Енергийно ефективни вентилационни системи

Технически възможности за рекуперация и регенерация на отпадъчната топлина в сгради

Несъмнено поддържането на оптимални параметри на въздушната среда в помещенията трудно би могло да се постигне единствено чрез използване на естествена вентилация. Повишаването на енергийната ефективност на сградите с цел намаляване на разходите за електроенергия, тяхното шумо- и топлоизолиране значително ограничава достъпа на пресен въздух в помещенията. За осигуряване на качествена въздушна среда и поддържане на комфортни параметри на микроклимата се налага изграждане на вентилационни системи с принудителна циркулация на въздуха. В жилищните и офисните сгради, в които са монтирани климатични системи, се изграждат предимно смукателни вентилационни инсталации. За поддържане на комфорта се разчита предимно на климатика, който обаче би могъл да пречисти въздуха, да поддържа желаната температура и влажност в помещението, но за осигуряване на достатъчно пресен въздух и нормален въздушен баланс е необходимо изграждането на вентилационна система. Обект на статията са техническите възможности за повишаване на енергийната ефективност на вентилационните системи чрез рекуперация и регенерация на топлинната енергия, съдържаща се във въздуха в помещенията.

Видове вентилационни инсталации

Известно е, че с помощта на вентилационните системи се поддържат предимно чистотата и подвижността на въздуха. В зависимост от предназначението на помещението и конкретните изисквания към параметрите на средата се избира видът на вентилационната инсталация. За разлика от промишлените сгради, в които често в едно помещение се обособяват отделни зони с различни изисквания към средата и технологичните процеси обикновено протичат с отделяне на вредни вещества, то при голяма част от жилищните и офисните сгради е възможно да се разчита и на естествена вентилация или на комбинация от естествена и принудителна вентилация - смукателна или нагнетателна. За постигане на комфортни условия и осигуряването на достатъчно пресен въздух като подходящо решение все повече се приема балансирана вентилационна инсталация, при която едновременно работят нагнетателна и смукателна системи. Чрез смукателната инсталация замърсеният въздух се изтегля от помещенията и се изхвърля в атмосферата, а чрез нагнетателната инсталация в помещенията се подава въздух, който обикновено се подлага на предварителна обработка - загряване, филтриране. С повишаването на изискванията на енергийна ефективност на изгражданите вентилационни и климатични системи все по-голяма актуалност имат т.нар. инсталации с рекуперация и регенерация на топлина. При тях съдържащата се във въздуха в помещенията топлинна енергия не се изхвърля навън, а се улавя и връща отново в сградата, което допринася за намаляване на енергийните загуби и повишаване на енергийната ефективност. Тъй като балансираните вентилационни системи все повече се налагат като съвременно ефективно решение за вентилиране, статията представя такива инсталации, въпреки че не всички системи с рекуперация на топлина са балансирани.

Система с рекуперация на топлина

Освен поддържане на чистотата на въздуха в помещенията и осигуряването на непрекъснат приток на пресен въздух, с изграждането на вентилационна система се ограничава и появата на неприятни миризми и кондензирани водни пари по ограждащите елементи. Балансираните вентилационни инсталации с рекуперация на топлина осигуряват едновременното равномерно подаване на пресен въздух и отвеждане на замърсения, което позволява поддържането на оптимални параметри на въздушната среда в помещенията при по-малки енергийни разходи. Изграждането на вентилационна инсталация позволява и предварително контролиране на качеството и количеството подаван въздух в помещенията. Обикновено при този тип системи за спалните помещения и помещенията с постоянно присъствие на хора, като всекидневни, холове и други, се предвижда едновременно нагнетателна и смукателна вентилация. Но дори и при балансираните вентилационни системи за сгради, в санитарните и сервизни помещения обикновено се изгражда само смукателна инсталация.

За оползотворяване на отпадната топлина при балансираните вентилационни системи се използват предимно рекуперативни топлообменници с неразглобяеми плочи и регенеративни ротационни топлообменници.

Топлообменник с неразглобяеми плочи

Топлообменници с неразглобяеми плочи, наричани още пластинчати, са сред най-широко използваните във вентилационната техника за оползотворяване на отпадъчната топлина. Този тип топлообменници за рекуперация на топлина конструктивно са изградени от отделни оребрени плочи, плътно прилепени една към друга. Изхвърляният и постъпващият въздушни потоци протичат между редуващите се пространства, формирани от плочите. Движението на двата потока един спрямо друг може да бъде противоположно един на друг или кръстосано.

За изработването на топлообменниците се използват материали с висок коефициент на топлопроводност. Обикновено топлообменниците с неразглобяеми плочи се изработват от алуминий, който е устойчив на корозия и с добри топлообменни свойства. Срещат се й топлообменници, изработени от стомана.

Топлообменниците с неразглобяеми плочи са стационарни устройства, които се характеризират с пълно отсъствие или наличие на много малки утечки между двата въздушни потока. Широкото им разпространение се дължи на възможността им да регенерират над 80% от отпадната топлина.

Ротационни топлообменници

За разлика от топлообменниците с неразглобяема плоча, ротационните могат да оползотворяват както явната, така и латентната топлина, съдържаща се в изпускания от кондиционираните помещения въздух. Принадлежат към регенераторите на топлина. Способностите на ротационните топлообменници от тип въздух/въздух да оползотворяват енталпията и скритата топлина зависи от вида на използваната топлообменна среда. Като конструкция този тип топлообменници представляват въртящ се цилиндър, напълнен с въздухопропусклива среда. Необходимо условие за оптимална работа на топлообменника е вътрешната му повърхност да е с голяма площ. Посоката на движение на двата потока, които се движат в съседство, е противоположна, като всеки от тях протича през едната половина на цилиндъра.

Принципът на действие на ротационните топлообменници се състои в пренасяне на топлината от единия към другия въздушен поток от топлообменната среда. На практика средата извлича и съхранява топлината от високотемпературния въздушен поток и я предава на студения въздушен поток като резултат от въртенето на цилиндъра. Ротационният топлообменник има свойството да оползотворява и латентната топлина, тъй като, благодарение на характеристиките на топлообменната среда, се създават условия съдържащата се в потока с по-висока влажност да кондензира. В процеса на кондензация на водните пари се отделя допълнително количество топлинна енергия, в резултат на което в потока с по-ниско съдържание на влага протича процес на изпарение, което от своя страна води до образуването на влага. Видът на използваната топлопреносна среда се определя от съдържащите се във въздуха примеси, температурите на оросяване на двата въздушни потока, характеристиките им. Ефективността на ротационните топлообменници е правопропорционална на скоростта на въртене на цилиндъра.

Рекуперативен вентилационен блок

Обикновено при балансираните вентилационни системи топлообменът се осъществява в рекуперативен вентилационен блок, в който е вграден топлообменният апарат. Самият вентилационен блок освен топлообменник съдържа и вентилатори за засмукване на замърсения въздух и за нагнетяване на подавания въздух, както и филтри за пречистване на постъпващия в блока външен въздух и отвеждания от помещенията замърсен въздух. Производителите предлагат различни като типоразмери и начин на свързване към вентилационната система вентилационни блокове. Принципна схема на вентилационен блок с рекуперация е показан на фиг. 1.

Рекуперативните топлообменници в зависимост от сезона могат да работят в режим на отопление или охлаждане. През отоплителния сезон, когато системата работи в режим на отопление, засмукваният отвън предварително пречистен пресен въздух преминава през топлообменника, където се загрява и чрез вентилатор се подава към нагнетателната инсталация. Отведеният от помещенията посредством смукателната инсталация замърсен въздух първоначално преминава през филтър, задържащ механичните примеси. След това се подава към топлообменника, където отдава топлината си, след което охладен се изхвърля в атмосферата. Топлообменът между двата потока се осъществява в топлообменния апарат без смесване на потоците. През топлите месеци, в които в по-голямата част от сградите функционира климатична инсталация, вентилационната система работи в режим на охлаждане. В този случай, отвежданият от помещенията въздух, който е с по-ниска температура, се използва за отнемане на топлина от постъпващия отвън пресен въздух.

Препоръчително е вентилационните боксове да се монтират на закрито в самата сграда, но при необходимост могат да се разполагат и на открито. Биха могли да се монтират в специално предназначени за тази цел машинни помещения, обикновено поместени в приземната част на сградата. При отсъствие на машинно помещение е възможно монтирането им и в сервизни помещения като складове и други.

Разпределение на въздушния поток

Обикновено за разпределение на въздушния поток в сградата се използват два основни варианта. При първия, познат още като директен, вентилационната инсталация обхваща само вентилационен блок. При втория вариант, рекуперативният вентилационен блок се комбинира със система за топловъздушно отопление.

Директните системи са препоръчителен избор за сгради, в които отоплението се осъществява предимно с електрически или водни отоплителни системи. Нагнетателната вентилационна инсталация се предвижда за спални помещения, всекидневни, трапезарии и други. Със смукателната вентилационна инсталация се отвежда замърсеният въздух от помещения с по-висока влажност и замърсеност на въздушната среда. Принципна схема на директна инсталация е показана на фиг. 2.

Когато вентилационният блок работи съвместно със система за топловъздушно отопление (фиг. 3), постъпващият отвън пресен въздух се смесва с отвеждания от помещенията топъл въздух, след което постъпва в системата за топловъздушно отопление. Там допълнително се загрява и се подава в помещенията.