Värmeåtervinning i ventilationssystem: funktionsprincip och utförandealternativ

Vid ventilation avlägsnas inte bara frånluft från rummet utan också en del av värmenergin. På vintern leder detta till ökade energikostnader.

För att minska onödiga kostnader utan att kompromissa med luftväxlingen kan värmeåtervinning i ventilationssystem av centraliserad och lokal typ användas. För att återvinna värmeenergi används olika typer av värmeväxlare – återvinnare.

I artikeln beskrivs ingående aggregatmodellerna, deras konstruktionsegenskaper, funktionsprinciper, fördelar och nackdelar. Informationen hjälper dig att välja det optimala alternativet för att utforma ett ventilationssystem.

Begreppet återvinning: värmeväxlarens funktionsprincip

Översatt från latin betyder återvinning ersättning eller återtagande. När det gäller värmeväxlingsreaktioner karakteriseras återvinning som ett delvis återförande av energi som förbrukats för en teknisk åtgärd för att användas i samma process.

I ventilationssystemet används återvinningsprincipen för att spara värmeenergi.

På samma sätt sker återvinning av kyla i varmt väder – varma tilluftsmassor värmer upp frånluften och deras temperatur sjunker.

Energiåtervinningsprocessen sker i en återvinningvärmeväxlare. Anordningen har ett värmeväxlarelement och fläktar för att pumpa luftflöden i olika riktningar. Ett automatiksystem används för att styra processen och övervaka lufttillförselns kvalitet.

Konstruktionen är utformad så att tillufts- och frånluftsflöden hålls i separata fack och inte blandas – värmeåtervinning sker genom värmeväxlarens väggar.

För att förstå vad ventilation med återvinning är, hjälper en tydlig schema över luftcirkulationen.

Genom frånluftsventiler i våtrum (toalett, badrum, kök) sker utflöde av frånluft. Innan den lämnar byggnaden passerar den genom återvinnaren och lämnar en del av värmen. Tilluften rör sig i motsatt riktning, värms upp och kommer in i bostadsrummen (+)

Ändamålsenligheten med återvinnare i ventilation

Man kan tala om ändamålsenligheten med att installera återvinningsventilation genom att utvärdera systemets effektivitet och jämföra dess fördelar med nackdelar.

Från den frånluft som sugs ut tas en del av värmen och överförs till den friska tilluften som trycks in i rummet. Detta minskar värmeförlusterna med upp till 70% (+)

Behovet av värmeåtervinning är mest relevant i byggnader med mekanisk frånluft. Det rör sig oftast om lågtröga byggnader uppförda med innovativ isoleringsteknik (hus av sandwichpaneler, gasilikatplattor, lättbetongblock).

I sådana byggnader ackumulerar väggarna dåligt värme och naturligt luftutbyte är ineffektivt.

Men problem med luftcirkulation är också typiska för 'traditionella' byggnader av tegel och betong. Täta värme- och ljudisolerande PVC-fönster blockerar den naturliga cirkulationen – tillförseln av frisk luft stoppas, och draget i ventilationskanalen vänder eller går mot noll.

Lösningen på problemet med 'eurofönster' – organisera mekanisk ventilation. Systemet återställer luftväxlingen, men värmeförlusterna ökar till 60%. Och här kan man inte klara sig utan värmerekuperering.

Effektiviteten hos värmeväxlingsprocessen uttrycks i procent och visar hur mycket värme från frånluften som används för att värma upp den friska tilluften.

Verkningsgraden för ventilationsvärmeåtervinning:

• 0% – öppet fönster – varm luft släpps ut i atmosfären, och kall luft kommer in och sänker temperaturen i rummet;
• 100% – tilluften värms upp till frånluftens temperatur – tekniskt omöjligt att uppnå;
• 30-90% – en acceptabel parameter, bra rekuperering anses ha effektivitet på 60% eller mer, verkningsgrad över 80% – utmärkt värmeväxling.

Systemets effektivitet beror på rekuperatortyp, rummets storlek och luftflöde. I vilket fall som helst är det mer fördelaktigt att använda rekuperationsventilation även med en verkningsgrad på 30% än att inte ha den. Förutom betydande besparingar på energi, förbättrar värmeåtervinningen det allmänna inomhusklimatet.

Nackdelar med att använda en värmeväxlare:

1. Energiberoende. Inköp av klimatutrustning är motiverat om elförbrukningen är betydligt mindre än besparingen efter installation av rekuperatorn.
2. Kondensbildning. På grund av temperaturskillnaden på värmeväxlarens väggar kan fukt kondenseras. På vintern finns risk för isbildning, vilket kan leda till en snabb minskning av verkningsgraden eller att rekuperatorn går sönder.
3. Bullrig drift. Vissa modeller avger ett surrande ljud under drift. Om denna nackdel inte är särskilt märkbar under dagen, orsakar bullret obehag på natten. Rekuperatorer med förbättrad isolering arbetar tyst.

Höga initiala investeringar blir ofta det främsta argumentet mot energieffektiv ventilation.

Det är lämpligt att investera i system som betalar sig inom 5–8 år. Man måste ta hänsyn till att underhåll av anläggningen medför extra kostnader, till exempel periodiskt byte av fläktar.

Egenskaper hos olika typer av värmeväxlare

Rekuperatorns konstruktion bestämmer värmebärarens flödesmönster, ventilationssystemets effektivitet, energiförbrukningsklass och utrustningens kostnad. Fem typer av värmeväxlare används: plattvärmeväxlare, roterande, värmerör, kammarenheter och modeller med mellanliggande värmebärare.

Plattåtervinnare – enkel konstruktion

Värmeväxlarens bas är en tät kammare med många parallella luftkanaler. Kanalerna är åtskilda av skiljeväggar – värmeledande plattor tillverkade av stål eller aluminium.

Vågformade plattor (60-70 stycken) är grupperade i ett block så att de bildade kanalerna är placerade i kors med varandra – den skapade turbulensen förbättrar värmeväxlingen (+)

Gasströmmarna rör sig mot varandra, korsas i rekuperatorns kassett men blandas inte. Värmeväxlingen sker genom samtidig kylning och uppvärmning av plattorna från olika sidor.

Fördelar med korsvärmeväxlaren:

• enkel installation och justering av utrustningen;
• uteslutning av kontakt mellan luftmassor;
• överkomlig kostnad och kompakta mått;
• inga nötande eller rörliga delar.

Effektivitetsgraden varierar mellan 40-70%.

Den största nackdelen med plattmodellen är kondensavsättning i frånluftskanalen och isbildning på vintern. För avfrostning av enheten leds den inkommande luftströmmen förbi värmeväxlaren, medan den varma utgående luftströmmen smälter isen på plattorna.

I avfrostningsläge sker ingen energibesparing, för uppvärmning av den inkommande luften används värmare med en effekt på upp till 5 kW. Det genomsnittliga verkningsgradsvärdet sjunker med 20% (+)

Två sätt att lösa problemet:

1. Förvärmning av den inkommande luftströmmen till en temperatur där isbildning utesluts.
2. Rekuperator med plattor av hygroskopisk cellulosa. Materialet absorberar fukt från frånluften och överför den till den inkommande luftströmmen.

Vid val av korsvärmeväxlare bör man ta hänsyn till plattornas driftsegenskaper.

Deras egenskaper beror på tillverkningsmaterialet:

1. Aluminiumfolie – överkomlig kostnad men begränsad prestanda på vintern. Dessutom rekommenderas det inte för bostadsutrymmen på grund av att luften torkas ut. Modifieringar med aluminiumfyllning – optimalt för bastur och pooler.
2. Plastskiljeväggar – priset liknar metallprodukter men har förbättrad effektivitet.
3. Cellulosavärmeväxlare – förhindrar frostbildning och upprätthåller normal fukthalt inomhus.

Hygrocellulosa-rekuperatorn är mest ekonomisk och optimal för ventilation av bostadshus.

Roterande återvinnare – hög systemeffektivitet

Värmeväxlaren är en cylinder fylld med lager av korrugerad metall. När trumman roterar kommer varma eller kalla luftströmmar in i varje fack i tur och ordning.

Konstruktion av rotoråtervinnaren: rotationsaxel och två luftkanaler. En sektion av rotorn värms upp av frånluften, trumman roterar och värmen leds till kalla massor i den angränsande kanalen (+)

Värmeväxlingens verkningsgrad bestäms av rotationshastigheten, effektiviteten kan justeras.

Argument för rotoråtervinnaren:

• värmeåtervinning upp till 65-90%;
• energieffektivitet i elförbrukningen;
• delvis fuktåtervinning – kan klara sig utan luftfuktare;
• återbetalningstid – upp till 4 år.

Trots hög effektivitet har trumväxlaren inte blivit ledande bland liknande system.

Nackdelar med ventilationssystemet:

1. Inblandning av förorenad luft i tilluften. Genom mikrokanaler cirkulerar frånluft och tilluft växelvis, så cirka 3-8% av frånluften återvänder. Trumman överför ofta lukt från avluften.
2. Komplex konstruktion. Rotorns roterande delar kräver regelbundet underhåll och periodiskt byte. Rörliga delar alstrar buller och vibrationer under drift.
3. Hög kostnad. Priset på rotormodeller är högre än på plattvärmeväxlare. Detta beror på användningen av komplex mekanik i trumväxlarens konstruktion.
4. Stor storlek. Installationen sker i en rymlig ventilationskammare.

På grund av sin storlek används rotoraggregat främst inom industri.

För att minimera blandning av luftflöden kompletteras rotoråtervinnare med mellansektorer – här blåses mikrokanaler med frisk luft som återförs till frånluften. Nackdelen med detta schema är minskad verkningsgrad (+)

Kopplade värmeväxlare – glykolmodell

En återvinningsenhet med mellanliggande värmebärare kallas ofta för sammankopplade värmeväxlare eller glykolenhet på grund av konstruktionen. Detta är ett av de mest flexibla värmeåtervinningssystemen. En värmeväxlare installeras i tilluftskanalen och den andra i frånluften.

I kopplingsschemat ingår: cirkulationspump, expansionskärl, luftventil, regulator, temperatursensor, säkerhetsventil, tryckindikator (+)

Arbetsprincip. Glykolblandningen cirkulerar mellan värmeväxlarna. Värmebärarens temperatur ökar tack vare den uppvärmda frånluften, och sedan överförs värmeenergin till friskluften. Det slutna systemet förhindrar att motströmmande luftmassor blandas.

Särdrag hos värmeväxlare med värmebärare:

• Verkningsgrad – 45–55%;
• Effektreglering med pump – hastigheten på frostskyddsmedlet väljs;
• Möjlighet att placera till- och frånluftskanaler på avstånd från varandra (upp till 800 m);
• Montering av värmeftervinnaren sker vertikalt eller horisontellt;
• Vid stark kyla fryser ytan på frånluftsvärmeväxlaren – is bildas; användning av frostskyddsmedel gör att värmeftervinnaren kan användas utan avfrostning;
• Återbetalningstid för systemet – upp till 2 år;
• Kombination av 1 frånluft och flera tillufter eller tvärtom är tillåten.

Volymen på från- och tilluft bör vara ungefär lika. Sådana värmeftervinnare används vanligtvis om tilluften är giftig eller kraftigt förorenad, när blandning av luftströmmarna inte är tillåten.

Kammarenhet – mångsidig användning

Konstruktionsmässigt är kammarvärmeväxlaren en sluten låda som invändigt är delad av en rörlig spjäll. Den öppningsbara skiljeväggen bestämmer värmeftervinnarens arbetsmönster.

Frånluften passerar längs en kanal, medan tilluften kommer in i den andra kammaren. I värmeväxlaren värmer varma massor väggarna i det första facket. Efter en tid flyttas spjället och luftflödet ändrar riktning.

Som ett resultat rör sig tilluften längs de varma väggarna i den första kanalen, medan frånluften värmer ytan i den andra kammaren. Vid en viss tidpunkt återgår skiljeväggen och cykeln upprepas.

Fördelar med kammarvärmeväxlarenheten:

• Verkningsgrad – 80–90%;
• I kombination med bra värmeisolering minimeras uppvärmningskostnaderna;
• Enkel installation – experthjälp behövs vid val av ventilationsaggregatets parametrar;
• Bevarande av fuktnivån;
• Ingen risk för isbildning i systemet.

Kammarvärmeftervinnare är ett utmärkt alternativ för regioner där det under en längre period på året råder en betydande obalans mellan inomhus- och utomhustemperaturen.

Till nackdelarna med värmeåtervinningsenheten hör:

• Behov av regelbundet underhåll av rörliga delar;
• Motströmmande luftströmmar blandas delvis – lukter och föroreningar kan komma tillbaka in i byggnaden.

För att minska inblandningen utrustas systemet med ett filterelement. Luften blir renare, men värmeftervinnarens effektivitet minskar.

Värmerör – slutet värmeväxlingssystem

Värmeftervinnaren består av ett flertal koppar- eller aluminiumrör fyllda med ett lättavdunstande ämne, till exempel freon. Funktionsprincipen för rörvärmeväxlaren bygger på fysikaliska processer – förändring av ämnets tillstånd vid uppvärmning.

Värmeröret placeras vertikalt – den nedre änden av värmeväxlaren i frånluftskanalen och den övre i tilluftsledningen. Utgående strömmar går runt rörets ände – freon värms upp, kokar och förångas (+)

Gasen stiger och avger termisk energi till tilluften, varefter freon kondenseras och rinner ner i återvinnaren. Den termiska cykeln upprepas i en cirkel.

Tekniska och driftmässiga egenskaper hos rörvärmeväxlaren:

• anordningens effektivitet – upp till 65%;
• tyst drift tack vare frånvaron av rörliga delar;
• enkel konstruktion och anspråkslöst underhåll;
• kompakthet – små dimensioner och låg vikt;
• energioberoende – värmeöverföringsmedlet cirkulerar naturligt;

En stor fördel är att tillufts- och returluftsströmmarna inte blandas.

Svagheter hos värmerör:

• hög verkningsgrad uppnås i ett smalt temperaturintervall – vid kraftig överhettning förångas all freon, och vid otillräcklig uppvärmning saktar ångbildningshastigheten;
• låg hållfasthet hos rören – formförändring eller läckage minskar utrustningens funktionsduglighet.

Rörformiga återvinnare används inom privat byggnation, i administrativa byggnader, kontor och små industriområden.

Sätt att organisera återvinningsventilation

Återvinningen ordnas på ett av två sätt: centraliserat eller decentraliserat. I det första fallet passerar ventilationsströmmar från hela rummet genom värmeväxlaren, i det andra från ett enda rum.

Centraliserat system – till- och frånluftsaggregat

Det centraliserade systemet installeras under byggfasen eller vid en omfattande uppgradering av ventilationssystemet.

Ett mekaniskt till- och frånluftsaggregat (TF-aggregat) med inbyggd återvinnare väljs. Huvudkriteriet är systemets totala kapacitet baserat på hela luftvolymen i byggnaden (+)

Ett TF-aggregat med återvinnare ger tillräckligt luftbyte även i hus med täta fönster. Luftströmmarna fördelas jämnt utan att skapa drag.

Kompletta till- och frånluftsaggregat av monoblocktyp är utrustade med:

• fläktar – dygnet-runt-tillförsel av ren luft och utblås av koldioxidmättade strömmar;
• värmare – förvärmning av tilluften;
• filter – håller kvar damm och mikropartiklar;
• återvinnare – olika typer av enheter kan användas.

Vissa TF-aggregats funktionalitet utökas med timer för fördröjd start, effektregulator, fuktighetssensorer etc.

Huset på monoblockmodellerna är täckt med ljuddämpande material, vilket gör ventilationsaggregatets drift mycket tyst. Vertikala, horisontella och upphängda utföranden av ventilationsaggregat är möjliga.

Rekuperativa monoblockventilationsaggregat från: Vents (Ukraina), Dantherm (Danmark), Daikin (Japan), Dantex (England) har visat sig vara mycket bra.

Lokala aggregat – komplement till befintligt ventilationssystem

För att återställa cirkulationen av luftmassor i ett befintligt rum lämpar sig decentraliserade tilluftsdon med värmeåtervinning.

De installeras i byggnadens fasad eller monteras genom fönstret. Deras huvudsakliga uppgift är att förbättra tilluftsventilationen i huset.

I lokala värmeåtervinnare finns en fläkt och en plattvärmeväxlare. Tilluftsdonets 'hylsa' är isolerad med ljuddämpande material. Styrenheten för kompakta ventilationsaggregat placeras på innerväggen.

Egenskaper hos decentraliserade ventilationssystem med värmeåtervinning:

• Verkningsgrad – 60-96%;
• låg kapacitet – enheterna är avsedda för luftväxling i rum upp till 20-35 kvm;
• överkomligt pris och ett brett urval av aggregat, från vanliga väggventiler till automatiserade modeller med flerstegsfiltrering och möjlighet att justera fuktigheten;
• enkel installation – för driftsättning krävs inga kanaldragningar, installera väggventilen kan göras själv.

Populära tillverkare av lokala värmeåtervinnare: Prana (Ukraina), O.Erre (Italien), Blizzard (Tyskland), Vents (Ukraina), Aerovital (Tyskland).

Viktiga urvalskriterier för väggtilluftsdon: tillåten väggtjocklek, kapacitet, värmeåtervinningsverkningsgrad, luftkanalens diameter och temperaturen på överförd medium.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Jämförelse av funktionen hos naturlig ventilation och ett forcerat system med värmeåtervinning:

Funktionsprincip för centraliserad värmeåtervinnare, beräkning av verkningsgrad:

Konstruktion och arbetsförlopp för en decentraliserad värmeväxlare med exemplet väggventil Prana:

Genom ventilationssystemet försvinner cirka 25-35% av värmen från rummet. För att minska förlusterna och effektivt återvinna värme används värmeåtervinnare. Klimatutrustningen gör det möjligt att använda energin från frånluften för att värma tilluften.

Har du något att tillägga eller har du frågor om hur olika ventilationsaggregat fungerar? Lämna gärna kommentarer till inlägget och dela med dig av dina erfarenheter av sådana installationer. Kontaktformuläret finns i det nedre blocket.