worden gemaakt van toevoer- en afvoerventilatie met warmteterugwinning.

Als u de principes van de werking ervan begrijpt, kunt u het warmteverlies op de meest effectieve manier verminderen terwijl u een voldoende volume aan vervangen lucht behoudt. Laten we proberen dit probleem te begrijpen.

Energiebesparing in ventilatiesystemen

In de herfst-lenteperiode, bij het ventileren van kamers, is een ernstig probleem het grote temperatuurverschil tussen de binnenkomende lucht en de lucht binnenin. De koude stroom stroomt naar beneden en creëert een ongunstig microklimaat in woongebouwen, kantoren en fabrieken of een onaanvaardbare verticale temperatuurgradiënt in een magazijn.

Een veel voorkomende oplossing voor het probleem is integratie in toevoerventilatie lucht verwarmer, met behulp waarvan de stroom wordt verwarmd. Een dergelijk systeem vereist energieverbruik, terwijl een aanzienlijk volume warme lucht dat naar buiten ontsnapt, tot aanzienlijk warmteverlies leidt.

De afvoer van lucht naar buiten met intense stoom dient als een indicator voor aanzienlijk warmteverlies, dat kan worden gebruikt om de binnenkomende stroom te verwarmen

Als de luchtinlaat- en uitlaatkanalen zich in de buurt bevinden, is het mogelijk om de warmte van de uitgaande stroom gedeeltelijk over te dragen aan de inkomende stroom.Dit zal het energieverbruik van de verwarming verminderen of helemaal elimineren. Een apparaat dat zorgt voor warmte-uitwisseling tussen gasstromen met verschillende temperaturen wordt een recuperator genoemd.

Tijdens het warme seizoen, wanneer de buitenluchttemperatuur aanzienlijk hoger is dan de kamertemperatuur, kan een recuperator worden gebruikt om de binnenkomende stroom te koelen.

Ontwerp van een unit met recuperator

Interne structuur van toevoer- en afvoerventilatiesystemen met geïntegreerde recuperator Ze zijn vrij eenvoudig, dus ze kunnen afzonderlijk per element worden gekocht en geïnstalleerd. Als montage of zelfinstallatie moeilijk is, kunt u op bestelling kant-en-klare oplossingen kopen in de vorm van standaard monoblocks of individuele geprefabriceerde structuren.

Een typisch ontwerp van een toevoer- en afvoerventilatiesysteem met een recuperator in één behuizing kan naar goeddunken van de gebruiker worden aangevuld met andere componenten

Belangrijkste elementen en hun parameters

De carrosserie met warmte- en geluidsisolatie is meestal gemaakt van plaatstaal. In het geval van wandmontage moet deze bestand zijn tegen de druk die ontstaat bij het opschuimen van de scheuren rond de unit, en ook trillingen als gevolg van de werking van ventilatoren voorkomen.

Bij gedistribueerde luchtinlaat en -stroom in verschillende ruimtes aansluiten op de behuizing luchtkanaalsysteem. Het is uitgerust met kleppen en dempers om de stromen te verdelen.

Indien er geen luchtkanalen aanwezig zijn, wordt op de toevoeropening aan de zijkant van de ruimte een rooster of diffusor gemonteerd om de luchtstroom te verdelen. Op de inlaatopening aan de straatzijde is een extern luchtinlaatrooster geïnstalleerd om te voorkomen dat vogels, grote insecten en vuil het ventilatiesysteem binnendringen.

Luchtbeweging wordt verzorgd door twee ventilatoren met axiale of centrifugale werking. In de aanwezigheid van een recuperator is natuurlijke luchtcirculatie in een voldoende volume onmogelijk vanwege de aerodynamische weerstand die door dit apparaat wordt gecreëerd.

De aanwezigheid van een recuperator impliceert de installatie van fijne filters aan de inlaat van beide stromen. Dit is nodig om de intensiteit van verstopping van dunne warmtewisselaarkanalen door stof- en vetafzettingen te verminderen. Anders zal het, om het systeem volledig te laten functioneren, nodig zijn om de frequentie van preventief onderhoud te verhogen.

Fijnfilters moeten periodiek worden vervangen of gereinigd. Anders zal een verhoogde weerstand tegen de luchtstroom een ​​ventilatorstoring veroorzaken.

Een of meer recuperatoren bezetten het hoofdvolume van de toevoer- en afvoerinrichting. Ze zijn in het midden van de constructie gemonteerd.

In geval van strenge vorst die typisch is voor het gebied en onvoldoende efficiëntie van de recuperator om de buitenlucht te verwarmen, kunt u bovendien een verwarming installeren. Ook worden indien nodig een luchtbevochtiger, ionisator en andere apparaten geïnstalleerd om een ​​gunstig microklimaat in de kamer te creëren.

Moderne modellen bevatten een elektronische besturingseenheid. Complexe wijzigingen hebben functies voor het programmeren van bedrijfsmodi, afhankelijk van de fysieke parameters van de luchtomgeving. Externe panelen hebben een aantrekkelijk uiterlijk, waardoor ze goed in elk interieur passen.

Het probleem van condensatie oplossen

Het koelen van de lucht die uit de kamer komt, schept de voorwaarden voor het vrijkomen van vocht en de vorming van condenswater. Bij een hoog debiet heeft het grootste deel geen tijd om zich op te hopen in de recuperator en gaat het naar buiten.Bij langzame luchtbeweging blijft een aanzienlijk deel van het water in het apparaat achter. Daarom is het noodzakelijk ervoor te zorgen dat vocht buiten de behuizing wordt opgevangen en verwijderd. aan- en afvoersysteem.

Een elementair apparaat voor het verzamelen en afvoeren van condensaat is een bak onder de warmtewisselaar met een helling naar het afvoergat

Vocht wordt verwijderd in een gesloten container. Hij wordt alleen binnenshuis geplaatst om bevriezing van de uitstroomkanalen bij temperaturen onder het vriespunt te voorkomen. Er is geen algoritme voor een betrouwbare berekening van het ontvangen watervolume bij gebruik van systemen met een recuperator, daarom wordt dit experimenteel bepaald.

Hergebruik van condensaat voor luchtbevochtiging is ongewenst, omdat water veel verontreinigende stoffen absorbeert, zoals menselijk zweet, geuren, enz.

U kunt het condensaatvolume aanzienlijk verminderen en problemen in verband met het optreden ervan voorkomen door een afzonderlijk uitlaatsysteem vanuit de badkamer en keuken te organiseren. In deze ruimtes heeft de lucht de hoogste luchtvochtigheid. Als er meerdere afvoersystemen zijn, moet de luchtuitwisseling tussen de technische ruimte en de woonruimte worden beperkt door het installeren van terugslagkleppen.

Als de afvoerluchtstroom in de recuperator wordt afgekoeld tot negatieve temperaturen, verandert het condensaat in ijs, wat een vermindering van de open dwarsdoorsnede van de stroom veroorzaakt en, als gevolg daarvan, een afname van het volume of een volledige stopzetting van de ventilatie.

Voor periodieke of eenmalige ontdooiing van de recuperator is een bypass geïnstalleerd - een bypass-kanaal voor de beweging van toevoerlucht. Wanneer een stroom het apparaat omzeilt, stopt de warmteoverdracht, warmt de warmtewisselaar op en gaat het ijs over in een vloeibare toestand. Het water stroomt in de condensopvangtank of verdampt buiten.

Het principe van de bypass-inrichting is eenvoudig. Als er een risico op ijsvorming bestaat, is het daarom raadzaam om in een dergelijke oplossing te voorzien, aangezien het verwarmen van de recuperator op andere manieren complex en tijdrovend is.

Wanneer de stroom door de bypass gaat, vindt er geen verwarming van de toevoerlucht door de recuperator plaats. Wanneer deze modus wordt geactiveerd, moet de verwarming daarom automatisch worden ingeschakeld.

Kenmerken van verschillende soorten recuperatoren

Er zijn verschillende structureel verschillende mogelijkheden om warmte-uitwisseling tussen koude en verwarmde luchtstromen te realiseren. Elk van hen heeft zijn eigen onderscheidende kenmerken, die het hoofddoel van elk type recuperator bepalen.

Platen-dwarsstroomrecuperator

Het ontwerp van de plaatrecuperator is gebaseerd op dunwandige panelen, die afwisselend op een zodanige manier zijn verbonden dat de doorgang van stromen met verschillende temperaturen ertussen wordt afgewisseld onder een hoek van 90 graden. Een van de aanpassingen aan dit model is een apparaat met vinnenkanalen voor luchtdoorgang. Het heeft een hogere warmteoverdrachtscoëfficiënt.

Afwisselende doorgang van warme en koude luchtstroom door de platen wordt gerealiseerd door de randen van de platen te buigen en de voegen af ​​te dichten met polyesterhars

Warmtewisselingspanelen kunnen van verschillende materialen worden gemaakt:

• legeringen op basis van koper, messing en aluminium hebben een goede thermische geleidbaarheid en zijn niet gevoelig voor roest;
• kunststof gemaakt van een hydrofoob polymeermateriaal met een hoge thermische geleidbaarheidscoëfficiënt en een laag gewicht;
• hygroscopische cellulose zorgt ervoor dat condensatie door de plaat heen kan dringen en terug de kamer in kan.

Het nadeel is de kans op condensvorming bij lage temperaturen.Door de kleine afstand tussen de platen verhoogt vocht of ijs de luchtweerstand aanzienlijk. In geval van bevriezing is het noodzakelijk om de binnenkomende luchtstroom te blokkeren om de platen te verwarmen.

De voordelen van platenrecuperatoren zijn als volgt:

• goedkoop;
• lange levensduur;
• lange periode tussen preventief onderhoud en gemakkelijke implementatie ervan;
• kleine afmetingen en gewicht.

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

Trommel- of roterend type

Het werkingsprincipe van een roterende recuperator is gebaseerd op de rotatie van een warmtewisselaar, waarbinnen zich lagen golfplaten met een hoge warmtecapaciteit bevinden. Door interactie met de uitgaande stroom wordt de trommelsector verwarmd, die vervolgens warmte afgeeft aan de binnenkomende lucht.

De fijnmazige warmtewisselaar van een roterende recuperator is gevoelig voor verstopping, dus u moet speciale aandacht besteden aan de goede werking van fijnfilters

De voordelen van roterende recuperatoren zijn als volgt:

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

Dit type recuperator wordt minder vaak gebruikt in woongebouwen voor ventilatie van appartementen of cottages. Het wordt vaak gebruikt in grote ketelhuizen om warmte terug te voeren naar ovens of voor grote industriële of commerciële gebouwen.

Dit type apparaat heeft echter aanzienlijke nadelen:

• een relatief complex ontwerp met bewegende delen, waaronder een elektromotor, trommel- en riemaandrijving, dat constant onderhoud vereist;
• verhoogd geluidsniveau.

Soms kun je voor dit soort apparaten de term "regeneratieve warmtewisselaar" tegenkomen, wat correcter is dan "recuperator". Het is een feit dat een klein deel van de afgevoerde lucht terugkeert als gevolg van de losse pasvorm van de trommel in het lichaam van de constructie.

Dit legt extra beperkingen op aan de mogelijkheid om dit soort apparaten te gebruiken. Vervuilde lucht van verwarmingskachels kan bijvoorbeeld niet als koelvloeistof worden gebruikt.

Buis- en behuizingssysteem

Een buisvormige recuperator bestaat uit een systeem van dunwandige buizen met een kleine diameter, geplaatst in een geïsoleerde behuizing, waardoorheen een instroom van buitenlucht plaatsvindt. De behuizing verwijdert warme lucht uit de ruimte, waardoor de binnenkomende stroom wordt verwarmd.

Warme lucht moet via de behuizing worden afgevoerd, en niet via een systeem van buizen, omdat het onmogelijk is om condensaat eruit te verwijderen

De belangrijkste voordelen van buisrecuperatoren zijn als volgt:

• hoog rendement dankzij het tegenstroomprincipe van beweging van het koelmiddel en de binnenkomende lucht;
• de eenvoud van het ontwerp en de afwezigheid van bewegende delen zorgen voor lage geluidsniveaus en vereisen zelden onderhoud;
• lange levensduur;
• de kleinste doorsnede van alle soorten herstelapparaten.

Buizen voor dit type apparaat gebruiken lichtgelegeerd metaal of, minder gebruikelijk, polymeer. Deze materialen zijn niet hygroscopisch, daarom kan er bij een aanzienlijk verschil in aanvoertemperaturen intense condensatie in de behuizing ontstaan, wat een constructieve oplossing vereist voor de verwijdering ervan.Een ander nadeel is dat de metalen vulling ondanks de kleine afmetingen een aanzienlijk gewicht heeft.

De eenvoud van het ontwerp van een buisvormige recuperator maakt dit type apparaat populair voor zelfproductie. Als buitenmantel worden meestal kunststofbuizen voor luchtkanalen gebruikt, geïsoleerd met een omhulsel van polyurethaanschuim.

Apparaat met tussenkoelmiddel

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

In dit geval wordt een tussenkoelmiddel gebruikt dat door een geïsoleerde pijpleiding tussen de luchtkanalen circuleert. Als medium voor de overdracht van thermische energie wordt water of een water-glycoloplossing gebruikt, waarvan de circulatie door de werking wordt verzekerd warmtepomp.

Een recuperator met een tussenkoelmiddel is een volumineus en duur apparaat, waarvan het gebruik economisch verantwoord is voor gebouwen met grote oppervlakken

Als het mogelijk is om een ​​ander type recuperator te gebruiken, is het beter om geen systeem met een tussenkoelmiddel 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 ruimtes 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.

Er is een aanpassing van dit systeem wanneer, in plaats van geforceerde circulatie van de warmtewisselaarvloeistof, een medium met een laag kookpunt, zoals freon, wordt gebruikt.In dit geval is beweging langs de contour natuurlijk mogelijk, maar alleen als het toevoerluchtkanaal zich boven het afvoerluchtkanaal bevindt.

Een dergelijk systeem vereist geen extra energiekosten, maar werkt alleen voor verwarming als er een aanzienlijk temperatuurverschil is. Bovendien is het noodzakelijk om het punt waarop de aggregatietoestand van de warmtewisselaarvloeistof verandert, nauwkeurig af te stemmen, wat kan worden bereikt door de vereiste druk of een bepaalde chemische samenstelling te creëren.

Belangrijkste technische parameters

Als u de vereiste prestaties van het ventilatiesysteem en de warmte-uitwisselingsefficiëntie van de recuperator kent, kunt u eenvoudig de besparingen op luchtverwarming voor een kamer onder specifieke klimatologische omstandigheden berekenen. 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.

Fabrikanten van apparatuur bieden vaak een modellijn aan waarin ventilatie-units met vergelijkbare functionaliteit verschillen in luchtuitwisselingsvolume. Voor woongebouwen moet deze parameter worden berekend volgens Tabel 9.1. SP54.13330.2016

Efficiëntie

Onder het rendement van een recuperator wordt het rendement van de warmteoverdracht verstaan, dat wordt berekend met behulp van de volgende formule:

K = (T_P - T_N) / (T_V - T_N)

Waarin:

• T_P – temperatuur van de lucht die de kamer binnenkomt;
• T_N – buitenluchttemperatuur;
• T_V – kamertemperatuur.

Maximale efficiëntiewaarde standaard snelheid van de luchtstroom en een bepaald temperatuurregime worden aangegeven in de technische documentatie van het apparaat. Het werkelijke cijfer zal iets lager zijn.

In het geval van zelfproductie van een plaat- of buisrecuperator moet u, om een ​​maximale efficiëntie van de warmteoverdracht te bereiken, zich aan de volgende regels houden:

• De beste warmteoverdracht wordt geleverd door tegenstroomapparaten, vervolgens dwarsstroomapparaten, en de minste door unidirectionele beweging van beide stromen.
• De intensiteit van de warmteoverdracht hangt af van het materiaal en de dikte van de wanden 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 externe en interne lucht:

E (W) = 0,36 x P x K x (T_V - T_N)

waar P (m³/uur) – luchtstroom.

Berekening van de efficiëntie van de recuperator in geldelijke termen en vergelijking met de kosten van aanschaf en installatie voor een huisje 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 complex ontwerp en aanzienlijke afmetingen. Soms kunt u deze problemen omzeilen door verschillende eenvoudigere apparaten te installeren, zodat de binnenkomende lucht er opeenvolgend doorheen gaat.

Prestaties van het ventilatiesysteem

Het luchtvolume dat wordt doorgelaten, wordt bepaald door de statische druk, die afhangt van de kracht 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 onderzoeken uitgevoerd voor standaard monoblokstructuren en worden componenten geselecteerd voor individuele apparaten.

Bij het selecteren van het ventilatorvermogen moet rekening worden gehouden met de doorvoercapaciteit van geïnstalleerde warmtewisselaars van welk type dan ook, die in de technische documentatie wordt aangegeven als het aanbevolen debiet of luchtvolume dat per tijdseenheid door het apparaat wordt doorgegeven. In de regel bedraagt ​​de toegestane luchtsnelheid in het apparaat niet meer dan 2 m/s.

Anders treedt bij hoge snelheden een scherpe toename van de aerodynamische weerstand op in de smalle elementen van de recuperator. Dit leidt tot onnodige energiekosten, ineffectieve verwarming van de buitenlucht en een kortere levensduur van de ventilator.

De grafiek van het drukverlies versus het luchtdebiet voor verschillende modellen hoogwaardige recuperatoren toont een niet-lineaire toename van de weerstand, dus het is noodzakelijk om te voldoen aan de vereisten voor het aanbevolen luchtuitwisselingsvolume gespecificeerd 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 een binnenluchtkanaal wenselijk om het aantal buiswindingen met 90 graden te minimaliseren. Luchtroosters verhogen ook de weerstand, dus het is raadzaam om geen elementen met complexe patronen te gebruiken.

Vuile filters en roosters veroorzaken aanzienlijke interferentie met de stroming, dus moeten ze periodiek worden gereinigd of vervangen. Een effectieve manier om verstoppingen te beoordelen is het installeren van sensoren die de drukval in gebieden voor en na het filter monitoren.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Werkingsprincipe van roterende en platenrecuperator:

Meten van de efficiëntie van een plaatrecuperator:

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

Als u vragen heeft bij het lezen van de informatie of onjuistheden in ons materiaal aantreft, laat dan uw reactie achter in het onderstaande blok.