Sissepuhke-väljatõmbeventilatsioon soojustagastusega: tööpõhimõte, ülevaade eelistest ja puudustest

Värske õhu sissevool külmal aastaajal toob kaasa vajaduse selle soojendamiseks, et tagada ruumide õige mikrokliima. Elektrienergia kulude minimeerimiseks võib kasutada sissepuhke- ja väljatõmbeventilatsiooni soojustagastusega.

Selle tööpõhimõtete mõistmine võimaldab võimalikult tõhusalt vähendada soojuskadusid, säilitades piisava asendusõhu mahu. Proovime seda küsimust mõista.

Energiasääst ventilatsioonisüsteemides

Sügis-kevadisel perioodil on ruumide ventileerimisel tõsiseks probleemiks sissetuleva ja sees oleva õhu suur temperatuurierinevus. Külm vool tormab alla ja loob ebasoodsa mikrokliima elamutes, kontorites ja tootmises või lubamatu vertikaalse temperatuurigradiendi laos.

Levinud lahendus probleemile on kalorifeeri integreerimine sissepuhkeventilatsiooni, mille abil toimub voolu soojendamine. Selline süsteem nõuab elektrienergia kulu, samas kui suur hulk väljuvat sooja õhku põhjustab märkimisväärset soojuskadu.

Õhu väljumine koos intensiivse auruga on märkimisväärse soojuskadude indikaator, mida saab kasutada sissetuleva voolu soojendamiseks.

Kui sisse- ja väljatõmbeõhu kanalid asuvad kõrvuti, siis saab osaliselt üle kanda väljuva voolu soojust sisenevale voolule. See võimaldab vähendada kalorifeeri elektrienergia tarbimist või isegi sellest loobuda. Seadet, mis tagab erineva temperatuuriga gaasivoogude vahelise soojusvahetuse, nimetatakse rekuperaatoriks.

Soojal aastaajal, kui välisõhu temperatuur ületab oluliselt toatemperatuuri, saab rekuperaatorit kasutada sissetuleva voolu jahutamiseks.

Rekuperaatoriga ploki seade

Sissepuhke- ja väljatõmbeventilatsioonisüsteemide sisemine seade koos integreeritud rekuperaatoriga on piisavalt lihtne, seega on võimalik nende iseseisev elementide kaupa ostmine ja paigaldamine. Juhul kui kokkupanek või iseseisev paigaldus tekitab raskusi, saab osta valmislahendusi tüüpsete monoblokk- või individuaalsete kokkupandavate konstruktsioonidena tellimuse alusel.

Ühes korpuses paikneva rekuperaatoriga sissepuhke-väljatõmbeventilatsioonisüsteemi tüüpiline skeem võib olla täiendatud muude sõlmedega kasutaja äranägemisel.

Peamised elemendid ja nende parameetrid

Soojus- ja heliisolatsiooniga korpus valmistatakse tavaliselt lehtterasest. Seinale paigaldamise korral peab see taluma survet, mis tekib ploki ümber olevate pragude vahtimisel, ning samuti vältima ventilaatorite tööst põhjustatud vibratsiooni.

Hajutatud õhuvõtu ja sissepuhke korral erinevatesse ruumidesse ühendatakse korpusega õhukanalite süsteem. See varustatakse klappide ja siibritega voolude jaotamiseks.

Õhukanalite puudumisel paigaldatakse ruumi poolsele sissepuhkeavale rest või difuusor õhuvoolu jaotamiseks. Tänava poolsele sissepuhkeavale paigaldatakse välistüüpi õhuvõturest, et vältida lindude, suurte putukate ja prahi sattumist ventilatsioonisüsteemi.

Õhu liikumise tagavad kaks aksiaal- või tsentrifugaalventilaatorit. Rekuperaatori olemasolul ei ole piisavas koguses loomulik õhuringlus võimalik selle sõlme tekitatud aerodünaamilise takistuse tõttu.

Rekuperaatori olemasolu eeldab peenfiltrite paigaldamist mõlema voolu sisselaskeavasse. See on vajalik, et vähendada soojusvaheti õhukeste kanalite tolmu ja rasvaladestustega ummistumise intensiivsust. Vastasel juhul tuleb süsteemi täisväärtuslikuks toimimiseks suurendada hooldustööde sagedust.

Peenfiltrite tuleb perioodiliselt vahetada või puhastada. Vastasel juhul põhjustab suurenenud õhuvoolu takistus ventilaatorite rikke.

Üks või mitu rekuperaatorit hõivavad sissepuhke-väljatõmbeseadme põhimahu. Need paigaldatakse konstruktsiooni keskele.

Piirkonnale tüüpiliste tugevate külmade ja rekuperaatori ebapiisava kasuteguri korral välisõhu soojendamiseks võib lisaks paigaldada kalorifeeri. Samuti paigaldatakse vajadusel niisuti, ionisaator ja muud seadmed soodsa sisekliima loomiseks.

Kaasaegsed mudelid näevad ette elektroonilise juhtploki olemasolu. Keerukamad modifikatsioonid omavad töörežiimide programmeerimise funktsioone sõltuvalt õhukeskkonna füüsikalistest parameetritest. Välispaneelid on atraktiivse välimusega, tänu millele saavad need hästi sobituda iga ruumi interjööriga.

Kondensaadi tekke probleemi lahendus

Ruumist tuleva õhu jahutamine loob eeldused niiskuse eemaldamiseks ja kondensaadi tekkeks. Suure voolukiiruse korral ei jõua suurem osa sellest rekuperaatorisse koguneda ja väljub. Aeglase õhu liikumise korral jääb märkimisväärne osa veest seadme sisse. Seetõttu tuleb tagada niiskuse kogumine ja selle väljajuhtimine sissepuhke-väljatõmbesüsteemi korpusest.

Lihtsaim seade kondensaadi kogumiseks ja ärajuhtimiseks on rekuperaatori all asuv alus, mis on kaldega äravooluava suunas.

Niiskuse väljajuhtimine toimub suletud mahutisse. See paigutatakse ainult siseruumidesse, et vältida äravoolukanali külmumist miinustemperatuuridel. Rekuperaatoriga süsteemide puhul puudub usaldusväärne algoritm saadava vee mahu arvutamiseks, seetõttu määratakse see katseliselt.

Kondensaadi taaskasutamine õhu niisutamiseks ei ole soovitatav, kuna vesi imab endasse palju saasteaineid, nagu inimese higi, lõhnad jne.

Kondensaadi mahtu saab oluliselt vähendada ja selle tekkimisega seotud probleeme vältida, kui korraldada vannitoa ja köögi jaoks eraldi väljatõmbesüsteem. Just nendes ruumides on õhuniiskus kõige suurem. Mitme väljatõmbesüsteemi olemasolul tuleb tehnilise ja elutsooni vahelist õhuvahetust piirata tagasilöögiklappide paigaldamisega.

Kui väljuva õhuvoolu temperatuur langeb rekuperaatori sees miinuskraadidesse, muutub kondensaat jääks, mis põhjustab voolu eluslõike vähenemist ja selle tulemusena ventilaatori mahu vähenemist või täielikku seiskumist.

Rekuperaatorit perioodiliseks või ühekordseks sulatamiseks paigaldatakse bypass – möödaviigukanal sissepuhkeõhu liikumiseks. Kui vool suunatakse seadmest mööda, peatub soojusülekanne, soojusvaheti soojeneb ja jää muutub vedelaks. Vesi voolab kondensaadi kogumismahutisse või aurustub väljapoole.

By-passi seadme põhimõte on lihtne, seega jää tekkimise riski korral on otstarbekas selline lahendus ette näha, sest rekuperaatori soojendamine muul viisil on keeruline ja pikaajaline.

Kui vool läbib bypassi, puudub sissepuhkeõhu soojendamine rekuperaatori kaudu. Seetõttu tuleb selle režiimi aktiveerimisel kalorifeer automaatselt sisse lülitada.

Erinevate rekuperaatoritüüpide iseärasused

On olemas mitmeid konstruktsiooniliselt erinevaid soojusvahetuse realiseerimise variante külma ja sooja õhuvoolu vahel. Igal neist on omad eripärad, mis määravad iga rekuperaatoritüübi peamise otstarbe.

Plaat-ristivoolurekuperaator

Plaatrekuperaatori konstruktsiooni aluseks on õhukeseseinalised paneelid, mis on ühendatud vaheldumisi nii, et nende vahel vahelduvad erineva temperatuuriga voolud 90-kraadise nurga all. Üheks sellise mudeli modifikatsiooniks on seade ribidega õhukanalitega. Sellel on kõrgem soojusülekandetegur.

Sooja ja külma õhuvoolu vahelduv läbilaskmine plaatidest viiakse ellu plaatide servade painutamise ja ühenduste tihendamisega polüestervaiguga.

Soojusvahetuspaneele saab valmistada erinevatest materjalidest:

• Vask, messing ja alumiiniumipõhised sulamid on hea soojusjuhtivusega ning ei rooste;
• Polümeersest hüdrofoobsest materjalist plastmass kõrge soojusjuhtivusteguriga on väikese kaaluga;
• Hügroskoopne tselluloos võimaldab kondensaadil läbi plaadi tungida ja tagasi ruumi sattuda.

Puuduseks on kondensaadi tekkimise võimalus madalatel temperatuuridel. Plaatide väikese vahe tõttu suurendavad niiskus või jääkoorik oluliselt aerodünaamilist takistust. Külmumise korral on vaja sissetulev õhuvool sulgeda, et plaate soojendada.

Plaatrekuperaatorite eelised on järgmised:

• madal hind;
• Pikk kasutusiga;
• pikk periood ennetava hoolduse vahel ja selle lihtne teostamine;
• väikesed mõõtmed ja kaal.

Selline rekuperaatoritüüp on kõige levinum elu- ja kontoriruumides. Seda kasutatakse ka mõnedes tehnoloogilistes protsessides, näiteks kütuse põlemise optimeerimiseks ahjude töös.

Trummel- või pöördtüüp

Rootorrekuperaatori tööpõhimõte põhineb soojusvaheti pöörlemisel, mille sees on kõrge soojusmahutavusega gofreeritud metallikihid. Väljuvate vooluga suheldes soojeneb trumli sektor, mis seejärel annab soojust sissetulevale õhule.

Rootorrekuperaatori peene võrguga soojusvaheti on vastuvõtlik ummistumisele, seetõttu tuleb eriti tähelepanelikult suhtuda peenpuhastusfiltrite kvaliteetsesse töösse.

Rootorrekuperaatorite eelised on järgmised:

• konkureerivate tüüpidega võrreldes piisavalt kõrge kasutegur;
• suure niiskuskoguse tagastamine, mis kondensaadina jääb trumlile ja aurustub sissetuleva kuiva õhuga kokkupuutel.

Seda tüüpi rekuperaatorit kasutatakse elamute puhul harvemini korteripõhise või suvila ventilatsiooni juures. Tihti kasutatakse seda suurtes katlamajades, et suunata soojus tagasi ahjudele või suurte tööstus- või kaubandusmeelelahutusruumide jaoks.

Sellel tüüpi seadmetel on aga olulisi puudusi:

• suhteliselt keeruline konstruktsioon liikuvate osadega, mis hõlmab elektrimootorit, trumlit ja rihmajamit, mis nõuab pidevat hooldust;
• kõrgendatud müratase.

Mõnikord võib selliste seadmete puhul kohata terminit “regenereeriv soojusvaheti”, mis on õigem kui “rekuperaator”. Nimelt satub väike osa väljuvast õhust tagasi trumli korpusega mittetiheda kinnituse tõttu.

See seab täiendavaid piiranguid sellist tüüpi seadmete kasutamisele. Näiteks ei saa soojuskandjana kasutada saastunud õhku kütteahjudest.

Toru- ja kestasüsteem

Torutüüpi rekuperaator koosneb soojustatud kestas paiknevatest väikese läbimõõduga õhukese seinaga torudest, mille kaudu toimub välisõhu sissevool. Kestas juhitakse ruumist välja soe õhumass, mis soojendab sissetulevat õhuvoolu.

Sooja õhu väljajuhtimine tuleb teostada just mööda kesta, mitte läbi torude süsteemi, kuna nendest pole võimalik kondensaati eemaldada.

Torutüüpi rekuperaatorite peamised eelised on järgmised:

• kõrge kasutegur tänu soojuskandja ja sissetuleva õhu vastuvoolule;
• konstruktsiooni lihtsus ja liikuvate osade puudumine tagab madala mürataseme ja harva tekkiva hooldusvajaduse;
• Pikk kasutusiga;
• väikseim ristlõige kõigi rekuperaatoritüüpide hulgas.

Sellist tüüpi seadmete torud on valmistatud kas kergsulametallist või harvem polümeerist. Need materjalid ei ole hügroskoopsed, mistõttu voolude olulise temperatuurierinevuse korral võib kestas tekkida tugev kondensaat, mis nõuab konstruktiivset lahendust selle eemaldamiseks. Teiseks puuduseks on see, et metalltäidis on märkimisväärse kaaluga, hoolimata väikestest mõõtmetest.

Torutüüpi rekuperaatori konstruktsiooni lihtsus muudab seda tüüpi seadmed populaarseks isetegemiseks. Väliskestana kasutatakse tavaliselt plastikust õhukandetorusid, mis on soojustatud polüuretaanvahust kestaga.

Vahesoojuskandjaga seade

Mõnikord asuvad sisse- ja väljatõmbeõhukanalid üksteisest teatud kaugusel. See olukord võib tekkida hoone tehnoloogiliste eripärade või sanitaarnõuete tõttu, mis nõuavad õhuvoolude usaldusväärset eraldamist.

Sellisel juhul kasutatakse vahesoojuskandjat, mis ringleb õhukanalite vahel isoleeritud torustikus. Soojusenergia ülekandmiseks kasutatakse vett või vee-glükooli lahust, mille ringlemise tagab soojuspumba töö.

Vahesoojuskandjaga rekuperaator on mahukas ja kallis seade, mille kasutamine on majanduslikult põhjendatud suurte pindaladega ruumides.

Kui on võimalik kasutada muud tüüpi rekuperaatorit, siis on parem mitte kasutada vahesoojuskandjaga süsteemi, kuna sellel on järgmised olulised puudused:

• madala kasuteguriga võrreldes teist tüüpi seadmetega, mistõttu väikeste ruumide puhul, mille õhuhulk on väike, selliseid seadmeid ei kasutata;
• oluline maht ja kogu süsteemi kaal;
• vajadus täiendava elektrilise pumba järele vedeliku ringlemiseks;
• suurenenud müra pumba tööst.

Sellest süsteemist on olemas modifikatsioon, kus sundringluse asemel kasutatakse madala keemistemperatuuriga ainena, näiteks freooni. Sel juhul on liikumine ringluses loomulik, kuid ainult siis, kui sissepuhkeõhukanal asub väljatõmbekanalist kõrgemal.

Selline süsteem ei vaja täiendavaid elektrienergiakulusid, kuid töötab küttena ainult märkimisväärsel temperatuuride erinevusel. Lisaks on vajalik täpne reguleerimine soojusvahetusvedeliku agregaatoleku muutumispunkti osas, mida saab saavutada vajaliku rõhu või kindla keemilise koostise loomisega.

Peamised tehnilised parameetrid

Teades vajalikku ventilatsioonisüsteemi tootlikkust ja rekuperaatori soojusülekande kasutegurit, on lihtne arvutada õhu soojendamise kokkuhoidu ruumis konkreetsetes kliimatingimustes. Võrreldes potentsiaalset kasu süsteemi ostu- ja hoolduskuludega, saab põhjendatult valida kas rekuperaatori või standardse kalorifeeri kasuks.

Tihti pakuvad seadmete tootjad mudelisarja, milles sarnase funktsiooniga ventilatsiooniblokid erinevad õhuvahetuse mahu poolest. Eluruumide puhul tuleb see parameeter arvutada vastavalt tabelile 9.1. SP 54.13330.2016

Kasutegur

Rekuperaatori kasuteguri all mõistetakse soojusülekande efektiivsust, mida arvutatakse järgmise valemi abil:

K = (T_p – T_n) / (T_v – T_n)

Milles:

• T_p – sissepuhkeõhu temperatuur ruumis;
• T_n – välisõhu temperatuur;
• T_v – ruumiõhu temperatuur.

Maksimaalne kasutegur tavalise õhuvoolu kiiruse ja kindla temperatuurirežiimi korral on märgitud seadme tehnilises dokumentatsioonis. Selle tegelik näit on veidi madalam.

Plaat- või torurekuperaatori ise valmistamise korral tuleb maksimaalse soojusülekande tõhususe saavutamiseks järgida järgmisi reegleid:

• Parima soojusvahetuse tagavad vastuvooluseadmed, seejärel ristvooluseadmed ning väikseima – mõlema voolu ühesuunalise liikumisega seadmed.
• Soojusvahetuse intensiivsus sõltub voolusid eraldavate seinte materjalist ja paksusest ning õhu viibimise kestusest seadme sees.

Teades rekuperaatori kasutegurit, saab arvutada selle energiatõhususe erinevate välis- ja siseõhu temperatuuride korral:

E (W) = 0,36 × P × K × (T_v – T_n)

kus P (m³/h) – õhuvoolukiirus.

Rekuperaatori tõhususe arvutamine rahalises vääringus ja selle soetamis- ja paigalduskuludega võrdlemine kahekorruselise suvila puhul üldpinnaga 270 m2 näitab sellise süsteemi paigaldamise otstarbekust.

Kõrge kasuteguriga rekuperaatorite maksumus on üsna suur, need on keeruka konstruktsiooniga ja märkimisväärsete mõõtmetega. Mõnikord saab neist probleemidest mööda hoida, paigaldades mitu lihtsamat seadet nii, et sissetulev õhk läbib need järjestikku.

Ventilatsioonisüsteemi tootlikkus

Läbilaskev õhuhulk määratakse staatilise rõhuga, mis sõltub ventilaatori võimsusest ja aerodünaamilist takistust tekitavatest põhisõlmedest. Tavaliselt ei ole selle täpne arvutamine võimalik matemaatilise mudeli keerukuse tõttu, mistõttu tehakse tüüpiliste monoblokk-konstruktsioonide puhul eksperimentaalseid uuringuid ning individuaalsete seadmete puhul valitakse komponendid.

Ventilaatori võimsus tuleb valida, arvestades paigaldatavate rekuperaatorite (mis tahes tüüpi) läbilaskevõimet, mis on tehnilises dokumentatsioonis märgitud soovitatava voolukiiruse või seadme ajaühikus läbilaskva õhuhulgana. Tavaliselt ei ületa lubatud õhukiirus seadme sees väärtust 2 m/s.

Vastasel juhul suureneb rekuperaatori kitsastes elementides suurtel kiirustel järsult aerodünaamiline takistus. See toob kaasa tarbetuid elektrienergia kulusid, välisõhu ebaefektiivset soojendamist ja ventilaatorite eluea lühenemist.

Mitme kõrgete jõudlusega rekuperaatorimudeli rõhukao ja õhuvoolu kiiruse vahelise sõltuvuse graafik näitab takistuse mittelineaarset kasvu, seetõttu tuleb järgida seadme tehnilises dokumentatsioonis märgitud soovitatava õhuvahetuse mahu nõudeid.

Õhuvoolu suuna muutmine tekitab täiendavat aerodünaamilist takistust. Seetõttu on siseruumides õhukanalite geomeetria modelleerimisel soovitatav minimeerida torude 90-kraadiste pöörete arvu. Õhu hajutamiseks mõeldud difuusorid suurendavad samuti takistust, seetõttu on soovitatav mitte kasutada keeruka mustriga elemente.

Määrdunud filtrid ja restid tekitavad olulisi takistusi voolu liikumisele, seetõttu tuleb neid perioodiliselt puhastada või vahetada. Üks tõhusaid viise saastumise hindamiseks on andurite paigaldamine, mis jälgivad rõhu erinevust filtrieelsel ja -järgsel lõigul.

Järeldused ja kasulik video teemal

Pöörleva ja plaatsoojusvaheti tööpõhimõte:

Plaatsoojusvaheti kasuteguri mõõtmine:

Integreeritud soojusvahetiga kodused ja tööstuslikud ventilatsioonisüsteemid on tõestanud oma energiatõhusust siseruumide soojuse säilitamisel. Praegu on palju pakkumisi selliste seadmete müügiks ja paigaldamiseks nii valmis ja läbiproovitud mudelitena kui ka individuaaltellimusel. Vajalike parameetrite arvutamise ja paigalduse saab teostada iseseisvalt.

Kui tekkis küsimusi teabega tutvumisel või leidsite meie materjalis ebatäpsusi, palun jätke oma kommentaarid allpool asuvasse plokki.