Recuperación de calor en sistemas de ventilación: principio de funcionamiento y opciones de diseño.

Durante el proceso de ventilación no sólo se recicla el aire de escape de la habitación, sino también parte de la energía térmica. En invierno, esto provoca un aumento de las facturas de energía.

La recuperación de calor en sistemas de ventilación centralizados y locales le permitirá reducir costes injustificados sin comprometer el intercambio de aire. Para recuperar energía térmica se utilizan diferentes tipos de intercambiadores de calor: recuperadores.

El artículo describe en detalle los modelos de unidades, sus características de diseño, principios de funcionamiento, ventajas y desventajas. La información presentada ayudará a elegir la opción óptima para organizar el sistema de ventilación.

El concepto de recuperación: el principio de funcionamiento del intercambiador de calor.

Traducido del latín, recuperación significa compensación o devolución. En cuanto a las reacciones de intercambio de calor, la recuperación se caracteriza como una devolución parcial de la energía gastada en una acción tecnológica con el fin de su aplicación en el mismo proceso.

EN sistema de ventilación El principio de recuperación se utiliza para ahorrar energía térmica.

Por analogía, el enfriamiento se recupera en climas cálidos: las masas cálidas afluentes calientan los desechos de escape y su temperatura disminuye.

El proceso de recuperación de energía se realiza en un intercambiador de calor recuperativo.El dispositivo incluye un elemento de intercambio de calor y ventiladores para bombear flujos de aire multidireccionales. Se utiliza un sistema de automatización para controlar el proceso y controlar la calidad del suministro de aire.

El diseño está diseñado para que los flujos de suministro y escape estén en compartimentos separados y no se mezclen; la recuperación de calor se realiza a través de las paredes del intercambiador de calor.

Entender y entender lo que es. ventilación con recuperación Un diagrama visual de la circulación del aire ayudará.

En los espacios húmedos (inodoro, baño, cocina), el aire de escape sale a través de campanas extractoras. Antes de sacarlo al exterior, pasa por el recuperador y deja parte del calor. El aire suministrado circula en sentido contrario, se calienta y entra en los salones (+)

La viabilidad de un recuperador en ventilación.

Podemos hablar de la viabilidad de instalar ventilación recuperativa evaluando la efectividad del sistema y comparando sus ventajas con desventajas.

Parte del calor se toma del aire de escape aspirado al exterior y se transfiere a chorros frescos forzados dirigidos al interior de la habitación. Esto le permite reducir la pérdida de calor hasta en un 70% (+)

La necesidad de utilizar recuperación de calor es más relevante en edificios con extracción de aire forzado. Por regla general, se trata de edificios de baja inercia construidos utilizando tecnologías innovadoras de aislamiento térmico (casas de paneles sándwich, losas de silicato de gas, bloques de espuma).

En tales edificios, las paredes acumulan mal el calor y el intercambio de aire natural es ineficaz.

Sin embargo, los problemas con la circulación del aire también son típicos de los edificios "tradicionales" de ladrillo y hormigón.La presencia de ventanas de PVC selladas con aislamiento térmico y acústico bloquea la circulación con un impulso natural: el flujo de aire fresco se detiene y el tiro en el conducto de ventilación se vuelca o tiende a cero.

La solución al problema de las "euroventanas" es la organización de la ventilación forzada. El sistema restablece el intercambio de aire, pero la pérdida de calor aumenta hasta un 60%. Y aquí ya no es posible prescindir de la recuperación de calor.

La eficiencia del proceso de intercambio se expresa como porcentaje y muestra la cantidad de calor gastado por el aire de escape para calentar la "entrada" fresca.

Indicador de eficiencia de recuperación de calor de ventilación:

• 0% - ventana abierta: el aire caliente sale a la atmósfera y entra aire frío, lo que reduce la temperatura en la habitación;
• 100% - el aire suministrado se calienta a la temperatura de "escape" - técnicamente imposible de implementar;
• 30-90% - un parámetro aceptable, una recuperación con una eficiencia del 60% o más se considera buena, una eficiencia superior al 80% es una excelente transferencia de calor.

La eficiencia del sistema depende del tipo de recuperador, las dimensiones de la habitación y el flujo de aire. En cualquier caso, el uso de ventilación de recuperación, incluso con una eficiencia del 30%, resulta más rentable que su ausencia. Además de importantes ahorros en recursos energéticos, la "regeneración" de calor mejora el microclima general de la habitación.

Desventajas de utilizar un intercambiador de calor:

1. Dependencia energética. La compra de equipos de control climático se justifica si el consumo de electricidad es significativamente menor que su ahorro después de instalar el recuperador.
2. Condensación. Debido a las diferencias de temperatura, puede condensarse humedad en las paredes del intercambiador de calor. En invierno, existe la posibilidad de formación de hielo, lo que puede provocar una rápida disminución de la eficiencia o una avería del recuperador.
3. Trabajo ruidoso. Algunos modelos emiten un zumbido durante el funcionamiento.Si durante el día esta desventaja no es particularmente notable, por la noche el ruido causa molestias. Los recuperadores con aislamiento mejorado funcionan silenciosamente.

Una inversión inicial elevada suele ser el principal argumento en contra de una ventilación energéticamente eficiente.

Es recomendable invertir dinero en un sistema que se amortizará en 5 a 8 años. Hay que tener en cuenta que será necesario incurrir en costes adicionales para el mantenimiento del complejo, por ejemplo, sustitución periódica de ventiladores.

Características de diferentes tipos de intercambiadores de calor.

El diseño del recuperador determina el patrón de flujo del refrigerante, la eficiencia del sistema de ventilación, la clase de consumo de energía y el costo del equipo. Se utilizan cinco tipos de intercambiadores de calor: de placas, rotativos, de tubos de calor, de cámara y modelos con refrigerante intermedio.

Recuperador de placas: simplicidad de diseño

La base del intercambiador de calor es una cámara sellada con muchos conductos de aire paralelos. Los canales están separados por tabiques: placas termoconductoras de acero o aluminio.

Las placas onduladas (60-70 piezas) se agrupan en un bloque de modo que los canales formados estén ubicados transversalmente entre sí; la turbulencia creada mejora la transferencia de calor (+)

Los flujos de gas se acercan, se cruzan en el casete del recuperador, pero no se mezclan. El intercambio de calor se realiza enfriando y calentando simultáneamente las placas desde diferentes lados.

Ventajas de un intercambiador de calor cruzado:

• facilidad de instalación y configuración de equipos;
• exclusión del contacto de masas de aire;
• costo asequible y dimensiones compactas;
• ausencia de rozamientos y piezas móviles.

La tasa de eficiencia varía en el rango del 40-70%.

La principal desventaja del modelo de placa es la sedimentación del condensado en el conducto de escape y la formación de hielo en invierno. Para descongelar la unidad, la corriente entrante se redirige para evitar el intercambiador de calor y la corriente caliente saliente derrite el hielo en las placas.

En el modo "descongelación" no se produce ahorro de energía, para calentar el aire entrante se utilizan calentadores de aire con una potencia de hasta 5 kW. El valor medio de eficiencia cae un 20% (+)

Hay dos formas posibles de resolver el problema:

1. Precalentamiento del flujo de aire entrante a una temperatura en la que se excluye la formación de hielo.
2. Recuperador con placas de celulosa higroscópica. El material absorbe la humedad de las masas de aire de escape y la transfiere a los nuevos flujos entrantes.

Al elegir un intercambiador de calor transversal, se deben tener en cuenta las características operativas de las placas.

Sus características dependen del material de fabricación:

1. Papel de aluminio – Costo asequible, pero rendimiento limitado en invierno. Además, no se recomienda para locales residenciales debido al secado al aire. Las modificaciones con “relleno” de aluminio son la mejor opción para baños y piscinas.
2. Tabiques de plastico - similares en precio a los productos metálicos, pero difieren en la mejora de la eficiencia operativa.
3. Intercambiador de calor de celulosa – evitar la congelación y mantener un contenido de humedad normal en el interior.

El recuperador de higrocelulosa es el más económico y óptimo para la ventilación de edificios residenciales.

Recuperador rotativo: alta eficiencia del sistema

El intercambiador de calor se presenta en forma de cilindro lleno de capas de metal corrugado. A medida que la unidad de tambor gira, chorros de aire frío o caliente ingresan alternativamente a cada compartimento.

Diseño de un recuperador rotativo: eje de rotación y dos canales de aire.Una sección del rotor se calienta mediante "trabajo", el tambor gira y el calor se redirige a masas frías concentradas en el canal adyacente (+)

La eficiencia de la transferencia de calor está determinada por la velocidad de rotación del rotor; la eficiencia operativa se puede ajustar.

Argumentos a favor de un recuperador rotativo:

• retorno de calor hasta 65-90%;
• eficiencia consumo de electricidad;
• reemplazo parcial de humedad – puedes prescindir de un humidificador;
• periodo de recuperación – hasta 4 años.

A pesar de su alta eficiencia, el intercambiador de calor de tambor no se ha convertido en líder entre instalaciones similares.

Desventajas del sistema de ventilación:

1. Agregar aire contaminado al suministro. Las masas de escape y suministro circulan alternativamente a través de los microcanales, por lo que aproximadamente entre el 3 y el 8% del "trabajo" regresa. El tambor transmite a menudo el olor del aire que sale.
2. Complejidad del diseño. Las partes giratorias del rotor requieren un mantenimiento regular y un reemplazo periódico. Los elementos móviles producen ruido y vibración durante el funcionamiento.
3. Precio alto. El precio de los modelos rotativos es más alto que el de los productos de placa. Esto se debe al uso de mecánicas complejas en el diseño del intercambiador de calor de tambor.
4. Tallas grandes. La instalación se realiza en una espaciosa cámara de ventilación.

Debido a su volumen, las unidades rotativas se utilizan principalmente en empresas industriales.

Para minimizar la mezcla de los flujos de aire, los intercambiadores de calor rotativos se complementan con sectores intermedios; aquí los microcanales reciben aire fresco, que regresa a la campana. La desventaja del circuito es una disminución de la eficiencia (+)

Intercambiadores de calor acoplados – Modelo de glicol

Debido a sus características de diseño, una unidad de recuperación con un refrigerante intermedio a menudo se denomina intercambiador de calor acoplado o unidad glaciar. Este es uno de los sistemas de recuperación de calor más flexibles. Un intercambiador de calor corta el conducto de suministro y el segundo, el conducto de escape.

El diagrama de tuberías contiene: bomba de circulación, tanque de expansión, válvula de aire, controlador, sensor de temperatura, válvula de seguridad, indicador de presión (+)

Principio de funcionamiento. La composición de glicol circula entre los intercambiadores de calor. La temperatura del refrigerante aumenta debido al flujo de escape calentado y luego la energía térmica se transfiere al aire fresco. El sistema cerrado elimina la mezcla de masas de aire que se aproximan.

Características del funcionamiento de intercambiadores de calor con refrigerante:

• Eficiencia – 45-55%;
• ajuste de la eficiencia mediante una bomba: se selecciona la velocidad del movimiento del anticongelante;
• posibilidad de colocar conductos de aire de suministro y escape de forma remota entre sí (hasta 800 m);
• el recuperador se instala vertical u horizontalmente;
• en caso de heladas severas, la superficie del intercambiador de calor de escape se congela y aparece hielo; el uso de anticongelante le permite operar el recuperador sin recurrir a la descongelación;
• período de recuperación del sistema – hasta 2 años;
• Se permite una combinación de 1 campana y varias entradas o viceversa.

El volumen de aire de escape y de admisión debe ser aproximadamente igual. Estos recuperadores se suelen utilizar si el afluente es tóxico o está muy contaminado, cuando la mezcla de corrientes es inaceptable.

Unidad de cámara: versatilidad de uso

Estructuralmente, el intercambiador de calor de cámara es una caja cerrada, dividida en su interior por una compuerta móvil.La partición que se abre determina el esquema de funcionamiento del recuperador.

El flujo de salida pasa a lo largo de un canal y el flujo de entrada ingresa a la segunda cámara. En el intercambiador de calor, masas calientes calientan las paredes del primer compartimento. Después de un tiempo, la compuerta se mueve y el flujo de aire cambia de dirección.

Como resultado, el flujo de entrada se mueve a lo largo de las paredes cálidas del primer conducto de aire y el "escape" calienta la superficie de la segunda cámara. En cierto momento, el tabique vuelve y el ciclo se repite.

Ventajas de una unidad de intercambio de calor de cámara:

• Eficiencia – 80-90%;
• junto con un aislamiento térmico de alta calidad, los costos de calefacción se reducen al mínimo;
• facilidad de instalación: se necesitará ayuda de un especialista al elegir los parámetros de la unidad de ventilación;
• mantener los niveles de humedad;
• Se excluye la congelación del sistema.

Un intercambiador de calor de cámara es una excelente opción para regiones donde existe un desequilibrio significativo entre las temperaturas interior y exterior durante un largo período del año.

Las desventajas de la unidad de recuperación de calor incluyen:

• la necesidad de un mantenimiento regular de los elementos móviles;
• Las corrientes de aire contrarias se mezclan parcialmente: los olores y las impurezas pueden regresar al edificio.

Para reducir la mezcla, el sistema está equipado con Elemento de filtro. El aire se vuelve más limpio, pero la eficiencia del recuperador disminuye.

Tubos de calor: sistema cerrado de intercambio de calor

El recuperador consta de muchos tubos de cobre o aluminio llenos de una sustancia que se evapora fácilmente, como el freón. El principio de funcionamiento de un intercambiador de calor tubular se basa en procesos físicos: cambios en el estado de una sustancia cuando se calienta.

El tubo de calor se coloca verticalmente: el extremo inferior del intercambiador de calor está en el conducto de escape y el superior, en el conducto de suministro de aire. Los flujos de salida pasan por el extremo del tubo: el freón se calienta, hierve y se evapora (+)

El gas sube y libera energía térmica en el flujo de entrada, después de lo cual el freón se condensa y fluye hacia el recuperador. El ciclo térmico se repite en círculo.

Características técnicas y operativas del intercambiador de calor tubular:

• eficiencia del dispositivo – hasta el 65%;
• funcionamiento silencioso por la ausencia de elementos móviles;
• simplicidad de diseño y bajo mantenimiento;
• compacidad — pequeñas dimensiones y bajo peso;
• independencia energética – el líquido refrigerante circula naturalmente;

Una ventaja significativa es que los flujos de aire de entrada y retorno no se mezclan.

Debilidades de los heatpipes:

• alto nivel de eficiencia se logra en un rango de temperatura estrecho: con un sobrecalentamiento repentino, todo el freón se evapora y, con un calentamiento insuficiente, la intensidad de la vaporización disminuye;
• baja resistencia de los tubos – el cambio de forma o la despresurización reduce el rendimiento del equipo.

Los intercambiadores de calor tubulares se utilizan en la construcción privada, en edificios administrativos y de oficinas y en pequeñas zonas industriales.

Métodos para organizar la ventilación recuperativa.

La recuperación se organiza de una de las siguientes formas: centralizada y descentralizada. En el primer caso, los flujos de ventilación de toda la habitación pasan a través del intercambiador de calor, en el segundo, de una habitación.

Complejo centralizado – unidad de tratamiento de aire

Se instala un sistema centralizado en la etapa de construcción o modernización importante del sistema de ventilación.

Se selecciona una unidad de suministro y escape forzado (PVU) con recuperador incorporado. El principal criterio de selección es el rendimiento general del complejo en función de todo el volumen de aire en la estructura (+)

Una PVU con recuperador garantiza un intercambio de aire suficiente incluso en casas con ventanas selladas. Al mismo tiempo, los flujos de aire se distribuyen uniformemente sin crear corrientes de aire.

Complejo unidades de tratamiento de aire tipo monobloque equipado con:

• aficionados – suministro de aire limpio las 24 horas y emisión de chorros saturados de dióxido de carbono;
• calentadores – precalentamiento del flujo de entrada;
• filtros – atrapar polvo y micropartículas;
• recuperador — se pueden utilizar diferentes tipos de instalaciones.

La funcionalidad de algunas PVU se amplía con un temporizador de retardo, un regulador de potencia, sensores de nivel de humedad, etc.

El cuerpo de los modelos monobloque está cubierto con un material que absorbe el ruido, lo que hace que el funcionamiento del PVU sea muy silencioso. Son posibles versiones verticales, horizontales y suspendidas de unidades de ventilación.

Los PVU monobloque recuperativos producidos han demostrado su eficacia: "Respiraderos" (Ucrania), Dantherm (Dinamarca), "Daikin" (Japón), "Dantex" (Inglaterra).

Unidades locales: una adición al sistema de ventilación existente

Para restablecer la circulación de las masas de aire en el local utilizado, son adecuadas las entradas de aire descentralizadas con recuperación de calor.

Se cortan en la fachada de un edificio o se montan a través de una ventana. Su tarea principal es mejorar ventilación de suministro en la casa.

Los recuperadores locales están equipados con un ventilador y un intercambiador de calor de placas. La “manga” de entrada está aislada con material absorbente de sonido.La unidad de control de las unidades de ventilación compactas está ubicada en la pared interna.

Características de los sistemas de ventilación descentralizados con recuperación:

• Eficiencia – 60-96%;
• baja productividad – los dispositivos están diseñados para garantizar el intercambio de aire en habitaciones de hasta 20-35 m2;
• Precio pagable y una amplia selección de unidades, que van desde válvulas de pared convencionales hasta modelos automatizados con un sistema de filtración de múltiples etapas y la capacidad de ajustar la humedad;
• facilidad de instalación – no se necesitan conductos de aire para la puesta en servicio, instalar válvula de pared Puedes hacerlo por ti mismo.

Fabricantes populares de recuperadores locales: Prana (Ucrania), O.Erre (Italia), Tormenta de nieve (Alemania), Ventilaciones (Ucrania), Aerovital (Alemania).

Criterios importantes para elegir una entrada de pared: espesor de pared permitido, rendimiento, eficiencia del recuperador, diámetro del canal de aire y temperatura del medio bombeado.

Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.

Comparación del funcionamiento de ventilación natural y sistema forzado con recuperación:

El principio de funcionamiento de un recuperador centralizado, cálculo de eficiencia:

Diseño y procedimiento de funcionamiento de un intercambiador de calor descentralizado utilizando como ejemplo la válvula de pared Prana:

Aproximadamente entre el 25 y el 35 % del calor sale de la habitación a través del sistema de ventilación. Los recuperadores se utilizan para reducir las pérdidas y recuperar el calor de forma eficaz. Los equipos climáticos le permiten utilizar la energía de las masas residuales para calentar el aire entrante.

¿Tiene algo que agregar o tiene preguntas sobre el funcionamiento de diferentes recuperadores de ventilación? Deje comentarios sobre la publicación y comparta su experiencia en el funcionamiento de dichas instalaciones. El formulario de contacto se encuentra en el bloque inferior.