Siltuma rekuperācija ventilācijas sistēmās: darbības princips un izpildījuma varianti

Ventilācijas procesā no telpas tiek izvadīts ne tikai izlietotais gaiss, bet arī daļa siltumenerģijas. Ziemā tas rada palielinātus rēķinus par energoresursiem.

Nepamatotus izdevumus, nekaitējot gaisa apmaiņai, ļaus samazināt siltuma rekuperācija centralizētā un lokālā tipa ventilācijas sistēmās. Siltumenerģijas reģenerācijai tiek izmantoti dažādi siltummaiņu veidi – rekuperatori.

Rakstā detalizēti aprakstīti iekārtu modeļi, to konstrukcijas īpatnības, darbības principi, priekšrocības un trūkumi. Izklāstītā informācija palīdzēs izvēlēties optimālo variantu ventilācijas sistēmas iekārtošanai.

Rekuperācijas jēdziens: siltummaiņa darbības princips

Latīņu valodā rekuperācija nozīmē atlīdzināšanu vai atpakaļ saņemšanu. Attiecībā uz siltumapmaiņas reakcijām rekuperācija tiek raksturota kā daļēja enerģijas atgūšana, kas iztērēta tehnoloģiskās darbības veikšanai, lai to izmantotu tajā pašā procesā.

Ventilācijas sistēmā rekuperācijas princips tiek izmantots siltumenerģijas taupīšanai.

Pēc analoģijas notiek dzesēšanas rekuperācija karstā laikā – siltās pieplūdes masas sasilda izvadīto «izlietoto» gaisu, un to temperatūra pazeminās.

Enerģijas reģenerācijas process tiek veikts rekuperācijas siltummainī. Ierīce paredz siltummaiņa elementa un ventilatoru klātbūtni dažādu virzienu gaisa plūsmu pārvadīšanai. Procesa vadībai un gaisa padeves kvalitātes kontrolei tiek izmantota automātikas sistēma.

Konstrukcija ir izstrādāta tā, lai pieplūdes un izvadītās plūsmas atrastos atsevišķos nodalījumos un nesajauktos – siltuma izmantošana tiek veikta caur siltummaiņa sienām.

Izprast un saprast, kas ir ventilācija ar rekuperāciju, palīdzēs uzskatāma gaisa cirkulācijas shēma.

Caur izsūcējiem mitrās telpās (tualete, vannasistaba, virtuve) notiek izlietotā gaisa aizplūde. Pirms tas tiek izvadīts ārā, tas iziet caur rekuperatoru un atstāj daļu siltuma. Padotais gaiss pārvietojas pretējā virzienā, uzsilst un nonāk dzīvojamās telpās (+)

Rekuperatora lietderība ventilācijā

Par rekuperatīvās ventilācijas iekārtošanas lietderību var runāt, novērtējot sistēmas efektivitāti un salīdzinot tās priekšrocības ar trūkumiem.

No izlietotā, ārā izvadītā gaisa tiek paņemta daļa siltuma un nodota iesūknētajām svaigajām plūsmām, kas vērstas uz telpas iekšpusi. Tas ļauj samazināt siltuma zudumus līdz 70% (+)

Siltuma rekuperācijas izmantošanas nepieciešamība ir visaktuālākā ēkās ar piespiedu gaisa izvadu. Parasti tās ir mazinerciālas celtnes, kas uzceltas, izmantojot inovatīvas siltumizolācijas tehnoloģijas (mājas no sendvičpaneļiem, gāzsilikāta plātnēm, putuplasta blokiem).

Šādās celtnēs sienas slikti akumulē siltumu, un dabiskā gaisa apmaiņa ir mazefektīva.

Tomēr gaisa cirkulācijas problēmas ir raksturīgas arī «tradicionālām» ķieģeļu un betona ēkām. Hermētiski siltuma un skaņas izolējošu PVC logu esamība bloķē dabisko cirkulāciju – svaigā gaisa pieplūde apstājas, un vilce ventilācijas kanālā apgriežas vai tiecas uz nulli.

Risinājums «eiro logu» problēmai – piespiedu ventilācijas organizēšana. Sistēma atjauno gaisa apmaiņu, bet siltuma zudumi palielinās līdz 60%. Un šeit vairs neiztikt bez siltuma rekuperācijas.

Apmaiņas procesa efektivitāte tiek izteikta procentos un parāda no izvadītā gaisa patērētā siltuma daudzumu svaigā «pieplūdes» gaisa sildīšanai.

Ventilācijas siltuma rekuperācijas lietderības koeficienta rādītājs:

• 0% – atvērts logs – siltais gaiss tiek izvadīts atmosfērā, bet aukstais nokļūst iekšā, pazeminot temperatūru telpā;
• 100% – pieplūdes gaiss tiek uzsildīts līdz «izplūdes» temperatūrai – tehniski nav iespējams realizēt;
• 30-90% – pieļaujams parametrs; par labu tiek uzskatīta rekuperācija ar efektivitāti 60% un vairāk, KPD virs 80% – izcila siltuma apmaiņa.

Sistēmas efektivitāte ir atkarīga no rekuperatora veida, telpas izmēriem un gaisa plūsmas. Jebkurā gadījumā rekuperācijas ventilācijas izmantošana pat ar KPD 30% ir izdevīgāka nekā tās neesamība. Papildus būtiskai enerģijas resursu taupīšanai siltuma «reģenerācija» uzlabo kopējo mikroklimatu telpā.

Siltummaiņa izmantošanas trūkumi:

1. Atkarība no enerģijas. Klimata aprīkojuma iegāde ir pamatota, ja elektroenerģijas patēriņš būs ievērojami mazāks nekā tās ietaupījums pēc rekuperatora uzstādīšanas.
2. Kondensāta izdalīšanās. Temperatūras starpības dēļ uz siltummaiņa sieniņām var kondensēties mitrums. Ziemā pastāv apledošanas iespējamība, kas var izraisīt strauju KPD samazināšanos vai rekuperatora bojāeju.
3. Troksnis darbībā. Daži modeļi ekspluatācijas laikā rada dūkoņu. Ja dienā šis trūkums nav īpaši jūtams, tad naktī troksnis rada diskomfortu. Rekuperatori ar uzlabotu izolāciju darbojas klusi.

Augstie sākotnējie ieguldījumi bieži kļūst par galveno argumentu pret energoefektīvu ventilāciju.

Ir lietderīgi ieguldīt naudu tajā sistēmā, kas atmaksāsies 5-8 gadu laikā. Jāņem vērā, ka kompleksa apkalpošanai būs jāsedz papildu izdevumi, piemēram, periodiska ventilatoru nomaiņa.

Dažādu siltummaiņu veidu īpatnības

Rekuperatora konstrukcija nosaka siltumnesēja kustības shēmu, ventilācijas sistēmas efektivitāti, enerģijas patēriņa klasi un iekārtas izmaksas. Tiek izmantoti pieci siltummaiņu veidi: plākšņu, rotoru, siltuma caurules, kameru ierīces un modeļi ar starpposma siltumnesēju.

Plākšņu rekuperators – konstrukcijas vienkāršība

Siltummaiņa pamats ir hermētiska kamera ar daudziem paralēliem gaisa vadiem. Kanāli ir atdalīti ar starpsienām – siltumvadošām plāksnēm, kas izgatavotas no tērauda vai alumīnija.

Viļņveida plāksnes (60-70 gab.) ir sagrupētas vienā blokā tā, lai izveidotie kanāli atrastos krusteniski viens pret otru – radītā turbulence uzlabo siltuma apmaiņu (+)

Gāzu plūsmas virzās viena otrai pretī, krustojas rekuperatora kasetē, bet nesajaucas. Siltuma apmaiņa notiek, vienlaikus atdzesējot un sildot plāksnītes no dažādām pusēm.

Šķērsplūsmas siltummaiņa priekšrocības:

• vienkārša montāža un iekārtas iestatīšana;
• gaisa masu kontakta izslēgšana;
• pieejama cena un kompakti izmēri;
• berzes un kustīgu daļu trūkums.

Efektivitātes rādītājs svārstās diapazonā no 40-70%.

Plākšņu modeļa galvenais trūkums ir kondensāta nosēšanās izplūdes kanālā un ledus veidošanās ziemā. Lai atkausētu agregātu, ienākošā strūkla tiek novirzīta garām siltummaiņam, un siltā izejošā plūsma atkausē ledu uz plāksnēm.

Atkausēšanas režīmā enerģijas ietaupījums nenotiek; ienākošā gaisa sildīšanai izmanto sildītājus ar jaudu līdz 5 kW. Vidējais lietderības koeficients samazinās par 20% (+)

Iespējami divi problēmas risinājuma ceļi:

1. Ienākošās gaisa plūsmas iepriekšēja uzsildīšana līdz temperatūrai, pie kuras ledus veidošanās ir izslēgta.
2. Rekuperators ar higroskopiskas celulozes plāksnēm. Materiāls uzsūc mitrumu no izlietotajām gaisa masām un nodod to atkal ienākošajām plūsmām.

Izvēloties šķērsplūsmas siltummaini, jāņem vērā plākšņu ekspluatācijas īpatnības.

To raksturlielumi ir atkarīgi no ražošanas materiāla:

1. Alumīnija folija – pieejama cena, bet ierobežota produktivitāte ziemā. Turklāt nav ieteicama dzīvojamām telpām, jo izžāvē gaisu. Modifikācijas ar alumīnija "pildījumu" – optimāls risinājums pirtīm un baseiniem.
2. Plastmasas starpsienas – cenas ziņā līdzīgas metāla izstrādājumiem, bet atšķiras ar uzlabotu darba efektivitāti.
3. Celulozes siltummainis – novērš aizsalšanu un uztur normālu mitruma saturu telpā.

Higrocelulozes rekuperators ir visekonomiskākais un optimālākais dzīvojamo ēku ventilācijai.

Rotora rekuperators – sistēmas augsta efektivitāte

Siltummainis ir cilindra formā, kas piepildīts ar rievotā metāla slāņiem. Bungas iekārtai rotējot, katrā nodalījumā pārmaiņus nonāk siltas vai aukstas gaisa plūsmas.

Rotora rekuperatora konstrukcija: rotācijas vārpsta un divi gaisa kanāli. Viena rotora daļa tiek uzkarsēta ar "izplūdes gaisu", bungas pagriežas un siltums tiek novirzīts aukstajām masām, kas atrodas blakus kanālā (+)

Siltuma apmaiņas lietderības koeficients tiek noteikts ar rotora rotācijas ātrumu, darba efektivitāti var regulēt.

Argumenti "par" rotora rekuperatoru:

• siltuma atgūšana līdz 65-90%;
• ekonomiskums elektroenerģijas patēriņā;
• daļēja mitruma atgūšana – var iztikt bez mitrinātāja;
• atmaksāšanās periods – līdz 4 gadiem.

Neraugoties uz augsto efektivitāti, bungas tipa siltummainis nekļuva par līderi starp līdzīgām iekārtām.

Ventilācijas sistēmas mīnusi:

1. Piesārņotā gaisa piejaukums pieplūdē. Caur mikrokanāliem pārmaiņus cirkulē izplūdes un pieplūdes masas, tāpēc apmēram 3-8% "izplūdes gaisa" atgriežas atpakaļ. Bungas bieži nodod izejošā gaisa smaku.
2. Konstrukcijas sarežģītība. Rotora rotējošās daļas regulāri jāapkalpo un periodiski jāmaina. Kustīgie elementi darba laikā rada troksni un vibrāciju.
3. Augstas izmaksas. Rotora modeļu cena ir augstāka nekā plākšņu izstrādājumiem. Tas saistīts ar sarežģītas mehānikas izmantošanu bungas siltummaiņa konstrukcijā.
4. Lieli izmēri. Uzstādīšana tiek veikta plašā ventilācijas kamerā.

Smaguma dēļ rotora iekārtas galvenokārt izmanto rūpniecības uzņēmumos.

Lai samazinātu gaisa plūsmu sajaukšanos, rotora rekuperatori tiek papildināti ar starpsektoriem – šeit mikrokanāli tiek izpūsti ar svaigu gaisu, kas atgriežas atpakaļ izplūdē. Shēmas mīnuss – lietderības koeficienta samazināšanās (+)

Saistītie siltummaiņi – glikola modelis

Rekuperācijas iekārtu ar starpposma siltumnesēju konstrukcijas īpatnību dēļ bieži sauc par saistītajiem siltummaiņiem vai glikola agregātu. Šī ir viena no elastīgākajām siltuma atgūšanas sistēmām. Viens siltummainis tiek iegriezts pieplūdes kanālā, bet otrs – izplūdē.

Saslēguma shēmā ir: cirkulācijas sūknis, izplešanās tvertne, gaisa vārsts, kontrolleris, temperatūras sensors, drošības vārsts, spiediena indikators (+)

Darbības princips. Glikola šķīdums cirkulē starp siltummaiņiem. Siltumnesēja temperatūra paaugstinās, pateicoties uzkarsētajai izvadāmajai plūsmai, un pēc tam siltumenerģija tiek nodota svaigajam gaisam. Slēgtā sistēma novērš pretējo gaisa masu sajaukšanos.

Siltummaiņu ar siltumnesēju darbības īpatnības:

• Lietderības koeficients – 45-55%;
• Efektivitātes regulēšana ar sūkņa palīdzību – tiek izvēlēts antifrīza kustības ātrums;
• Iespēja izvietot pieplūdes un izplūdes gaisa vadus attālināti vienu no otra (līdz 800 m);
• Rekuperatora uzstādīšana tiek veikta vertikāli vai horizontāli;
• Lielā salnā izplūdes siltummaiņa virsma apledo – parādās ledus; antifrīza izmantošana ļauj ekspluatēt rekuperatoru, neizmantojot atkausēšanu;
• Sistēmas atmaksāšanās termiņš – līdz 2 gadiem;
• Ir pieļaujama 1 izplūdes un vairāku pieplūdes kombinācija vai otrādi.

Izvadāmā un pievadāmā gaisa apjomam jābūt aptuveni vienādam. Šādus rekuperatorus parasti izmanto, ja pieplūde ir toksiska vai stipri piesārņota, kad plūsmu sajaukšanās nav pieļaujama.

Kameru mezgls – izmantošanas universālums

Konstruktīvi, kameras siltummainis ir slēgta kaste, kas iekšpusē sadalīta ar kustīgu aizbīdni. Atveramā starpsiena nosaka rekuperatora darbības shēmu.

Izplūde iet pa vienu kanālu, bet pieplūde nonāk otrajā kamerā. Siltummainī siltās masas silda pirmā nodalījuma sienas. Pēc laika aizbīdnis pārvietojas un gaisa plūsma maina virzienu

Rezultātā – pieplūde pārvietojas pa pirmā gaisa vada siltajām sienām, bet «izstrāde» silda otrās kameras virsmu. Noteiktā brīdī starpsiena atgriežas atpakaļ un cikls atkārtojas.

Kameras siltumapmaiņas mezgla priekšrocības:

• Lietderības koeficients – 80-90%;
• tandēmā ar kvalitatīvu siltumizolāciju apkures izmaksas tiek samazinātas līdz minimumam;
• uzstādīšanas vienkāršība – speciālistu palīdzība būs nepieciešama, izvēloties ventilācijas iekārtas parametrus;
• mitruma līmeņa saglabāšana;
• sistēmas apledošana ir izslēgta.

Kameras rekuperators ir lielisks variants reģioniem, kur gada garumā ilgu periodu vērojama būtiska nelīdzsvarotība starp iekštelpu un āra temperatūru.

Siltuma reģenerācijas mezgla trūkumi ir:

• nepieciešamība pēc regulāras kustīgo elementu tehniskās apkopes;
• pretējās gaisa strūklas daļēji sajaucas – smakas un piemaisījumi var nonākt atpakaļ ēkā.

Lai samazinātu piejaukšanu, sistēma tiek komplektēta ar filtrējošo elementu. Gaiss kļūst tīrāks, bet rekuperatora efektivitāte samazinās.

Siltuma caurules – slēgta siltumapmaiņas sistēma

Rekuperators sastāv no daudzām vara vai alumīnija caurulītēm, kas pildītas ar viegli iztvaikojošu vielu, piemēram, freonu. Cauruļveida siltummaiņa darbības princips balstās uz fizikāliem procesiem – vielas stāvokļa maiņu karsējot.

Termocaurule tiek novietota vertikāli – siltummaiņa apakšējais gals atrodas izplūdes kanālā, bet augšējais – pieplūdes gaisvadā. Izejošās plūsmas apiet caurules galu – freons uzsilst, uzvārās un iztvaiko (+)

Gāze paceļas un atdod siltumenerģiju pieplūdei, pēc tam freons kondensējas un tek lejup pa rekuperatoru. Termiskais cikls atkārtojas pa apli.

Cauruļveida siltummaiņa tehniskās un ekspluatācijas īpašības:

• ierīces efektivitāte – līdz 65%;
• darba klusums pateicoties kustīgo daļu neesamībai;
• konstrukcijas vienkāršība un nepretenciozitāte apkopē;
• kompaktums – mazi izmēri un neliels svars;
• enerģētiskā neatkarība – siltumnesējs cirkulē dabiskā veidā;

Būtiska priekšrocība ir tā, ka pieplūdes un atgaitas gaisa plūsmas nesajaucas.

Siltuma cauruļu vājās puses:

• augsts lietderības koeficients tiek sasniegts šaurā temperatūras diapazonā – pēkšņa pārkaršana izraisa visa freona iztvaikošanu, bet nepietiekamas sildīšanas gadījumā tvaikošanas intensitāte palēninās;
• zema cauruļu izturība – formas maiņa vai spiediena zudums samazina iekārtas darbspēju.

Cauruļveida rekuperatorus izmanto privātajā būvniecībā, administratīvajās, biroju ēkās un nelielās rūpniecības platībās.

Rekuperatīvās ventilācijas organizācijas veidi

Rekuperāciju iekārto vienā no veidiem: centralizēti un decentralizēti. Pirmajā gadījumā caur siltummaini iet ventilācijas plūsmas no visas telpas, otrajā – no vienas istabas.

Centralizēts komplekss – pieplūdes-nosūces iekārta

Centralizēta sistēma tiek iekārtota būvniecības stadijā vai kapitālā ventilācijas sistēmas modernizācijā.

Tiek izvēlēta piespiedu pieplūdes-izplūdes iekārta (PVI) ar iebūvētu rekuperatoru. Galvenais izvēles kritērijs ir kompleksa kopējā veiktspēja, ņemot vērā visu gaisa tilpumu būvē (+)

PVI ar rekuperatoru nodrošina pietiekamu gaisa apmaiņu pat mājās ar hermētiskiem logiem. Turklāt gaisa plūsmas sadalās vienmērīgi, neradot caurvēju.

Kompleksās pieplūdes-izplūdes iekārtas monobloka tipa ir aprīkotas ar:

• ventilatoriem – visu diennakti tīra gaisa padeve un ar oglekļa dioksīdu piesātinātu strūklu izvade;
• sildītājiem – pieplūdes iepriekšēja uzsildīšana;
• filtriem – aiztur putekļus un mikrodaļiņas;
• rekuperatoru – var izmantot dažādus iekārtu tipus.

Dažu PVI funkcionalitāte ir paplašināta ar darba aizkaves taimeri, jaudas regulatoru, mitruma līmeņa sensoriem utt.

Monobloka modeļu korpuss ir pārklāts ar skaņu absorbējošu materiālu, tāpēc PVA darbs kļūst ļoti kluss. Ir iespējamas vertikālās, horizontālās un piekaramās ventilācijas iekārtu versijas.

Labi sevi pierādījušas rekuperācijas monobloka PVA no ražotājiem: «Vents» (Ukraina), Dantherm (Dānija), «Daikin» (Japāna), «Dantex» (Anglija).

Lokālie agregāti – papildinājums esošajai ventilācijas sistēmai

Lai atjaunotu gaisa masu cirkulāciju ekspluatējamā telpā, ir piemērotas decentralizētas pieplūdes iekārtas ar siltuma rekuperāciju.

Tās iestrādā ēkas fasādē vai uzstāda caur logu. To galvenais uzdevums – uzlabot pieplūdes ventilāciju mājā.

Lokālajos rekuperatoros ir paredzēts ventilators un plākšņu siltummainis. Pieplūdes iekārtas «uzmava» ir izolēta ar skaņu absorbējošu materiālu. Kompakto ventilācijas iekārtu vadības bloks atrodas uz iekšējās sienas.

Decentralizētu ventilācijas sistēmu ar rekuperāciju īpatnības:

• KPD – 60-96%;
• zema veiktspēja – ierīces ir paredzētas gaisa apmaiņas nodrošināšanai telpās līdz 20-35 kv.m;
• pieejama cena un plaša agregātu izvēle, sākot no parastiem sienas vārstiem līdz automatizētiem modeļiem ar daudzpakāpju filtrācijas sistēmu un mitruma regulēšanas iespēju;
• vienkārša uzstādīšana – ekspluatācijas uzsākšanai nav nepieciešama gaisa vadu ieguldīšana, sienas vārstu var uzstādīt patstāvīgi.

Populāri lokālo rekuperatoru ražotāji: Prana (Ukraina), O.Erre (Itālija), Blizzard (Vācija), Vents (Ukraina), Aerovital (Vācija).

Svarīgi sienas pieplūdes iekārtas izvēles kritēriji: pieļaujamais sienas biezums, veiktspēja, rekuperatora KPD, gaisa kanāla diametrs un pārsūknējamās vides temperatūra.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Dabiskās ventilācijas un piespiedu sistēmas ar rekuperāciju darbības salīdzinājums:

Centralizēta rekuperatora darbības princips, KPD aprēķins:

Decentralizēta siltummaiņa uzbūve un darbības secība, izmantojot sienas vārsta Prana piemēru:

Caur ventilācijas sistēmu no telpas aizplūst aptuveni 25-35% siltuma. Lai samazinātu zudumus un efektīvi izmantotu siltumu, tiek izmantoti rekuperatori. Klimata iekārtas ļauj izmantot izlietoto gaisa masu enerģiju ienākošā gaisa sildīšanai.

Vai ir ko piebilst, vai radušies jautājumi par dažādu ventilācijas rekuperatoru darbību? Lūdzu, atstājiet komentārus pie publikācijas, dalieties pieredzē par šādu iekārtu ekspluatāciju. Saziņas forma atrodas apakšējā blokā.