Recupero di calore nei sistemi di ventilazione: principio di funzionamento e opzioni progettuali

Durante il processo di ventilazione non viene riciclata solo l'aria di scarico dall'ambiente, ma anche parte dell'energia termica. In inverno, questo porta a bollette energetiche più elevate.

Il recupero di calore nei sistemi di ventilazione centralizzati e locali consentirà di ridurre costi ingiustificati senza compromettere il ricambio d'aria. Per recuperare l'energia termica vengono utilizzati diversi tipi di scambiatori di calore: recuperatori.

L'articolo descrive in dettaglio i modelli delle unità, le loro caratteristiche di progettazione, i principi di funzionamento, i vantaggi e gli svantaggi. Le informazioni presentate aiuteranno nella scelta dell'opzione ottimale per l'organizzazione del sistema di ventilazione.

Il concetto di recupero: il principio di funzionamento dello scambiatore di calore

Tradotto dal latino recupero significa compensazione o ritorno. Per quanto riguarda le reazioni di scambio termico, il recupero si caratterizza come una restituzione parziale dell'energia spesa in un'azione tecnologica ai fini dell'applicazione nello stesso processo.

IN sistema di ventilazione Il principio di recupero viene utilizzato per risparmiare energia termica.

Per analogia, il raffreddamento viene recuperato nella stagione calda: le masse calde influenti riscaldano i rifiuti di scarico e la loro temperatura diminuisce.

Il processo di recupero energetico viene effettuato in uno scambiatore di calore recuperativo.Il dispositivo comprende un elemento di scambio termico e ventilatori per il pompaggio di flussi d'aria multidirezionali. Un sistema di automazione viene utilizzato per controllare il processo e controllare la qualità della fornitura d'aria.

Il design è progettato in modo tale che i flussi di alimentazione e di scarico si trovino in compartimenti separati e non si mescolino: il recupero del calore viene effettuato attraverso le pareti dello scambiatore di calore.

Capire e capire di cosa si tratta ventilazione con recupero Un diagramma visivo della circolazione dell'aria aiuterà.

L'aria di scarico fuoriesce attraverso le cappe negli ambienti umidi (WC, bagno, cucina). Prima di essere evacuato all'esterno, attraversa il recuperatore e lascia parte del calore. L'aria immessa si muove nella direzione opposta, si riscalda ed entra nei locali abitativi (+)

La fattibilità di un recuperatore in ventilazione

Possiamo parlare della fattibilità dell'installazione della ventilazione recuperativa valutando l'efficacia del sistema e confrontandone i vantaggi con gli svantaggi.

Parte del calore viene prelevato dall'aria espulsa aspirata all'esterno e ceduto a getti freschi forzati diretti all'interno dell'ambiente. Ciò consente di ridurre la perdita di calore fino al 70% (+)

La necessità di utilizzare il recupero di calore è particolarmente rilevante negli edifici con scarico dell'aria forzata. Di norma, si tratta di edifici a bassa inerzia, costruiti utilizzando tecnologie innovative di isolamento termico (case realizzate con pannelli sandwich, lastre di silicato di gas, blocchi di schiuma).

In tali edifici, le pareti non accumulano bene il calore e lo scambio d'aria naturale è inefficace.

Tuttavia, i problemi con la circolazione dell’aria sono tipici anche degli edifici “tradizionali” in mattoni e cemento.La presenza di finestre in PVC sigillate termoisolanti e insonorizzate blocca la circolazione con un impulso naturale: il flusso di aria fresca si interrompe e il tiraggio nel condotto di ventilazione si ribalta oppure tende a zero.

La soluzione al problema delle “Eurofinestre” è l'organizzazione della ventilazione forzata. Il sistema ripristina il ricambio d'aria, ma la perdita di calore aumenta fino al 60%. E qui non è più possibile fare a meno del recupero di calore.

L'efficienza del processo di scambio è espressa in percentuale e mostra la quantità di calore spesa dall'aria di scarico per riscaldare quella fresca “aspirata”

Indicatore di efficienza del recupero di calore della ventilazione:

• 0% - finestra aperta: l'aria calda viene espulsa nell'atmosfera e entra aria fredda, abbassando la temperatura nella stanza;
• 100% - l'aria di mandata viene riscaldata alla temperatura di “scarico” - tecnicamente impossibile da implementare;
• 30-90% - parametro accettabile, un recupero con efficienza pari o superiore al 60% è considerato buono, un'efficienza superiore all'80% è un ottimo scambio termico.

L'efficienza del sistema dipende dal tipo di recuperatore, dalle dimensioni dell'ambiente e dalla portata d'aria. In ogni caso, l'utilizzo della ventilazione di recupero, anche con un'efficienza del 30%, è più vantaggioso della sua assenza. Oltre ad un notevole risparmio sulle risorse energetiche, la “rigenerazione” del calore migliora il microclima complessivo della stanza.

Svantaggi dell'utilizzo di uno scambiatore di calore:

1. Dipendenza energetica. L'acquisto di apparecchiature di climatizzazione è giustificato se il consumo di elettricità è significativamente inferiore al risparmio ottenuto dopo l'installazione del recuperatore.
2. Condensazione. A causa delle differenze di temperatura, è possibile che si formi umidità sulle pareti dello scambiatore di calore. In inverno esiste il rischio di formazione di ghiaccio, che può portare ad una rapida diminuzione dell'efficienza o al guasto del recuperatore.
3. Lavoro rumoroso. Alcuni modelli emettono un ronzio durante il funzionamento.Se durante il giorno questo svantaggio non è particolarmente evidente, di notte il rumore provoca disagio. I recuperatori con isolamento migliorato funzionano silenziosamente.

L’elevato investimento iniziale è spesso l’argomento principale contro la ventilazione ad alta efficienza energetica.

È consigliabile investire denaro in un sistema che pagherà entro 5-8 anni. Va tenuto presente che dovranno essere sostenuti costi aggiuntivi per la manutenzione del complesso, ad esempio la sostituzione periodica dei ventilatori

Caratteristiche dei diversi tipi di scambiatori di calore

Il design del recuperatore determina il modello di flusso del liquido di raffreddamento, l'efficienza del sistema di ventilazione, la classe di consumo energetico e il costo dell'attrezzatura. Vengono utilizzati cinque tipi di scambiatori di calore: a piastre, rotativi, tubi di calore, dispositivi a camera e modelli con refrigerante intermedio.

Recuperatore a piastre – semplicità del design

La base dello scambiatore di calore è una camera sigillata con numerosi condotti dell'aria paralleli. I canali sono separati da partizioni: piastre termoconduttrici in acciaio o alluminio.

Le piastre a forma di onda (60-70 pezzi) sono raggruppate in un blocco in modo che i canali formati si trovino trasversalmente l'uno rispetto all'altro: la turbolenza creata migliora il trasferimento di calore (+)

I flussi di gas si muovono l'uno verso l'altro, si intersecano nella cassetta del recuperatore, ma non si mescolano. Lo scambio di calore viene effettuato grazie al raffreddamento e al riscaldamento simultanei delle piastre da diversi lati.

Vantaggi di uno scambiatore di calore incrociato:

• facilità di installazione e configurazione delle apparecchiature;
• esclusione del contatto delle masse d'aria;
• costo accessibile e dimensioni compatte;
• assenza di sfregamenti e parti in movimento.

Il tasso di efficienza varia nel range del 40-70%.

Lo svantaggio principale del modello a piastre è il depositarsi della condensa nel condotto di scarico e la formazione di ghiaccio nel periodo invernale. Per sbrinare l'unità, il flusso in entrata viene reindirizzato per bypassare lo scambiatore di calore e il flusso caldo in uscita scioglie il ghiaccio sulle piastre.

Nella modalità "sbrinamento", non si verificano risparmi energetici, per riscaldare l'aria in entrata vengono utilizzati riscaldatori d'aria con una potenza fino a 5 kW. Il valore di efficienza media scende del 20% (+)

Esistono due modi possibili per risolvere il problema:

1. Preriscaldamento del flusso d'aria in ingresso ad una temperatura alla quale è esclusa la formazione di ghiaccio.
2. Recuperatore a piastre in cellulosa igroscopica. Il materiale assorbe l'umidità dalle masse d'aria di scarico e la trasferisce ai nuovi flussi in entrata.

Quando si sceglie uno scambiatore di calore incrociato, è necessario tenere conto delle caratteristiche operative delle piastre.

Le loro caratteristiche dipendono dal materiale di fabbricazione:

1. Foglio di alluminio – costo accessibile, ma prestazioni limitate in inverno. Inoltre, non è raccomandato per locali residenziali a causa dell'essiccazione all'aria. Le modifiche con "riempimento" di alluminio sono l'opzione migliore per bagni e piscine.
2. Partizioni in plastica - simili nel prezzo ai prodotti in metallo, ma differiscono per una migliore efficienza operativa.
3. Scambiatore di calore in cellulosa – prevenire il congelamento e mantenere un normale contenuto di umidità all’interno.

Il recuperatore di igrocellulosa è il più economico e ottimale per la ventilazione degli edifici residenziali.

Recuperatore rotativo – elevata efficienza del sistema

Lo scambiatore di calore si presenta sotto forma di un cilindro riempito con strati di metallo ondulato. Mentre il gruppo tamburo ruota, getti d'aria calda o fredda entrano alternativamente in ogni scomparto.

Progetto di un recuperatore rotativo: albero di rotazione e due canali d'aria.Una sezione del rotore viene riscaldata mediante “working off”, il tamburo ruota e il calore viene reindirizzato alle masse fredde concentrate nel canale adiacente (+)

L'efficienza del trasferimento di calore è determinata dalla velocità di rotazione del rotore; l'efficienza operativa può essere regolata.

Argomenti a favore di un recuperatore rotativo:

• ritorno di calore fino al 65-90%;
• efficienza consumo elettrico;
• ricambio parziale dell'umidità – puoi fare a meno dell’umidificatore;
• periodo di rimborso – fino a 4 anni.

Nonostante la sua elevata efficienza, lo scambiatore di calore a tamburo non è diventato leader tra installazioni simili.

Svantaggi del sistema di ventilazione:

1. Aggiunta di aria inquinata nella fornitura. Le masse di scarico e di alimentazione circolano alternativamente attraverso i microcanali, quindi circa il 3-8% del "funzionamento" viene restituito. Il tamburo trasmette spesso l'odore dell'aria in uscita.
2. Complessità del design. Le parti rotanti del rotore richiedono una manutenzione regolare e una sostituzione periodica. Gli elementi in movimento producono rumore e vibrazioni durante il funzionamento.
3. Alto prezzo. Il prezzo per i modelli rotativi è più alto rispetto ai prodotti a piastre. Ciò è dovuto all'uso di meccanismi complessi nella progettazione dello scambiatore di calore a tamburo.
4. Grandi dimensioni. L'installazione viene eseguita in una spaziosa camera di ventilazione.

A causa del loro ingombro, le unità rotanti vengono utilizzate principalmente nelle imprese industriali.

Per ridurre al minimo la miscelazione dei flussi d'aria, gli scambiatori di calore rotanti sono integrati con settori intermedi: qui nei microcanali viene soffiata aria fresca, che rifluisce nella cappa. Lo svantaggio del circuito è una diminuzione dell'efficienza (+)

Scambiatori di calore accoppiati – Modello a glicole

Per le sue caratteristiche costruttive, un'unità di recupero con un refrigerante intermedio viene spesso chiamata scambiatore di calore accoppiato o unità a ghiacciaio. Questo è uno dei sistemi di recupero del calore più flessibili. Uno scambiatore di calore taglia nel condotto di alimentazione e il secondo nel condotto di scarico.

Lo schema delle tubazioni contiene: pompa di circolazione, vaso di espansione, valvola dell'aria, controller, sensore di temperatura, valvola di sicurezza, indicatore di pressione (+)

Principio di funzionamento. La composizione di glicole circola tra gli scambiatori di calore. La temperatura del liquido di raffreddamento aumenta a causa del flusso di scarico riscaldato e quindi l'energia termica viene trasferita all'aria fresca. Il sistema chiuso elimina la miscelazione delle masse d'aria in arrivo.

Caratteristiche di funzionamento degli scambiatori di calore con liquido di raffreddamento:

• Efficienza – 45-55%;
• regolazione dell'efficienza mediante una pompa: viene selezionata la velocità del movimento antigelo;
• possibilità di posizionare i condotti dell'aria di mandata e di scarico a distanza l'uno dall'altro (fino a 800 m);
• il recuperatore è installato verticalmente o orizzontalmente;
• in caso di forte gelo, la superficie dello scambiatore di calore di scarico si congela e appare ghiaccio; l'utilizzo dell'antigelo consente di far funzionare il recuperatore senza ricorrere allo sbrinamento;
• periodo di ammortamento del sistema – fino a 2 anni;
• è consentita la combinazione di 1 cappa e più afflussi o viceversa.

Il volume dell'aria di scarico e di aspirazione dovrebbe essere approssimativamente uguale. Tali recuperatori vengono solitamente utilizzati se l'affluente è tossico o fortemente inquinato, quando la miscelazione dei flussi è inaccettabile.

Unità a camera – versatilità d'uso

Strutturalmente, lo scambiatore di calore a camera è una scatola chiusa, divisa al suo interno da una serranda mobile.La partizione apribile determina lo schema di funzionamento del recuperatore.

Il deflusso passa lungo un canale e l'afflusso entra nella seconda camera. Nello scambiatore di calore le masse calde riscaldano le pareti del primo compartimento. Dopo un po' la serranda si muove e il flusso d'aria cambia direzione

Di conseguenza, l'afflusso si muove lungo le pareti calde del primo condotto dell'aria e lo “scarico” riscalda la superficie della seconda camera. Ad un certo punto il setto ritorna e il ciclo si ripete.

Vantaggi di uno scambiatore di calore a camera:

• Efficienza – 80-90%;
• insieme ad un isolamento termico di alta qualità, i costi di riscaldamento sono ridotti al minimo;
• facilità di installazione: sarà necessario l'aiuto di uno specialista nella scelta dei parametri dell'unità di ventilazione;
• mantenimento dei livelli di umidità;
• è escluso il congelamento dell'impianto.

Uno scambiatore di calore a camera è un'opzione eccellente per le regioni in cui esiste uno squilibrio significativo tra le temperature interne ed esterne per un lungo periodo dell'anno.

Gli svantaggi del recuperatore di calore includono:

• la necessità di una manutenzione regolare degli elementi mobili;
• le correnti d'aria si mescolano parzialmente - gli odori e le impurità possono rifluire nell'edificio.

Per ridurre la mescolanza, il sistema è dotato di elemento filtrante. L'aria diventa più pulita, ma l'efficienza del recuperatore diminuisce.

Tubi di calore – sistema di scambio termico chiuso

Il recuperatore è costituito da numerosi tubi di rame o alluminio riempiti con una sostanza facilmente evaporabile, come il freon. Il principio di funzionamento di uno scambiatore di calore tubolare si basa su processi fisici: cambiamenti nello stato di una sostanza quando riscaldata.

Il tubo di calore è posizionato verticalmente: l'estremità inferiore dello scambiatore di calore si trova nel condotto di scarico e la parte superiore si trova nel condotto dell'aria di mandata. I flussi in uscita girano attorno all'estremità del tubo: il freon si riscalda, bolle ed evapora (+)

Il gas sale e cede energia termica all'afflusso, dopodiché il freon si condensa e scorre lungo il recuperatore. Il ciclo termico si ripete in circolo.

Caratteristiche tecniche e funzionali dello scambiatore di calore tubolare:

• efficienza del dispositivo – fino al 65%;
• funzionamento silenzioso per l'assenza di elementi in movimento;
• semplicità del design e bassa manutenzione;
• compattezza — dimensioni ridotte e peso contenuto;
• indipendenza energetica – il liquido refrigerante circola in modo naturale;

Un vantaggio significativo è che i flussi d'aria di entrata e di ritorno non si mescolano.

Punti deboli dei tubi di calore:

• elevato livello di efficienza si ottiene in un intervallo di temperature ristretto: con un surriscaldamento improvviso, tutto il freon evapora e con un riscaldamento insufficiente l'intensità della vaporizzazione rallenta;
• bassa resistenza dei tubi – il cambiamento di forma o la depressurizzazione riducono le prestazioni dell'apparecchiatura.

Gli scambiatori di calore tubolari vengono utilizzati nell'edilizia privata, negli edifici amministrativi e per uffici e nelle piccole aree industriali.

Metodi per organizzare la ventilazione recuperativa

Il ripristino è organizzato in uno dei seguenti modi: centralizzato e decentralizzato. Nel primo caso, i flussi di ventilazione dell'intera stanza passano attraverso lo scambiatore di calore, nel secondo - da una stanza.

Complesso centralizzato – unità di trattamento aria

Un sistema centralizzato è installato nella fase di costruzione o di importante ammodernamento del sistema di ventilazione.

Viene selezionata un'unità di alimentazione e scarico forzato (PVU) con recuperatore incorporato. Il principale criterio di selezione è la prestazione complessiva del complesso in base all'intero volume d'aria nella struttura (+)

Una PVU con recuperatore garantisce un ricambio d'aria sufficiente anche in case con finestre sigillate. Allo stesso tempo, i flussi d'aria vengono distribuiti uniformemente senza creare correnti d'aria.

Complesso unità di trattamento aria tipo monoblocco dotato di:

• tifosi – fornitura 24 ore su 24 di aria pulita ed emissione di getti saturi di anidride carbonica;
• riscaldatori – preriscaldamento dell'afflusso;
• filtri – intrappolare polvere e microparticelle;
• recuperatore — possono essere utilizzati diversi tipi di impianti.

La funzionalità di alcune PVU è ampliata con un timer di ritardo, un regolatore di potenza, sensori del livello di umidità, ecc.

Il corpo dei modelli monoblocco è ricoperto di materiale fonoassorbente, rendendo il funzionamento del PVU molto silenzioso. Sono possibili versioni verticali, orizzontali e sospese delle unità di ventilazione

Le PVU monoblocco recuperative prodotte si sono dimostrate efficaci: "Venti d'aria" (Ucraina), Dantherm (Danimarca), "Daikin" (Giappone), "Dantex" (Inghilterra).

Unità locali: integrazione al sistema di ventilazione esistente

Per ripristinare la circolazione delle masse d'aria nell'ambiente utilizzato sono adatte le prese d'aria decentralizzate con recupero di calore.

Tagliano la facciata di un edificio o vengono montati attraverso una finestra. Il loro compito principale è migliorare fornire ventilazione nella casa.

I recuperatori locali sono dotati di ventilatore e scambiatore di calore a piastre. Il “manicotto” di ingresso è isolato con materiale fonoassorbente.L'unità di controllo delle unità di ventilazione compatte si trova sulla parete interna

Caratteristiche dei sistemi di ventilazione decentralizzata con recupero:

• Efficienza – 60-96%;
• bassa produttività – i dispositivi sono progettati per garantire il ricambio d'aria in ambienti fino a 20-35 mq;
• prezzo abbordabile e un'ampia scelta di unità, che vanno dalle tradizionali valvole a muro ai modelli automatizzati con un sistema di filtraggio multistadio e la possibilità di regolare l'umidità;
• facilità di installazione – per la messa in servizio non sono necessari condotti dell'aria, installare la valvola a muro puoi farlo da solo.

Produttori popolari di recuperatori locali: Prana (Ucraina), O.Erre (Italia), Bufera di neve (Germania), Prese d'aria (Ucraina), Aerovitale (Germania).

Criteri importanti per la scelta di un'entrata a parete: spessore della parete consentito, prestazioni, efficienza del recuperatore, diametro del canale dell'aria e temperatura del mezzo pompato

Conclusioni e video utile sull'argomento

Confronto tra il funzionamento della ventilazione naturale e un sistema forzato con recupero:

Il principio di funzionamento di un recuperatore centralizzato, calcolo dell'efficienza:

Progettazione e procedura operativa di uno scambiatore di calore decentralizzato utilizzando come esempio la valvola a parete Prana:

Circa il 25-35% del calore fuoriesce dalla stanza attraverso il sistema di ventilazione. I recuperatori vengono utilizzati per ridurre le perdite e recuperare efficacemente il calore. Le apparecchiature climatiche consentono di utilizzare l'energia delle masse di rifiuti per riscaldare l'aria in entrata.

Hai qualcosa da aggiungere o hai domande sul funzionamento dei diversi recuperatori di ventilazione? Si prega di lasciare commenti sulla pubblicazione e condividere la propria esperienza nella gestione di tali installazioni. Il modulo di contatto si trova nel blocco inferiore.