Soojuse taaskasutus ventilatsioonisüsteemides: tööpõhimõte ja teostusvariandid

Ventileerimise käigus eemaldatakse ruumist mitte ainult väljatõmbeõhk, vaid ka osa soojusenergiast. Talvel toob see kaasa energiaressursside arvete suurenemise.

Põhjendamatute kulude vähendamine ilma õhuvahetust kahjustamata on võimalik soojuse rekuperatsiooni abil tsentraliseeritud ja kohalikku tüüpi ventilatsioonisüsteemides. Soojusenergia taastamiseks kasutatakse erinevaid soojusvaheti tüüpe – rekuperaatoreid.

Artiklis on üksikasjalikult kirjeldatud agregaatide mudeleid, nende konstruktsiooni iseärasusi, tööpõhimõtteid, eeliseid ja puudusi. Esitatud teave aitab valida optimaalse variandi ventilatsioonisüsteemi rajamiseks.

Rekuperatsiooni mõiste: soojusvaheti tööpõhimõte

Ladina keelest tõlgituna tähendab rekuperatsioon hüvitamist või tagasisaamist. Soojusvahetusreaktsioonide puhul iseloomustatakse rekuperatsiooni kui osalist energiatagastust, mis kulutati tehnoloogilise toimingu läbiviimiseks, et seda samas protsessis rakendada.

Ventilatsioonisüsteemis kasutatakse rekuperatsiooni põhimõtet soojusenergia säästmiseks.

Analoogia põhjal toimub jahutuse rekuperatsioon kuuma ilmaga – soojad sissepuhkeõhumassid soojendavad väljatõmmatavat „väljatõmbeõhku” ja nende temperatuur langeb.

Energia regeneratsiooniprotsess toimub rekuperatsioon-soojusvahetis. Seade hõlmab soojusvahetuselementi ja ventilaatoreid eri suundades õhuvoolude pumpamiseks. Protsessi juhtimiseks ja õhu kvaliteedi kontrollimiseks kasutatakse automaatikasüsteemi.

Konstruktsioon on kavandatud nii, et sisse- ja väljatõmbepoolsed voolud on eraldi sektsioonides ega segune – soojustagastus toimub läbi soojusvaheti seinte.

Mõistmaks, mis on rekuperatsiooniga ventilatsioon, aitab selge õhuringluse skeem.

Niisketes ruumides (tualett, vannituba, köök) toimub väljatõmbe kaudu väljatõmbeõhu äravool. Enne väljumist läbib see rekuperaatori ja jätab osa soojusest. Sissepuhkeõhk liigub vastassuunas, soojeneb ja suundub eluruumidesse (+)

Rekuperaatori otstarbekus ventilatsioonis

Rekuperatiivse ventilatsiooni seadistamise otstarbekusest saab rääkida, hinnates süsteemi tõhusust ja võrreldes selle eeliseid puudustega.

Väljatõmmatavalt õhult võetakse osa soojusest ja antakse üle sissepuhutavatele värsketele õhuvooludele, mis suunatakse ruumi. See võimaldab vähendada soojuskadusid kuni 70% (+)

Soojuse rekuperatsiooni kasutamise vajadus on kõige aktuaalsem sundõhu väljatõmbega hoonetes. Tavaliselt on need väikese inertsiga ehitised, mis on püstitatud uuenduslike soojustustehnoloogiatega (sandwich-paneelidest, gaasilikaatplaatidest, penoplokkidest majad).

Sellistes ehitistes akumuleerivad seinad soojust halvasti ja loomulik õhuvahetus on vähetõhus.

Probleemid õhuringlusega on iseloomulikud ka traditsioonilistele tellis- ja betoonehitistele. Õhukindlate soojusheliisolatsiooniga PVC-akende olemasolu blokeerib loomuliku tõmbe – värske õhu sissevool peatub ning tõmme ventilatsioonikanalis pöördub või kipub nulli.

Lahendus Euroakende probleemile – sundventilatsiooni korraldamine. Süsteem taastab õhuvahetuse, kuid sellega suurenevad soojakadud kuni 60%. Ja siin ei saa enam hakkama ilma soojustagastuseta.

Vahetusprotsessi efektiivsust väljendatakse protsentides ja see näitab, kui palju soojust kulub väljatõmbeõhust värske sissepuhkeõhu soojendamiseks.

Ventilatsiooni rekuperatsiooni kasuteguri näitaja:

• 0% – avatud aken – soe õhk eemaldub atmosfääri ning külm tungib sisse, alandades ruumi temperatuuri;
• 100% – sisspuhkeõhk soojeneb väljatõmbeõhu temperatuurini – tehniliselt võimatu teostada;
• 30-90% – lubatud parameeter, heaks loetakse rekuperatsiooni efektiivsusega 60% ja rohkem, kasutegur üle 80% – suurepärane soojusvahetus.

Süsteemi efektiivsus sõltub rekuperaatori tüübist, ruumi mõõtmetest ja õhuvoolust. Igal juhul on rekuperatsiooniventilatsiooni kasutamine isegi 30% kasuteguriga kasulikum kui selle puudumine. Lisaks märkimisväärsele energiasäästule parandab soojuse „regeneratsioon" üldist ruumikliimat.

Soojusvaheti kasutamise puudused:

1. Energiasõltuvus. Kliimaseadmete ostmine on õigustatud, kui elektritarbimine on oluliselt väiksem kui selle sääst pärast rekuperaatori paigaldamist.
2. Kondensaadi teke. Temperatuuride erinevuse tõttu soojusvaheti seintel võib niiskus kondenseeruda. Talvel on tõenäoline jäätumine, mis võib põhjustada kasuteguri kiiret langust või rekuperaatori riket.
3. Mürarikas töö. Mõned mudelid tekitavad töötamise ajal suminat. Kui päeval see puudus eriti ei tunne, siis öösel tekitab müra ebamugavust. Parema isolatsiooniga rekuperaatorid töötavad vaikselt.

Kõrged esmased investeeringud on sageli peamine argument energiatõhusa ventilatsiooni vastu.

On otstarbekas investeerida sellisesse süsteemi, mis tasub end 5-8 aasta jooksul ära. Tuleb arvestada, et kompleksi hooldamiseks tuleb kanda lisakulusid, näiteks ventilaatorite perioodiline vahetamine.

Erinevate soojusvaheti tüüpide omadused

Rekuperaatori konstruktsioon määrab soojuskandja liikumisskeemi, ventilatsioonisüsteemi tõhususe, energiatarbimise klassi ja seadmete maksumuse. Kasutatakse viit tüüpi soojusvahetit: plaatsoojusvaheti, pöörlev soojusvaheti, soojustorud, kamberseade ja vahesoojuskandjaga mudelid.

Plaatrekuperaator – konstruktsiooni lihtsus

Soojusvaheti alus on hermeetiline kamber paljude paralleelsete õhukanalitega. Kanalid on eraldatud vaheseintega – soojust juhtivate plaatidega, mis on valmistatud terasest või alumiiniumist.

Lainekujulised plaadid (60-70 tükki) on koondatud ühte plokki nii, et moodustunud kanalid paiknevad üksteise suhtes risti – tekkiv turbulents parandab soojusvahetust (+)

Gaasivoolud liiguvad teineteisele vastu, ristuvad rekuperaatori kassetis, kuid ei segune. Soojusvahetus toimub plaatide üheaegse jahutamise ja soojendamise tõttu erinevatelt külgedelt.

Ristsoojusvaheti eelised:

• seadmete paigaldamise ja seadistamise lihtsus;
• õhumasside kokkupuute välistamine;
• soodne hind ja kompaktsed mõõtmed;
• hõõrduvate ja liikuvate osade puudumine;

Tõhususe näitaja varieerub vahemikus 40–70%.

Plaatmudeli peamine puudus on kondensaadi settimine väljatõmbekanalis ja jää teke talvel. Seadme sulatamiseks suunatakse sissetulev õhuvool soojusvahetist mööda, ja soe väljuv vool sulatab jää plaatidel.

Sulatusrežiimis energiasäästu ei toimu, sissetuleva õhu soojendamiseks kasutatakse küttekehasid võimsusega kuni 5 kW. Keskmine kasutegur langeb 20% võrra (+)

Probleemi lahendamiseks on kaks võimalust:

1. Sissetuleva õhuvoolu eelsoojendamine temperatuurini, mille juures jää teke on välistatud.
2. Hügroskoopse tselluloosi plaatidega rekuperaator. Materjal imab niiskust väljatõmbeõhust ja annab selle edasi sissetulevatele vooludele.

Ristsoojusvaheti valimisel tuleb arvestada plaatide kasutusomadustega.

Nende omadused sõltuvad valmistamismaterjalist:

1. Alumiiniumfoolium – soodne hind, kuid piiratud jõudlus talvel. Lisaks ei soovitata eluruumidesse õhu kuivatamise tõttu. Alumiiniumist „täidisega” modifikatsioonid – optimaalne variant saunade ja basseinide jaoks.
2. Plastikust vaheseinad – hinnalt sarnased metalltoodetega, kuid erinevad parema töötõhususe poolest.
3. Tselluloosist soojusvaheti takistab jäätumist ja säilitab ruumis normaalse niiskustaseme.

Hügrotselluloosist rekuperaator on kõige ökonoomsem ja optimaalne elamute ventilatsiooniks.

Rootorrekuperaator – süsteemi kõrge efektiivsus

Soojusvaheti on silindrikujuline, täidetud gofreeritud metalli kihtidega. Trummelseadme pöörlemisel suunduvad igasse sektsiooni vaheldumisi soojad või külmad õhuvoolud.

Pöörleva rekuperaatori konstruktsioon: pöörlemistelg ja kaks õhukanalit. Üks rootori osa soojeneb väljatõmbeõhust, trummel pöörleb ja soojus suunatakse külmadele massidele naaberkanalis (+)

Soojusvahetuse kasutegur määratakse rootori pöörlemiskiirusega, töö efektiivsust saab reguleerida.

Argumendid pöörleva rekuperaatori poolt:

• soojuse tagastus kuni 65-90%;
• elektrienergia kokkuhoid;
• osaline niiskuse tagastus – saab hakkama ilma niisutajata;
• tasuvusaeg – kuni 4 aastat.

Vaatamata kõrgele efektiivsusele ei saanud trummel-tüüpi soojusvahetist sarnaste seadmete seas liidriks.

Ventilatsioonisüsteemi puudused:

1. Saastunud õhu segunemine sissevõttega. Läbi mikrokanalite ringlevad vaheldumisi väljatõmbe- ja sissepuhkeõhud, mistõttu umbes 3-8% väljatõmbeõhust naaseb tagasi. Trummel kannab sageli edasi väljuva õhu lõhna.
2. Konstruktsiooni keerukus. Rootori pöörlevad osad vajavad regulaarset hooldust ja perioodilist vahetust. Liikuvad elemendid tekitavad töötamise ajal müra ja vibratsiooni.
3. Kõrge hind. Pöörlevate mudelite hind on kõrgem kui lamelltooted. Seda põhjustab keeruka mehhanismi kasutamine trummelsoojusvaheti konstruktsioonis.
4. Suured mõõtmed. Paigaldus toimub avaras ventilatsioonikambris.

Mahukuse tõttu kasutatakse pöörlevaid seadmeid peamiselt tööstusettevõtetes.

Õhuvoolude segunemise minimeerimiseks täiendatakse pöörlevaid rekuperaatoreid vahesektsioonidega – siin puhutakse mikrokanalid läbi värske õhuga, mis suunatakse tagasi väljatõmbesse. Skeemi miinus – kasuteguri langus (+)

Seotud soojusvahetid – glükoolimudel

Vahesoojuskandjaga rekuperatsiooniseadet nimetatakse konstruktsiooni tõttu sageli seotud soojusvahetiteks või glükoolagregaadiks. See on üks paindlikumaid soojustaastussüsteeme. Üks soojusvaheti lõigatakse sissepuhkekanali, teine – väljatõmbekanali.

Sidestusskeemis on: tsirkulatsioonipump, paisupaak, õhuklapp, kontroller, temperatuuriandur, kaitseklapp, rõhuindikaator (+)

Tööpõhimõte. Glükoolilahus ringleb soojusvahetite vahel. Soojuskandja temperatuur tõuseb tänu kuumutatud eemaldatavale voolule, seejärel antakse soojusenergia üle värskele õhule. Suletud süsteem välistab vastassuunaliste õhumasside segunemise.

Soojuskandjaga soojusvahetite töö eripärad:

• Kasutegur – 45-55%;
• Tõhususe reguleerimine pumba abil – valitakse antifriisi liikumiskiirus;
• Sisse- ja väljatõmbeõhukanalite teineteisest eemal paigutamise võimalus (kuni 800 m);
• Rekuperaatori paigaldus toimub vertikaalselt või horisontaalselt;
• Tugeva pakase korral külmub väljatõmbe soojusvaheti pind – tekib jää; antifriisi kasutamine võimaldab rekuperaatorit kasutada ilma sulatamiseta;
• Süsteemi tasuvusaeg – kuni 2 aastat;
• Lubatud on 1 väljatõmbe ja mitme sissevoolu kombinatsioon või vastupidi.

Eemaldatava ja sissevoolava õhu maht peab olema ligikaudu võrdne. Selliseid rekuperaatoreid kasutatakse tavaliselt siis, kui sissevool on mürgine või tugevalt saastunud, kui voolude segunemine on lubamatu.

Kambrisõlm – kasutamise universaalsus

Konstruktsiooniliselt on kambrisoojusvaheti suletud karp, mis on seest liikuva klapiga jagatud. Avanev vahesein määrab rekuperaatori tööskeemi.

Väljavool kulgeb mööda ühte kanalit, sissevool suundub teise kambrisse. Soojusvahetis soojendavad soojad massid esimese sektsiooni seinu. Mõne aja pärast liigub klapp ja õhuvool muudab suunda.

Tulemuseks – sissevool liigub mööda esimese õhukanali sooje seinu ning «väljatõmme» soojendab teise kambri pinda. Teatud hetkel pöördub vahesein tagasi ja tsükkel kordub.

Kambri soojusvahetussõlme eelised:

• Kasutegur – 80-90%;
• koos kvaliteetse soojusisolatsiooniga vähendatakse küttekulud miinimumini;
• Paigalduse lihtsus – spetsialistide abi on vajalik ventilatsiooniseadme parameetrite valikul;
• niiskustaseme säilitamine;
• süsteemi külmumine on välistatud.

Kambri rekuperaator on suurepärane valik piirkondadele, kus aasta jooksul on pikka aega oluline tasakaalutus sise- ja välistemperatuuri vahel.

Soojustagastussõlme puuduste hulka kuuluvad:

• vajadus liikuvate elementide regulaarse hoolduse järele;
• vastassuunalised õhuvoolud segunevad osaliselt – lõhnad ja lisandid võivad tagasi hoonesse sattuda.

Segunemise vähendamiseks varustatakse süsteem filtreerimiselemendiga. Õhk muutub puhtamaks, kuid rekuperaatori efektiivsus langeb.

Soojustorud – suletud soojusvahetussüsteem

Rekuperaator koosneb paljudest vase- või alumiiniumtorudest, mis on täidetud kergesti aurustuva ainega, näiteks freooniga. Torujas soojusvaheti tööpõhimõte põhineb füüsikalistel protsessidel – aine oleku muutumisel kuumutamisel.

Soojustoru paikneb vertikaalselt – soojusvaheti alumine ots on väljatõmbekanalis, ülemine ots aga sisspuhkeõhukanalis. Väljuvad voolud liiguvad ümber toru otsa – freoon soojeneb, keeb ja aurustub (+)

Gaas tõuseb ja annab soojusenergia sisspuhkeõhule, seejärel freoon kondenseerub ja voolab alla rekuperaatori põhja. Termiline tsükkel kordub ringjalt.

Torukujulise soojusvaheti tehnilised ja kasutusomadused:

• seadme efektiivsus – kuni 65%;
• töö müratus tänu liikuvate osade puudumisele;
• konstruktsiooni lihtsus ja vähenõudlikkus hoolduses;
• kompaktsus – väikesed mõõtmed ja vähene kaal;
• energiasõltumatus – soojuskandja ringleb loomulikul teel;

Oluline eelis on see, et sisspuhke- ja väljatõmbeõhuvoolud ei segune.

Soojustorude nõrgad küljed:

• kõrge kasutegur saavutatakse kitsas temperatuurivahemikus – järsu ülekuumenemise korral aurustub kogu freoon, ebapiisava soojenemise korral aeglustub aurustumise intensiivsus;
• torude madal tugevus – kuju muutumine või tihenduse kaotamine vähendab seadme töövõimet;

Torukujulisi rekuperaatoreid kasutatakse eraehituses, haldus-, büroo- ja väikestes tööstushoonetes.

Rekuperatiivse ventilatsiooni korraldamise viisid

Rekuperatsioon korraldatakse ühel viisil: tsentraalselt või detsentraliseeritult. Esimesel juhul läbivad soojusvahetit ventilatsioonivoolud kogu ruumist, teisel juhul ühest toast.

Tsentraliseeritud kompleks – sisse- ja väljatõmbesüsteem

Tsentraliseeritud süsteem paigaldatakse ehituse või ventilatsioonisüsteemi kapitaalremondi etapis.

Valitakse sundtoimega sisse- ja väljatõmbeagregaat (SVTA) koos sisseehitatud rekuperaatoriga. Peamine valikukriteerium on kompleksi üldine tootlikkus, mis arvutatakse kogu hoone õhumahu kohta (+)

SVTA rekuperaatoriga tagab piisava õhuvahetuse ka hermeetiliste akendega majades. Õhuvoolud jaotuvad ühtlaselt, tekitamata tuuletõmbust.

Komplekssed sisse- ja väljatõmbeagregaadid monoblokktüüpi on varustatud:

• ventilaatoritega – ööpäevaringne puhta õhu sissepuhke ja süsihappegaasiga küllastunud õhuvoolude väljatõmme;
• soojenditega – sisspuhkeõhu eelsoojendus;
• filtritega – peavad kinni tolmu ja mikroosakesed;
• rekuperaatoriga – kasutada võib erinevaid agregaatide tüüpe;

Mõne SVTA funktsionaalsust on laiendatud viivitusajaga taimeriga, võimsuse regulaatoriga, niiskustaseme anduritega jne.

Monoblokkmudelite korpus on kaetud helisummutava materjaliga, mistõttu PVU töö muutub väga vaikseks. Ventilatsiooniseadmeid on võimalik paigaldada vertikaalselt, horisontaalselt või riputatuna.

Hästi on ennast tõestanud soojustagastiga monoblokk-PVUd järgmistelt tootjatelt: Vents (Ukraina), Dantherm (Taani), Daikin (Jaapan), Dantex (Inglismaa).

Kohalikud agregaadid – täiendus olemasolevale ventilatsioonisüsteemile

Õhumasside ringluse taastamiseks kasutatavas ruumis sobivad detsentraliseeritud sissepuhkeseadmed soojustagastiga.

Need monteeritakse hoone fassaadi või akna kaudu. Nende peamine ülesanne on parandada sissepuhkeventilatsiooni majas.

Kohalikes soojustagastites on ette nähtud ventilaator ja plaatsoojusvaheti. Sissepuhkeseadme varrukas on isoleeritud helisummutava materjaliga. Kompaktsete ventilatsiooniseadmete juhtplokk paigaldatakse siseseinale.

Detsentraliseeritud soojustagastiga ventilatsioonisüsteemide omadused:

• Kasutegur – 60-96%;
• Madal tootlikkus – seadmed on mõeldud õhuvahetuse tagamiseks ruumides kuni 20-35 m²;
• Taskukohane hind ja lai valik seadmeid, alates tavapärastest seinaklappidest kuni automatiseeritud mudeliteni mitmeastmelise filtreerimissüsteemi ja niiskuse reguleerimise võimalusega;
• Paigaldamise lihtsus – kasutuselevõtuks ei ole vaja õhukanaleid paigaldada, seinaklapi saab paigaldada iseseisvalt.

Populaarsed kohalike soojustagastite tootjad: Prana (Ukraina), O.Erre (Itaalia), Blizzard (Saksamaa), Vents (Ukraina), Aerovital (Saksamaa).

Olulised kriteeriumid seina sissepuhkeseadme valimisel: lubatud seina paksus, tootlikkus, rekuperaatori kasutegur, õhukanali läbimõõt ja ülekantava keskkonna temperatuur.

Järeldused ja kasulik video teemal

Loomuliku ventilatsiooni ja soojustagastiga sundventilatsiooni võrdlus:

Tsentraliseeritud rekuperaatori tööpõhimõte, kasuteguri arvutamine:

Detsentraliseeritud soojusvaheti ehitus ja töökorraldus seinaklapi Prana näitel:

Ventilatsioonisüsteemi kaudu lahkub ruumist umbes 25-35% soojusest. Soojuskadude vähendamiseks ja tõhusaks soojuse taaskasutamiseks kasutatakse rekuperaatoreid. Kliimaseadmed võimaldavad kasutada väljatõmbeõhu energiat sissepuhkeõhu soojendamiseks.

Kas on midagi lisada või tekkis küsimusi erinevate ventilatsioonirekuperaatorite töö kohta? Palun jätke kommentaarid postitusele, jagage kogemusi selliste seadmete kasutamisel. Ühenduse vorm asub alumises plokis.