Hővisszanyerés a szellőzőrendszerekben: működési elv és kivitelezési lehetőségek

A szellőztetés során nemcsak az elhasznált levegő, hanem a hőenergia egy része is távozik a helyiségből. Télen ez az energiaszámlák növekedéséhez vezet.

A központosított és helyi típusú szellőzőrendszerekben a hővisszanyerés lehetővé teszi az indokolatlan kiadások csökkentését a légcsere rovása nélkül. A hőenergia visszanyerésére különböző típusú hőcserélőket – rekuperátorokat – használnak.

A cikk részletesen ismerteti az egységek modelljeit, szerkezeti jellemzőit, működési elveit, előnyeit és hátrányait. A közölt információ segít a szellőzőrendszer kialakításához legmegfelelőbb változat kiválasztásában.

A rekuperáció fogalma: a hőcserélő működési elve

Latin fordításban a rekuperáció visszatérítést vagy visszanyerést jelent. A hőcsere-reakciók esetében a rekuperációt a technológiai műveletre fordított energia részleges visszanyeréseként jellemzik, azzal a céllal, hogy azt ugyanabban a folyamatban alkalmazzák.

A szellőzőrendszerben a rekuperáció elvét a hőenergia megtakarítására használják.

Hasonló módon történik a hűtés rekuperációja meleg időben – a meleg befúvott tömegek felmelegítik a távozó «elhasznált» levegőt, és ezáltal a hőmérsékletük csökken.

Az energia regenerációs folyamata a rekuperációs hőcserélőben történik. A készülék hőcserélő elemet és ventilátorokat foglal magában a különböző irányú légáramok átszivattyúzásához. A folyamat irányításához és a levegőellátás minőségének ellenőrzéséhez automatikai rendszert használnak.

A kialakítás úgy lett tervezve, hogy a be- és elszívott áramlások külön rekeszben legyenek és ne keveredjenek – a hőhasznosítás a hőcserélő falain keresztül történik.

Hogy megértse, mi is az a rekuperációs szellőzés, segít a levegő cirkulációjának szemléletes ábrája.

A nedves helyiségekben (WC, fürdőszoba, konyha) lévő elszívókon keresztül távozik az elhasznált levegő. Mielőtt kijutna, átmegy a rekuperátoron, és hő egy részét otthagyja. A bevezetett levegő ellentétes irányban halad, felmelegszik, és a lakószobákba jut (+)

A rekuperátor létjogosultsága a szellőzésben

A rekuperatív szellőzés kialakításának célszerűségéről a rendszer hatékonyságának értékelése és előnyeinek a hátrányokkal való összevetése után beszélhetünk.

A kifelé elszívott elhasznált levegőből hő egy részét elvonják és átadják a befelé irányított friss levegősugaraknak. Ez lehetővé teszi a hőveszteség akár 70%-os csökkentését (+)

A hővisszanyerés alkalmazásának szükségessége a leginkább a kényszerített levegőelvezetésű épületekben aktuális. Általában ezek kis tehetetlenségű építmények, amelyeket innovatív hőszigetelési technológiákkal emeltek (szendvicspanelekből, gázszilikát lapokból, pórusbeton tömbökből készült házak).

Az ilyen épületekben a falak rosszul tárolják a hőt, a természetes légcsere pedig kevéssé hatékony.

Azonban a levegőkeringés problémái jellemzőek a tégla- és betonépítésű „hagyományos” épületekre is. A légmentesen záró hő- és hangszigetelő PVC-ablakok blokkolják a természetes huzatú keringést – a friss levegő beáramlása leáll, a szellőzőcsatornában a huzat felborul vagy nullára csökken.

Az „euroablakok” problémájának megoldása a kényszerített szellőztetés megszervezése. A rendszer helyreállítja a levegőcserét, de ezáltal a hőveszteség 60%-ra nő. És itt már nem lehet elkerülni a hővisszanyerést.

A hőcserélő folyamat hatékonyságát százalékban fejezik ki, és azt mutatja, hogy az elszívott levegőből mennyi hőt hasznosítanak a friss beáramló levegő felmelegítésére.

A szellőzési hővisszanyerés hatásfokának mutatója:

• 0% – nyitott ablak – a meleg levegő a légkörbe távozik, a hideg beáramlik, csökkentve a helyiség hőmérsékletét;
• 100% – a beáramló levegő az elszívott levegő hőmérsékletére melegszik fel – technikailag kivitelezhetetlen;
• 30-90% – megengedett paraméter, jónak számít a 60%-os vagy annál nagyobb hatékonyságú hővisszanyerés, a 80% feletti hatásfok kiváló hőcserét jelent.

A rendszer hatékonysága függ a rekuperátor típusától, a helyiség méreteitől és a levegő áramlási sebességétől. Mindenesetre a hővisszanyerős szellőztetés alkalmazása akár 30%-os hatásfokkal is előnyösebb, mint a hiánya. Az energiaforrások jelentős megtakarításán kívül a hő „visszanyerése” javítja a helyiség általános mikroklímáját.

A hőcserélő használatának hátrányai:

1. Energiafüggőség. A klímaberendezés vásárlása akkor indokolt, ha az áramfogyasztás lényegesen kisebb, mint a rekuperátor beszerelése utáni megtakarítás.
2. Kondenzáció képződése. A hőcserélő falain a hőmérsékletkülönbség miatt nedvesség kondenzálódhat. Télen fennáll a jegesedés veszélye, ami a hatásfok gyors csökkenéséhez vagy a rekuperátor meghibásodásához vezethet.
3. Zajos működés. Egyes modellek működés közben zúgást keltenek. Ha nappal ez a hátrány nem különösebben érezhető, akkor éjszaka a zaj kényelmetlenséget okoz. A jobb szigetelésű rekuperátorok csendesen működnek.

A magas kezdeti beruházás gyakran a fő érv az energiahatékony szellőztetés ellen.

Célszerű abba a rendszerbe fektetni a pénzt, amely 5-8 éven belül megtérül. Figyelembe kell venni, hogy a komplexum karbantartása további költségekkel jár, például a ventilátorok időszakos cseréje.

A különböző típusú hőcserélők jellemzői

A rekuperátor szerkezete határozza meg a hőhordozó mozgásának sémáját, a szellőzőrendszer hatékonyságát, az energiafogyasztási osztályt és a berendezés költségét. Ötféle hőcserélőt alkalmaznak: lemezes, rotációs, hőcsöves, kamrás készülékek és köztes hőhordozós modellek.

Lemezes rekuperátor – a konstrukció egyszerűsége

A hőcserélő alapja egy tömített kamra, számos párhuzamos légcsatornával. A csatornákat válaszfalak – hővezető lemezek – osztják el, amelyek acélból vagy alumíniumból készülnek.

Hullámos lemezek (60-70 darab) egy blokkba csoportosítva úgy, hogy a kialakított csatornák egymáshoz képest keresztben helyezkedjenek el – a létrehozott turbulencia javítja a hőcserét (+)

A gázáramok egymás felé haladnak, keresztezik egymást a rekuperátor kazettájában, de nem keverednek. A hőcsere a lemezek egyidejű hűtésével és melegítésével valósul meg különböző oldalakról.

A keresztáramú hőcserélő előnyei:

• a berendezés egyszerű telepítése és beállítása;
• a légtömegek érintkezésének kizárása;
• megfizethető ár és kompakt méretek;
• súrlódó és mozgó alkatrészek hiánya.

A hatékonysági mutató 40-70% között változik.

A lemezes modell fő hátránya a kondenzvíz lecsapódása az elszívó csatornában és a jégképződés télen. A készülék leolvasztásához a bejövő áramot a hőcserélő megkerülésével irányítják át, a meleg kimenő áram pedig megolvasztja a jeget a lemezeken.

A „leolvasztás” üzemmódban nem történik energiamegtakarítás, a bejövő levegő felmelegítésére akár 5 kW teljesítményű légfűtőket használnak. A hatásfok átlagos értéke 20%-kal csökken (+)

A probléma megoldására két út lehetséges:

1. A bejövő levegőáram előmelegítése olyan hőmérsékletre, amelynél a jégképződés kizárt.
2. Higroszkópos cellulóz lemezekkel ellátott rekuperátor. Az anyag felszívja a nedvességet az elhasznált levegőtömegekből, és átadja az újonnan beáramló légáramlatoknak.

A keresztáramú hőcserélő kiválasztásakor figyelembe kell venni a lemezek üzemeltetési jellemzőit.

Jellemzőik a gyártási anyagtól függenek:

1. Alumíniumfólia – megfizethető ár, de télen korlátozott teljesítmény. Ezenkívül nem ajánlott lakóhelyiségekbe a levegő kiszárítása miatt. Az alumínium „töltettel” ellátott módosítások – optimális választás fürdőkbe és uszodákba.
2. Műanyag válaszfalak – áruk hasonló a fém termékekhez, de jobb munkahatékonysággal rendelkeznek.
3. Cellulóz hőcserélő – megakadályozza a jegesedést és fenntartja a normál nedvességtartalmat a helyiségben.

A higrocellulóz rekuperátor a leggazdaságosabb és optimális a lakóépületek szellőztetéséhez.

Rotációs rekuperátor – a rendszer magas hatékonysága

A hőcserélő egy henger formájú, melyet hullámos fémrétegek töltenek ki. A dobberendezés forgása során felváltva meleg vagy hideg levegőáramok jutnak az egyes rekeszekbe.

A rotációs hővisszanyerő felépítése: forgástengely és két légcsatorna. A rotor egy szakaszát az elszívott levegő melegíti, a dob elfordul, és a hőt a szomszédos csatornában lévő hideg levegőtömegekhez irányítja át (+)

A hőátadás hatásfokát a rotor forgási sebessége határozza meg, a működés hatékonysága szabályozható.

Érvek a rotációs hővisszanyerő mellett:

• hővisszanyerés akár 65-90%;
• energiatakarékosság az áramfogyasztásban;
• részleges nedvesség-visszanyerés – nélkülözhető a párásító;
• megtérülési idő – akár 4 év.

A magas hatékonyság ellenére a dob típusú hőcserélő nem lett a vezető a hasonló berendezések között.

A szellőzőrendszer hátrányai:

1. Szennyezett levegő keveredése a befújt levegőbe. A mikrocsatornákon felváltva keringenek az elszívott és a befújt légtömegek, így az elszívott levegő körülbelül 3-8%-a visszakerül. A dob gyakran átadja az elszívott levegő szagát.
2. Összetett szerkezet. A rotor forgó részei rendszeres karbantartást és időszakos cserét igényelnek. A mozgó elemek működés közben zajt és vibrációt keltenek.
3. Magas költség. A rotációs modellek ára magasabb, mint a lemezes termékeké. Ennek oka a dobos hőcserélő szerkezetében alkalmazott összetett mechanika.
4. Nagy méretek. A beépítés tágas szellőzőkamrában történik.

A terjedelmesség miatt a rotációs berendezéseket főként ipari létesítményekben használják.

A légáramok keveredésének minimalizálása érdekében a rotációs hővisszanyerőket köztes szektorokkal egészítik ki – itt a mikrocsatornákon friss levegőt fújnak át, amely visszakerül az elszívásba. A megoldás hátránya a hatásfok csökkenése (+)

Összekapcsolt hőcserélők – glikolos modell

A köztes hőhordozós hővisszanyerő berendezést a szerkezeti sajátosságok miatt gyakran nevezik kapcsolt hőcserélőknek vagy glikolos egységnek. Ez az egyik legrugalmasabb hőhasznosítási rendszer. Az egyik hőcserélő a befúvó csatornába, a másik az elszívóba van beépítve.

A bekötési ábrán a következők szerepelnek: keringető szivattyú, tágulási tartály, légcsappantyú, vezérlő, hőmérséklet-érzékelő, biztonsági szelep, nyomásjelző (+)

Működési elv. A glikolos közeg kering a hőcserélők között. A hőhordozó hőmérséklete a felmelegített elszívott levegő hatására nő, majd a hőenergia átadódik a friss levegőnek. A zárt rendszer kizárja a szemben áramló levegőtömegek keveredését.

A hőhordozós hőcserélők működésének jellemzői:

• Hatásfok – 45-55%;
• A hatékonyság szabályozása szivattyúval – a fagyálló áramlási sebessége választható ki;
• A befúvó-elszívó légcsatornák egymástól távoli elhelyezésének lehetősége (akár 800 m);
• A rekuperátor szerelése függőlegesen vagy vízszintesen történhet;
• Erős fagyban az elszívó hőcserélő felülete jegesedik – jég jelenik meg; a fagyálló használata lehetővé teszi a rekuperátor üzemeltetését kiolvasztás nélkül;
• A rendszer megtérülési ideje – akár 2 év;
• Megengedett 1 elszívó és több befúvó kombinációja, vagy fordítva.

Az elszívott és a beáramló levegő térfogatának megközelítőleg egyenlőnek kell lennie. Az ilyen rekuperátorokat általában akkor használják, ha a befúvott levegő mérgező vagy erősen szennyezett, amikor a levegőáramok keveredése nem megengedett.

Kamrás egység – a felhasználás sokoldalúsága

Szerkezetileg a kamrás hőcserélő egy zárt doboz, amelyet belül mozgó terelőlemez oszt meg. A nyíló válaszfal határozza meg a rekuperátor működési sémáját.

Az elszívott levegő az egyik csatorna mentén halad, a befúvott levegő pedig a második kamrába áramlik. A hőcserélőben a meleg tömegek felmelegítik az első rekesz falait. Idővel a terelőlemez elmozdul, és a légáram irányt változtat.

Ennek eredményeként a befúvott levegő az első légcsatorna meleg falai mentén halad, az „elhasznált levegő” pedig felmelegíti a második kamra felületét. Egy bizonyos idő elteltével a válaszfal visszaáll, és a ciklus megismétlődik.

A kamrás hőcserélő egység előnyei:

• Hatásfok – 80-90%;
• Minőségi hőszigeteléssel tandem használatban a fűtési költségek minimálisra csökkennek;
• Egyszerű szerelés – szakember segítségére a szellőzőberendezés paramétereinek kiválasztásához lesz szükség;
• A páratartalom szintjének megtartása;
• A rendszer jegesedése kizárt.

A kamrás rekuperátor kiváló választás azokra a régiókra, ahol az év során hosszú időszakban jelentős egyensúlyhiány van a beltéri és a külső hőmérséklet között.

A hővisszanyerő egység hátrányai közé tartoznak:

• a mozgó alkatrészek rendszeres karbantartásának szükségessége;
• A szemben áramló légáramok részben keverednek – szagok és szennyeződések juthatnak vissza az épületbe.

A keveredés csökkentése érdekében a rendszer szűrőelemmel van felszerelve. A levegő tisztább lesz, de a rekuperátor hatékonysága csökken.

Hőcsövek – zárt hőcsere-rendszer

A rekuperátor számos réz- vagy alumíniumcsőből áll, amelyek könnyen párolgó anyaggal, például freonnal vannak feltöltve. A csöves hőcserélő működési elve fizikai folyamatokon – az anyag állapotváltozásán alapul melegítéskor.

A hőcső függőlegesen helyezkedik el – a hőcserélő alsó vége az elszívó csatornában, a felső vége a befúvó légcsatornában van. A távozó légáramok megkerülik a cső végét – a freon felmelegszik, felforr és elpárolog (+)

A gáz felemelkedik és hőenergiát ad át a befúvott levegőnek, majd a freon lecsapódik és lefolyik a rekuperátor aljába. A termikus ciklus körkörösen ismétlődik.

A csöves hőcserélő műszaki és üzemeltetési jellemzői:

• a készülék hatékonysága – akár 65%;
• csendes működés a mozgó alkatrészek hiányának köszönhetően;
• egyszerű szerkezet és igénytelen karbantartás;
• kompaktság – kis méretek és csekély súly;
• energiafüggetlenség – a hőhordozó természetes úton cirkulál;

Jelentős előny, hogy a befúvott és az elszívott légáramok nem keverednek egymással.

A hőcsövek gyengeségei:

• a magas hatásfok szűk hőmérsékleti tartományban érhető el – hirtelen túlmelegedéskor az összes freon elpárolog, elégtelen melegítéskor pedig a párolgás intenzitása lelassul;
• a csövek alacsony szilárdsága – az alakváltozás vagy a tömítetlenség csökkenti a berendezés működőképességét.

A csöves rekuperátorokat magánépítkezéseken, igazgatási, irodaépületekben és kis ipari területeken alkalmazzák.

A rekuperatív szellőzés megszervezésének módjai

A rekuperáció kétféleképpen valósítható meg: centralizáltan és decentralizáltan. Az első esetben a szellőző levegő az egész helyiségből áthalad a hőcserélőn, a második esetben egyetlen szobából.

Központosított komplexum – befúvó-elvívó berendezés

A centralizált rendszer az építkezés vagy a szellőzőrendszer nagymértékű korszerűsítésének szakaszában kerül kialakításra.

Kényszerített befúvó-elszívó berendezést (PVU) választanak beépített rekuperátorral. A kiválasztás fő kritériuma a komplexum teljes teljesítménye, az épület teljes légmennyiségére számítva (+)

A rekuperátorral ellátott PVU még a légmentes ablakokkal rendelkező házakban is megfelelő légcserét biztosít. Ezzel együtt a légáramok egyenletesen oszlanak el, anélkül hogy huzatot okoznának.

A monoblokk típusú komplex befúvó-elszívó berendezések a következőkkel vannak felszerelve:

• ventilátorokkal – éjjel-nappali tiszta levegőellátás és szén-dioxiddal telített levegősugarak kibocsátása;
• fűtőtestekkel – a befúvott levegő előmelegítése;
• szűrőkkel – felfogják a port és a mikrorészecskéket;
• rekuperátorral – különböző típusú berendezések használhatók.

Egyes PVU-k funkcióit késleltetési időzítő, teljesítményszabályozó, páratartalom-érzékelők stb. bővítik.

A monoblokk készülékek házát zajcsillapító anyag borítja, így a szellőztetőberendezés működése rendkívül csendes. A szellőztetőegységek lehetnek függőleges, vízszintes vagy fali kivitelűek.

A következő gyártók hővisszanyerős monoblokk szellőztetőberendezései bizonyultak jónak: „Vents” (Ukrajna), Dantherm (Dánia), „Daikin” (Japán), „Dantex” (Anglia).

Helyi egységek – kiegészítés a meglévő szellőzőrendszerhez

A használt helyiségben a légtömegek keringésének helyreállítására decentralizált, hővisszanyerős befúvók alkalmasak.

Ezeket az épület homlokzatába vágják, vagy az ablakon keresztül szerelik fel. Fő feladatuk a ház befúvó szellőzésének javítása.

A helyi hővisszanyerőkben ventilátor és lemezes hőcserélő található. A befúvó „csöve” zajcsillapító anyaggal van szigetelve. A kompakt szellőztetőberendezések vezérlőegysége a belső falon helyezkedik el.

A decentralizált hővisszanyerős szellőzőrendszerek jellemzői:

• Hatásfok – 60-96%;
• Alacsony teljesítmény – a készülékek 20-35 m²-es helyiségek légcseréjét biztosítják;
• Megfizethető ár és széles választék az egyszerű falszelepektől kezdve a többlépcsős szűrőrendszerrel és páratartalom-szabályozással ellátott automatizált modellekig;
• Egyszerű telepítés – az üzembe helyezéshez nincs szükség légcsatornák lefektetésére, a fali szelepet önállóan is fel lehet szerelni.

Népszerű helyi hővisszanyerő gyártók: Prana (Ukrajna), O.Erre (Olaszország), Blizzard (Németország), Vents (Ukrajna), Aerovital (Németország).

A fali befúvó kiválasztásának fontos szempontjai: megengedett falvastagság, teljesítmény, a hővisszanyerő hatásfoka, a légcsatorna átmérője és a szállított közeg hőmérséklete

Következtetések és hasznos vidéó a témából

A természetes szellőzés és a hővisszanyerős kényszerített rendszer működésének összehasonlítása:

A központi hővisszanyerő működési elve, a hatásfok számítása:

A decentralizált hőcserélő felépítése és működési sorrendje a Prana fali szelep példáján:

A szellőzőrendszeren keresztül a helyiségből a hő körülbelül 25-35%-a távozik. A veszteségek csökkentése és a hatékony hőhasznosítás érdekében hővisszanyerőket használnak. A légkezelő berendezés lehetővé teszi az elhasznált levegő energiájának felhasználását a bejövő levegő fűtésére.

Van mit kiegészíteni, vagy kérdései merültek fel a különböző szellőző hővisszanyerő berendezések működésével kapcsolatban? Kérem, hagyjon megjegyzést a cikkhez, és ossza meg tapasztalatait ezekkel a berendezésekkel. A kapcsolatfelvételi űrlap az alsó blokkban található.