Balanceret ventilation med varmegenvinding: funktionsprincip, gennemgang af fordele og ulemper

Tilførsel af frisk luft i den kolde årstid medfører behov for opvarmning for at sikre et godt indeklima. For at minimere elforbruget kan der anvendes til- og udsugningsventilation med varmegenvinding.

Forståelse af principperne for dens funktion gør det muligt at reducere varmetab mest effektivt, samtidig med at der opretholdes tilstrækkelig udskiftning af luft. Lad os prøve at se nærmere på dette spørgsmål.

Energibesparelse i ventilationssystemer

I efterårs- og forårsperioden er en stor temperaturforskel mellem den indkommende og den indendørs luft et alvorligt problem ved ventilation af rum. Den kolde strøm går nedad og skaber et ugunstigt indeklima i boliger, kontorer og i produktionen eller en uacceptabel vertikal temperaturgradient på et lager.

En almindelig løsning på problemet er at integrere en luftvarmer i tilførselsventilationen, som opvarmer strømmen. Et sådant system kræver elforbrug, mens en betydelig mængde varm luft, der forlader bygningen, fører til store varmetab.

Luft, der strømmer ud med intens damp, er en indikator for betydelige varmetab, som kan bruges til at opvarme den indkommende strøm.

Hvis indblæsnings- og udsugningskanalerne er placeret ved siden af hinanden, kan varme fra den udgående strøm delvist overføres til den indgående. Dette kan reducere elforbruget til luftvarmeren eller helt undgå den. En anordning, der sikrer varmeveksling mellem gasstrømme med forskellige temperaturer, kaldes en varmeveksler (rekuperator).

I den varme årstid, når udendørstemperaturen er væsentligt højere end rumtemperaturen, kan varmeveksleren bruges til at køle den indkommende strøm.

Opbygning af en enhed med varmeveksler

Det indre design af til- og udsugningsventilationssystemer med en integreret varmeveksler er ret simpelt, så det er muligt selv at købe og installere komponenterne. Hvis samling eller selvmontering er problematisk, kan man købe færdige løsninger i form af standard monoblokke eller individuelle modulære konstruktioner efter ordre.

Typisk skema for en til- og udsugningsventilationssystem med en rekuperator placeret i et enkelt kabinet kan suppleres med andre komponenter efter brugerens skøn.

Grundlæggende elementer og deres parametre

Kabinet med varme- og lydisolering er normalt lavet af stålplader. Ved vægmontering skal det kunne modstå det tryk, der opstår, når huller omkring enheden skummes, og også forhindre vibrationer fra ventilatorernes drift.

I tilfælde af distribueret udsugning og indblæsning af luft i forskellige rum tilsluttes et kanalsystem til kabinettet. Det er udstyret med ventiler og spjæld til fordeling af strømme.

Hvis der ikke er kanaler, monteres et gitter eller en diffusor på indblæsningsåbningen på rummesiden for at fordele luftstrømmen. På indblæsningsåbningen mod gaden monteres en udendørs luftindtagsrist for at forhindre, at fugle, store insekter og snavs trænger ind i ventilationssystemet.

Luftbevægelsen leveres af to ventilatorer af aksial- eller centrifugaltype. Hvis der er en rekuperator, er naturlig luftcirkulation i tilstrækkelig mængde umulig på grund af den aerodynamiske modstand, denne komponent skaber.

Tilstedeværelsen af en rekuperator indebærer installation af fine filtre ved indløbet af begge strømme. Dette er nødvendigt for at reducere tilstopningsintensiteten af varmevekslerens fine kanaler med støv og fedtaflejringer. Ellers vil det være nødvendigt at øge hyppigheden af vedligeholdelsesarbejde for at systemet kan fungere optimalt.

Fine filtre skal jævnligt udskiftes eller renses. Ellers vil den øgede modstand mod luftstrømmen forårsage svigt af ventilatorerne.

En eller flere rekuperatorer optager hovedvolumen af til- og udsugningsenheden. De monteres i midten af konstruktionen.

I tilfælde af typisk strenge frostgrader i området og utilstrækkelig rekuperatoreffektivitet til opvarmning af udendørsluft kan der installeres en ekstra varmelegeme. Om nødvendigt monteres også en luftfugter, ionisator og andre anordninger for at skabe et gunstigt indeklima.

Moderne modeller har en elektronisk styreenhed. Komplekse varianter har funktioner til programmering af driftstilstande afhængigt af luftmiljøets fysiske parametre. Udvendige paneler har et attraktivt udseende, så de let kan integreres i ethvert ruminteriør.

Løsning af problemet med kondensdannelse

Afkøling af luften, der kommer fra rummet, skaber betingelser for frigivelse af fugt og dannelse af kondens. Ved høj strømningshastighed når størstedelen ikke at samle sig i rekuperatoren og slippes ud. Ved langsom luftbevægelse forbliver en stor del af vandet inde i enheden. Derfor er det nødvendigt at sikre opsamling af fugt og udledning uden for tillufts- og aftrækssystemets kabinet.

Det enkleste apparat til opsamling og bortledning af kondens er en bakke placeret under rekuperatoren med hældning mod afløbshullet.

Fugt bortledes til en lukket beholder. Den placeres kun indendørs for at undgå frost i afløbskanalerne ved minusgrader. Der er ingen pålidelig algoritme til beregning af den opnåede vandmængde ved brug af systemer med rekuperator, så den bestemmes eksperimentelt.

Genanvendelse af kondens til luftfugtning er ikke ønskelig, da vandet optager mange forurenende stoffer som menneskelig sved, lugte osv.

Man kan reducere kondensmængden betydeligt og undgå relaterede problemer ved at organisere et separat aftrækssystem fra badeværelset og køkkenet. Det er netop i disse rum, luften har den højeste fugtighed. Ved flere aftrækssystemer skal luftudvekslingen mellem teknisk zone og beboelseszone begrænses ved installation af tilbageløbsventiler.

Hvis den udgående luftstrøm afkøles til minusgrader inde i rekuperatoren, omdannes kondensen til is, hvilket reducerer strømningens frie tværsnit og som følge heraf mindskes eller helt ophører ventilationen.

Til periodisk eller engangsoptøning af rekuperatoren installeres en bypass – en bypass-kanal til tilluftens bevægelse. Når strømmen ledes uden om enheden, ophører varmeafgivelsen, varmeveksleren opvarmes, og isen omdannes til flydende tilstand. Vandet løber ned i kondensopsamlingsbeholderen eller fordamper ud.

Princippet for bypass-konstruktionen er enkelt, så ved risiko for isdannelse er det hensigtsmæssigt at forudsætte en sådan løsning, da optøning af rekuperatoren på andre måder er kompliceret og tidskrævende.

Når luftstrømmen passerer gennem bypass, opvarmes tilluften ikke af rekuperatoren. Derfor skal en varmelegeme automatisk tændes, når denne tilstand aktiveres.

Egenskaber ved forskellige typer varmevekslere

Der findes flere konstruktivt forskellige varianter af varmeveksling mellem kolde og varme luftstrømme. Hver af dem har sine særpræg, som bestemmer hovedformålet for hver type genvinder.

Plade-krydsstrømsvarmeveksler

Grundkonstruktionen af pladegenvinderen består af tyndvæggede paneler, der er forbundet skiftevis for at veksle gennemstrømning af forskellige temperaturstrømme i 90 graders vinkel. En af modifikationerne af denne model er en anordning med ribbede kanaler til luftgennemstrømning. Den har en højere varmeoverførselskoefficient.

Skiftevis gennemstrømning af varm og kold luft gennem pladerne opnås ved at bøje pladernes kanter og forsegle samlingerne med polyesterharpiks.

Varmevekslerpaneler kan være fremstillet af forskellige materialer:

• kobber, messing og legeringer baseret på aluminium har god varmeledningsevne og er ikke modtagelige for rust;
• plastik af polymert hydrofobt materiale med høj varmeledningskoefficient har lav vægt;
• hygroskopisk cellulose tillader kondensat at trænge gennem pladen og komme tilbage ind i rummet.

Ulempen er muligheden for kondensdannelse ved lave temperaturer. På grund af den lille afstand mellem pladerne øger fugt eller is væsentligt den aerodynamiske modstand. I tilfælde af tilfrysning skal den indkommende luftstrøm afbrydes for at opvarme pladerne.

Fordelene ved pladegenvindere er følgende:

• lav pris;
• lang levetid;
• lang periode mellem forebyggende vedligeholdelse og enkel udførelse;
• små mål og vægt.

Denne type genvinder er mest almindelig i boliger og kontorer. Den bruges også i nogle teknologiske processer, for eksempel til at optimere brændstofforbrænding ved ovndrift.

Tromle- eller rotortype

Princippet for en rotorgenvinder er baseret på rotation af en varmeveksler, indeni hvilken der er lag af bølgeplademetal med høj varmekapacitet. Som følge af interaktion med den udgående strøm opvarmes tromlesektoren, som efterfølgende afgiver varme til den indkommende luft.

Den fintmaskede varmeveksler i rotorgenvinderen er tilbøjelig til tilstopning, derfor skal der lægges særlig vægt på kvalitetsarbejdet af finfiltre.

Fordelene ved rotorgenvindere er følgende:

• ret høj virkningsgrad sammenlignet med konkurrerende typer;
• tilbageførsel af en stor mængde fugt, som som kondensat forbliver på tromlen og fordamper ved kontakt med den indkommende tørre luft.

Denne type varmeveksler bruges sjældnere i beboelsesbygninger til lejligheds- eller husventilation. Den anvendes ofte i store fyrrum til at returnere varme til ovne eller til store industrielle eller kommercielle underholdningslokaler.

Men denne type enhed har betydelige ulemper:

• relativt kompleks konstruktion med bevægelige dele, inklusive en elektromotor, tromle og remtræk, hvilket kræver regelmæssig vedligeholdelse;
• forhøjet støjniveau.

Nogle gange for enheder af denne type kan man støde på udtrykket “regenerativ varmeveksler”, hvilket er mere korrekt end “varmeveksler”. Sagen er, at en lille del af den udgående luft kommer tilbage på grund af, at tromlen ikke slutter tæt til konstruktionens hus.

Dette pålægger yderligere begrænsninger for muligheden for at bruge denne type enhed. For eksempel kan forurenet luft fra varmeovne ikke anvendes som varmebærer.

System baseret på rør og kappe

En rørvarmeveksler består af et system af tyndvæggede rør med lille diameter placeret i en isoleret kappe, gennem hvilke udeluften tilføres. Den varme luftmasse fra rummet føres ud gennem kappen og opvarmer den indkommende strøm.

Udsugning af varm luft skal ske gennem kappen, ikke gennem rørsystemet, da det er umuligt at fjerne kondensat fra dem

De vigtigste fordele ved rørvarmevekslere er:

• høj virkningsgrad takket være modstrømsprincippet for varmebærer og indkommende luft;
• enkel konstruktion og ingen bevægelige dele giver lav støj og sjældent behov for vedligeholdelse;
• lang levetid;
• mindste tværsnit blandt alle typer varmevekslingsenheder.

Rør til denne type enhed er enten af letmetal eller, sjældnere, af polymer. Disse materialer er ikke hygroskopiske, så ved stor temperaturforskel mellem strømmene kan der dannes kraftig kondens i kappen, hvilket kræver en konstruktiv løsning til fjernelse. En anden ulempe er, at metalindholdet har betydelig vægt på trods af de små dimensioner.

Den enkle konstruktion af rørvarmeveksleren gør denne type enhed populær til hjemmebyggeri. Som ydre kappe anvendes normalt plastrør til luftkanaler, isoleret med polyurethanskal.

Enhed med mellemliggende varmebærer

Nogle gange er indblæsnings- og udsugningskanaler placeret i afstand fra hinanden. Denne situation kan opstå på grund af bygningens tekniske egenskaber eller hygiejnekrav om pålidelig adskillelse af luftstrømmene.

I dette tilfælde anvendes en mellemliggende varmebærer, der cirkulerer mellem luftkanalerne via et isoleret rør. Som medium til overførsel af varmeenergi anvendes vand eller en vand-glykolblanding, hvis cirkulation sikres af driften af en varmepumpe.

Varmegenvinderen med mellemliggende varmebærer er en stor og dyr enhed, hvis anvendelse er økonomisk berettiget for rum med store arealer.

Hvis det er muligt at bruge en anden type varmegenvinder, bør man undgå at anvende systemet med mellemliggende varmebærer, da det har følgende væsentlige ulemper:

• Lav effektivitet sammenlignet med andre typer enheder, derfor anvendes sådanne enheder ikke til små rum med lav luftstrøm;
• Betydelig størrelse og vægt af hele systemet;
• Behov for en ekstra elektrisk pumpe til væskecirkulation;
• Forøget støj fra pumpens drift.

Der findes en modifikation af dette system, hvor man i stedet for tvungen cirkulation af varmevekslervæsken anvender et medium med lavt kogepunkt, for eksempel freon. I dette tilfælde er bevægelse i kredsløbet mulig på naturlig vis, men kun hvis indblæsningskanalen er placeret over udsugningskanalen.

Et sådant system kræver ikke ekstra elforbrug, men fungerer kun til opvarmning ved en betydelig temperaturforskel. Derudover er det nødvendigt at finjustere punktet for faseændring af varmevekslervæsken, hvilket kan opnås ved at skabe det nødvendige tryk eller en bestemt kemisk sammensætning.

Vigtigste tekniske parametre

Ved at kende den nødvendige ydelse af ventilationssystemet og varmegenvinderens varmevekslingseffektivitet, kan man nemt beregne besparelsen på opvarmning af luften til rummet under specifikke klimatiske forhold. Ved at sammenligne den potentielle fordel med omkostningerne til køb og vedligeholdelse af systemet, kan man med rette vælge mellem en varmegenvinder eller en standard varmebatteri.

Ofte tilbyder udstyrsproducenter en modelserie, hvor ventilationsblokke med lignende funktionalitet adskiller sig i luftskiftevolumen. For beboelsesrum skal denne parameter beregnes i henhold til tabel 9.1 i SP 54.13330.2016.

Virkningsgrad

Med varmegenvinderens virkningsgrad forstås varmeoverførselseffektiviteten, som beregnes efter følgende formel:

K = (T_p – T_n) / (T_v – T_n)

Hvor:

• T_p – temperaturen på den indgående luft til rummet;
• T_n – temperaturen på udendørsluften;
• T_v – temperaturen på luften i rummet.

Den maksimale effektivitet ved standard luftstrømningshastighed og en bestemt temperaturtilstand angives i enhedens tekniske dokumentation. Den faktiske værdi vil være lidt lavere.

Ved egen fremstilling af en plade- eller rørvarmeveksler for at opnå maksimal varmeoverførselseffektivitet skal følgende regler overholdes:

• Den bedste varmeoverførsel leveres af modstrømsenheder, derefter krydsstrømsenheder, og den laveste af enheder med ensrettet bevægelse af begge strømme.
• Intensiteten af varmeoverførslen afhænger af materialet og tykkelsen af væggene, der adskiller strømmene, samt af hvor længe luften forbliver inde i enheden.

Når man kender varmevekslerens effektivitet, kan man beregne dens energieffektivitet ved forskellige udendørs- og indendørstemperaturer:

E (W) = 0,36 x P x K x (T_v – T_n)

hvor P (m³/time) er luftstrømmen.

Beregning af varmevekslerens effektivitet i monetære termer og sammenligning med omkostningerne ved køb og installation for et to-etagers sommerhus med et samlet areal på 270 m2 viser hensigtsmæssigheden af at installere et sådant system.

Omkostningerne ved varmevekslere med høj effektivitet er ret høje, de har en kompleks konstruktion og betydelige dimensioner. Nogle gange kan disse problemer omgås ved at installere flere enklere enheder, så den indkommende luft passerer sekventielt gennem dem.

Ventilationssystemets ydelse

Mængden af gennemstrømmende luft bestemmes af statisk tryk, som afhænger af blæserens effekt og af de hovedkomponenter, der skaber aerodynamisk modstand. Som regel er en præcis beregning ikke mulig på grund af kompleksiteten af den matematiske model, derfor udføres eksperimentelle undersøgelser for typiske monoblokkonstruktioner, og for individuelle enheder foretages komponentvalg.

Blæserens effekt skal vælges under hensyntagen til kapaciteten af de installerede varmevekslere af enhver type, som i den tekniske dokumentation er angivet som anbefalet strømningshastighed eller volumen af luft, der passerer gennem enheden pr. tidsenhed. Som regel overstiger den tilladte lufthastighed inde i enheden ikke 2 m/s.

Ellers sker der ved høje hastigheder i varmevekslerens smalle elementer en kraftig stigning i aerodynamisk modstand. Dette fører til unødvendigt strømforbrug, ineffektiv opvarmning af udeluften og forkortet levetid for blæserne.

Graf over tryktabsafhængighed af luftstrømshastighed for flere højtydende varmevekslermodeller viser en ikke-lineær stigning i modstand, så det er nødvendigt at overholde kravene til den anbefalede luftmængde, der er angivet i enhedens tekniske dokumentation.

Ændring af luftstrømmens retning skaber yderligere aerodynamisk modstand. Derfor, når man designer luftkanalens geometri indendørs, er det ønskeligt at minimere antallet af 90 graders rørbøjninger. Diffusorer til luftspredning øger også modstanden, så det er ønskeligt ikke at bruge elementer med komplekse mønstre.

Snavsede filtre og gitre skaber betydelige hindringer for luftstrømmen, så de skal rengøres eller udskiftes periodisk. En af de effektive måder at vurdere tilstopning på er at installere sensorer, der overvåger trykfaldet før og efter filteret.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Princippet for roterende- og pladevarmevekslere:

Måling af virkningsgrad for en pladevarmeveksler:

Husholdnings- og industrielle ventilationssystemer med integreret varmeveksler har bevist deres energieffektivitet med hensyn til at bevare varme indendørs. I øjeblikket er der mange tilbud på salg og installation af sådanne enheder, både i form af færdige og afprøvede modeller og på individuel bestilling. Det er muligt selv at beregne de nødvendige parametre og udføre installationen.

Hvis du har spørgsmål efter at have læst informationen, eller hvis du har fundet unøjagtigheder i vores materiale, bedes du venligst efterlade dine kommentarer i boksen nedenfor.