Thu hồi nhiệt trong hệ thống thông gió: nguyên lý hoạt động và các phương án thiết kế

Trong quá trình thông gió, không chỉ khí thải được tái chế khỏi phòng mà còn một phần năng lượng nhiệt. Vào mùa đông, điều này dẫn đến hóa đơn năng lượng cao hơn.

Thu hồi nhiệt trong hệ thống thông gió tập trung và cục bộ sẽ cho phép bạn giảm chi phí không đáng có mà không ảnh hưởng đến trao đổi không khí. Để thu hồi năng lượng nhiệt, các loại thiết bị trao đổi nhiệt khác nhau - thiết bị thu hồi nhiệt được sử dụng.

Bài viết mô tả chi tiết các mẫu thiết bị, đặc điểm thiết kế, nguyên lý hoạt động, ưu điểm và nhược điểm của chúng. Thông tin được trình bày sẽ giúp lựa chọn phương án tối ưu để bố trí hệ thống thông gió.

Khái niệm thu hồi: nguyên lý hoạt động của bộ trao đổi nhiệt

Dịch từ tiếng Latin, phục hồi có nghĩa là đền bù hoặc trả lại. Đối với các phản ứng trao đổi nhiệt, thu hồi được đặc trưng là sự hoàn trả một phần năng lượng đã tiêu tốn cho hoạt động công nghệ nhằm mục đích ứng dụng trong cùng một quy trình.

TRONG Hệ thống thông gió Nguyên lý phục hồi được sử dụng để tiết kiệm năng lượng nhiệt.

Bằng cách tương tự, việc làm mát được phục hồi trong thời tiết nóng - khối lượng ảnh hưởng ấm áp làm nóng chất thải thải và nhiệt độ của chúng giảm.

Quá trình thu hồi năng lượng được thực hiện trong bộ trao đổi nhiệt thu hồi.Thiết bị bao gồm bộ phận trao đổi nhiệt và quạt để bơm các luồng không khí đa hướng. Một hệ thống tự động hóa được sử dụng để kiểm soát quá trình và kiểm soát chất lượng cung cấp không khí.

Thiết kế được thiết kế sao cho dòng cung cấp và dòng khí thải nằm trong các ngăn riêng biệt và không trộn lẫn - việc thu hồi nhiệt được thực hiện thông qua các bức tường của bộ trao đổi nhiệt.

Hiểu và hiểu nó là gì thông gió với sự phục hồi Một sơ đồ trực quan về lưu thông không khí sẽ giúp ích.

Khí thải thoát ra qua máy hút mùi trong các phòng ẩm ướt (nhà vệ sinh, phòng tắm, nhà bếp). Trước khi được đưa ra ngoài, nó đi qua thiết bị thu hồi nhiệt và để lại một phần nhiệt. Không khí được cung cấp di chuyển theo hướng ngược lại, nóng lên và đi vào phòng khách (+)

Tính khả thi của máy thu hồi nhiệt trong thông gió

Chúng ta có thể nói về tính khả thi của việc lắp đặt hệ thống thông gió phục hồi bằng cách đánh giá hiệu quả của hệ thống và so sánh ưu điểm và nhược điểm của nó.

Một phần nhiệt được lấy từ khí thải hút ra bên ngoài và chuyển sang các luồng khí mới cưỡng bức hướng vào bên trong phòng. Điều này cho phép bạn giảm tổn thất nhiệt tới 70% (+)

Nhu cầu sử dụng thu hồi nhiệt là phù hợp nhất trong các tòa nhà có khí thải cưỡng bức. Theo quy định, đây là những tòa nhà có quán tính thấp được xây dựng bằng công nghệ cách nhiệt tiên tiến (nhà làm bằng tấm bánh sandwich, tấm silicat khí, khối xốp).

Trong những tòa nhà như vậy, các bức tường tích tụ nhiệt không tốt và việc trao đổi không khí tự nhiên không hiệu quả.

Tuy nhiên, vấn đề lưu thông không khí cũng là điển hình của các tòa nhà “truyền thống” làm bằng gạch và bê tông.Sự hiện diện của cửa sổ PVC cách nhiệt và cách âm kín ngăn chặn sự lưu thông bằng xung lực tự nhiên - luồng không khí trong lành dừng lại, và luồng gió trong ống thông gió bị đảo ngược hoặc có xu hướng bằng không.

Giải pháp cho vấn đề “Euro-windows” là tổ chức thông gió cưỡng bức. Hệ thống khôi phục trao đổi không khí, nhưng tổn thất nhiệt tăng lên tới 60%. Và ở đây không thể làm được nếu không thu hồi nhiệt.

Hiệu suất của quá trình trao đổi được biểu thị bằng phần trăm và cho thấy lượng nhiệt tiêu hao từ khí thải để làm nóng “lượng khí nạp” mới

Chỉ số hiệu quả thu hồi nhiệt thông gió:

• 0% - cửa sổ mở - không khí ấm áp được đưa vào khí quyển và không khí lạnh đi vào, làm giảm nhiệt độ trong phòng;
• 100% - không khí cung cấp được làm nóng đến nhiệt độ “xả” - về mặt kỹ thuật không thể thực hiện được;
• 30-90% - thông số chấp nhận được, hiệu suất thu hồi từ 60% trở lên được coi là tốt, hiệu suất trên 80% là truyền nhiệt tuyệt vời.

Hiệu quả của hệ thống phụ thuộc vào loại thiết bị thu hồi nhiệt, kích thước phòng và luồng không khí. Trong mọi trường hợp, việc sử dụng hệ thống thông gió phục hồi, thậm chí với hiệu suất 30%, vẫn có lợi hơn so với việc không sử dụng nó. Ngoài việc tiết kiệm đáng kể nguồn năng lượng, việc “tái tạo” nhiệt còn cải thiện vi khí hậu tổng thể trong phòng.

Nhược điểm của việc sử dụng bộ trao đổi nhiệt:

1. Sự phụ thuộc năng lượng. Việc mua thiết bị kiểm soát khí hậu là hợp lý nếu mức tiêu thụ điện ít hơn đáng kể so với mức tiết kiệm được sau khi lắp đặt bộ thu hồi nhiệt.
2. Sự ngưng tụ. Do chênh lệch nhiệt độ, hơi ẩm có thể ngưng tụ trên thành của bộ trao đổi nhiệt. Vào mùa đông, có khả năng xảy ra hiện tượng đóng băng, có thể dẫn đến hiệu suất giảm nhanh hoặc bộ thu hồi nhiệt bị hỏng.
3. Công việc ồn ào. Một số kiểu máy phát ra tiếng ồn trong quá trình hoạt động.Nếu vào ban ngày nhược điểm này không đặc biệt đáng chú ý thì vào ban đêm tiếng ồn sẽ gây khó chịu. Máy thu hồi nhiệt có khả năng cách nhiệt được cải thiện hoạt động êm ái.

Đầu tư ban đầu cao thường là lập luận chính chống lại hệ thống thông gió tiết kiệm năng lượng.

Nên đầu tư tiền vào một hệ thống sẽ thu hồi vốn trong vòng 5-8 năm. Cần lưu ý rằng sẽ phải trả thêm chi phí để bảo trì khu phức hợp, ví dụ, thay thế quạt định kỳ

Đặc điểm của các loại trao đổi nhiệt khác nhau

Thiết kế của bộ thu hồi nhiệt xác định mô hình dòng chảy của chất làm mát, hiệu suất của hệ thống thông gió, mức tiêu thụ năng lượng và giá thành của thiết bị. Năm loại bộ trao đổi nhiệt được sử dụng: tấm, quay, ống dẫn nhiệt, thiết bị buồng và mô hình có chất làm mát trung gian.

Máy thu hồi tấm – thiết kế đơn giản

Cơ sở của bộ trao đổi nhiệt là một buồng kín có nhiều ống dẫn khí song song. Các kênh được ngăn cách bằng vách ngăn - tấm dẫn nhiệt làm bằng thép hoặc nhôm.

Các tấm hình sóng (60-70 miếng) được nhóm thành một khối sao cho các kênh hình thành nằm ngang với nhau - nhiễu loạn được tạo ra giúp cải thiện khả năng truyền nhiệt (+)

Các dòng khí di chuyển về phía nhau, giao nhau trong băng thu hồi nhiệt nhưng không trộn lẫn. Trao đổi nhiệt được thực hiện do làm mát và sưởi ấm đồng thời các tấm từ các phía khác nhau.

Ưu điểm của bộ trao đổi nhiệt chéo:

• dễ dàng cài đặt và cấu hình thiết bị;
• loại trừ sự tiếp xúc của khối không khí;
• chi phí phải chăng và kích thước nhỏ gọn;
• không có sự cọ xát và các bộ phận chuyển động.

Tỷ lệ hiệu quả thay đổi trong khoảng 40-70%.

Nhược điểm chính của mô hình tấm là lắng đọng nước ngưng tụ trong ống xả và hình thành băng vào mùa đông. Để rã đông thiết bị, luồng đi vào được chuyển hướng đi vòng qua bộ trao đổi nhiệt và luồng đi ra ấm áp sẽ làm tan băng trên các tấm.

Ở chế độ "rã đông", việc tiết kiệm năng lượng không xảy ra, máy sưởi không khí có công suất lên tới 5 kW được sử dụng để làm nóng không khí đi vào. Giá trị hiệu suất trung bình giảm 20% (+)

Có hai cách có thể để giải quyết vấn đề:

1. Làm nóng trước luồng không khí đi vào đến nhiệt độ tại đó loại trừ sự hình thành băng.
2. Máy thu hồi nhiệt với các tấm làm bằng cellulose hút ẩm. Vật liệu này hấp thụ độ ẩm từ khối khí thải và chuyển nó sang các luồng mới đi vào.

Khi chọn bộ trao đổi nhiệt chéo, bạn nên tính đến các tính năng hoạt động của các tấm.

Đặc điểm của chúng phụ thuộc vào nguyên liệu sản xuất:

1. Lá nhôm – giá cả phải chăng, nhưng hiệu suất hạn chế trong mùa đông. Ngoài ra, nó không được khuyến khích cho các khu dân cư do làm khô không khí. Sửa đổi bằng cách "làm đầy" bằng nhôm là lựa chọn tốt nhất cho phòng tắm và bể bơi.
2. Vách ngăn nhựa - có giá tương tự như các sản phẩm kim loại, nhưng khác nhau về hiệu quả hoạt động được cải thiện.
3. Bộ trao đổi nhiệt xenlulo – ngăn chặn sự đóng băng và duy trì độ ẩm bình thường trong nhà.

Thiết bị thu hồi hygrocellulose là thiết bị tiết kiệm và tối ưu nhất để thông gió cho các tòa nhà dân cư.

Bộ thu hồi nhiệt quay – hiệu suất hệ thống cao

Bộ trao đổi nhiệt được trình bày dưới dạng một hình trụ chứa đầy các lớp kim loại sóng. Khi bộ trống quay quay, các luồng khí ấm hoặc lạnh lần lượt đi vào từng ngăn.

Thiết kế máy thu hồi nhiệt dạng quay: trục quay và 2 kênh dẫn khí.Một phần của rôto được làm nóng bằng cách “ngắt”, trống quay và nhiệt được chuyển hướng sang khối lạnh tập trung ở kênh liền kề (+)

Hiệu suất truyền nhiệt được xác định bởi tốc độ quay của rôto, hiệu suất vận hành có thể được điều chỉnh.

Các lập luận ủng hộ máy thu hồi nhiệt dạng quay:

• hồi nhiệt lên tới 65-90%;
• hiệu quả tiêu thụ điện;
• thay thế độ ẩm một phần – bạn có thể làm mà không cần máy tạo độ ẩm;
• thời gian hoàn vốn – lên đến 4 năm.

Mặc dù có hiệu suất cao nhưng bộ trao đổi nhiệt kiểu trống vẫn chưa trở thành thiết bị dẫn đầu trong số các hệ thống lắp đặt tương tự.

Nhược điểm của hệ thống thông gió:

1. Thêm không khí ô nhiễm vào nguồn cung cấp. Khối lượng khí thải và nguồn cung cấp luân phiên lưu thông qua các vi kênh, do đó, khoảng 3-8% khối lượng “đang hoạt động” được trả lại. Trống thường truyền mùi của không khí đi ra.
2. Sự phức tạp của thiết kế. Các bộ phận quay của rôto cần được bảo trì thường xuyên và thay thế định kỳ. Các bộ phận chuyển động tạo ra tiếng ồn và độ rung trong quá trình vận hành.
3. Giá cao. Giá của các mẫu quay cao hơn so với các sản phẩm dạng tấm. Điều này là do việc sử dụng cơ học phức tạp trong thiết kế bộ trao đổi nhiệt dạng trống.
4. Kích thước lớn. Việc lắp đặt được thực hiện trong buồng thông gió rộng rãi.

Do tính cồng kềnh của chúng, các thiết bị quay được sử dụng chủ yếu trong các doanh nghiệp công nghiệp.

Để giảm thiểu sự trộn lẫn của các luồng không khí, các bộ trao đổi nhiệt quay được bổ sung các bộ phận trung gian - ở đây các vi kênh được thổi không khí trong lành, luồng không khí này sẽ quay trở lại tủ hút. Nhược điểm của mạch là giảm hiệu suất (+)

Bộ trao đổi nhiệt kết hợp – Mô hình Glycol

Do đặc điểm thiết kế của nó, bộ phận thu hồi có chất làm mát trung gian thường được gọi là bộ trao đổi nhiệt kết hợp hoặc bộ phận sông băng. Đây là một trong những hệ thống thu hồi nhiệt linh hoạt nhất. Một bộ trao đổi nhiệt cắt vào ống cung cấp và bộ trao đổi nhiệt thứ hai vào ống xả.

Sơ đồ đường ống bao gồm: bơm tuần hoàn, bình giãn nở, van khí, bộ điều khiển, cảm biến nhiệt độ, van an toàn, đồng hồ báo áp suất (+)

Nguyên lý hoạt động. Thành phần glycol lưu thông giữa các bộ trao đổi nhiệt. Nhiệt độ của chất làm mát tăng lên do dòng khí thải được làm nóng, sau đó năng lượng nhiệt được truyền sang không khí trong lành. Hệ thống khép kín giúp loại bỏ sự trộn lẫn của khối không khí đang tới.

Đặc điểm hoạt động của bộ trao đổi nhiệt với chất làm mát:

• Hiệu suất – 45-55%;
• điều chỉnh hiệu quả bằng cách sử dụng máy bơm - tốc độ di chuyển của chất chống đông được chọn;
• khả năng đặt các ống dẫn khí cấp và xả cách xa nhau (lên đến 800 m);
• bộ thu hồi nhiệt được lắp đặt theo chiều dọc hoặc chiều ngang;
• trong điều kiện sương giá nghiêm trọng, bề mặt của bộ trao đổi nhiệt thải đóng băng và xuất hiện băng; việc sử dụng chất chống đông cho phép bạn vận hành bộ thu hồi nhiệt mà không cần dùng đến cách rã đông;
• thời gian hoàn vốn của hệ thống – lên tới 2 năm;
• cho phép kết hợp 1 mui xe và một số dòng vào hoặc ngược lại.

Thể tích khí thải và khí nạp phải xấp xỉ bằng nhau. Những thiết bị thu hồi nhiệt như vậy thường được sử dụng nếu dòng nước thải độc hại hoặc bị ô nhiễm nặng, khi việc trộn các dòng là không thể chấp nhận được.

Đơn vị buồng - tính linh hoạt của việc sử dụng

Về mặt cấu trúc, bộ trao đổi nhiệt dạng buồng là một hộp kín, được ngăn cách bên trong bằng một van điều tiết chuyển động.Phân vùng mở xác định sơ đồ hoạt động của bộ thu hồi nhiệt.

Dòng chảy ra đi dọc theo một kênh và dòng chảy vào đi vào khoang thứ hai. Trong bộ trao đổi nhiệt, khối lượng ấm làm nóng các bức tường của ngăn đầu tiên. Sau một thời gian, van điều tiết di chuyển và luồng không khí thay đổi hướng

Kết quả là, luồng khí vào di chuyển dọc theo các bức tường ấm của ống dẫn khí thứ nhất và “khí thải” làm nóng bề mặt của buồng thứ hai. Đến một thời điểm nhất định, vách ngăn quay trở lại và chu kỳ lặp lại.

Ưu điểm của bộ trao đổi nhiệt dạng buồng:

• Hiệu suất – 80-90%;
• song song với vật liệu cách nhiệt chất lượng cao, chi phí sưởi ấm giảm đến mức tối thiểu;
• dễ lắp đặt - sẽ cần sự trợ giúp của chuyên gia khi chọn các thông số của thiết bị thông gió;
• duy trì độ ẩm;
• việc đóng băng hệ thống được loại trừ.

Bộ trao đổi nhiệt dạng buồng là một lựa chọn tuyệt vời cho những khu vực có sự mất cân bằng đáng kể giữa nhiệt độ trong nhà và ngoài trời trong một thời gian dài trong năm.

Những nhược điểm của bộ thu hồi nhiệt bao gồm:

• sự cần thiết phải bảo trì thường xuyên các bộ phận chuyển động;
• các luồng không khí ngược lại trộn lẫn một phần - mùi hôi và tạp chất có thể chảy ngược vào tòa nhà.

Để giảm tạp chất, hệ thống được trang bị bộ lọc phần tử. Không khí trở nên sạch hơn nhưng hiệu suất của thiết bị thu hồi nhiệt giảm.

Ống dẫn nhiệt – hệ thống trao đổi nhiệt khép kín

Bộ thu hồi nhiệt bao gồm nhiều ống đồng hoặc nhôm chứa đầy chất dễ bay hơi, chẳng hạn như freon. Nguyên lý hoạt động của bộ trao đổi nhiệt dạng ống dựa trên các quá trình vật lý - thay đổi trạng thái của một chất khi đun nóng.

Ống dẫn nhiệt được đặt thẳng đứng - đầu dưới của bộ trao đổi nhiệt nằm trong ống xả và đầu trên nằm trong ống dẫn khí cấp. Dòng chảy đi vòng quanh đầu ống - freon nóng lên, sôi và bay hơi (+)

Khí tăng lên và giải phóng năng lượng nhiệt vào dòng khí vào, sau đó freon ngưng tụ và chảy xuống thiết bị thu hồi nhiệt. Chu trình nhiệt lặp lại theo một vòng tròn.

Đặc tính kỹ thuật và hoạt động của bộ trao đổi nhiệt dạng ống:

• hiệu suất thiết bị – lên tới 65%;
• Hoạt động yên tĩnh do không có yếu tố chuyển động;
• sự đơn giản của thiết kế và bảo trì thấp;
• sự nhỏ gọn - kích thước nhỏ và trọng lượng thấp;
• độc lập năng lượng - chất làm mát lưu thông tự nhiên;

Một lợi thế đáng kể là luồng không khí đi vào và quay trở lại không trộn lẫn với nhau.

Điểm yếu của ống dẫn nhiệt:

• mức độ hiệu quả cao đạt được trong một phạm vi nhiệt độ hẹp - khi quá nóng đột ngột, tất cả freon sẽ bay hơi và nếu không đủ nhiệt độ, cường độ hóa hơi sẽ chậm lại;
• độ bền thấp của ống - thay đổi hình dạng hoặc giảm áp suất làm giảm hiệu suất của thiết bị.

Bộ trao đổi nhiệt dạng ống được sử dụng trong các công trình xây dựng tư nhân, tòa nhà hành chính, văn phòng và các khu công nghiệp nhỏ.

Phương pháp tổ chức thông gió phục hồi

Việc phục hồi được sắp xếp theo một trong các cách sau: tập trung và phi tập trung. Trong trường hợp đầu tiên, luồng thông gió từ toàn bộ căn phòng đi qua bộ trao đổi nhiệt, trong trường hợp thứ hai - từ một phòng.

Tổ hợp tập trung – đơn vị xử lý không khí

Một hệ thống tập trung được lắp đặt ở giai đoạn xây dựng hoặc hiện đại hóa lớn hệ thống thông gió.

Một bộ phận cung cấp và xả cưỡng bức (PVU) có bộ thu hồi nhiệt tích hợp được chọn. Tiêu chí lựa chọn chính là hiệu suất tổng thể của tổ hợp dựa trên toàn bộ thể tích không khí trong cấu trúc (+)

PVU với bộ thu hồi nhiệt đảm bảo trao đổi không khí đầy đủ ngay cả trong những ngôi nhà có cửa sổ kín. Đồng thời, các luồng không khí được phân bố đều mà không tạo ra gió lùa.

Tổ hợp các đơn vị xử lý không khí loại monoblock được trang bị:

• người hâm mộ – cung cấp không khí sạch suốt ngày đêm và phát ra các tia bão hòa cacbon dioxit;
• máy sưởi - gia nhiệt sơ bộ dòng khí vào;
• bộ lọc – bẫy bụi và vi hạt;
• người phục hồi sức khỏe - có thể sử dụng các kiểu lắp đặt khác nhau.

Chức năng của một số PVU được mở rộng với bộ hẹn giờ trễ, bộ điều chỉnh nguồn, cảm biến mức độ ẩm, v.v.

Thân của các mẫu monoblock được bọc bằng vật liệu hấp thụ tiếng ồn, giúp cho hoạt động của PVU rất yên tĩnh. Có thể có các phiên bản dọc, ngang và treo của thiết bị thông gió

Các PVU monoblock phục hồi được sản xuất đã chứng tỏ bản thân rất tốt: "Lỗ thông hơi" (Ukraina), Dantherm (Đan mạch), "Daikin" (Nhật Bản), "Dantex" (Nước Anh).

Các đơn vị địa phương - một sự bổ sung cho hệ thống thông gió hiện có

Để khôi phục sự lưu thông của khối không khí trong phòng đang được sử dụng, các cửa hút gió phân tán có khả năng thu hồi nhiệt là phù hợp.

Chúng cắt vào mặt tiền của tòa nhà hoặc được gắn qua cửa sổ. Nhiệm vụ chính của họ là cải thiện cung cấp thông gió ở trong nhà.

Máy thu hồi nhiệt cục bộ được trang bị quạt và bộ trao đổi nhiệt dạng tấm. “Ống” đầu vào được cách nhiệt bằng vật liệu hấp thụ âm thanh.Bộ điều khiển của thiết bị thông gió nhỏ gọn được đặt trên tường bên trong

Đặc điểm của hệ thống thông gió phi tập trung có phục hồi:

• Hiệu quả – 60-96%;
• Năng suất thấp – các thiết bị được thiết kế để cung cấp khả năng trao đổi không khí trong các phòng có diện tích lên tới 20-35 m2;
• giá cả phải chăng và nhiều lựa chọn thiết bị, từ van treo tường thông thường đến các mẫu tự động với hệ thống lọc nhiều giai đoạn và khả năng điều chỉnh độ ẩm;
• dễ dàng cài đặt - không cần ống dẫn khí để vận hành, lắp đặt van tường Bạn có thể tự mình làm nó.

Các nhà sản xuất phổ biến của máy thu hồi nhiệt địa phương: Prana (Ukraina), O.Erre (Nước Ý), Bão tuyết (Nước Đức), Lỗ thông hơi (Ukraina), Hàng không (Nước Đức).

Tiêu chí quan trọng để chọn cửa vào tường: độ dày thành cho phép, hiệu suất, hiệu suất của bộ thu hồi nhiệt, đường kính của kênh dẫn khí và nhiệt độ của môi chất được bơm

Kết luận và video hữu ích về chủ đề này

So sánh hoạt động của hệ thống thông gió tự nhiên và hệ thống cưỡng bức có phục hồi:

Nguyên lý hoạt động của máy thu hồi nhiệt tập trung, tính hiệu suất:

Thiết kế và quy trình vận hành bộ trao đổi nhiệt phi tập trung sử dụng van treo tường Prana làm ví dụ:

Khoảng 25-35% nhiệt thoát ra khỏi phòng qua hệ thống thông gió. Máy thu hồi nhiệt được sử dụng để giảm tổn thất và thu hồi nhiệt hiệu quả. Thiết bị khí hậu cho phép bạn sử dụng năng lượng của khối chất thải để làm nóng không khí đi vào.

Bạn có điều gì cần bổ sung hoặc bạn có thắc mắc về hoạt động của các thiết bị thu hồi thông gió khác nhau? Vui lòng để lại nhận xét về ấn phẩm và chia sẻ kinh nghiệm của bạn trong việc vận hành các cài đặt đó. Biểu mẫu liên hệ nằm ở khối bên dưới.