Ventilació de subministrament i extracció amb recuperació de calor: principi de funcionament, revisió d'avantatges i inconvenients
El subministrament d'aire fresc durant el període de fred comporta la necessitat d'escalfar-lo per garantir el correcte microclima interior.Per minimitzar els costos energètics, es pot utilitzar ventilació de subministrament i extracció amb recuperació de calor.
Comprendre els principis del seu funcionament us permetrà reduir de manera més eficaç la pèrdua de calor mantenint un volum suficient d'aire substituït. Intentem entendre aquesta qüestió.
El contingut de l'article:
Estalvi energètic en sistemes de ventilació
En el període tardor-primavera, quan es ventila les habitacions, un problema greu és la gran diferència de temperatura entre l'aire entrant i l'aire de l'interior. El flux de fred es precipita cap avall i crea un microclima desfavorable en edificis residencials, oficines i fàbriques o un gradient de temperatura vertical inacceptable en un magatzem.
Una solució comuna al problema és la integració a la ventilació de subministrament escalfador d'aire, amb l'ajuda del qual s'escalfa el flux. Aquest sistema requereix un consum d'energia, mentre que un volum important d'aire calent que s'escapa a l'exterior provoca una pèrdua de calor important.
Si els canals d'entrada i sortida d'aire es troben a prop, és possible transferir parcialment la calor del flux de sortida a l'entrant.Això reduirà el consum d'energia de l'escalfador o l'eliminarà del tot. Un dispositiu per garantir l'intercanvi de calor entre fluxos de gas de diferents temperatures s'anomena recuperador.
Durant l'estació càlida, quan la temperatura de l'aire exterior és significativament superior a la temperatura ambient, es pot utilitzar un recuperador per refredar el flux entrant.
Disseny d'una unitat amb recuperador
Estructura interna dels sistemes de ventilació de subministrament i extracció amb recuperador integrat Són bastant senzills, de manera que es poden comprar i instal·lar de manera independent element per element. Si el muntatge o l'autoinstal·lació és difícil, podeu comprar solucions ja fetes en forma de monobloc estàndard o estructures prefabricades individuals per encàrrec.
Elements principals i els seus paràmetres
El cos amb aïllament tèrmic i acústic sol ser de xapa d'acer. En el cas de la instal·lació a la paret, ha de suportar la pressió que es produeix al fer escuma de les esquerdes al voltant de la unitat, i també evitar les vibracions del funcionament dels ventiladors.
En el cas d'entrada i cabal d'aire distribuïts en diverses estances, connectar-se a la carcassa sistema de conductes d'aire. Està equipat amb vàlvules i amortidors per distribuir els cabals.
Si no hi ha conductes d'aire, s'instal·la una reixa o difusor a l'obertura de subministrament del lateral de l'habitació per distribuir el flux d'aire. S'instal·la una reixa d'entrada d'aire de tipus extern a l'obertura d'entrada del costat del carrer per evitar que ocells, insectes grans i residus entrin al sistema de ventilació.
El moviment de l'aire és proporcionat per dos ventiladors d'acció axial o centrífuga. En presència d'un recuperador, la circulació natural de l'aire en un volum suficient és impossible a causa de la resistència aerodinàmica creada per aquesta unitat.
La presència d'un recuperador implica la instal·lació de filtres fins a l'entrada d'ambdós cabals. Això és necessari per reduir la intensitat de l'obstrucció dels canals prims de l'intercanviador de calor amb dipòsits de pols i greix. En cas contrari, perquè el sistema funcioni completament, caldrà augmentar la freqüència del manteniment preventiu.
Un o més recuperadors ocupen el volum principal del dispositiu de subministrament i d'escapament. Estan muntats al centre de l'estructura.
En cas de gelades severes típiques del territori i d'eficiència insuficient del recuperador per escalfar l'aire exterior, també podeu instal·lar un escalfador. A més, si cal, s'instal·len un humidificador, un ionitzador i altres dispositius per crear un microclima favorable a l'habitació.
Els models moderns inclouen una unitat de control electrònica. Les modificacions complexes tenen funcions per programar els modes de funcionament en funció dels paràmetres físics de l'ambient aeri. Els panells exteriors tenen un aspecte atractiu, gràcies al qual poden encaixar bé a qualsevol interior.
Resolució del problema de la condensació
El refredament de l'aire que surt de l'habitació crea els requisits previs per a l'alliberament d'humitat i la formació de condensació. En el cas d'un cabal elevat, la majoria no té temps d'acumular-se al recuperador i surt a l'exterior.Amb el moviment lent de l'aire, una part important de l'aigua roman dins del dispositiu. Per tant, cal assegurar-se que la humitat es reculli i s'elimini fora de l'habitatge. sistema de subministrament i escapament.
La humitat s'elimina en un recipient tancat. Es col·loca només a l'interior per evitar la congelació dels canals de sortida a temperatures sota zero. No hi ha cap algorisme per al càlcul fiable del volum d'aigua rebuda quan s'utilitzen sistemes amb recuperador, de manera que es determina experimentalment.
La reutilització del condensat per a la humidificació de l'aire no és desitjable, ja que l'aigua absorbeix molts contaminants com la suor humana, les olors, etc.
Podeu reduir significativament el volum de condensació i evitar problemes associats amb la seva aparició organitzant un sistema d'escapament separat del bany i la cuina. És en aquestes habitacions on l'aire té la humitat més alta. Si hi ha diversos sistemes d'escapament, s'ha de limitar l'intercanvi d'aire entre les zones tècniques i residencials instal·lant vàlvules de retenció.
Si el flux d'aire d'escapament es refreda a temperatures negatives a l'interior del recuperador, el condensat es converteix en gel, la qual cosa provoca una reducció de la secció transversal oberta del flux i, com a conseqüència, una disminució del volum o un cessament total de la ventilació.
Per a la descongelació periòdica o única del recuperador, s'instal·la un bypass: un canal de bypass per al moviment de l'aire de subministrament. Quan un flux passa per alt el dispositiu, la transferència de calor s'atura, l'intercanviador de calor s'escalfa i el gel passa a un estat líquid. L'aigua flueix al dipòsit de recollida de condensats o s'evapora a l'exterior.
Quan el flux passa pel bypass, no s'escalfa l'aire de subministrament a través del recuperador. Per tant, quan aquest mode està activat, l'escalfador s'ha d'encendre automàticament.
Característiques de diversos tipus de recuperadors
Hi ha diverses opcions estructuralment diferents per implementar l'intercanvi 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.
Recuperador de flux creuat de plaques
El disseny del recuperador de plaques es basa en panells de parets primes, connectats alternativament de manera que s'alternen el pas de cabals de diferents temperatures entre ells en un angle de 90 graus. Una de les modificacions d'aquest model és un dispositiu amb canals amb aletes per al pas d'aire. Té un coeficient de transferència de calor més alt.
Els panells d'intercanvi de calor es poden fer de diversos materials:
- Els aliatges a base de coure, llautó i alumini tenen una bona conductivitat tèrmica i no són susceptibles a l'oxidació;
- plàstic fet d'un material polímer hidròfob amb un alt coeficient de conductivitat tèrmica i baix pes;
- La cel·lulosa higroscòpica permet que la condensació penetri a través de la placa i torni a l'habitació.
El desavantatge és la possibilitat que es formi condensació a baixes temperatures.A causa de la petita distància entre les plaques, la humitat o el gel augmenten significativament la resistència aerodinàmica. En cas de congelació, cal bloquejar el flux d'aire entrant per escalfar les plaques.
Els avantatges dels recuperadors de plaques són els següents:
- baix cost;
- llarga vida útil;
- llarg període entre el manteniment preventiu i la facilitat de la seva implementació;
- petites dimensions i pes.
Aquest tipus de recuperador és el més habitual per a habitatges i oficines. També s'utilitza en alguns processos tecnològics, per exemple, per optimitzar la combustió de combustible durant el funcionament dels forns.
Tipus de tambor o rotatiu
El principi de funcionament d'un recuperador rotatiu es basa en la rotació d'un intercanviador de calor, a l'interior del qual hi ha capes de metall ondulat amb gran capacitat calorífica. Com a resultat de la interacció amb el flux de sortida, el sector del tambor s'escalfa, que posteriorment desprèn calor a l'aire entrant.
Els avantatges dels recuperadors rotatius són els següents:
- eficiència força alta en comparació amb els tipus competidors;
- retorn d'una gran quantitat d'humitat, que es manté en forma de condensació al tambor i s'evapora en contacte amb l'aire sec entrant.
Aquest tipus de recuperador s'utilitza menys sovint per a edificis residencials per a la ventilació d'apartaments o cabanes. Sovint s'utilitza en grans calderes per retornar la calor als forns o per a grans locals industrials o comercials.
No obstant això, aquest tipus de dispositiu té importants desavantatges:
- un disseny relativament complex amb peces mòbils, incloent un motor elèctric, tambor i corretja, que requereix un manteniment constant;
- augment del nivell de soroll.
De vegades, per a dispositius d'aquest tipus es pot trobar el terme "intercanviador de calor regeneratiu", que és més correcte que "recuperador". El fet és que una petita part de l'aire d'escapament torna a causa de l'ajust fluix del tambor al cos de l'estructura.
Això imposa restriccions addicionals a la capacitat d'utilitzar dispositius d'aquest tipus. Per exemple, l'aire contaminat de les estufes de calefacció no es pot utilitzar com a refrigerant.
Sistema de tubs i carcassa
Un recuperador de tipus tubular consisteix en un sistema de tubs de parets primes de petit diàmetre situats en una carcassa aïllada, a través del qual hi ha una entrada d'aire exterior. La carcassa elimina l'aire calent de l'habitació, que escalfa el flux entrant.
Els principals avantatges dels recuperadors tubulars són els següents:
- alta eficiència a causa del principi de moviment contracorrent del refrigerant i l'aire entrant;
- la senzillesa del disseny i l'absència de peces mòbils garanteix uns nivells de soroll baixos i rarament requereix manteniment;
- llarga vida útil;
- la secció transversal més petita entre tots els tipus de dispositius de recuperació.
Els tubs per a aquest tipus de dispositiu utilitzen metall d'aliatge lleuger o, menys habitualment, polímer. Aquests materials no són higroscòpics, per tant, amb una diferència important de temperatures de flux, es pot formar una intensa condensació a la carcassa, que requereix una solució constructiva per a la seva eliminació.Un altre desavantatge és que el farciment metàl·lic té un pes important, malgrat les seves petites dimensions.
La senzillesa del disseny d'un recuperador tubular fa que aquest tipus de dispositiu sigui popular per a l'autoproducció. Les canonades de plàstic per a conductes d'aire, aïllades amb una carcassa d'escuma de poliuretà, solen utilitzar-se com a carcassa externa.
Dispositiu amb refrigerant intermedi
De vegades, els conductes de subministrament i d'escapament d'aire es troben a certa distància els uns dels altres. Aquesta situació pot sorgir a causa de les característiques tecnològiques de l'edifici o dels requisits sanitaris per a una separació fiable dels fluxos d'aire.
En aquest cas, s'utilitza un refrigerant intermedi, que circula entre els conductes d'aire a través d'una canonada aïllada. L'aigua o una solució d'aigua-glicol s'utilitza com a mitjà per transferir energia tèrmica, la circulació de la qual s'assegura mitjançant el funcionament. bomba de calor.
Si és possible utilitzar un altre tipus de recuperador, és millor no utilitzar un sistema amb un refrigerant intermedi, ja que té els següents desavantatges importants:
- baixa eficiència en comparació amb altres tipus de dispositius, per tant, aquests dispositius no s'utilitzen per a habitacions petites amb un flux d'aire baix;
- volum i pes significatius de tot el sistema;
- la necessitat d'una bomba elèctrica addicional per fer circular el líquid;
- augment del soroll de la bomba.
Hi ha una modificació d'aquest sistema quan, en comptes de la circulació forçada del fluid d'intercanvi de calor, s'utilitza un medi de baix punt d'ebullició, com el freó.En aquest cas, el moviment al llarg del contorn és possible de manera natural, però només si el conducte de subministrament d'aire es troba per sobre del conducte d'aire d'escapament.
Aquest sistema no requereix costos d'energia addicionals, però només funciona per a la calefacció quan hi ha una diferència de temperatura important. A més, cal afinar el punt en què canvia l'estat d'agregació del fluid d'intercanvi de calor, que es pot aconseguir creant la pressió necessària o una determinada composició química.
Principals paràmetres tècnics
Coneixent el rendiment requerit del sistema de ventilació i l'eficiència d'intercanvi de calor del recuperador, és fàcil calcular l'estalvi en la calefacció d'aire per a una habitació en condicions climàtiques específiques. En comparar els beneficis potencials amb els costos de compra i manteniment del sistema, podeu triar raonablement a favor d'un recuperador o d'un escalfador d'aire estàndard.
Eficiència
L'eficiència d'un recuperador s'entén com l'eficiència de la transferència de calor, que es calcula mitjançant la fórmula següent:
K = (TP -Tn) / (TV -Tn)
On:
- TP - temperatura de l'aire que entra a l'habitació;
- Tn - temperatura de l'aire exterior;
- TV - temperatura de l'aire ambient.
Valor màxim d'eficiència en estàndard velocitat del flux d'aire i un determinat règim de temperatura s'indiquen a la documentació tècnica del dispositiu. La seva xifra real serà una mica menor.
En el cas de l'autofabricació d'una placa o recuperador tubular, per tal d'aconseguir la màxima eficiència de transferència de calor, s'han de complir les normes següents:
- La millor transferència de calor la proporcionen els dispositius de contracorrent, després els dispositius de flux creuat, i el menys pel moviment unidireccional d'ambdós fluxos.
- La intensitat de la transferència de calor depèn del material i el gruix de les parets que separen els fluxos, així com de la durada de l'aire a l'interior del dispositiu.
Coneixent l'eficiència del recuperador, podeu calcular la seva eficiència energètica a diferents temperatures d'aire exterior i interior:
E (W) = 0,36 x P x K x (TV -Tn)
on P (m3/hora) – flux d'aire.
El cost dels recuperadors d'alta eficiència és força elevat, tenen un disseny complex i dimensions importants. De vegades, podeu evitar aquests problemes instal·lant diversos dispositius més senzills perquè l'aire entrant els passi de manera seqüencial.
Rendiment del sistema de ventilació
El volum d'aire que passa està determinat per la pressió estàtica, que depèn de la potència del ventilador i dels components principals que creen resistència aerodinàmica. Com a regla general, el seu càlcul exacte és impossible a causa de la complexitat del model matemàtic, per tant es duen a terme estudis experimentals per a estructures monobloc estàndard i es seleccionen components per a dispositius individuals.
La potència del ventilador s'ha de seleccionar tenint en compte el rendiment dels intercanviadors de calor instal·lats de qualsevol tipus, que s'indica a la documentació tècnica com el cabal o volum d'aire recomanat que passa el dispositiu per unitat de temps. Per regla general, la velocitat de l'aire admissible a l'interior del dispositiu no supera els 2 m/s.
En cas contrari, a altes velocitats, es produeix un fort augment de la resistència aerodinàmica en els elements estrets del recuperador. Això comporta uns costos energètics innecessaris, una calefacció ineficaç de l'aire exterior i una vida útil reduïda del ventilador.
Canviar la direcció del flux d'aire crea una resistència aerodinàmica addicional. Per tant, quan es modela la geometria d'un conducte d'aire interior, és desitjable minimitzar el nombre de voltes de canonada en 90 graus. Els difusors d'aire també augmenten la resistència, per la qual cosa s'aconsella no utilitzar elements amb patrons complexos.
Els filtres i les reixes bruts creen una interferència significativa amb el flux, per la qual cosa s'han de netejar o substituir periòdicament. Una manera eficaç d'avaluar 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
Principi de funcionament del recuperador rotatiu i de plaques:
Mesura de l'eficiència d'un recuperador de placa:
Els sistemes de ventilació domèstics i industrials amb recuperador integrat han demostrat la seva eficiència energètica per mantenir la calor a l'interior. Ara hi ha moltes ofertes per a la venda i instal·lació d'aquests dispositius, tant en forma de models preparats i provats com en comandes individuals. Podeu calcular els paràmetres necessaris i realitzar la instal·lació vosaltres mateixos.
Si teniu cap pregunta mentre llegiu la informació o trobeu alguna inexactitud al nostre material, deixeu els vostres comentaris al bloc següent.
