Recuperarea căldurii în ventilație

Metode de recuperare a căldurii în ventilație

Casele moderne sunt construite într-un mod eficient din punct de vedere energetic pentru a proteja mediul și pentru a economisi costurile de încălzire. În ceea ce privește ventilația, arhitecții  folosesc din ce în ce mai mult ventilația mecanică sau asistată de ventilator cu recuperare de căldură. Nu numai că asigură aer proaspăt în camera și crește astfel confortul vietii, ci ajuta si la prevenirea aparitii mucegaiului. Importanța ventilației controlate cu recuperare de caldura a spațiului de locuit vine în special,cu potențialul de economisire a energiei în construcții, care este oferit de orientări clare prin ordonanța de economisire a energiei (EnEV). Un schimbător de căldură într-un sistem de ventilație poate recupera până la 90% din energia termică. Acest lucru depinde de designul dispozitivului și de metoda de recuperare a căldurii.

 

Importanța recuperării căldurii în ventilație pentru evaluare energetică

Cererile pentru construcția de case sunt în continuă creștere. Clădirile ar trebui să fie construite cât mai dens pentru a stoca energia în ele. Ordonanța de economisire a energiei (EnEV) a definit linii directoare speciale care trebuie respectate la construirea unei case. În cele ce urmează, am dori să vă oferim un scurt rezumat:

Construiti eficient din punct de vedere energetic-linii directoare pentru recuperarea caldurii

Plicurile clădirii bine construite, izolația armată a acoperișului și ferestrele cu mai multe geamuri sunt destinate să reducă necesarul de energie primară al casei. Pe de o parte, aceasta este menită să atingă obiective pe termen lung în politicile guvernului  privind protecția energiei și a climei. Pe de altă parte,ajută proprietarii să își păstreze proprietatea eficient din punct de vedere energetic și economisesc costurile de încălzire (puteți  citi mai multe despre EnEV în ghidul nostru privind reglementările privind economiile de energie ).

Oriunde este economisită energie datorită etanseizarii, apar din nou probleme: aerul nu mai poate circula natural (prin fisuri în articulații sau printr-o substanță de construcție permeabilă). Aerul îmbogățit cu umiditate și poluanți (vapori din materiale textile, mobilier etc.) asigură atacarea bunăstării și sănătății rezidenților și a structurii clădirii casei,din acest motiv,este necesar un minim de transfer de aer.

 

Conceptul de ventilație pentru ventilație cu recuperare de căldură

Un concept de ventilație conform normativelor este obligatoriu în conformitate cu regulamentul aplicabil de economisire a energiei.
Acest lucru se aplică atât pentru noua construcție a unei case, cât și pentru clădirile rezidențiale existente, dacă în cursul unei renovări

  • peste o treime din ferestrele înlocuite sau
  • mai mult de o treime din suprafața acoperișului caselor unifamiliale sunt izolate.

Ventilarea cu recuperare de căldură poate fi proiectată conform DIN 1946-6 pentru ventilație nominală. Acesta este nivelul de ventilație, care definește ambele standarde igienice pentru sănătatea rezidenților și oferă o protecție suficientă împotriva umidității pentru a proteja structura clădirii împotriva mucegaiului pe termen lung. Proiectarea în conformitate cu standardul de ventilație nominală devine importantă atunci când vine vorba de solicitarea de finantarela KfW.

 

Prezentare generală a schimbătorilor de căldură în ventilație – metode de recuperare a căldurii

Principiul recuperării căldurii funcționează prin transferul energiei termice a aerului de evacuare din interior în aerul proaspăt furnizat din exterior sau prin transferul acestuia către o masă de depozitare cu livrare ulterioară la fluxul de aer ulterior. Aceasta înseamnă că trebuie aplicată mai puțină energie de încălzire pentru a menține temperatura în interior constant (cald). Acest lucru economisește costurile de încălzire și protejează, de asemenea, mediul înconjurător. Recuperarea căldurii poate fi implementată tehnic în diferite moduri. Diferențiem aproximativ două variante:

  • recuperare de căldură recuperativă (lat. recuperare = a recupera)
  • recuperare de căldură regenerativă (lat. regeneratio = genera din nou)

Schimbătoarele de căldură repetitive sunt utilizate în principal în aplicații practice în sistemele de ventilație centrală. Este caracteristic alimentarea separată și fluxul de aer de evacuare.
Recuperarea căldurii regenerative are loc printr-un depozit de căldură pe termen scurt, care este curgător alternativ prin alimentarea și aerul de evacuare. Acest tip de recuperare a căldurii este utilizat mai ales în sistemele de ventilație descentralizate.

Recuperarea căldurii recuperative în ventilație

Când aerul de evacuare și fluxurile de aer de alimentare sunt dirijate unul peste altul pe canale separate, vorbim de recuperare de căldură recuperativă. Energia termică este schimbată prin așa-numitele schimbătoare de căldură. Acestea pot apărea în pachetul de tuburi sau sub formă de placă și constau în cea mai mare parte dintr-un metal deosebit de conductiv, cum ar fi aluminiu sau un plastic special. O caracteristică specială a recuperării căldurii prin schimbătoare de căldură în ventilație este aceea că fluxurile de aer nu intră în contact între ele și, prin urmare, nu poate exista amestecare. Mirosurile sau alte particule solide nu sunt sau greu transmise. Ventilarea cu un schimbător de căldură este de regulă utilizată acolo unde sunt necesare fluxuri de aer în mod constant ridicate. Metoda de recuperare a căldurii recuperative este folosită în principal în sistemele centrale.

Schimbătoare de căldură pentru ventilație:

  • schimbător de căldură cu flux transversal,incrucisat (cross flow)
  • schimbător de căldură contracurent(counter flow)
  • schimbător de căldură cu tuburi

Schimbător de căldură cu plăci pentru ventilație mecanică cu recuperare de căldură

Schimbătorul de căldură cu plăci este utilizat în principal în sistemele de ventilație centrală. Aici, mai multe plăci subțiri de aluminiu sau folii din plastic special formează pereții divizori ai fluxurilor de aer. Prin aceste goluri, aerul de evacuare cald și aerul proaspăt (rece) din exterior curg unul peste altul în principiul cocurent, adică în aceeași direcție, în principiul fluxului încrucișat, în unghi drept sau în principiul contracurentului, adică în sens invers. Energia este transferată din aer cu un nivel ridicat de energie (aerul interior) la schimbătorul de căldură și de acolo înapoi în aerul exterior, care are un nivel de energie mai mic.
În principiul contra-fluxului, ambele fluxuri de aer sunt încrucișate și ghidate unul peste altul în direcția opusă. Timpul de contact în timpul transferului de căldură este extins, ceea ce crește în continuare eficiența temperaturii și eficiența recuperării căldurii în comparație cu principiul fluxului încrucișat.
Geometria schimbătorului de căldură, materialul, debitul volumului de aer, diferența de temperatură, dimensiunea schimbătorului de căldură și timpul de curgere au efecte suplimentare asupra gradului de recuperare a căldurii în cazul schimbătorilor de căldură cu plăci.

Se aplică următoarele:

  • Cu cât schimbul de aer este mai rapid, cu atât este mai eficientă recuperarea căldurii.
  • Schimbătoarele de căldură contra-flux au un transfer de căldură mai mare decât schimbătoarele de căldură cu flux transversal cu aceeași zonă.
  • Cu construcții speciale, cum ar fi o construcție triunghiulară sau cu canal pătrat, se creează o suprafață mai mare de transfer de căldură cu același volum de construcție

 

Recuperare de umiditate: la schimbătoarele de căldură convenționale, nu există o recuperare automată a umidității. Datorită diferențelor de temperatură, pot apărea adesea cantități mai mari de condens. Aceasta necesită instalarea unei conducte corespunzătoare pentru scurgere, care se reflectă în efortul de instalare și în costuri.
Schimbătorul de căldură de entalpie a fost dezvoltat special pentru recuperarea umidității în ventilație. Spre deosebire de schimbătoarele de căldură convenționale cu plăci, o membrană separă fluxurile de aer de alimentare și de evacuare. Această membrană poate elibera o mare parte din umiditate din aerul de evacuare (cald) până la aerul uscat și rece. Întrucât recuperarea de umiditate a schimbătorului de căldură de entalpie nu poate fi reglată, aceasta este potrivită în principal pentru clădirile rezidențiale mai mari.

 

Schimbătoare de căldură cu scoică și tub pentru recuperarea căldurii

Ventilație de recuperare a căldurii: schimbător de căldură cu pachet de tuburiSchimbătorul de căldură din pachetul de tuburi este, de asemenea, una dintre metodele de recuperare a transferului de energie termică, deoarece cele două fluxuri de aer – cald și rece – sunt separate unele de altele, iar căldura este transferată prin peretele tubului. Recuperatorul este format dintr-un număr mare de tuburi cu un diametru mic, care sunt dispuse într-un cilindru gol din oțel. În cel mai simplu caz al schimbătorului de căldură din pachetul de tuburi, există doar un tub mic într-unul mare. Aerul cald este aspirat peste cel mai mare, iar aerul rece care trece prin conducta mai mică se încălzește indirect prin despărțire. Principiul recuperării căldurii prin schimbătorul de căldură cu tuburi și tuburi este acum foarte rar utilizat în ventilația casnică

 

Recuperarea căldurii recuperative în sistemul central

Principiul funcțional al recuperării căldurii recuperative este utilizat în principal în sistemele de ventilație centrală. Sistemul central funcționează printr-un singur dispozitiv care este conectat la întreaga casă printr-un sistem de conducte. Casa este împărțită în camere de alimentare cu aer și evacuare. Zonele de locuit și de dormit aparțin, de obicei, camerelor de aer cu alimentare. Spațiile de aer evacuate sunt încăperile în care pot apărea mai frecvent vârfurile de umiditate, cum ar fi bucătăriile și băile.

Ventilație: recuperare de căldură recuperativă într-un sistem centralAerul folosit este aspirat prin spațiul de aer evacuat, ajunge la schimbătorul de căldură cu plăci al unității centrale prin intermediul sistemului de conducte și este apoi eliberat la exterior ca așa-numitul „aer de evacuare”. În același timp, aerul proaspăt exterior este introdus, intră din nou în conductele de aer de alimentare prin intermediul recuperatorului sistemului central și este apoi transferat în încăperile corespunzătoare. O rată de recuperare a căldurii între 70% și peste 90% este posibilă cu sistemul central.

În timpul iernii, o rezistenta de încălzire în amonte poate asigura că plăcile subțiri de aluminiu sau plastic din schimbătorul de căldură sunt protejate de îngheț chiar și la temperaturi scăzute. Acest lucru este operat cu un consum de energie crescut, care poate crește semnificativ costurile de operare în comparație cu sistemele de ventilație descentralizate. Vara, însă, un bypass de vară este adesea folosit pentru a ocoli complet schimbătorul de căldură din dispozitiv.
Cu un schimbător de căldură geotermică din amonte, se pot evita necesarul de energie suplimentar al preîncălzitorului. Cu toate acestea, instalarea este asociată cu cheltuieli și costuri ridicate și este adecvată numai pentru proprietăți mari.

Recuperarea căldurii regenerative în ventilație

Odată cu recuperarea căldurii regenerative, energia termică este „stocată” temporar într-un corp solid sau lichid și apoi este eliberată în aerul rece de furnizare prin această suprafață. Masa de depozitare este curgată alternativ prin aer rece și cald. Depozitarea intermediară, numită și regenerator, poate fi fixată în unitatea de ventilație ca solid sau poate fi mobilă (depozitare termică rotativă). Aceste regeneratoare sunt utilizate pentru recuperarea căldurii, în special în sisteme de ventilație descentralizate și ventilație industrială.

Recuperarea căldurii în ventilație prin corpuri solide

Depozitele de căldură din sistemele de ventilație descentralizate constau de obicei din corpuri ceramice de înaltă calitate. La intervale de 70 – 90 de secunde, un ventilator schimbă direcția și asigură direcția alternativă a fluxului de aer. Aerul cald de evacuare trece prin corpul solid , care incalzeste acumulatorul de căldură din interiorul ventilatorului. În acest interval aerul proaspăt rece este extras din exterior, absoarbe căldura stocată temporar in acumulator și apoi trece preincalzita in incapere.

Structura de fagure a unui acumulator de căldură din ceramică obține o eficiență ridicată în recuperarea căldurii. Zona de transfer este maximizată de structura fagurelui,ceea ce înseamnă că și mai multă energie termică poate fi stocată temporar.

Principiul funcțional: ventilație descentralizată cu recuperare de căldurăRecuperarea căldurii regenerative prin depozitarea căldurii ceramice este utilizată în principal în ventilația din casă, cu dispozitive de ventilație descentralizate. Simplul principiu de instalare al dispozitivelor direct în pereții exteriori, care permite și reamenajarea ca parte a unei renovări eficiente din punct de vedere energetic, a făcut ca acest sistem sa devina pe piața tot mai popular în ultimii ani.

Capacitatea termică ridicată a ceramicii permite recuperarea căldurii de la 80% la peste 93%. Suprafața hidrofugă este potrivită și pentru cerințele de ventilație igienică și este ușor de curățat. Din acest motiv, versiunea ceramică a devenit standardul față de versiunea din aluminiu.

Avantaje :

  • Nu este necesară protecția împotriva înghețului: funcționare fără probleme până la -20 grade
  • Funcționarea de vară: barieră de căldură în sens invers
  • Igienic și ușor de curățat
    Notă: Ventilatoarele descentralizate cu depozitare de căldură ceramică sunt adecvate și pentru funcționarea pe timp de vară. Principiul recuperării căldurii cu un solid funcționează și în constelația de temperatură inversă. Atunci când aerul exterior este deosebit de cald vara, acumulatorul de căldură ceramică acționează ca o barieră termică și menține interiorul mai răcoros mai mult timp.
    Notă: Recuperatorul de căldură ceramic a fost dezvoltat pentru prima dată în urmă cu aproximativ 20 de ani și utilizat în unitățile de ventilație inVENTer. De atunci, această structură a devenit standard in piață pentru unitățile de ventilație descentralizate.

Recuperarea căldurii în ventilația industrială: schimbător de căldură rotativ

Spre deosebire de sistemele de ventilație cu un schimbător de căldură fix, masa circulară de stocare a schimbătoarelor de căldură rotative se „rotește” în jurul unei axe. Pe una dintre aceste părți, aerul cald de evacuare este canalizat către discul rotativ, care se încălzește ca urmare. În timpul mișcării rotative, discul este apoi deplasat peste conducta de aer de alimentare pe cealaltă parte cu o întârziere în timp. Aerul de alimentare mai rece curge acolo, absoarbe energia termică a discului rotativ și este apoi încălzit și alimentat în clădire. Discul rotativ, prin urmare, se răcește din nou și, prin urmare, poate absorbi din nou energia termică a aerului de evacuare în rotația ulterioară.

Principiul funcțional al recuperării căldurii schimbătorului de căldură

Datorită designului său, schimbătorul de căldură rotativ este denumit și roată de căldură. Este format dintr-un număr mare de folii subțiri dispuse ca un fel de carton ondulat: o folie netedă alternează cu un strat ondulat. Aceasta creează o formă triunghiulară care formează un fel de canal. Foliile au grosimea de aproximativ 0,05 mm până la 0,12 mm și constau în cea mai mare parte din aluminiu sau un alt oțel inoxidabil conductor. Pe lângă căldură, schimbătorul de căldură rotativ poate transfera și umiditatea. Dacă condensul este prezent pe partea aerului de evacuare, această umiditate este preluată din nou de aerul exterior. Mai ales în timpul iernii, când aerul din interior este deosebit de uscat, schimbătorul de căldură rotativ poate furniza umiditate preluând cantități mai mari de condens.
Datorită mărimii lor, acestea sunt utilizate în principal pentru ventilația clădirilor industriale (roțile de căldură pot avea un diametru de până la 2 metri).

 

 

Concluzie – ventilație cu recuperare de căldură

Există multe metode tehnologice de recuperare a căldurii în sistemele de ventilație. Recuperarea căldurii recuperative are loc în principal în sistemele centrale, prin care fluxurile mari de aer sunt trecute una peste alta și este necesară o strategie de protecție împotriva înghețului.
Recuperarea de căldură regenerativă pentru ventilație cu stocare de căldură are loc prin schimbătoare de căldură rotative pentru ventilația clădirilor mari industriale sau prin corpuri solide din ceramică în sistemele descentralizate de ventilație a spațiului de locuit.

Recuperarea căldurii de peste 93% este posibilă din punct de vedere tehnic datorită structurii fagure a secțiunii transversale a ceramicii. Efortul relativ mic de instalare, costurile reduse de exploatare și întreținerea și curățarea simplă fac ca unitățile de ventilație descentralizate cu recuperare de căldură să fie deosebit de practice, astfel încât acestea să fie atractive atât pentru clădirile noi, cât și pentru măsurile ulterioare de renovare.