Šilumos rekuperacija vėdinimo sistemose: veikimo principas ir vykdymo variantai

Vėdinimo metu iš patalpos pašalinamas ne tik išmetamas oras, bet ir dalis šiluminės energijos. Žiemą tai lemia didesnes energijos išteklių sąskaitas.

Sumažinti nepagrįstas išlaidas, nepažeidžiant oro apykaitos, leis šilumos rekuperacija centralizuoto ir vietinio tipo vėdinimo sistemose. Šiluminei energijai regeneruoti naudojami skirtingų tipų šilumokaičiai – rekuperatoriai.

Straipsnyje išsamiai aprašomi agregatų modeliai, jų konstrukciniai ypatumai, veikimo principai, privalumai ir trūkumai. Pateikta informacija padės pasirinkti optimalų variantą vėdinimo sistemai įrengti.

Rekuperacijos samprata: šilumokaičio veikimo principas

Išvertus iš lotynų kalbos, rekuperacija reiškia atlyginimą arba atgavimą. Kalbant apie šilumos mainų reakcijas, rekuperacija apibūdinama kaip dalinis energijos, sunaudotos technologiniam veiksmui atlikti, grąžinimas, siekiant ją panaudoti tame pačiame procese.

Vėdinimo sistemoje rekuperacijos principas naudojamas šiluminei energijai taupyti.

Analogiškai vyksta vėsinimo rekuperacija karštu oru – šiltos tiekiamos masės šildo išmetamą „išdirbį“ ir jų temperatūra mažėja.

Energijos regeneravimo procesas vykdomas rekuperaciniame šilumokaityje. Įrenginyje yra šilumos mainų elementas ir ventiliatoriai, skirti siurbti priešingos krypties oro srautus. Procesui valdyti ir oro tiekimo kokybei kontroliuoti naudojama automatinė sistema.

Konstrukcija sukurta taip, kad tiekiami ir šalinami srautai būtų atskiruose skyriuose ir nesimaišytų – šilumos utilizavimas vyksta per šilumokaičio sieneles.

Suprasti, kas yra vėdinimas su rekuperacija, padės aiški oro cirkuliacijos schema.

Per ištraukiamuosius ventiliatorius drėgnose patalpose (tualete, vonioje, virtuvėje) vyksta panaudoto oro nutekėjimas. Prieš išeidamas į lauką, jis praeina pro rekuperatorių ir palieka dalį šilumos. Tiekiamas oras juda priešinga kryptimi, įšyla ir patenka į gyvenamuosius kambarius. (+)

Rekuperatoriaus tikslingumas vėdinime

Apie rekuperacinio vėdinimo įrengimo tikslingumą galima kalbėti įvertinus sistemos efektyvumą ir palyginus jos privalumus su trūkumais.

Iš panaudoto į lauką šalinamo oro paimama dalis šilumos ir perduodama į patalpą nukreiptoms šviežioms srovėms. Tai leidžia sumažinti šilumos nuostolius iki 70 %. (+)

Būtinybė naudoti šilumos rekuperaciją yra aktualiausia pastatuose su priverstiniu oro šalinimu. Paprastai tai mažos inercijos statiniai, pastatyti naudojant novatoriškas šilumos izoliacijos technologijas (namai iš sieninių plokščių, dujų silikatinių plokščių, putų blokelių).

Tokiuose pastatuose sienos prastai kaupia šilumą, o natūrali oro kaita yra mažai efektyvi.

Tačiau oro cirkuliacijos problemos būdingos ir „tradiciniams“ mūriniams bei betoniniams pastatams. Hermetiškai užsandarinantys šilumą ir garsą izoliuojantys PVC langai blokuoja natūralią trauką – gryno oro srautas sustoja, o trauka vėdinimo kanale apsiverčia arba tampa beveik lygi nuliui.

„Euro langų“ problemos sprendimas – priverstinio vėdinimo organizavimas. Sistema atkuria oro mainus, tačiau šilumos nuostoliai padidėja iki 60 %. Ir čia jau neapsieisite be šilumos rekuperacijos.

Mainų proceso efektyvumas išreiškiamas procentais ir parodo, kiek šilumos iš ištraukiamo oro sunaudojama šviežiam tiekiamam orui šildyti.

Vėdinimo šilumos rekuperacijos naudingumo koeficiento rodiklis:

• 0% – atidarytas langas – šiltas oras šalinamas į atmosferą, o šaltas patenka į vidų, mažindamas temperatūrą patalpoje;
• 100% – tiekiamas oras įšyla iki ištraukiamo oro temperatūros – techniškai neįmanoma realizuoti;
• 30-90% – leistinas parametras, gera laikoma rekuperacija, kurios efektyvumas yra 60 % ir daugiau, o naudingumo koeficientas virš 80 % – puikus šilumos mainas.

Sistemos efektyvumas priklauso nuo rekuperatoriaus tipo, patalpos matmenų ir oro srauto. Bet kuriuo atveju, naudoti rekuperacinį vėdinimą net ir su 30 % naudingumo koeficientu yra naudingiau nei jo visai nenaudoti. Be didelio energijos išteklių taupymo, šilumos „regeneracija“ pagerina bendrą mikroklimatą patalpoje.

Šilumokaičio naudojimo trūkumai:

1. Priklausomybė nuo elektros. Klimatinės įrangos pirkimas yra pateisinamas, jei elektros energijos suvartojimas bus žymiai mažesnis nei jos sutaupymas sumontavus rekuperatorių.
2. Kondensato susidarymas. Dėl temperatūrų skirtumo ant šilumokaičio sienelių gali kondensuotis drėgmė. Žiemą yra tikimybė, kad jis apledės, o tai gali smarkiai sumažinti naudingumo koeficientą arba sugadinti rekuperatorių.
3. Triukšmingas darbas. Kai kurie modeliai eksploatacijos metu skleidžia ūžesį. Jei dieną šis trūkumas nėra labai jaučiamas, tai naktį triukšmas kelia diskomfortą. Rekuperatoriai su geresne izoliacija veikia tyliai.

Didelės pradinės investicijos dažnai tampa pagrindiniu argumentu prieš energiją taupančią vėdinimo sistemą.

Tikslinga investuoti pinigus į tą sistemą, kuri atsipirks per 5–8 metus. Reikia atsižvelgti į tai, kad komplekso priežiūrai teks patirti papildomų išlaidų, pavyzdžiui, periodiškai keisti ventiliatorius.

Skirtingų tipų šilumokaičių ypatybės

Rekuperatoriaus konstrukcija lemia šilumnešio judėjimo schemą, vėdinimo sistemos efektyvumą, energijos suvartojimo klasę ir įrangos kainą. Naudojami penki šilumokaičių variantai: plokštelinis, rotacinis, šiluminiai vamzdeliai, kameriniai įrenginiai ir modeliai su tarpiniu šilumnešiu.

Plokštelinis rekuperatorius – konstrukcijos paprastumas

Šilumokaičio pagrindas – hermetiška kamera su daugybe lygiagrečių ortakių. Kanalai atskirti pertvaromis – šilumą laidžiomis plokštelėmis, pagamintomis iš plieno arba aliuminio.

Banguotos plokštės (60-70 vnt.) sugrupuotos viename bloke taip, kad susidarę kanalai būtų išdėstyti kryžmai vienas kito atžvilgiu – sukuriamas turbulencija pagerina šilumos mainus (+)

Dujų srautai juda vienas prieš kitą, susikerta rekuperatoriaus kasetėje, bet nesimaišo. Šilumos mainai vyksta dėl vienalaikio plokštelių aušinimo ir šildymo iš skirtingų pusių.

Kryžminio šilumokaičio privalumai:

• paprastas įrangos montavimas ir derinimas;
• oro masių kontakto išvengimas;
• prieinama kaina ir kompaktiški matmenys;
• trinamųjų ir judamųjų dalių nebuvimas.

Efektyvumo rodiklis svyruoja nuo 40% iki 70%.

Pagrindinis plokštelinio modelio trūkumas – kondensato nusėdimas ištraukiamajame kanale ir ledo susidarymas žiemą. Norint atitirpinti agregatą, įeinantis srautas nukreipiamas aplink šilumokaitį, o šiltas išeinantis srautas ištirpdo ledą ant plokštelių.

„Atitirpinimo“ režimu energijos taupymas nevyksta, įeinančiam orui pašildyti naudojami kaitintuvai, kurių galia iki 5 kW. Vidutinis naudingumo koeficientas sumažėja 20% (+)

Galimi du problemos sprendimo būdai:

1. Išankstinis įeinančio oro srauto pašildymas iki temperatūros, kurioje ledo susidarymas neįmanomas.
2. Rekuperatorius su plokštelėmis iš higroskopinės celiuliozės. Medžiaga sugeria drėgmę iš ištraukiamo oro masių ir perduoda ją naujai patenkančiam srautui.

Renkantis kryžminį šilumokaitį, reikėtų atsižvelgti į plokštelių eksploatacines savybes.

Jų charakteristikos priklauso nuo gamybos medžiagos:

1. Aliumininė folija – prieinama kaina, bet ribotas našumas žiemą. Be to, nerekomenduojama gyvenamosioms patalpoms dėl oro išsausinimo. Modifikacijos su aliuminine „įdara“ – optimalus pasirinkimas pirčių ir baseinų patalpoms.
2. Plastikinės pertvaros – pagal kainą analogiškos metaliniams gaminiams, tačiau pasižymi geresniu efektyvumu.
3. Celiuliozinis šilumokaitis – užkerta kelią užšalimui ir palaiko normalų drėgmės kiekį patalpose.

Higroceliuliozinis rekuperatorius yra ekonomiškiausias ir optimaliausias gyvenamųjų pastatų vėdinimui.

Rotorinis rekuperatorius – aukštas sistemos efektyvumas

Šilumokaitis pateikiamas kaip cilindras, užpildytas gofruoto metalo sluoksniais. Kai būgninis įrenginys sukasi, į kiekvieną skyrių paeiliui patenka šiltos arba šaltos oro srovės.

Rotorinio rekuperatoriaus konstrukcija: sukimosi velenas ir du oro kanalai. Viena rotoriaus dalis įkaista nuo „ištraukiamo“ oro, būgnas apsisuka ir šiluma nukreipiama į šaltas mases, susitelkusias gretimame kanale (+)

Šilumos mainų naudingumo koeficientas nustatomas pagal rotoriaus sukimosi greitį, o darbo efektyvumą galima reguliuoti.

Argumentai „už“ rotorinį rekuperatorių:

• šilumos grąža iki 65-90%;
• taupumas elektros energijos sąnaudų;
• dalinis drėgmės atgavimas – galima apsieiti be drėkintuvo;
• atsipirkimo laikotarpis – iki 4 metų.

Nepaisant didelio efektyvumo, būgninio tipo šilumokaitis netapo lyderiu tarp analogiškų įrenginių.

Vėdinimo sistemos trūkumai:

1. Užteršto oro priemaiša į padavimą. Per mikrokanalus paeiliui cirkuliuoja ištraukiamos ir tiekiamos masės, todėl apie 3-8% „ištraukiamo“ oro grįžta atgal. Būgnas dažnai perduoda išeinančio oro kvapą.
2. Konstrukcijos sudėtingumas. Besisukančios rotoriaus dalys reikalauja reguliarios priežiūros ir periodinio keitimo. Judantys elementai darbo metu skleidžia triukšmą ir vibraciją.
3. Didelė kaina. Rotorinių modelių kaina yra aukštesnė nei plokštelinių gaminių. Tai lemia sudėtingos mechanikos naudojimas būgninio šilumokaičio konstrukcijoje.
4. Dideli matmenys. Montavimas atliekamas erdvioje vėdinimo kameroje.

Dėl savo masyvumo rotoriniai įrenginiai daugiausia naudojami pramonės įmonėse.

Siekiant sumažinti oro srautų susimaišymą, rotoriniai rekuperatoriai papildomi tarpiniais sektoriais – čia mikrokanalai pučiami šviežiu oru, kuris patenka atgal į ištraukimą. Schemos trūkumas – naudingumo koeficiento sumažėjimas (+)

Susieti šilumokaičiai – glikolinis modelis

Rekuperacinį įrenginį su tarpiniu šilumos nešikliu dėl konstrukcinių ypatumų dažnai vadina susietais šilumokaičiais arba glikoliniu agregatu. Tai viena lanksčiausių šilumos utilizavimo sistemų. Vienas šilumokaitis įmontuojamas į tiekimo kanalą, o antrasis – į ištraukimą.

Apvado schemoje yra: cirkuliacinis siurblys, išsiplėtimo bakas, oro vožtuvas, valdiklis, temperatūros jutiklis, apsauginis vožtuvas, slėgio indikatorius (+)

Veikimo principas. Glikolio tirpalas cirkuliuoja tarp šilumokaičių. Šilumnešio temperatūra didėja dėl įkaitinto šalinamo srauto, o šiluminė energija perduodama grynam orui. Uždara sistema neleidžia susimaišyti priešpriešiniams oro srautams.

Šilumokaičių su šilumnešiu darbo ypatumai:

• Naudingumo koeficientas – 45-55 %;
• efektyvumo reguliavimas siurbliu – parenkamas antifrizo judėjimo greitis;
• galimybė tiekiamo ir šalinamo oro ortakius išdėstyti atokiai vienas nuo kito (iki 800 m);
• rekuperatorius montuojamas vertikaliai arba horizontaliai;
• esant dideliam šalčiui, šalinamo šilumokaičio paviršius apledėja – susidaro ledas; naudojant antifrizą galima eksploatuoti rekuperatorių nesiimant atitirpinimo;
• sistemos atsipirkimo laikotarpis – iki 2 metų;
• galima derinti 1 ištraukimą ir kelis įtekėjimus arba atvirkščiai.

Šalinamo ir tiekiamo oro tūriai turėtų būti maždaug vienodi. Tokie rekuperatoriai paprastai naudojami, kai įtekėjimas yra toksiškas arba stipriai užterštas, o srautų maišymasis neleistinas.

Kamerinis mazgas – universalumas taikant

Konstrukciškai kamerinis šilumokaitis yra uždara dėžė, viduje padalinta judančia sklende. Atsidaranti pertvara lemia rekuperatoriaus darbo schemą.

Šalinamas srautas teka vienu kanalu, o tiekiamas patenka į antrą kamerą. Šilumokaityje šiltos masės šildo pirmojo skyriaus sieneles. Po kurio laiko sklendė persikelia, o oro srautas pakeičia kryptį.

Dėl to tiekiamas srautas juda išilgai šiltų pirmojo ortakio sienelių, o „išdirbtas“ oras šildo antros kameros paviršių. Tam tikru momentu pertvara grįžta atgal, ir ciklas kartojasi.

Kamerinio šilumokaičio mazgo privalumai:

• Naudingumo koeficientas – 80-90 %;
• kartu su kokybiška šilumos izoliacija šildymo išlaidos sumažėja iki minimumo;
• montavimo paprastumas – specialistų pagalbos prireiks parenkant ventiliacinės sistemos parametrus;
• drėgmės lygio išlaikymas;
• sistemos apledėjimas neįmanomas.

Kamerinis rekuperatorius – puikus pasirinkimas regionams, kuriuose per metus ilgą laikotarpį stebimas didelis temperatūros disbalansas tarp patalpų ir lauko.

Šilumos regeneravimo mazgo trūkumai:

• būtinybė reguliariai techniškai prižiūrėti judančius elementus;
• priešpriešiniai oro srautai iš dalies susimaišo – kvapai ir priemaišos gali patekti atgal į pastatą.

Siekiant sumažinti priemaišą, sistema komplektuojama su filtruojančiu elementu. Oras tampa švaresnis, tačiau rekuperatoriaus efektyvumas sumažėja.

Šiluminiai vamzdeliai – uždara šilumos mainų sistema

Rekuperatorius sudarytas iš daugybės varinių arba aliumininių vamzdelių, pripildytų lengvai garuojančios medžiagos, pavyzdžiui, freono. Vamzdelinio šilumokaičio veikimo principas grindžiamas fizikiniais procesais – medžiagos būsenos kaita kaitinant.

Termovamzdis išdėstomas vertikaliai – apatinis šilumokaičio galas ištraukiamajame kanale, o viršutinis – tiekiamajame ortakyje. Išeinantys srautai apgaubia vamzdžio galą – freonas įkaista, užverda ir išgaruoja (+)

Dujos kyla ir perduoda šiluminę energiją tiekiamajam srautui, po to freonas kondensuojasi ir nuteka rekuperatoriaus apačioje. Terminis ciklas kartojasi ratu.

Techniniai ir eksploataciniai vamzdinio šilumokaičio parametrai:

• įrenginio efektyvumas – iki 65%;
• veikimo tyla dėl judančių dalių nebuvimo;
• konstrukcijos paprastumas ir nereiklumas priežiūrai;
• kompaktiškumas – maži matmenys ir nedidelis svoris;
• energetinė nepriklausomybė – šilumnešis cirkuliuoja natūraliai;

Svarbus pranašumas yra tas, kad tiekiamojo ir grįžtamojo oro srautai nesusimaišo.

Silpnosios šiluminių vamzdžių pusės:

• aukštas naudingumo koeficientas pasiekiamas siaurame temperatūrų diapazone – staigiai perkaitus visas freonas išgaruoja, o esant nepakankamam šildymui garavimo intensyvumas sulėtėja;
• nepakankamas vamzdžių tvirtumas – formos pakeitimas ar sandarumo praradimas sumažina įrangos darbingumą.

Vamzdiniai rekuperatoriai naudojami privačiose statybose, administraciniuose, biurų pastatuose ir nedideliuose pramoniniuose plotuose.

Rekuperacinės vėdinimo organizavimo būdai

Rekuperacija įrengiama vienu iš būdų: centralizuotai ir decentralizuotai. Pirmuoju atveju per šilumokaitį praeina vėdinimo srautai iš visos patalpos, antruoju – iš vieno kambario.

Centralizuotas kompleksas – tiekiamojo-ištraukiamojo vėdinimo įrenginys

Centralizuota sistema įrengiama statybos etape arba kapitalinio vėdinimo sistemos modernizavimo metu.

Pasirenkama priverstinė tiekimo-ištraukimo įranga (PVU) su įmontuotu rekuperatoriumi. Pagrindinis pasirinkimo kriterijus – bendras komplekso našumas, apskaičiuotas pagal visą oro tūrį pastate (+)

PVU su rekuperatoriumi užtikrina pakankamą oro apykaitą net ir namuose su sandariais langais. Tuo tarpu oro srautai pasiskirsto tolygiai, nesukeldami skersvėjų.

Kompleksiniai tiekimo-ištraukimo įrenginiai monoblokinio tipo yra sukomplektuoti:

• ventiliatoriais – nuolatinis švaraus oro tiekimas ir anglies dioksidu prisotintų srautų išmetimas;
• šildytuvais – preliminarus tiekiamo oro pašildymas;
• filtrais – sulaiko dulkes ir mikrodaleles;
• rekuperatoriumi – gali būti naudojami skirtingi įrenginių tipai.

Kai kurių PVU funkcionalumas išplėstas darbo atidėjimo laikmačiu, galios reguliatoriumi, drėgmės lygio davikliais ir pan.

Korpusas monoblokinių modelių padengtas triukšmą sugeriančia medžiaga, dėl ko vėdinimo įrenginio darbas tampa labai tylus. Galimi vertikalūs, horizontalūs ir pakabinami vėdinimo instaliacijų variantai.

Gerai įvertinti yra rekuperaciniai monoblokiniai vėdinimo įrenginiai, gaminami: «Vents» (Ukraina), Dantherm (Danija), «Daikin» (Japonija), «Dantex» (Anglija).

Vietiniai agregatai – papildymas prie esamos vėdinimo sistemos

Atstatyti oro masių cirkuliaciją naudojamoje patalpoje tinka decentralizuoti tiekimo įrenginiai su šilumos rekuperacija.

Jie įmontuojami į pastato fasadą arba montuojami per langą. Jų pagrindinė užduotis – pagerinti tiekiamąją vėdinimą namuose.

Vietiniuose rekuperatoriuose numatytas ventiliatorius ir plokštelinis šilumokaitis. Tiekimo įrenginio „rankovė“ izoliuota triukšmą sugeriančia medžiaga. Kompaktiškų vėdinimo įrenginių valdymo blokas yra ant vidinės sienos.

Decentralizuotų vėdinimo sistemų su rekuperacija ypatybės:

• NA – 60-96%;
• nedidelis našumas – įrenginiai skirti užtikrinti oro apykaitą patalpose iki 20-35 kv.m;
• prieinama kaina ir platus agregatų pasirinkimas, pradedant nuo paprastų sieninių vožtuvų iki automatizuotų modelių su kelių pakopų filtravimo sistema ir drėgmės reguliavimo galimybe;
• montavimo paprastumas – eksploatacijai pradėti nereikia tiesti ortakių, sieninį vožtuvą galima sumontuoti savarankiškai.

Populiarūs vietinių rekuperatorių gamintojai: Prana (Ukraina), O.Erre (Italija), Blizzard (Vokietija), Vents (Ukraina), Aerovital (Vokietija).

Svarbūs kriterijai renkantis sieninį tiekimo įrenginį: leistinas sienos storis, našumas, rekuperatoriaus NA, ortakio skersmuo ir perduodamos terpės temperatūra.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Natūralios vėdinimo ir priverstinės sistemos su rekuperacija darbo palyginimas:

Centralizuoto rekuperatoriaus veikimo principas, NA skaičiavimas:

Decentralizuoto šilumokaičio įrenginys ir darbo tvarka, naudojant sieninį vožtuvą Prana pavyzdį:

Per vėdinimo sistemą iš patalpos išeina apie 25–35 % šilumos. Norint sumažinti nuostolius ir efektyviai utilizuoti šilumą, naudojami rekuperatoriai. Klimatinė įranga leidžia panaudoti išmetamų masių energiją tiekiamo oro šildymui.

Ar turite ko pridurti arba kilo klausimų dėl skirtingų vėdinimo rekuperatorių veikimo? Prašome palikti komentarus prie publikacijos ir pasidalinti tokių įrenginių eksploatavimo patirtimi. Kontaktinė forma yra apatiniame bloke.