Varmegenvinding i ventilationssystemer: funktionsprincip og udførelsesvarianter

Under ventilation fjernes ikke kun brugt luft fra rummet, men også en del af den termiske energi. Om vinteren fører dette til højere energiomkostninger.

Varmegenvinding i ventilationssystemer af centraliseret og lokal type kan reducere unødvendige omkostninger uden at gå på kompromis med luftudskiftningen. Til genvinding af termisk energi anvendes forskellige typer varmevekslere – genvindere.

Artiklen beskriver detaljeret modeller af enheder, deres konstruktionsegenskaber, arbejdsprincipper, fordele og ulemper. Den præsenterede information hjælper med at vælge den optimale løsning til indretning af et ventilationssystem.

Begrebet varmegenvinding: varmevekslerens virkemåde

Oversat fra latin betyder genvinding erstatning eller tilbageførsel. Med hensyn til varmevekslingsreaktioner karakteriseres genvinding som en delvis tilbageførsel af energi brugt til en teknologisk handling med henblik på genbrug i samme proces.

I ventilationssystemet bruges genvindingsprincippet til at spare termisk energi.

Tilsvarende sker der genvinding af køling i varmt vejr – varme indblæsningsmasser opvarmer den udgående 'brugte' luft, og deres temperatur falder.

Processen med energigenvinding foregår i en genvindingsvarmeveksler. Enheden omfatter et varmevekslerelement og ventilatorer til at pumpe modsatrettede luftstrømme. Til styring af processen og kvalitetskontrol af lufttilførslen anvendes et automatiseringssystem.

Konstruktionen er designet således, at tillufts- og fra-luftstrømmene befinder sig i separate sektioner og ikke blandes – varmegenindvinding sker gennem varmevekslerens vægge.

For at forstå, hvad ventilation med genvinding er, kan en overskuelig illustration af luftcirkulationen hjælpe.

Gennem emhætter i fugtige rum (toilet, badeværelse, køkken) sker der udstrømning af brugt luft. Inden den fjernes til det fri, passerer den gennem genvinderen og efterlader en del af varmen. Den tilførte luft bevæger sig i modsat retning, opvarmes og tilføres opholdsrum (+).

Formålstjenligheden af en genvinder i ventilation

Man kan tale om hensigtsmæssigheden af at etablere genvindingsventilation ved at vurdere systemets effektivitet og afveje dets fordele mod ulemperne.

Fra den udsugede luft, der trækkes ud, opsamles en del af varmen og overføres til de indblæste friske luftstrømme, der ledes ind i rummet. Dette kan reducere varmetabet med op til 70% (+).

Nødvendigheden af at anvende varmegenindvinding er mest relevant i bygninger med mekanisk luftudsugning. Typisk er dette letvægtsbygninger opført med innovative varmeisoleringsteknologier (huse af sandwichpaneler, gassilikatplader, skumbetonblokke).

I sådanne bygninger akkumulerer væggene dårligt varme, og naturlig luftudskiftning er ineffektiv.

Men problemer med luftcirkulation er også typiske for 'traditionelle' bygninger af mursten og beton. Tætte, varme- og lydisolerende PVC-vinduer blokerer den naturlige cirkulation – tilførslen af frisk luft stopper, og trækket i ventilationskanalen vender eller går mod nul.

Løsningen på problemet med 'eurovinduer' – organisering af mekanisk ventilation. Systemet genopretter luftskiftet, men varmetabet øges til 60%. Og her kan man ikke undvære varmegenvinding.

Effektiviteten af udvekslingsprocessen udtrykkes i procent og viser, hvor meget varme fra udsugningsluften, der bruges til at opvarme den friske 'tilluft'.

Virkningsgraden for varmegenvinding i ventilationen:

• 0% – åbent vindue – varm luft fjernes til atmosfæren, og kold luft kommer ind, hvilket sænker temperaturen i rummet;
• 100% – tilluften opvarmes til udsugningsluftens temperatur – teknisk set umuligt at opnå;
• 30-90% – acceptabel parameter, god varmegenvinding anses for at have en effektivitet på 60% eller mere, virkningsgrad over 80% – fremragende varmeveksling.

Systemets effektivitet afhænger af rekuperatortypen, rummets størrelse og luftmængden. Under alle omstændigheder er det mere fordelagtigt at bruge ventilationsgenvinding selv med en virkningsgrad på 30% end slet ikke at have den. Ud over betydelige besparelser på energiressourcer forbedrer 'regenereringen' af varme det overordnede indeklima i rummet.

Ulemper ved brug af varmeveksler:

1. Strømafhængighed. Køb af klimaudstyr er berettiget, hvis elforbruget er markant lavere end besparelsen efter installation af rekuperatoren.
2. Kondensdannelse. På grund af temperaturforskellen på varmevekslerens vægge kan der kondensere fugt. Om vinteren er der risiko for isdannelse, hvilket kan føre til en hurtig nedgang i virkningsgraden eller at rekuperatoren svigter.
3. Støjende drift. Nogle modeller udsender en brummen under drift. Hvis denne ulempe ikke er særlig mærkbar om dagen, så er støjen ubehagelig om natten. Rekuperatorer med forbedret isolering arbejder stille.

Høje initiale investeringer bliver ofte det primære argument mod energieffektiv ventilation.

Det er hensigtsmæssigt at investere i et system, der betaler sig inden for 5-8 år. Man skal være opmærksom på, at vedligeholdelse af anlægget vil medføre ekstra omkostninger, for eksempel periodisk udskiftning af ventilatorer.

Egenskaber ved forskellige typer varmevekslere

Rekuperatorens konstruktion bestemmer varmebærerens bevægelsesmønster, ventilationssystemets effektivitet, energiforbrugsklasse og udstyrets pris. Der anvendes fem typer varmevekslere: plade-, rotor-, varmeslanger, kammereenheder og modeller med mellemliggende varmebærer.

Pladegenvinder – enkel konstruktion

Varmevekslerens basis er et hermetisk lukket kammer med mange parallelle luftkanaler. Kanalerne er adskilt af skillevægge – varmeledende plader lavet af stål eller aluminium.

Bølgeformede plader (60-70 stk.) er grupperet i én blok, så de dannede kanaler er placeret på tværs af hinanden – den skabte turbulens forbedrer varmeoverførslen (+)

Gasstrømmene bevæger sig mod hinanden, krydser hinanden i rekuperatorens kassette, men blandes ikke. Varmevekslingen sker ved samtidig afkøling og opvarmning af pladerne fra forskellige sider.

Fordele ved krydsvarmeveksleren:

• enkel installation og justering af udstyret;
• undgåelse af kontakt mellem luftmasser;
• overkommelig pris og kompakte dimensioner;
• ingen gnidnings- eller bevægelige dele.

Effektivitetsindekset varierer mellem 40-70%.

Den største ulempe ved plademodellen er kondensaflejring i aftrækskanalen og isdannelse om vinteren. For at afrime enheden ledes indstrømningen uden om varmeveksleren, og den varme udstrømning smelter isen på pladerne.

I 'afrimnings'-tilstand sker der ingen energibesparelse, og der anvendes varmeblæsere med en effekt på op til 5 kW til opvarmning af indblæsningsluften. Den gennemsnitlige virkningsgrad falder med 20% (+)

Der er to mulige løsninger på problemet:

1. Forvarmning af indblæsningsluften til en temperatur, hvor isdannelse er udelukket.
2. Rekuperator med plader af hygroskopisk cellulose. Materialet opsuger fugt fra udsugningsluften og overfører den til den indblæste luft.

Ved valg af krydsvarmeveksler bør man overveje pladernes driftskarakteristika.

Deres egenskaber afhænger af fremstillingsmaterialet:

1. Aluminiumsfolie – overkommelig pris, men begrænset ydelse om vinteren. Desuden anbefales det ikke til beboelsesrum på grund af udtørring af luften. Modifikationer med aluminiums 'fyld' – optimal til saunaer og svømmebade.
2. Plastskillevægge – prismæssigt svarende til metalprodukter, men med forbedret driftseffektivitet.
3. Cellulosevarmeveksler – forhindrer isdannelse og opretholder normalt fugtindhold indendørs.

Hygrocellulose-rekuperatoren er mest økonomisk og optimal til ventilation af beboelsesbygninger.

Rotorgenvinder – høj systemeffektivitet

Varmeveksleren ser ud som en cylinder fyldt med lag af bølgeplade. Efterhånden som tromlen roterer, strømmer varm eller kold luft skiftevis ind i hver sektion.

Konstruktion af rotorisk varmegenvinder: rotationsaksel og to luftkanaler. En del af rotoren opvarmes af 'udstødningsluften', tromlen drejer rundt, og varmen overføres til de kolde luftmasser i den tilstødende kanal (+)

Varmevekslingens virkningsgrad bestemmes af rotorhastigheden, og arbejdseffektiviteten kan justeres.

Argumenter for rotorisk varmegenvinder:

• Varmegenvinding op til 65-90%;
• Energieffektivitet i strømforbrug;
• Delvis fugtgenvinding – man kan undvære en luftfugter;
• Tilbagebetalingstid – op til 4 år.

På trods af den høje effektivitet er tromlevarmeveksleren ikke blevet førende blandt tilsvarende enheder.

Ulemper ved ventilationssystemet:

1. Indblanding af forurenet luft i indblæsningen. Gennem mikrokanalerne cirkulerer udsugnings- og indblæsningsluft skiftevis, så omkring 3-8% af 'udstødningsluften' vender tilbage. Tromlen overfører ofte lugten fra den udgående luft.
2. Kompleks konstruktion. Rotorens bevægelige dele kræver regelmæssig vedligeholdelse og periodisk udskiftning. De bevægelige dele genererer støj og vibrationer under drift.
3. Høj pris. Prisen på rotoriske modeller er højere end på pladevarmevekslere. Dette skyldes brugen af kompleks mekanik i tromlevarmevekslerens konstruktion.
4. Store dimensioner. Installationen foregår i en rummelig ventilationskammmer.

På grund af deres omfang bruges rotoriske anlæg hovedsageligt i industrielle virksomheder.

For at minimere blanding af luftstrømme suppleres rotoriske varmegenvindere med mellemsektorer – her blæses mikrokanalerne igennem med frisk luft, som derefter føres tilbage til udsugningen. Ulempen ved dette design er reduceret virkningsgrad (+)

Forbundne varmevekslere – glykolmodel

En varmegenvindingsenhed med mellemliggende varmebærer kaldes ofte for sammenkoblede varmevekslere eller glykolaggregat på grund af konstruktionsegenskaberne. Dette er et af de mest fleksible varmegenvindingssystemer. Den ene varmeveksler monteres i indblæsningskanalen, og den anden i udsugningskanalen.

I rørlayoutet indgår: cirkulationspumpe, ekspansionsbeholder, luftventil, controller, temperaturføler, sikkerhedsventil, trykindikator (+)

Arbejdsprincip. En glykolblanding cirkulerer mellem varmevekslerne. Varmebærerens temperatur stiger på grund af den opvarmede udsugningsstrøm, og derefter overføres varmeenergien til frisk luft. Det lukkede system forhindrer blanding af modstrømmende luftmasser.

Funktioner ved varmevekslere med varmebærer:

• Virkningsgrad – 45-55%;
• Justering af effektivitet ved hjælp af pumpe – hastigheden af frostvæsken vælges;
• Mulighed for at placere til- og aftrækskanaler fjernt fra hinanden (op til 800 m);
• Montering af rekuperatoren sker lodret eller vandret;
• Ved streng frost fryser overfladen af aftræksvarmeveksleren til – der opstår is; brugen af frostvæske gør det muligt at betjene rekuperatoren uden at skulle afrime;
• Tilbagebetalingstid for systemet – op til 2 år;
• Kombination af 1 aftræk og flere tilstrømninger eller omvendt er tilladt.

Mængden af udsugnings- og indblæsningsluft skal være omtrent lige stor. Sådanne rekuperatorer bruges normalt, hvis tilstrømningen er giftig eller stærkt forurenet, når blanding af strømmene er uacceptabel.

Kammermodul – alsidig anvendelse

Konstruktionsmæssigt er en kammervarmeveksler en lukket kasse, indvendigt opdelt af en bevægelig spjæld. Den åbne skillevæg bestemmer rekuperatorens arbejdsprincip.

Aftrækket løber langs en kanal, og tilstrømningen kommer ind i andet kammer. I varmeveksleren opvarmer de varme masser væggene i første rum. Efter et stykke tid flyttes spjældet, og luftstrømmen skifter retning.

Som et resultat bevæger tilstrømningen sig langs de varme vægge i den første luftkanal, og 'udsugningen' opvarmer overfladen af det andet kammer. På et bestemt tidspunkt vender skillevæggen tilbage, og cyklussen gentages.

Fordele ved kammervarmevekslermodulet:

• Virkningsgrad – 80-90%;
• I kombination med god varmeisolering reduceres varmeomkostningerne til et minimum;
• Enkel installation – hjælp fra fagfolk vil være nødvendig ved valg af parametre for ventilationsanlægget;
• Bibeholdelse af fugtighedsniveau;
• Isdannelse på systemet er udelukket.

Kammerekuperator er et fremragende valg for regioner, hvor der i løbet af året i en længere periode er en betydelig ubalance mellem indendørs- og udendørstemperatur.

Til ulemperne ved varmegenvindingsmodulet hører:

• Behov for regelmæssig vedligeholdelse af bevægelige dele;
• Modstrømmende luftstrømme blandes delvist – lugt og urenheder kan komme tilbage ind i bygningen.

For at reducere indblanding er systemet udstyret med et filterelement. Luften bliver renere, men rekuperatorens effektivitet falder.

Varmepiber – lukket varmeoverførselssystem

Rekuperatoren består af mange kobber- eller aluminiumsrør, fyldt med et letfordampende stof, f.eks. freon. Funktionsprincippet for rørvarmeveksleren er baseret på fysiske processer – ændring af stoffets tilstand ved opvarmning.

Termorøret placeres lodret – den nederste ende af varmeveksleren i aftrækskanalen, og den øverste i tilluftskanalen. De udgående strømninger omgiver rørets ende – freon opvarmes, koger og fordamper (+)

Gassen stiger op og afgiver varmeenergi til tilluften, hvorefter freon kondenserer og løber ned i rekuperatoren. Den termiske cyklus gentages.

Tekniske og driftsmæssige egenskaber ved rørformet varmeveksler:

• enhedens effektivitet – op til 65%;
• støjsvag drift takket være fravær af bevægelige dele;
• enkel konstruktion og ukompliceret vedligeholdelse;
• kompakthed – små dimensioner og lav vægt;
• energiuafhængighed – varmebæreren cirkulerer naturligt;

En afgørende fordel er, at tillufts- og returluftsstrømmene ikke blandes.

Svage sider ved varmerør:

• høj virkningsgrad opnås i et smalt temperaturområde – ved pludselig overophedning fordamper al freon, og ved utilstrækkelig opvarmning aftager fordampningsintensiteten;
• lav rørstyrke – formændring eller tryktab reducerer udstyrets ydeevne.

Rørformede rekuperatorer anvendes i privat byggeri, i administrative og kontorbygninger samt små industrielle områder.

Metoder til organisering af genvindingsventilation

Rekuperation indrettes på én af to måder: centraliseret og decentraliseret. I det første tilfælde passerer ventilationsstrømme fra hele rummet gennem varmeveksleren, i det andet – fra et rum.

Centraliseret anlæg – indblæsnings- og udsugningsenhed

Centraliseret system indrettes under byggefasen eller ved omfattende modernisering af ventilationssystemet.

Der vælges et tvunget til- og aftræksaggregat (PVU) med indbygget rekuperator. Hovedkriteriet for valg er systemets samlede kapacitet baseret på hele luftvolumen i bygningen (+)

PVU med rekuperator sikrer tilstrækkelig luftskifte selv i huse med tætte vinduer. Luftsstrømmene fordeles jævnt uden at skabe træk.

Komplette til- og aftræksaggregater af monobloktype er udstyret med:

• ventilatorer – døgnkontinuerlig tilførsel af ren luft og udstødning af stråler mættet med kuldioxid;
• varmere – forvarmning af tilluften;
• filtre – tilbageholder støv og mikropartikler;
• rekuperator – der kan anvendes forskellige typer af anlæg.

Funktionaliteten af nogle PVU'er er udvidet med en indstillings timer, effektregulator, fugtighedssensorer osv.

Huset på monoblock-modeller er beklædt med lydabsorberende materiale, så ventilationsaggregatet arbejder meget støjsvagt. Der fås lodrette, vandrette og ophængte udførelser.

Genvindingsmonoblock-PVU'er fra følgende producenter har vist sig gode: Vents (Ukraine), Dantherm (Danmark), Daikin (Japan), Dantex (England).

Lokale enheder – supplement til eksisterende ventilationssystem

Til at genoprette luftcirkulationen i et eksisterende rum er decentrale tilførselsaggregater med varmegenvinding velegnede.

De monteres i bygningens facade eller monteres gennem vinduet. Deres hovedopgave er at forbedre tilførselsventilationen i huset.

I lokale genvindingsaggregater er der en ventilator og en pladevarmeveksler. Tilførselsaggregatets slange er isoleret med lydabsorberende materiale. Styreenheden til kompakte ventilationsaggregater placeres på indervæggen.

Kendetegn ved decentrale ventilationssystemer med varmegenvinding:

• Virkningsgrad – 60-96%;
• Lav kapacitet – enhederne er beregnet til at sikre luftskifte i rum op til 20-35 m²;
• Overkommelig pris og bredt udvalg af aggregater, lige fra almindelige vægventiler til automatiserede modeller med flertrins filtreringssystem og mulighed for justering af fugtighed;
• Let montering – der kræves ingen luftkanaler for at tage den i brug, du kan selv installere en vægventil.

Populære producenter af lokale genvindingsaggregater: Prana (Ukraine), O.Erre (Italien), Blizzard (Tyskland), Vents (Ukraine), Aerovital (Tyskland).

Vigtige kriterier ved valg af vægmonteret tilførselsaggregat: tilladt vægtykkelse, kapacitet, genvindingsaggregatets virkningsgrad, luftkanalens diameter og temperaturen af den overførte luft.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Sammenligning af naturlig ventilation og mekanisk system med varmegenvinding:

Funktionsprincip for central genvindingsenhed, beregning af virkningsgrad:

Opbygning og arbejdsgang for decentral varmeveksler med eksempel på vægventilen Prana:

Gennem ventilationssystemet forlader omkring 25-35% af varmen rummet. For at reducere tab og effektiv varmegenvinding anvendes genvindingsenheder. Klimaudstyret gør det muligt at udnytte energien fra den udgående luft til at opvarme den indkommende luft.

Er der noget at tilføje, eller har du spørgsmål om forskellige ventilationsgenvindere? Efterlad venligst kommentarer til indlægget, del din erfaring med at bruge sådanne enheder. Kontaktformularen findes i nederste blok.