În lumea de astăzi, când utilizarea eficientă a energiei devine o prioritate, unitățile de recuperare a căldurii devin din ce în ce mai populare ca instrument eficient pentru îmbunătățirea eficienței energetice a clădirilor. Elementul cheie al acestor sisteme avansate de ventilație sunt schimbătoarele de căldură, numite în mod obișnuit recuperatoare. Care sunt tipurile de schimbătoare utilizate în unitățile de recuperare a căldurii și cum diferă acestea unele de altele? Aflați din acest articol!
Vezi recuperatoarele de la angrosistul Onninen
Cum a fost utilizat sistemul de recuperare a căldurii în casele unifamiliale?
În limbajul cotidian, cuvântul „ recuperator ” este folosit în mod obișnuit de mulți ani. Ce înseamnă de fapt acest termen? Un recuperator este o unitate de ventilație cu recuperare de căldură. Inițial, recuperarea de căldură a fost utilizată în unități mari de ventilație cu o capacitate de aer de câteva zeci de mii, apoi de câteva mii de m3/h. Reglementările legale au redus treptat această valoare. Conform regulamentului actual al Ministrului Infrastructurii „Privind condițiile tehnice pe care trebuie să le îndeplinească clădirile și amplasarea acestora”, dispozitivele de recuperare a căldurii din aerul evacuat trebuie utilizate în ventilația mecanică cu o capacitate de aer de 500 m3/h și mai mult.
Randamentul termic al dispozitivului de recuperare a căldurii trebuie să fie de cel puțin 50%. Cu toate acestea, nu doar reglementările legale actuale au contribuit la interesul tot mai mare pentru utilizarea recuperării căldurii în locuințele rezidențiale din ultimii ani. Adesea, randamentul unității centrale dintr-o locuință nu depășește 500 m3/h. Oamenii sunt din ce în ce mai conștienți de importanța calității aerului pe care îl respirăm zilnic, ceea ce a contribuit, în consecință, la popularizarea ventilației mecanice în clădirile unifamiliale.
Ce rol joacă schimbătorul de căldură într-un recuperator?
Recuperatorul (unitatea de recuperare a căldurii) este alcătuit din următoarele elemente:
- Schimbător de căldură
- Ventilator de alimentare
- Ventilator de evacuare
- Filtru de aer
- Filtru de evacuare
- Senzori
- Încălzitor electric
- Ocolire
- Locuințe
Ne vom concentra asupra celei mai importante componente situate în unitatea de recuperare , și anume schimbătorul de căldură. Se poate spune cu siguranță că acesta este inima dispozitivului. Schimbătorul este locul unde se schimbă căldura de la aerul evacuat (din încăperi) la aerul introdus (din exterior). Datorită acestui fapt, nu pierdem toată căldura odată cu aerul evacuat (ceea ce se întâmplă în ventilația gravitațională tipică), iar o mare parte din ea poate fi recuperată. Acest lucru ne permite să economisim energie pe care ar trebui să o cheltuim pentru încălzirea aerului necesar ventilației.
Un subiect important care însoțește procesul de recuperare a căldurii este recuperarea umidității sau, de fapt, lipsa acesteia. Problema nivelului de umiditate a aerului dintr-o încăpere nu are adesea o prioritate ridicată atunci când se alege dispozitivul potrivit. Umiditatea aerului determină o serie de aspecte ale vieții și pare a fi unul dintre elementele cheie care influențează confortul cotidian. Umiditatea aerului afectează în mod direct bunăstarea noastră, problemele de sănătate, dezvoltarea ciupercilor și bacteriilor, transmiterea virusurilor sau durabilitatea materialelor de construcție. Prin urmare, tipurile de schimbătoare discutate în detaliu mai jos vor fi descrise și în funcție de acest aspect.
Diviziunea și tipurile de schimbătoare de căldură utilizate în unitățile de recuperare a căldurii
În unitățile de ventilație cu recuperare de căldură, schimbătoarele de căldură ocupă un loc central, jucând un rol cheie în funcționarea eficientă a sistemului. Acestea sunt responsabile pentru transferul căldurii de la aerul evacuat la aerul introdus, ceea ce ajută la minimizarea pierderilor de energie și la creșterea eficienței întregului proces de ventilație. Există multe tipuri de schimbătoare de căldură utilizate în unitățile de ventilație cu recuperare de căldură, fiecare dintre ele având caracteristici și aplicații unice. Ce le face să iasă în evidență?
Schimbătoare de plăci
Schimbătoarele de căldură cu plăci sunt fabricate din plăci subțiri din oțel, aluminiu, plastic sau, în cazul schimbătoarelor de entalpie (care recuperează umiditatea), o membrană specială. Plăcile menționate anterior creează canale de admisie și evacuare izolate unele de altele. Curenții de aer nu intră în contact între ei în timp ce curg prin schimbător. Atunci are loc fenomenul de recuperare a căldurii. Fluxul de aer cald (evacuat din încăperi) încălzește plăcile schimbătorului, în timp ce fluxul de aer rece (alimentat din exterior) absoarbe căldura de la plăcile încălzite. Iarna, umiditatea se condensează pe suprafața schimbătorului din cauza diferenței de temperatură dintre aerul de admisie și cel de evacuare.
Condensatul condensat este drenat într-o tavă de picurare, iar excesul său îngheață parțial, blocând spațiile prin care circulă aerul. Acest proces este denumit popular înghețarea schimbătorului. La temperaturi exterioare mai mici de -4 °C, trebuie utilizată protecție antigel. Unitățile de ventilație cu schimbătoare cu plăci sunt echipate cu sisteme de protecție sub forma unei camere goale cu clapetă, situată lângă schimbător (numită în mod obișnuit by-pass), a unui preîncălzitor electric sau a unor algoritmi care reglează funcționarea ventilatoarelor. În funcție de metoda de curgere a aerului, schimbătoarele cu plăci se împart în flux încrucișat sau în contraflux.
Vezi recuperatoarele de la angrosistul Onninen
Schimbător de flux încrucișat
Schimbătorul de căldură încrucișat este construit astfel încât canalele de aer ale fluxurilor de admisie și evacuare să fie perpendiculare unul pe celălalt. Se pare că fluxurile de aer s-ar intersecta (de unde și numele). În realitate, acestea circulă în canale separate. Datorită timpului de contact relativ scurt al fluxurilor de aer, eficiența schimbătoarelor de căldură încrucișat este mai mică decât cea a schimbătoarelor de căldură în contracurent și variază între 50 și 75%. Schimbătoarele de căldură încrucișat sunt cele mai susceptibile la îngheț dintre toate. Avantajul lor este, fără îndoială, simplitatea lor, care se traduce printr-un preț favorabil.
Schimbător de contracurent
Schimbătorul de căldură în contracurent este mai dezvoltat decât schimbătorul în curgere încrucișată. Este versiunea sa îmbunătățită. Diferența fundamentală constă în faptul că, în partea din mijloc a schimbătorului, canalele de admisie și evacuare sunt paralele unul cu celălalt. Curenții curg în direcții opuse. Datorită acestui fapt, aerul rece care trece prin ultima secțiune a schimbătorului este încălzit de cel mai cald aer evacuat. Recuperatoarele cu schimbător în contracurent se caracterizează printr-o eficiență mai mare decât cele cu schimbător în curgere încrucișată. Eficiența lor ajunge până la 90%. Sunt mai puțin susceptibile la îngheț, dar unitatea are în continuare o serie de măsuri de siguranță care vizează dezghețarea schimbătorului iarna, când fenomenul de condensare a vaporilor de apă are loc continuu. Datorită construcției lor, sunt mai scumpe decât schimbătoarele în curgere încrucișată.
Schimbător de căldură în contracurent cu condensare
Un schimbător de căldură în contracurent care elimină ireversibil condensul din afara circulației aerului se numește schimbător de căldură în contracurent, cu condensare. Acesta poate fi atât dezavantajul, cât și avantajul său. Aportul de vapori de apă generat de membrii gospodăriei nu este de obicei suficient pentru a acoperi pierderile cauzate de funcționarea continuă a ventilației mecanice. Prin urmare, iarna aerul devine uscat, ceea ce are un impact semnificativ asupra confortului de utilizare. La rândul său, în perioadele ploioase și de tranziție, prezența unui astfel de schimbător permite uscarea aerului din clădire.
Acest lucru este util și la începutul utilizării unei clădiri noi, când umiditatea este încă acumulată în tencuieli și șape. În acest moment, ar fi rezonabil să se ia în considerare utilizarea unui umidificator de aer pentru introducerea aerului. Cu toate acestea, popularitatea lor pe piața poloneză este scăzută. Producătorii care oferă un umidificator îl adaptează adesea pentru a funcționa doar cu o unitate centrală dedicată din producția lor. Și dintr-un punct de vedere pur comercial, este greu să-i învinovățim pentru acest lucru.
Schimbător de entalpie
Diferența dintre schimbătorul de căldură entalpic și cel cu condensare în contracurent constă în materialul utilizat pentru construirea plăcilor. În cazul schimbătorului de căldură entalpic în contracurent, plăcile sunt realizate dintr-o membrană polimerică, care este ca un filtru ce permite transferul vaporilor de apă. Recuperarea căldurii și recuperarea parțială a umidității au loc prin intermediul unui astfel de schimbător.
Un avantaj suplimentar al schimbătoarelor de entalpie este un interval de funcționare mai larg, fără a fi nevoie de protecție antigel suplimentară (funcționare până la -8°C). Cu toate acestea, unitățile cu aceste schimbătoare sunt echipate cu sistemele de protecție menționate mai sus. Recuperarea umidității în timpul iernii este recomandabilă și rezolvă problema aerului uscat. Totuși, trebuie reținut că recuperarea menționată anterior poate avea loc și vara. Umiditatea aerului interior trebuie atunci să fie mai mare decât umiditatea aerului exterior.
Schimbătoare de căldură în contracurent spiralate
Este de menționat faptul că există schimbătoare de căldură spiralate în contracurent. Designul unui astfel de schimbător de căldură este protejat de o cerere de brevet. Aceasta este o soluție unică, implementată de una dintre companiile poloneze. Schimbătorul este fabricat din folie de aluminiu și tablă galvanizată, rulate în spirală și modelate sub formă de cilindru. Schimbătorul este împărțit structural în două spații independente: aer de admisie și aer de evacuare.
Ambele spații sunt separate printr-o garnitură de etanșare, asigurând o separare precisă, care permite recuperarea căldurii din aerul evacuat fără a-l amesteca cu aerul introdus. Designul spiralat al schimbătorului face ca aerul să curgă în cerc, în contracurent și parțial în contracurent. Suprafața mare de schimb de căldură și traseul lung de curgere a aerului fac schimbătorul rezistent la îngheț, iar eficiența sa depășește 85%, cu o cantitate de aer introdus și aer evacuat într-un raport de 1:1.
Rezistența ridicată la îngheț distinge unitățile de recuperare a căldurii cu această soluție și permite utilizarea acestora fără încălzitoare de protecție la admisia de aer proaspăt și fără sistemele de dezghețare necesare în alte dispozitive de acest tip. Lipsa necesității de a utiliza un preîncălzitor pentru a proteja schimbătorul de îngheț la temperaturi scăzute oferă economii măsurabile pe tot parcursul anului.
Schimbător de căldură cu condensare rotativă
Schimbătorul de căldură rotativ cu condensare este realizat din foi de aluminiu ondulate și plate, alternate, înfășurate pe un cilindru special (tambur). Foaia creează canale prin care curg alternativ curenții de aer furnizați și extrași din încăperi. O curea de transmisie este înfășurată în jurul schimbătorului, care, acționată de motor, pune cilindrul în mișcare (rotație în jurul propriei axe). În timpul rotației, are loc recuperarea energiei pe baza procesului de regenerare.
Procesul de regenerare se caracterizează prin faptul că fluxurile de aer interne și externe intră în contact cu aceeași suprafață a schimbătorului (amestecului), ceea ce permite recuperarea căldurii și recuperarea parțială a umidității. În condiții de iarnă, când temperatura aerului exterior este scăzută, aerul extras din încăperi se răcește la o temperatură sub punctul de rouă, ceea ce duce la condensarea condensului. Apa se depune în canale și apoi, ca urmare a rotației schimbătorului, se află în mediul rece al aerului exterior.
Aerul exterior se încălzește și face ca o parte din condens să se evapore și apoi să fie recirculat, umidificând astfel parțial aerul proaspăt. Procesul este continuu, iar condensul nu are suficient timp să înghețe. Aici apare avantajul schimbătoarelor de căldură rotative, deoarece acestea pot funcționa la temperaturi exterioare foarte scăzute (-30°C) fără a fi nevoie de protecție antigel. Dezavantajul este însă dependența de componentele mecanice (motor, curea de transmisie etc.) și consumul suplimentar de energie (necesitatea unei alimentări suplimentare).
Schimbător de căldură rotativ cu sorbție
Un schimbător de căldură rotativ cu sorbție nu este altceva decât un schimbător de căldură cu condensare echipat cu material higroscopic suplimentar, care permite absorbția vaporilor de apă din aer. Un astfel de schimbător este capabil să recupereze până la 90% din umiditatea din aerul evacuat. Absorbția vaporilor de apă din aer are loc atât iarna, cât și vara și nu se bazează pe fenomenul de condensare. Utilizarea acestui tip de schimbător va funcționa bine în încăperi cu umiditate scăzută a aerului, iar introducerea unui alt schimbător (rotativ cu condensare sau în contracurent entalpic) nu ar aduce rezultate satisfăcătoare din cauza recuperării prea scăzute a umidității.
La ce să fii atent atunci când alegi un recuperator?
Alegerea unui recuperator ar trebui să fie precedată de o analiză de bază a nevoilor persoanelor care utilizează încăperi ventilate. Vom alege un dispozitiv diferit pentru încăperile de birouri față de o casă rezidențială. Când vine vorba de clădiri unifamiliale și multifamiliale, este întotdeauna necesar să se țină cont de faptul că fiecare familie este diferită, are obiceiuri și moduri de funcționare diferite, ceea ce este strâns legat de generarea de aporturi de umiditate. Aporturile de umiditate ar trebui să fie de o importanță cheie atunci când se alege soluția potrivită de recuperare a energiei.