Pieplūdes-izplūdes ventilācija ar siltuma rekuperāciju: darbības princips, priekšrocību un trūkumu apskats

Svaiga gaisa ieplūšana aukstajā periodā rada nepieciešamību to sildīt, lai nodrošinātu pareizu telpu mikroklimatu. Lai minimizētu elektroenerģijas izmaksas, var izmantot piespiedu un izvades ventilāciju ar siltuma rekuperāciju.

Izpratne par tās darbības principiem ļaus maksimāli efektīvi samazināt siltuma zudumus, saglabājot pietiekamu aizvietojamā gaisa apjomu. Mēģināsim izprast šo jautājumu.

Energoefektivitāte ventilācijas sistēmās

Rudens-pavasara periodā telpu ventilācijā nopietna problēma ir lielā temperatūras starpība starp ieplūstošo un iekšā esošo gaisu. Aukstā plūsma virzās uz leju un rada nelabvēlīgu mikroklimatu dzīvojamās mājās, birojos un ražošanā, vai nepieļaujamu vertikālu temperatūras gradientu noliktavā.

Izplatīts problēmas risinājums ir kalorizatora integrācija piespiedu ventilācijā, ar kura palīdzību notiek plūsmas sildīšana. Šāda sistēma prasa elektroenerģijas izmaksas, kamēr ievērojams ārā izplūstošā siltā gaisa apjoms rada būtiskus siltuma zudumus.

Gaisa izplūšana ārā ar intensīvu tvaiku kalpo kā indikators būtiskiem siltuma zudumiem, ko var izmantot ieplūstošās plūsmas sildīšanai

Ja gaisa pieplūdes un izplūdes kanāli atrodas blakus, tad var daļēji nodot izplūstošās plūsmas siltumu ieplūstošajai. Tas ļaus samazināt kalorizatora elektroenerģijas patēriņu vai pat no tā atteikties. Ierīci, kas nodrošina siltumapmaiņu starp dažādas temperatūras gāzu plūsmām, sauc par rekuperatoru.

Siltajā gadalaikā, kad āra gaisa temperatūra ievērojami pārsniedz telpas temperatūru, var izmantot rekuperatoru ieplūstošās plūsmas dzesēšanai.

Bloka ar rekuperatoru uzbūve

Piespiedu un izvades ventilācijas sistēmu ar integrētu rekuperatoru iekšējā uzbūve ir pietiekami vienkārša, tāpēc ir iespējama to patstāvīga elementāra iegāde un uzstādīšana. Ja montāža vai patstāvīga uzstādīšana rada grūtības, var iegādāties gatavus risinājumus tipveida monobloku vai individuālu saliekamo konstrukciju veidā pēc pasūtījuma.

Tipveida shēma pievades un izplūdes ventilācijas sistēmas ierīcei ar rekuperatoru, kas izvietots vienā korpusā, var tikt papildināta ar citiem mezgliem pēc lietotāja ieskatiem.

Pamatelementi un to parametri

Korpuss ar siltuma un trokšņa izolāciju parasti tiek izgatavots no lokšņu tērauda. Sienas montāžas gadījumā tam jāiztur spiediens, kas rodas, putojot spraugas ap bloku, kā arī jānovērš vibrācija no ventilatoru darba.

Izkliedētas gaisa ņemšanas un pievades gadījumā dažādās telpās korpusam pievieno gaisa vadu sistēmu. To aprīko ar vārstiem un aizbīdņiem plūsmu sadalei.

Ja nav gaisa vadu, pievades atverē telpas pusē uzstāda režģi vai difuzoru gaisa plūsmas sadalei. Uz ielas puses pievades atveres montē ārējā tipa gaisa ieplūdes režģi, lai ventilācijas sistēmā neiekļūtu putni, lieli kukaiņi un netīrumi.

Gaisa kustību nodrošina divi aksiālā vai centrbēdzes tipa ventilatori. Rekuperatora klātbūtnē dabiskā gaisa cirkulācija pietiekamā apjomā nav iespējama, jo šis mezgls rada aerodinamisko pretestību.

Rekuperatora klātbūtne paredz smalkās tīrīšanas filtru uzstādīšanu abu plūsmu ieejā. Tas nepieciešams, lai samazinātu putekļu un tauku nogulšņu aizsērēšanas intensitāti siltummaines plānajos kanālos. Pretējā gadījumā, lai sistēma pilnvērtīgi darbotos, būs jāpalielina profilaktisko darbu veikšanas biežums.

Smalkās tīrīšanas filtri periodiski jāmaina vai jātīra. Pretējā gadījumā pieaugusī pretestība gaisa plūsmai kļūs par cēloni ventilatoru bojājumam.

Viens vai vairāki rekuperatori aizņem galveno pievades un izplūdes ierīces tilpumu. Tos montē konstrukcijas centrā.

Ja teritorijā ir ierasti stiprs sals un rekuperatora lietderības koeficients ir nepietiekams āra gaisa sildīšanai, papildus var uzstādīt kaloriferu. Arī pēc nepieciešamības montē mitrinātāju, jonizatoru un citas ierīces labvēlīga mikroklimata radīšanai telpā.

Mūsdienīgi modeļi paredz elektroniska vadības bloka esamību. Sarežģītām modifikācijām ir funkcijas darba režīmu programmēšanai atkarībā no gaisa vides fizikālajiem parametriem. Ārējiem paneļiem ir pievilcīgs izskats, tāpēc tie labi iederas jebkurā telpas interjerā.

Kondensāta rašanās problēmas risinājums

Ienākošā gaisa atdzesēšana no telpas rada priekšnoteikumus mitruma izvadīšanai un kondensāta veidošanai. Liela ātruma plūsmas gadījumā lielākā tā daļa nepaspēj uzkrāties rekuperatorā un izplūst ārā. Lēnā gaisa kustībā ievērojama daļa ūdens paliek iekšā ierīcē. Tāpēc ir jānodrošina mitruma savākšana un izvadīšana ārpus korpusa pieplūdes-izplūdes sistēmas.

Vienkāršākā ierīce kondensāta savākšanai un novadīšanai ir paliktnis, kas atrodas zem rekuperatora ar slīpumu pret notekas atveri.

Mitrumu izvada slēgtā traukā. To izvieto tikai telpas iekšpusē, lai izvairītos no noteces kanālu aizsalšanas pie negatīvām temperatūrām. Nav ticama algoritma, lai aprēķinātu iegūtā ūdens daudzumu, izmantojot sistēmas ar rekuperatoru, tāpēc to nosaka eksperimentāli.

Kondensāta atkārtota izmantošana gaisa mitrināšanai nav vēlama, jo ūdens absorbē daudzus piesārņotājus, piemēram, cilvēka sviedri, smaržas utt.

Ievērojami samazināt kondensāta daudzumu un izvairīties no ar tā rašanos saistītām problēmām var, organizējot atsevišķu izplūdes sistēmu no vannas istabas un virtuves. Tieši šajās telpās gaiss ir visaugstākajā mitrumā. Ja ir vairākas izplūdes sistēmas, gaisa apmaiņa starp tehnisko un dzīvojamo zonu ir jāierobežo, uzstādot pretvārstus.

Ja izejošā gaisa plūsma atdziest līdz negatīvām temperatūrām rekuperatora iekšpusē, kondensāts pārvēršas ledū, kas samazina plūsmas dzīvo šķērsgriezumu un līdz ar to samazina tilpumu vai pilnībā pārtrauc ventilāciju.

Periodiskai vai vienreizējai rekuperatora atkausēšanai uzstāda apvedceļu – apvada kanālu pieplūdes gaisa kustībai. Izlaižot plūsmu ap ierīci, notiek siltuma atdeves pārtraukšana, siltummaiņa sasilšana un ledus pārvēršana šķidrumā. Ūdens ieplūst kondensāta savākšanas traukā vai iztvaiko ārā.

Apvedceļa ierīces princips ir vienkāršs, tāpēc, ja pastāv ledus veidošanās risks, ir lietderīgi paredzēt šādu risinājumu, jo rekuperatora atkausēšana ar citiem veidiem ir sarežģīta un ilgstoša.

Plūsmai ejot caur apvedceļu, rekuperators nesasilda pieplūdes gaisu. Tāpēc, aktivizējot šo režīmu, ir jāieslēdzas automātiski kaloriferam.

Dažādu rekuperatoru veidu īpatnības

Ir vairāki konstruktīvi atšķirīgi siltuma apmaiņas realizācijas varianti starp aukstu un uzsildītu gaisa plūsmu. Katram no tiem ir savas atšķirīgās iezīmes, kas nosaka katra rekuperatora veida galveno pielietojumu.

Plātņu šķērsplūsmas rekuperators

Plākšņu rekuperatora konstrukcijas pamatā ir plānsienu paneļi, kas savienoti pārmaiņus tā, lai starp tiem mainīgi izlaistu dažādas temperatūras plūsmas 90 grādu leņķī. Viena no šā modeļa modifikācijām ir iekārta ar spuru kanāliem gaisa caurplūdei. Tai ir augstāks siltuma pārneses koeficients.

Siltās un aukstās gaisa plūsmas pārmaiņus izlaišanu caur plāksnēm panāk, noliecot plākšņu malas un noblīvējot savienojumus ar poliestera sveķiem

Siltuma apmaiņas paneļi var būt izgatavoti no dažādiem materiāliem:

• varš, misiņš un alumīnija sakausējumi ar labu siltumvadītspēju un nav pakļauti rūsēšanai;
• plastmasa no polimēra hidrofoba materiāla ar augstu siltuma pārneses koeficientu ir maza svara;
• higroskopiska celuloze ļauj kondensātam iekļūt caur plāksni un atgriezties atpakaļ telpā.

Trūkums ir kondensāta veidošanās iespēja zemās temperatūrās. Mazā attāluma starp plāksnēm dēļ mitrums vai apledojums būtiski palielina aerodinamisko pretestību. Apledošanas gadījumā ir jāpārtrauc ienākošā gaisa plūsma, lai atkausētu plāksnes.

Plākšņu rekuperatoru priekšrocības ir šādas:

• zema cena;
• ilgs kalpošanas laiks;
• ilgs periods starp profilaktisko apkopi un tās veikšanas vienkāršība;
• nelieli izmēri un masa.

Šāds rekuperatora tips ir visizplatītākais dzīvojamām un biroja telpām. To izmanto arī dažos tehnoloģiskos procesos, piemēram, degvielas sadegšanas optimizēšanai krāšņu darbībā.

Bungas jeb rotora tips

Rotora rekuperatora darbības princips balstās uz siltummaini, kura iekšpusē atrodas gofrēta metāla slāņi ar augstu siltumietilpību. Mijiedarbībā ar izejošo plūsmu notiek bungas sektora uzsilšana, kas pēc tam nodod siltumu ienākošajam gaisam.

Rotora rekuperatora smalkšūnu siltummainis ir pakļauts aizsērēšanai, tāpēc īpaši uzmanīgi jāizturas pret smalkās tīrības filtru kvalitatīvu darbību

Rotora rekuperatoru priekšrocības ir šādas:

• salīdzinoši augsta efektivitāte salīdzinājumā ar konkurējošiem veidiem;
• liela mitruma daudzuma atgriešana, kas kondensāta veidā paliek uz bungas un iztvaiko, saskaroties ar ienākošo sauso gaisu.

Šāda tipa rekuperators retāk tiek izmantots dzīvojamām ēkām ar dzīvokļu vai kotedžu ventilāciju. Bieži to izmanto lielās katlu mājās, lai atgrieztu siltumu krāsnīm, vai plašām rūpnieciskām vai tirdzniecības un izklaides telpām.

Tomēr šāda tipa ierīcēm ir būtiski trūkumi:

• salīdzinoši sarežģīta konstrukcija ar kustīgām daļām, ieskaitot elektromotoru, cilindru un siksnas piedziņu, kas prasa pastāvīgu apkopi;
• paaugstināts trokšņa līmenis.

Dažreiz šāda tipa ierīcēm var sastapt terminu “reģeneratīvais siltummainis”, kas ir pareizāk nekā “rekuperators”. Lieta tā, ka neliela daļa izplūstošā gaisa nonāk atpakaļ, jo cilindrs nepieguļ cieši pie konstrukcijas korpusa.

Tas uzliek papildu ierobežojumus iespējai izmantot šāda tipa ierīces. Piemēram, kā siltumnesēju nevar izmantot piesārņotu gaisu no apkures krāsnīm.

Sistēma uz cauruļu un apvalka bāzes

Caurulīšu tipa rekuperators sastāv no siltinātā apvalkā izvietotas sistēmas no plānsienu caurulītēm ar nelielu diametru, pa kurām notiek ārējā gaisa pieplūde. Pa apvalku tiek veikta siltās gaisa masas izvadīšana no telpas, kas silda ienākošo plūsmu.

Siltā gaisa izvadīšana jāveic tieši pa apvalku, nevis caur caurulīšu sistēmu, jo no tām nav iespējams noņemt kondensātu.

Caurulīšu rekuperatoru galvenās priekšrocības ir šādas:

• augsta efektivitāte, pateicoties pretplūsmas principam siltumnesēja un ienākošā gaisa kustībā;
• vienkārša konstrukcija un kustīgo daļu neesamība nodrošina zemu trokšņa līmeni un retu nepieciešamību pēc apkopes;
• ilgs kalpošanas laiks;
• vismazākais šķērsgriezums starp visiem rekuperācijas ierīču veidiem.

Caurulītes šāda tipa ierīcēm izmanto no vieglmetāla vai, retāk, no polimēra. Šie materiāli nav higroskopiski, tāpēc pie ievērojamas plūsmu temperatūras starpības apvalkā var veidoties intensīvs kondensāts, kas prasa konstruktīvu risinājumu tā noņemšanai. Vēl viens trūkums ir tas, ka metāla pildījumam ir ievērojams svars, neskatoties uz nelieliem izmēriem.

Caurulīšu rekuperatora konstrukcijas vienkāršība padara šāda tipa ierīces populāras pašražošanai. Kā ārējo apvalku parasti izmanto plastmasas caurules gaisa vadiem, siltinātas ar poliuretāna putu apvalku.

Ierīce ar starpposma siltumnesēju

Dažreiz pieplūdes un izplūdes gaisa vadi atrodas zināmā attālumā viens no otra. Šāda situācija var rasties ēkas tehnoloģisko īpatnību vai sanitāro prasību dēļ, lai droši atdalītu gaisa plūsmas.

Šajā gadījumā izmanto starpnieksiltumnesēju, kas cirkulē starp gaisa vadiem pa izolētu cauruļvadu. Kā vidi siltumenerģijas pārnesei izmanto ūdeni vai ūdens-glikola šķīdumu, kura cirkulāciju nodrošina siltumsūkņa darbs.

Rekuperators ar starpnieksiltumnesēju ir apjomīga un dārga ierīce, kuras izmantošana ir ekonomiski pamatota telpām ar lielām platībām.

Ja ir iespēja izmantot citu rekuperatora veidu, tad labāk neizmantot sistēmu ar starpnieksiltumnesēju, jo tai ir šādi būtiski trūkumi:

• zema efektivitāte salīdzinājumā ar citiem ierīču veidiem, tāpēc mazām telpām ar nelielu gaisa plūsmu šādas ierīces netiek izmantotas;
• ievērojams apjoms un svars visai sistēmai;
• nepieciešamība pēc papildu elektriskā sūkņa šķidruma cirkulācijai;
• paaugstināts troksnis no sūkņa darbības.

Pastāv šīs sistēmas modifikācija, kad piespiedu cirkulācijas vietā siltummaiņas šķidrumam izmanto vidi ar zemu viršanas punktu, piemēram, freonu. Šajā gadījumā kustība pa kontūru ir iespējama dabiskā veidā, bet tikai tad, ja pieplūdes gaisa vads atrodas virs nosūces gaisa vada.

Šāda sistēma neprasa papildu elektroenerģijas izmaksas, bet darbojas apkurei tikai pie ievērojamas temperatūras starpības. Turklāt nepieciešama precīza siltummaiņas šķidruma agregātstāvokļa maiņas punkta regulēšana, ko var īstenot, radot nepieciešamo spiedienu vai noteiktu ķīmisko sastāvu.

Galvenie tehniskie parametri

Zinot nepieciešamo ventilācijas sistēmas jaudu un rekuperatora siltuma apmaiņas efektivitāti, ir viegli aprēķināt ietaupījumu uz gaisa apkuri telpai konkrētos klimatiskajos apstākļos. Salīdzinot potenciālo ieguvumu ar sistēmas iegādes un uzturēšanas izmaksām, var pamatoti izvēlēties rekuperatoru vai standarta kaloriferu.

Bieži vien iekārtu ražotāji piedāvā modeļu līniju, kurā ventilācijas bloki ar līdzīgu funkcionalitāti atšķiras pēc gaisa apmaiņas apjoma. Dzīvojamām telpām šis parametrs jāaprēķina saskaņā ar tabulu 9.1. SP 54.13330.2016

Lietderības koeficients

Ar rekuperatora lietderības koeficientu saprot siltuma pārneses efektivitāti, ko aprēķina pēc šādas formulas:

K = (T_p – T_n) / (T_v – T_n)

Kurā:

• T_p – ieplūstošā gaisa temperatūra telpā;
• T_n – āra gaisa temperatūra;
• T_v – gaisa temperatūra telpā.

Iekārtas tehniskajā dokumentācijā norāda maksimālo lietderības koeficientu pie standarta gaisa plūsmas ātruma un noteikta temperatūras režīma. Tā reālais rādītājs būs nedaudz mazāks.

Ja pašrocīgi izgatavo plākšņu vai cauruļveida rekuperatoru, lai sasniegtu maksimālu siltuma pārneses efektivitāti, jāievēro šādi noteikumi:

• Vislabāko siltuma apmaiņu nodrošina pretplūsmas ierīces, tad šķērsplūsmas, bet vismazāko – ierīces ar vienvirziena abu plūsmu kustību.
• Siltuma apmaiņas intensitāte ir atkarīga no materiāla un sieniņu biezuma, kas atdala plūsmas, kā arī no gaisa uzturēšanās ilguma ierīces iekšienē.

Zinot rekuperatora lietderības koeficientu, var aprēķināt tā energoefektivitāti pie dažādām āra un iekštelpu gaisa temperatūrām:

E (W) = 0,36 × R × K × (T_v – T_n)

kur R (m³/h) – gaisa plūsma.

Rekuperatora efektivitātes aprēķins naudas izteiksmē un salīdzinājums ar izmaksām tā iegādei un uzstādīšanai divstāvu kotedžai ar kopējo platību 270 m2 parāda šādas sistēmas uzstādīšanas lietderību.

Rekuperatoru ar augstu lietderības koeficientu izmaksas ir diezgan lielas, tie ir sarežģītas konstrukcijas un ievērojamu izmēru. Dažreiz šīs problēmas var apiet, uzstādot vairākas vienkāršākas ierīces tā, lai ienākošais gaiss secīgi izietu caur tām.

Ventilācijas sistēmas veiktspēja

Izlaižamā gaisa apjomu nosaka statiskais spiediens, kas ir atkarīgs no ventilatora jaudas un galvenajiem mezgliem, kas rada aerodinamisko pretestību. Parasti precīzs tā aprēķins nav iespējams matemātiskā modeļa sarežģītības dēļ, tāpēc tipveida monobloka konstrukcijām veic eksperimentālus pētījumus, bet individuālām ierīcēm veic komponentu atlasi.

Ventilatora jauda jāizvēlas, ņemot vērā visu veidu uzstādāmo rekuperatoru caurlaidspēju, kas tehniskajā dokumentācijā norādīta kā ieteicamais plūsmas ātrums vai ierīces izlaistā gaisa apjoms laika vienībā. Parasti pieļaujamais gaisa ātrums ierīces iekšienē nepārsniedz 2 m/s.

Pretējā gadījumā pie lieliem ātrumiem šaurajos rekuperatora elementos strauji palielinās aerodinamiskā pretestība. Tas rada liekus elektroenerģijas izdevumus, neefektīvu āra gaisa uzsildīšanu un ventilatoru kalpošanas laika samazināšanos.

Augstas veiktspējas rekuperatoru vairāku modeļu spiediena zuduma atkarības grafiks no gaisa plūsmas ātruma parāda nelineāru pretestības pieaugumu, tāpēc jāievēro prasības par ieteicamo gaisa apmaiņas apjomu, kas norādīts ierīces tehniskajā dokumentācijā.

Gaisa plūsmas virziena maiņa rada papildu aerodinamisku pretestību. Tāpēc, modelējot gaisa vada ģeometriju telpā, vēlams samazināt cauruļu līkumu skaitu līdz 90 grādiem. Gaisa izkliedēšanas difuzori arī palielina pretestību, tāpēc vēlams neizmantot elementus ar sarežģītu rakstu.

Piesārņoti filtri un režģi rada ievērojamus traucējumus plūsmas kustībai, tāpēc tie periodiski jātīra vai jāmaina. Viens no efektīviem piesārņojuma novērtēšanas veidiem ir sensoru uzstādīšana, kas seko spiediena starpībai posmos pirms filtra un pēc tā.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Rotora un plākšņu rekuperatora darbības princips:

Plākšņu tipa rekuperatora lietderības koeficienta mērījums:

Mājsaimniecības un rūpnieciskās ventilācijas sistēmas ar integrētu rekuperatoru ir pierādījušas savu energoefektivitāti siltuma saglabāšanā telpās. Šobrīd ir daudz piedāvājumu par šādu ierīču pārdošanu un uzstādīšanu gan gatavu un pārbaudītu modeļu veidā, gan pēc individuāla pasūtījuma. Nepieciešamo parametru aprēķinu un montāžu var veikt patstāvīgi.

Ja, iepazīstoties ar informāciju, rodas jautājumi vai esat atradis neprecizitātes mūsu materiālā, lūdzu, atstājiet savus komentārus zemāk esošajā blokā.