Hővisszanyerős befúvó-elvételű szellőzés: működési elv, az előnyök és hátrányok áttekintése

A hideg időszakban a friss levegő bejutása szükségessé teszi annak felmelegítését a helyiségek megfelelő mikroklímájának biztosítása érdekében. Az elektromosenergia-költségek minimalizálása érdekében hővisszanyerős befúvó-elszívó szellőztetés alkalmazható.

Működési elveinek megértése lehetővé teszi a hőveszteségek maximális hatékonyságú csökkentését a kellő mennyiségű kiszorított levegő megtartása mellett. Próbáljuk meg ezt a kérdést megérteni.

Energiatakarékosság a szellőztető rendszerekben

Az őszi-tavaszi időszakban a helyiségek szellőztetése során komoly problémát jelent a beáramló és a belső levegő közötti nagy hőmérsékletkülönbség. A hideg áramlás lefelé áramlik, és kedvezőtlen mikroklímát hoz létre lakóházakban, irodákban és termelőüzemekben, vagy elfogadhatatlan vertikális hőmérsékletgradienst raktárakban.

A probléma elterjedt megoldása a befúvó szellőztetésbe integrált kalorifer, amely segítségével a levegőáramlás felmelegszik. Ez a rendszer elektromosenergia-felhasználást igényel, miközben a kifelé távozó jelentős mennyiségű meleg levegő jelentős hőveszteségekhez vezet.

Az intenzív gőzzel való levegőkifúvás jelentős hőveszteségek indikátora, amely hő felhasználható a beáramló levegőáram fűtésére

Ha a befúvó és elszívó levegőcsatornák egymás mellett helyezkednek el, akkor a kimenő áramlás hője részben átadható a bemenőnek. Ez lehetővé teszi a kalorifer elektromosenergia-fogyasztásának csökkentését vagy akár teljes elhagyását. A különböző hőmérsékletű gázáramlások közötti hőcserét biztosító berendezést rekuperátornak nevezzük.

A meleg évszakban, amikor a külső levegő hőmérséklete jelentősen meghaladja a szobahőmérsékletet, a rekuperátor használható a beáramló levegőáram hűtésére.

A rekuperátoros blokk felépítése

Az integrált rekuperátorral ellátott befúvó-elszívó szellőztető rendszerek belső felépítése meglehetősen egyszerű, ezért lehetséges azok önálló, elemenkénti megvásárlása és telepítése. Amennyiben az összeszerelés vagy az önálló beépítés nehézségekbe ütközik, kész megoldások vásárolhatók szabványos monoblokk vagy egyedi összeszerelt szerkezetek formájában, rendelésre.

A befúvó-elszívó szellőztetőrendszer egységes házban elhelyezett rekuperátorral rendelkező berendezésének tipikus sémája a felhasználó belátása szerint más egységekkel egészíthető ki.

Főbb elemek és azok paraméterei

A hő- és hangszigeteléssel ellátott házat általában lemezacélból készítik. Fali rögzítés esetén a háznak el kell viselnie a blokk körüli rések habosításakor keletkező nyomást, továbbá meg kell akadályoznia a ventilátorok működéséből származó rezgéseket.

Abban az esetben, ha a levegő elosztott elszívása és befúvása különböző helyiségekben történik, a házhoz légcsatorna-rendszert csatlakoztatnak. Azt szelepekkel és zsalukkal szerelik fel az áramlások elosztása érdekében.

Légcsatornák hiányában a helyiség felőli befúvónyílásra rácsot vagy diffúzort szerelnek a levegőáramlás elosztása érdekében. Az utca felőli befúvónyílásra külső típusú levegőbeszívó rácsot szerelnek, hogy a madarak, nagy rovarok és szennyeződések ne jussanak a szellőzőrendszerbe.

A levegő mozgását két axiális vagy centrifugális típusú ventilátor biztosítja. Rekuperátor jelenléte esetén a természetes levegőcirkuláció megfelelő mértékben nem lehetséges, mivel ez az egység aerodinamikai ellenállást hoz létre.

A rekuperátor megléte megköveteli finomszűrők beépítését mindkét áramlás bemeneténél. Ez szükséges a hőcserélő vékony csatornáinak porral és zsírlerakódásokkal való szennyeződésének csökkentése érdekében. Ellenkező esetben a rendszer teljes körű működéséhez növelni kell a karbantartási munkák gyakoriságát.

A finomszűrőket időszakosan cserélni vagy tisztítani kell. Ellenkező esetben a megnövekedett légáramlási ellenállás a ventilátorok meghibásodását okozza.

Egy vagy több rekuperátor foglalja el a befúvó-elszívó berendezés fő térfogatát. Azokat a szerkezet közepére szerelik.

Az adott területre jellemző erős fagyok és a rekuperátor elégtelen hatásfoka esetén a külső levegő felmelegítéséhez kiegészítő fűtőberendezés (kalorifer) is beépíthető. Szükség esetén párásítót, ionizátort és egyéb, a kedvező beltéri klíma megteremtéséhez szükséges eszközöket is beszerelnek.

A modern modellek elektronikus vezérlőegységgel rendelkeznek. Az összetettebb változatok a levegő fizikai paramétereitől függő üzemmód-programozási funkciókkal bírnak. A külső panelek vonzó megjelenéssel rendelkeznek, így jól illeszkednek bármely helyiség enteriőrjébe.

A kondenzáció problémájának megoldása

A helyiségből érkező levegő lehűlése előfeltételeket teremt a nedvesség leadásához és a kondenzátum képződéséhez. Nagy áramlási sebesség esetén a nedvesség nagy része nem tud felhalmozódni a rekuperátorban, hanem kijut a szabadba. Lassú légmozgás esetén a víz jelentős része a készülék belsejében marad. Ezért biztosítani kell a nedvesség összegyűjtését és elvezetését a befúvó-elszívó rendszer házán kívülre.

A kondenzátum összegyűjtésének és elvezetésének legegyszerűbb eszköze a rekuperátor alatt elhelyezett, a lefolyónyílás felé lejtő tálca.

A nedvességet zárt tartályba vezetik. Ezt csak a helyiségen belül helyezik el, hogy elkerüljék az elvezető csatornák elfagyását fagypont alatti hőmérsékleten. A rekuperátoros rendszereknél nincs megbízható algoritmus a nyert víz mennyiségének kiszámítására, ezért azt kísérleti úton határozzák meg.

A kondenzátum levegő párásítására való újrafelhasználása nem kívánatos, mivel a víz számos szennyező anyagot felszív, mint például az emberi verejtéket, szagokat stb.

A kondenzátum mennyisége jelentősen csökkenthető, és a felmerülő problémák elkerülhetők, ha a fürdőszobából és a konyhából külön elszívó rendszert alakítanak ki. Éppen ezekben a helyiségekben a legmagasabb a levegő páratartalma. Több elszívó rendszer esetén a műszaki és a lakóövezet közötti levegőcserét visszacsapó szelepek beépítésével kell korlátozni.

Ha a kilépő levegőáram a rekuperátorban fagypont alá hűl, a kondenzátum jéggé alakul, ami az áramlási keresztmetszet csökkenését, és ennek következtében a szellőzés mennyiségének csökkenését vagy teljes leállását okozza.

A rekuperátor időszakos vagy egyszeri kiolvasztásához bypass-t, azaz a befúvó levegő számára elkerülő csatornát szerelnek be. Amikor az áramlást a készülék mellett vezetik el, a hőátadás megszűnik, a hőcserélő felmelegszik, a jég pedig folyékony halmazállapotúvá válik. A víz a kondenzátumgyűjtő tartályba folyik, vagy a szabadba párolog el.

A bypass felépítésének elve egyszerű, ezért jégképződés veszélye esetén indokolt ilyen megoldást előirányozni, mivel a rekuperátor más módszerekkel történő felolvasztása bonyolult és hosszadalmas.

Amikor az áramlás a bypass-on halad keresztül, a befúvó levegő nem melegszik fel a rekuperátor által. Ezért ezen üzemmód aktiválásakor szükséges a kalorifer automatikus bekapcsolása.

A rekuperátorok különböző típusainak jellemzői

Több, szerkezetileg eltérő megoldás létezik a hideg és a meleg légáramlatok közötti hőcsere megvalósítására. Mindegyiknek megvannak a saját jellegzetességei, amelyek meghatározzák az egyes rekuperátortípusok fő rendeltetését.

Lemezes keresztáramú rekuperátor

A lemezes rekuperátor szerkezetének alapját vékonyfalú panelek képezik, amelyeket felváltva úgy kapcsolnak össze, hogy a különböző hőmérsékletű áramlatok 90 fokos szögben haladjanak át közöttük. Ennek a modellnek az egyik változata a bordázott légcsatornákkal ellátott berendezés, amely magasabb hőátbocsátási tényezővel rendelkezik.

A meleg és hideg légáramlatok felváltott átengedését a lemezeken a lemezszélek hajlításával és a csatlakozások poliésztergyantával történő tömítésével valósítják meg.

A hőcserélő panelek különböző anyagokból készülhetnek:

• a réz, a sárgaréz és az alumíniumötvözetek jó hővezető képességgel rendelkeznek, és nem rozsdásodnak;
• a magas hővezetési tényezőjű polimer hidrofób anyagból készült műanyag kis tömegű;
• a higroszkópos cellulóz lehetővé teszi, hogy a kondenzvíz áthatoljon a lemezen, és visszajusson a helyiségbe.

Hátránya a kondenzvíz képződésének lehetősége alacsony hőmérsékleten. A lemezek közötti kis távolság miatt a nedvesség vagy a jégképződés jelentősen megnöveli az aerodinamikai ellenállást. Jegesedés esetén a beáramló levegőt el kell zárni a lemezek felolvasztásához.

A lemezes rekuperátorok előnyei a következők:

• alacsony költség;
• hosszú élettartam;
• hosszú időszak a karbantartások között és annak egyszerű elvégzése;
• kis méret és tömeg.

Ez a rekuperátortípus a legelterjedtebb lakó- és irodahelyiségekben. Használják bizonyos technológiai folyamatokban is, például a tüzelőanyag égésének optimalizálására kemencék működése során.

Dob vagy forgótárcsás típus

A rotációs rekuperátor működési elve a hőcserélő forgásán alapul, amelynek belsejében nagy hőkapacitású hullámos fémrétegek helyezkednek el. A kilépő áramlással való kölcsönhatás következtében a dob szektora felmelegszik, amely azután a beáramló levegőnek adja át a hőt.

A rotációs rekuperátor finom cellás hőcserélője hajlamos az eltömődésre, ezért különösen figyelni kell a finomszűrők minőségi működésére.

A rotációs rekuperátorok előnyei a következők:

• a versengő típusokhoz képest viszonylag magas hatásfok;
• nagy mennyiségű nedvesség visszanyerése, amely kondenzátum formájában a dobon marad, és a beáramló száraz levegővel érintkezve elpárolog.

Ezt a típusú hővisszanyerőt ritkábban használják lakóépületekben lakásonkénti vagy házonkénti szellőztetéshez. Gyakran alkalmazzák nagy kazánházakban, hogy a hőt visszavezessék a kemencékhez, vagy ipari vagy kereskedelmi-szórakoztató célú nagy terekben.

Ennek a típusú berendezésnek azonban vannak jelentős hátrányai:

• viszonylag összetett felépítés mozgó alkatrészekkel, beleértve az elektromos motort, a dobot és a szíjhajtást, ami folyamatos karbantartást igényel;
• megemelkedett zajszint.

Néha az ilyen típusú készülékekre találkozhatunk a “regeneratív hőcserélő“ kifejezéssel, ami helyesebb, mint a “hővisszanyerő“. A helyzet az, hogy a kilépő levegő egy kis része visszajut a dob és a ház nem tökéletes illeszkedése miatt.

Ez további korlátozásokat ró az ilyen típusú készülékek használatának lehetőségére. Például hőhordozóként nem használható a fűtőkemencékből származó szennyezett levegő.

Csöveken és köpenyen alapuló rendszer

A csöves típusú hővisszanyerő egy szigetelt burkolatban elhelyezett, kis átmérőjű vékony falú csövek rendszeréből áll, amelyeken keresztül a külső levegő beáramlik. A burkolaton keresztül a helyiség meleg levegő tömegét vezetik ki, amely felmelegíti a beáramló áramot.

A meleg levegő elvezetését pontosan a burkolaton keresztül kell végezni, nem pedig a csőrendszeren, mivel a kondenzátumot nem lehet eltávolítani belőlük.

A csöves hővisszanyerők fő előnyei a következők:

• magas hatásfok, köszönhetően a hőhordozó és a beáramló levegő ellenáramú mozgásának;
• az egyszerű felépítés és a mozgó alkatrészek hiánya alacsony zajszintet és ritka karbantartási igényt biztosít;
• hosszú élettartam;
• a legkisebb keresztmetszet az összes hővisszanyerő típus között.

Az ilyen típusú készülékekhez használt csövek könnyűfémből vagy ritkábban polimerből készülnek. Ezek az anyagok nem higroszkóposak, ezért jelentős hőmérsékletkülönbség esetén intenzív kondenzátum képződhet a burkolatban, ami konstrukciós megoldást igényel az eltávolításához. Egy másik hátrány, hogy a fém töltet jelentős súlyú, annak ellenére, hogy a méretek kicsik.

A csöves hővisszanyerő egyszerű felépítése miatt népszerű a saját készítésű készülékek körében. Külső burkolatként általában műanyag légcsatorna csöveket használnak, amelyeket poliuretánhab héjjal szigetelnek.

Közbenső hőhordozós berendezés

Néha a befúvó és az elszívó légcsatornák bizonyos távolságra helyezkednek el egymástól. Ez a helyzet az épület technológiai jellemzői vagy a légáramok megbízható szétválasztására vonatkozó higiéniai követelmények miatt alakulhat ki.

Ebben az esetben köztes hőhordozót használnak, amely a légcsatornák között szigetelt csővezetéken kering. Hőenergia-átviteli közegként vizet vagy víz-glikol oldatot használnak, amelynek keringését a hőszivattyú működése biztosítja.

A köztes hőhordozójú rekuperátor egy nagy méretű és drága berendezés, amelynek alkalmazása gazdaságilag indokolt a nagy alapterületű helyiségekben.

Amennyiben lehetőség van más típusú rekuperátor használatára, akkor jobb nem alkalmazni a köztes hőhordozójú rendszert, mivel az alábbi jelentős hátrányokkal rendelkezik:

• alacsony hatásfok más típusú berendezésekhez képest, ezért kis helyiségekben, ahol kicsi a levegőáramlás, ilyen berendezéseket nem alkalmaznak;
• a teljes rendszer jelentős mérete és súlya;
• további elektromos szivattyú szükségessége a folyadék keringetéséhez;
• a szivattyú működéséből eredő fokozott zaj.

Létezik ennek a rendszernek egy módosítása, amikor a hőcserélő folyadék kényszerkeringetése helyett alacsony forráspontú közeget használnak, például freont. Ebben az esetben a körben a mozgás természetes módon lehetséges, de csak akkor, ha a befúvó légcsatorna az elszívó felett helyezkedik el.

Egy ilyen rendszer nem igényel további villamosenergia-kiadásokat, de fűtésre csak jelentős hőmérséklet-különbség esetén működik. Ezenkívül szükség van a hőcserélő folyadék halmazállapot-változási pontjának pontos beállítására, ami a megfelelő nyomás létrehozásával vagy adott kémiai összetétellel valósítható meg.

Fő műszaki paraméterek

Ismerve a szellőzőrendszer szükséges teljesítményét és a rekuperátor hőátadási hatásfokát, könnyen kiszámítható a helyiség levegőjének fűtésén elért megtakarítás adott éghajlati viszonyok között. A lehetséges hasznot a rendszer vásárlásával és karbantartásával járó költségekkel összehasonlítva megalapozottan dönthetünk a rekuperátor vagy egy szabványos légfűtő mellett.

A berendezésgyártók gyakran kínálnak modellsorozatot, amelyben a hasonló funkciójú szellőzőegységek légcsereszámban különböznek. Lakóhelyiségek esetén ezt a paramétert a 9.1. táblázat szerint kell kiszámítani. SZP 54.13330.2016

Hatásfok

A rekuperátor hatásfokán a hőátadás hatékonyságát értjük, amelyet a következő képlettel számolnak:

K = (T_i – T_n) / (T_v – T_n)

Ahol:

• T_p – a helyiségbe belépő levegő hőmérséklete;
• T_n – a külső levegő hőmérséklete;
• T_v – a helyiség levegőjének hőmérséklete.

A hatásfok maximális értéke a normál levegőáramlási sebesség mellett és meghatározott hőmérsékleti viszonyok között a készülék műszaki dokumentációjában található. A tényleges érték valamivel alacsonyabb lesz.

Lemezes vagy csöves rekuperátor saját készítése esetén a maximális hőátadási hatékonyság eléréséhez a következő szabályokat kell betartani:

• A legjobb hőcserét az ellenáramú készülékek biztosítják, ezt követik a keresztáramúak, a legrosszabbat pedig az egyirányú áramlásúak.
• A hőcsere intenzitása függ az áramlásokat elválasztó falak anyagától és vastagságától, valamint a levegő készülékben tartózkodásának időtartamától.

A rekuperátor hatásfokának ismeretében kiszámítható az energiahatékonysága a külső és belső levegő különböző hőmérsékletein:

E (W) = 0,36 × P × K × (T_v – T_n)

ahol P (m³/h) a levegőátáramlás.

A rekuperátor hatékonyságának pénzbeli kifejezése és a beszerzési és telepítési költségekkel való összehasonlítása egy 270 m² alapterületű kétszintes ház esetében megmutatja az ilyen rendszer felszerelésének célszerűségét.

A magas hatásfokú rekuperátorok ára elég magas, bonyolult szerkezetűek és jelentős méretűek. Néha megkerülhetők ezek a problémák több egyszerűbb berendezés felszerelésével úgy, hogy a bejövő levegő egymás után halad át rajtuk.

A szellőztető rendszer teljesítménye

Az áteresztett levegő mennyiségét a statikus nyomás határozza meg, ami a ventilátor teljesítményétől és a légellenállást létrehozó fő alkatrészektől függ. Általában a pontos számítás a matematikai modell bonyolultsága miatt lehetetlen, ezért a tipikus monoblokk szerkezeteknél kísérleti vizsgálatokat végeznek, az egyedi berendezéseknél pedig alkatrészek kiválasztását végzik.

A ventilátor teljesítményét a beépített rekuperátorok áteresztőképességének figyelembevételével kell kiválasztani, amelyet a műszaki dokumentációban ajánlott áramlási sebességként vagy az egységnyi idő alatt áteresztett levegő mennyiségeként adnak meg. Általában a megengedett levegő sebesség a készülékben nem haladja meg a 2 m/s értéket.

Ellenkező esetben nagy sebességeknél a rekuperátor keskeny elemeiben hirtelen megnő a légellenállás. Ez felesleges energiafogyasztáshoz, a külső levegő nem hatékony felmelegítéséhez és a ventilátorok élettartamának csökkenéséhez vezet.

A nagy teljesítményű hővisszanyerők több modelljének légáramlási sebességtől függő nyomásveszteség-diagramja nemlineáris ellenállás-növekedést mutat, ezért be kell tartani a készülék műszaki dokumentációjában megadott ajánlott légcsere-térfogatra vonatkozó követelményeket.

A légáramlás irányának megváltoztatása további aerodinamikai ellenállást okoz. Ezért a helyiségen belüli légcsatorna geometriájának modellezésekor kívánatos a csövek 90 fokos fordulatainak számát minimalizálni. A levegő szétszórására szolgáló diffúzorok is növelik az ellenállást, ezért célszerű kerülni az összetett mintázatú elemek használatát.

A szennyezett szűrők és rácsok jelentős akadályt képeznek az áramlás mozgásában, ezért időnként tisztítani vagy cserélni kell őket. Az eltömődés mértékének hatékony értékelésére szolgáló egyik módszer a szűrő előtti és utáni szakaszokon a nyomáskülönbséget figyelő érzékelők felszerelése.

Következtetések és hasznos vidéó a témából

A rotációs és a lemezes hővisszanyerő működési elve:

A lemezes típusú hővisszanyerő hatásfokának mérése:

A beépített hővisszanyerővel rendelkező háztartási és ipari szellőzőrendszerek bizonyították energiahatékonyságukat a helyiségek hőjének megőrzésében. Jelenleg számos ajánlat létezik ilyen eszközök értékesítésére és telepítésére, mind kész és kipróbált modellek formájában, mind pedig egyedi megrendelésre. A szükséges paraméterek kiszámítása és a beszerelés elvégezhető saját kezűleg is.

Ha az információ megismerése során kérdései merültek fel, vagy pontatlanságokat talált anyagunkban, kérjük, hagyja meg észrevételeit az alábbi blokkban.