Cung cấp và thông gió thải có thu hồi nhiệt: nguyên lý hoạt động, đánh giá ưu nhược điểm

Việc cung cấp không khí trong lành trong thời kỳ lạnh dẫn đến nhu cầu sưởi ấm để đảm bảo vi khí hậu trong nhà thích hợp.Để giảm thiểu chi phí năng lượng, có thể sử dụng hệ thống thông gió cấp và thoát khí có thu hồi nhiệt.

Hiểu các nguyên tắc hoạt động của nó sẽ cho phép bạn giảm thất thoát nhiệt một cách hiệu quả nhất trong khi vẫn duy trì đủ lượng không khí thay thế. Chúng ta hãy cố gắng hiểu vấn đề này.

Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống thông gió

Vào thời kỳ thu xuân, khi thông gió cho các phòng, một vấn đề nghiêm trọng là chênh lệch nhiệt độ lớn giữa không khí đi vào và không khí bên trong. Dòng lạnh ùa xuống và tạo ra vi khí hậu không thuận lợi trong các tòa nhà dân cư, văn phòng và nhà máy hoặc độ dốc nhiệt độ thẳng đứng không thể chấp nhận được trong nhà kho.

Một giải pháp chung cho vấn đề này là tích hợp vào hệ thống thông gió cung cấp máy sưởi, nhờ đó dòng chảy được làm nóng. Một hệ thống như vậy đòi hỏi phải tiêu thụ năng lượng, trong khi một lượng không khí ấm đáng kể thoát ra bên ngoài dẫn đến tổn thất nhiệt đáng kể.

Sự thoát ra của không khí ra bên ngoài cùng với hơi nước mạnh đóng vai trò là dấu hiệu cho thấy sự mất nhiệt đáng kể, có thể được sử dụng để làm nóng dòng khí đi vào

Nếu các kênh dẫn khí vào và thoát khí được đặt gần nhau thì có thể truyền một phần nhiệt của luồng khí đi sang luồng khí vào.Điều này sẽ làm giảm mức tiêu thụ năng lượng của lò sưởi hoặc loại bỏ hoàn toàn. Một thiết bị đảm bảo trao đổi nhiệt giữa các dòng khí có nhiệt độ khác nhau được gọi là bộ thu hồi nhiệt.

Trong mùa ấm áp, khi nhiệt độ không khí bên ngoài cao hơn đáng kể so với nhiệt độ phòng, có thể sử dụng thiết bị thu hồi nhiệt để làm mát dòng khí đi vào.

Thiết kế một thiết bị có bộ thu hồi nhiệt

Cấu trúc bên trong của hệ thống cung cấp và thông gió thải với máy phục hồi tích hợp Chúng khá đơn giản, vì vậy chúng có thể được mua và cài đặt độc lập từng phần tử. Nếu việc lắp ráp hoặc tự lắp đặt gặp khó khăn, bạn có thể mua các giải pháp làm sẵn dưới dạng khối đơn tiêu chuẩn hoặc kết cấu đúc sẵn riêng lẻ để đặt hàng.

Thiết kế điển hình của hệ thống cung cấp và thông gió thải với bộ thu hồi nhiệt được đặt trong một vỏ duy nhất có thể được bổ sung bằng các bộ phận khác theo ý muốn của người dùng.

Các yếu tố chính và các thông số của chúng

Thân máy có khả năng cách nhiệt, chống ồn thường được làm bằng thép tấm. Trong trường hợp lắp đặt trên tường, nó phải chịu được áp lực xảy ra khi tạo bọt cho các vết nứt xung quanh thiết bị, đồng thời chống rung do hoạt động của quạt.

Trong trường hợp luồng khí nạp và lưu lượng phân tán trong các phòng khác nhau, hãy kết nối với vỏ máy hệ thống ống dẫn khí. Nó được trang bị van và bộ giảm chấn để phân phối dòng chảy.

Nếu không có ống dẫn khí, lưới tản nhiệt hoặc bộ khuếch tán được lắp đặt trên lỗ cung cấp ở bên cạnh phòng để phân phối luồng không khí. Một lưới hút gió loại bên ngoài được lắp đặt ở cửa hút gió bên đường để ngăn chim, côn trùng lớn và mảnh vụn xâm nhập vào hệ thống thông gió.

Chuyển động không khí được cung cấp bởi hai quạt hoạt động hướng trục hoặc ly tâm. Khi có thiết bị thu hồi nhiệt, việc lưu thông không khí tự nhiên với thể tích vừa đủ là không thể do lực cản khí động học do bộ phận này tạo ra.

Sự hiện diện của bộ thu hồi nhiệt liên quan đến việc lắp đặt các bộ lọc tinh ở đầu vào của cả hai dòng chảy. Điều này là cần thiết để giảm cường độ tắc nghẽn của các kênh trao đổi nhiệt mỏng do cặn bụi và dầu mỡ. Nếu không, để hệ thống hoạt động đầy đủ, cần phải tăng tần suất bảo trì phòng ngừa.

Bộ lọc tốt phải được thay đổi hoặc làm sạch định kỳ. Nếu không, lực cản đối với luồng không khí tăng lên sẽ khiến quạt bị hỏng.

Một hoặc nhiều bộ thu hồi nhiệt chiếm thể tích chính của thiết bị cấp và xả. Chúng được gắn ở trung tâm của cấu trúc.

Trong trường hợp sương giá nghiêm trọng đặc trưng cho khu vực và hiệu suất của thiết bị thu hồi nhiệt không đủ để làm nóng không khí bên ngoài, bạn có thể lắp thêm máy sưởi. Ngoài ra, nếu cần thiết, máy tạo độ ẩm, máy ion hóa và các thiết bị khác sẽ được lắp đặt để tạo vi khí hậu thuận lợi trong phòng.

Các mô hình hiện đại bao gồm một bộ điều khiển điện tử. Các sửa đổi phức tạp có chức năng lập trình các chế độ vận hành tùy thuộc vào các thông số vật lý của môi trường không khí. Các tấm bên ngoài có vẻ ngoài hấp dẫn, nhờ đó chúng có thể phù hợp với mọi nội thất.

Giải quyết vấn đề ngưng tụ

Làm mát không khí từ phòng tạo ra các điều kiện tiên quyết cho việc giải phóng độ ẩm và hình thành sự ngưng tụ. Trong trường hợp tốc độ dòng chảy cao, phần lớn không có thời gian tích tụ trong thiết bị thu hồi nhiệt và thải ra ngoài.Với chuyển động không khí chậm, một phần đáng kể nước vẫn còn bên trong thiết bị. Vì vậy, cần đảm bảo độ ẩm được thu gom và loại bỏ bên ngoài nhà ở. hệ thống cung cấp và xả.

Thiết bị cơ bản để thu gom và xả nước ngưng là một khay nằm dưới bộ trao đổi nhiệt có độ dốc về phía lỗ thoát nước

Độ ẩm được loại bỏ vào một thùng chứa kín. Nó chỉ được đặt trong nhà để tránh đóng băng các kênh thoát ra ở nhiệt độ dưới 0. Không có thuật toán nào để tính toán đáng tin cậy lượng nước nhận được khi sử dụng hệ thống có bộ thu hồi nhiệt nên nó được xác định bằng thực nghiệm.

Việc tái sử dụng nước ngưng để làm ẩm không khí là điều không mong muốn vì nước hấp thụ nhiều chất ô nhiễm như mồ hôi, mùi hôi của con người, v.v..

Bạn có thể giảm đáng kể lượng nước ngưng tụ và tránh các vấn đề liên quan đến sự xuất hiện của nó bằng cách tổ chức một hệ thống xả riêng biệt với phòng tắm và nhà bếp. Chính trong những căn phòng này, không khí có độ ẩm cao nhất. Nếu có nhiều hệ thống xả thì phải hạn chế trao đổi không khí giữa khu kỹ thuật và khu dân cư bằng cách lắp van một chiều.

Nếu luồng khí thải được làm mát đến nhiệt độ âm bên trong thiết bị thu hồi nhiệt, nước ngưng tụ sẽ biến thành băng, làm giảm tiết diện mở của dòng khí và do đó, giảm thể tích hoặc ngừng thông gió hoàn toàn.

Để rã đông định kỳ hoặc một lần của bộ thu hồi nhiệt, một đường vòng được lắp đặt - một kênh vòng để chuyển động của không khí cung cấp. Khi một dòng chảy đi qua thiết bị, quá trình truyền nhiệt dừng lại, bộ trao đổi nhiệt nóng lên và băng chuyển sang trạng thái lỏng. Nước chảy vào bể thu nước ngưng hoặc bốc hơi ra bên ngoài.

Nguyên lý hoạt động của thiết bị bypass rất đơn giản, do đó, nếu có nguy cơ hình thành băng thì nên cung cấp giải pháp như vậy vì việc làm nóng thiết bị thu hồi nhiệt bằng các phương tiện khác rất phức tạp và tốn thời gian.

Khi dòng khí đi qua đường vòng, không khí cung cấp qua bộ thu hồi nhiệt không bị đốt nóng. Vì vậy, khi kích hoạt chế độ này, máy sưởi phải tự động bật.

Đặc điểm của các loại máy phục hồi chức năng

Có một số lựa chọn về mặt cấu trúc khác nhau để thực hiện trao đổi nhiệt giữa luồng không khí lạnh và nóng. Mỗi loại đều có những đặc điểm riêng biệt quyết định mục đích chính của từng loại máy phục hồi sức khỏe.

Bộ thu hồi dòng chảy ngang dạng tấm

Thiết kế của bộ thu hồi nhiệt dạng tấm dựa trên các tấm có thành mỏng, được kết nối xen kẽ theo cách xen kẽ các dòng chảy có nhiệt độ khác nhau giữa chúng ở một góc 90 độ. Một trong những sửa đổi của mô hình này là một thiết bị có các kênh dẫn khí được điều chỉnh. Nó có hệ số truyền nhiệt cao hơn.

Sự luân chuyển luồng không khí ấm và lạnh qua các tấm được thực hiện bằng cách uốn cong các cạnh của tấm và bịt kín các mối nối bằng nhựa polyester

Tấm trao đổi nhiệt có thể được làm bằng nhiều vật liệu khác nhau:

• hợp kim đồng, đồng thau và nhôm có tính dẫn nhiệt tốt và không dễ bị rỉ sét;
• nhựa làm từ vật liệu polyme kỵ nước có hệ số dẫn nhiệt cao và trọng lượng nhẹ;
• cellulose hút ẩm cho phép hơi nước ngưng tụ xuyên qua tấm và quay trở lại phòng.

Nhược điểm là khả năng hình thành ngưng tụ ở nhiệt độ thấp.Do khoảng cách nhỏ giữa các tấm, độ ẩm hoặc băng làm tăng đáng kể lực cản khí động học. Trong trường hợp đóng băng, cần phải chặn luồng không khí đi vào để làm ấm các tấm.

Ưu điểm của thiết bị thu hồi tấm như sau:

• giá thấp;
• tuổi thọ dài;
• thời gian dài giữa việc bảo trì phòng ngừa và việc dễ dàng thực hiện nó;
• kích thước và trọng lượng nhỏ.

Loại thiết bị thu hồi nhiệt này phổ biến nhất ở các khu dân cư và văn phòng. Nó cũng được sử dụng trong một số quy trình công nghệ, ví dụ, để tối ưu hóa quá trình đốt cháy nhiên liệu trong quá trình vận hành lò nung.

Loại trống hoặc loại quay

Nguyên lý hoạt động của thiết bị thu hồi nhiệt quay dựa trên chuyển động quay của thiết bị trao đổi nhiệt, bên trong có các lớp tôn sóng có khả năng tỏa nhiệt cao. Do sự tương tác với luồng đi ra, khu vực trống được làm nóng, sau đó tỏa nhiệt cho không khí đi vào.

Bộ trao đổi nhiệt dạng lưới mịn của máy thu hồi nhiệt quay dễ bị tắc nghẽn nên bạn cần đặc biệt chú ý đến chất lượng hoạt động của các bộ lọc mịn

Ưu điểm của máy thu hồi nhiệt quay như sau:

• hiệu quả khá cao so với các loại cạnh tranh;
• một lượng lớn hơi ẩm quay trở lại, tồn tại ở dạng ngưng tụ trên trống và bay hơi khi tiếp xúc với không khí khô đi vào.

Loại thiết bị thu hồi nhiệt này ít được sử dụng cho các tòa nhà dân cư để thông gió cho căn hộ hoặc nhà nhỏ. Nó thường được sử dụng trong các lò hơi lớn để hồi nhiệt cho lò nung hoặc cho các cơ sở công nghiệp hoặc thương mại lớn.

Tuy nhiên, loại thiết bị này có những nhược điểm đáng kể:

• thiết kế tương đối phức tạp với các bộ phận chuyển động, bao gồm động cơ điện, tang trống và bộ truyền động dây đai, cần được bảo trì liên tục;
• mức độ tiếng ồn tăng lên.

Đôi khi, đối với các thiết bị loại này, bạn có thể bắt gặp thuật ngữ "bộ trao đổi nhiệt tái tạo", điều này đúng hơn "bộ thu hồi nhiệt". Thực tế là một phần nhỏ khí thải bị quay trở lại do trống không khớp với thân kết cấu.

Điều này áp đặt các hạn chế bổ sung đối với khả năng sử dụng các thiết bị loại này. Ví dụ, không khí ô nhiễm từ bếp sưởi không thể được sử dụng làm chất làm mát.

Hệ thống ống và vỏ

Thiết bị thu hồi nhiệt dạng ống bao gồm một hệ thống các ống có thành mỏng có đường kính nhỏ nằm trong một vỏ cách nhiệt, qua đó có luồng không khí bên ngoài đi vào. Vỏ loại bỏ không khí ấm ra khỏi phòng, làm nóng dòng chảy vào.

Không khí ấm phải được thải qua vỏ chứ không phải qua hệ thống ống, vì không thể loại bỏ nước ngưng tụ khỏi chúng

Những ưu điểm chính của máy thu hồi nhiệt dạng ống như sau:

• hiệu quả cao do nguyên lý chuyển động ngược dòng của chất làm mát và không khí đi vào;
• thiết kế đơn giản và không có bộ phận chuyển động đảm bảo độ ồn thấp và hiếm khi cần bảo trì;
• tuổi thọ dài;
• mặt cắt ngang nhỏ nhất trong số tất cả các loại thiết bị phục hồi.

Ống dành cho loại thiết bị này sử dụng kim loại hợp kim nhẹ hoặc ít phổ biến hơn là polyme. Những vật liệu này không hút ẩm, do đó, với sự chênh lệch đáng kể về nhiệt độ dòng chảy, sự ngưng tụ mạnh có thể hình thành trong vỏ, điều này đòi hỏi một giải pháp mang tính xây dựng để loại bỏ nó.Một nhược điểm khác là chất độn kim loại có trọng lượng đáng kể, mặc dù kích thước nhỏ.

Sự đơn giản trong thiết kế của thiết bị thu hồi nhiệt dạng ống khiến loại thiết bị này trở nên phổ biến để tự sản xuất. Ống nhựa cho ống dẫn khí, cách nhiệt bằng vỏ xốp polyurethane, thường được sử dụng làm vỏ bên ngoài.

Thiết bị có chất làm mát trung gian

Đôi khi các ống dẫn khí cấp và xả được đặt cách nhau một khoảng. Tình trạng này có thể phát sinh do đặc điểm công nghệ của tòa nhà hoặc yêu cầu vệ sinh để phân tách luồng không khí một cách đáng tin cậy.

Trong trường hợp này, chất làm mát trung gian được sử dụng, lưu thông giữa các ống dẫn khí thông qua đường ống cách nhiệt. Nước hoặc dung dịch nước-glycol được sử dụng làm môi trường truyền năng lượng nhiệt, sự lưu thông được đảm bảo bằng hoạt động bơm nhiệt.

Thiết bị thu hồi nhiệt với chất làm mát trung gian là một thiết bị cồng kềnh và đắt tiền, việc sử dụng thiết bị này hợp lý về mặt kinh tế cho những cơ sở có diện tích lớn

Nếu có thể sử dụng loại thiết bị thu hồi nhiệt khác thì tốt hơn là không nên sử dụng hệ thống có chất làm mát trung gian, vì nó có những nhược điểm đáng kể sau:

• hiệu quả thấp so với các loại thiết bị khác, do đó các thiết bị này không được sử dụng cho các phòng nhỏ có lưu lượng không khí thấp;
• khối lượng và trọng lượng đáng kể của toàn bộ hệ thống;
• sự cần thiết của một máy bơm điện bổ sung để lưu thông chất lỏng;
• tăng tiếng ồn từ máy bơm.

Có một sự sửa đổi của hệ thống này khi thay vì tuần hoàn cưỡng bức chất lỏng trao đổi nhiệt, một môi trường có điểm sôi thấp, chẳng hạn như freon, được sử dụng.Trong trường hợp này, việc di chuyển dọc theo đường viền là có thể xảy ra một cách tự nhiên, nhưng chỉ khi ống dẫn khí cấp nằm phía trên ống dẫn khí thải.

Một hệ thống như vậy không yêu cầu thêm chi phí năng lượng mà chỉ hoạt động để sưởi ấm khi có sự chênh lệch nhiệt độ đáng kể. Ngoài ra, cần tinh chỉnh điểm tại đó trạng thái kết tụ của chất lỏng trao đổi nhiệt thay đổi, điểm này có thể đạt được bằng cách tạo ra áp suất cần thiết hoặc thành phần hóa học nhất định.

Các thông số kỹ thuật chính

Biết được hiệu suất cần thiết của hệ thống thông gió và hiệu suất trao đổi nhiệt của bộ thu hồi nhiệt, có thể dễ dàng tính toán mức tiết kiệm chi phí sưởi ấm không khí cho một căn phòng trong các điều kiện khí hậu cụ thể. Bằng cách so sánh lợi ích tiềm năng với chi phí mua và bảo trì hệ thống, bạn có thể đưa ra lựa chọn hợp lý về máy thu hồi nhiệt hoặc máy sưởi không khí tiêu chuẩn.

Các nhà sản xuất thiết bị thường cung cấp một dòng model trong đó các thiết bị thông gió có chức năng tương tự nhưng khác nhau về thể tích trao đổi không khí. Đối với mặt bằng nhà ở, thông số này phải được tính theo Bảng 9.1. SP 54.13330.2016

Hiệu quả

Hiệu suất của thiết bị thu hồi nhiệt được hiểu là hiệu suất truyền nhiệt, được tính theo công thức sau:

K = (T_P -T_N) / (T_V. -T_N)

Trong đó:

• T_P - nhiệt độ của không khí vào phòng;
• T_N - nhiệt độ không khí bên ngoài;
• T_V. - nhiệt độ không khí trong phòng.

Giá trị hiệu quả tối đa ở mức tiêu chuẩn tốc độ dòng khí và một chế độ nhiệt độ nhất định được chỉ định trong tài liệu kỹ thuật của thiết bị. Con số thực tế của nó sẽ ít hơn một chút.

Trong trường hợp tự sản xuất thiết bị thu hồi nhiệt dạng tấm hoặc dạng ống, để đạt được hiệu suất truyền nhiệt tối đa, bạn phải tuân thủ các quy tắc sau:

• Sự truyền nhiệt tốt nhất được cung cấp bởi các thiết bị dòng chảy ngược, sau đó là các thiết bị dòng chảy chéo và ít nhất là nhờ chuyển động một chiều của cả hai dòng.
• Cường độ truyền nhiệt phụ thuộc vào vật liệu và độ dày của các bức tường ngăn cách dòng chảy, cũng như thời gian lưu thông không khí bên trong thiết bị.

Biết hiệu quả của bộ thu hồi nhiệt, bạn có thể tính toán hiệu suất năng lượng của nó ở các nhiệt độ khác nhau của không khí bên ngoài và bên trong:

E (W) = 0,36 x P x K x (T_V. -T_N)

trong đó P (m³/giờ) – lưu lượng không khí.

Tính toán hiệu quả của thiết bị thu hồi nhiệt bằng tiền và so sánh với chi phí mua và lắp đặt nó cho một ngôi nhà hai tầng với tổng diện tích 270 m2 cho thấy tính khả thi của việc lắp đặt một hệ thống như vậy

Giá thành của các thiết bị thu hồi nhiệt hiệu suất cao khá cao, chúng có thiết kế phức tạp và kích thước đáng kể. Đôi khi bạn có thể khắc phục những vấn đề này bằng cách lắp đặt một số thiết bị đơn giản hơn để không khí đi vào tuần tự đi qua chúng.

Hiệu suất hệ thống thông gió

Thể tích không khí đi qua được xác định bởi áp suất tĩnh, phụ thuộc vào công suất của quạt và các bộ phận chính tạo ra lực cản khí động học. Theo quy định, việc tính toán chính xác của nó là không thể do tính phức tạp của mô hình toán học, do đó các nghiên cứu thử nghiệm được thực hiện cho các cấu trúc đơn khối tiêu chuẩn và các thành phần được chọn cho từng thiết bị riêng lẻ.

Công suất của quạt phải được chọn có tính đến lưu lượng của các bộ trao đổi nhiệt được lắp đặt thuộc bất kỳ loại nào, được chỉ định trong tài liệu kỹ thuật là tốc độ dòng hoặc thể tích không khí được khuyến nghị mà thiết bị truyền qua trong một đơn vị thời gian. Theo quy định, tốc độ không khí cho phép bên trong thiết bị không vượt quá 2 m/s.

Mặt khác, ở tốc độ cao, lực cản khí động học tăng mạnh xảy ra trong các phần hẹp của bộ thu hồi nhiệt. Điều này dẫn đến chi phí năng lượng không cần thiết, làm nóng không khí bên ngoài không hiệu quả và giảm tuổi thọ của quạt.

Biểu đồ tổn thất áp suất so với tốc độ dòng khí của một số mẫu máy thu hồi nhiệt hiệu suất cao cho thấy điện trở tăng phi tuyến tính, do đó cần tuân thủ các yêu cầu về thể tích trao đổi không khí khuyến nghị được chỉ định trong tài liệu kỹ thuật của thiết bị

Việc thay đổi hướng luồng không khí sẽ tạo thêm lực cản khí động học. Do đó, khi mô hình hóa hình dạng của ống dẫn khí trong nhà, cần giảm thiểu số vòng quay ống xuống 90 độ. Máy khuếch tán không khí còn làm tăng lực cản nên không nên sử dụng những vật dụng có hoa văn phức tạp.

Bộ lọc và lưới bẩn gây cản trở đáng kể đến dòng chảy, vì vậy chúng phải được làm sạch hoặc thay thế định kỳ. Một cách hiệu quả để đánh giá tắc nghẽn là lắp đặt các cảm biến theo dõi sự sụt giảm áp suất ở các khu vực trước và sau bộ lọc.

Kết luận và video hữu ích về chủ đề này

Nguyên lý hoạt động của máy thu hồi nhiệt dạng quay và dạng tấm:

Đo lường hiệu suất của thiết bị thu hồi nhiệt dạng tấm:

Hệ thống thông gió trong nhà và công nghiệp có bộ thu hồi nhiệt tích hợp đã chứng minh hiệu quả sử dụng năng lượng trong việc duy trì nhiệt trong nhà. Hiện nay có rất nhiều ưu đãi bán và lắp đặt các thiết bị như vậy, cả ở dạng mẫu làm sẵn và mẫu đã thử nghiệm cũng như theo đơn đặt hàng riêng lẻ. Bạn có thể tính toán các thông số cần thiết và tự mình thực hiện cài đặt.

Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào trong khi đọc thông tin hoặc phát hiện bất kỳ điểm nào không chính xác trong tài liệu của chúng tôi, vui lòng để lại nhận xét của bạn trong khối bên dưới.