استرداد الحرارة في أنظمة التهوية: مبدأ التشغيل وخيارات التصميم

أثناء عملية التهوية، لا يتم إعادة تدوير الهواء العادم من الغرفة فحسب، بل يتم أيضًا إعادة تدوير جزء من الطاقة الحرارية. وفي فصل الشتاء، يؤدي ذلك إلى ارتفاع فواتير الطاقة.

سيسمح لك استرداد الحرارة في أنظمة التهوية المركزية والمحلية بتقليل التكاليف غير المبررة دون المساس بتبادل الهواء. لاستعادة الطاقة الحرارية، يتم استخدام أنواع مختلفة من المبادلات الحرارية - أجهزة الاسترداد.

توضح المقالة بالتفصيل نماذج الوحدات وميزات تصميمها ومبادئ التشغيل ومزاياها وعيوبها. ستساعد المعلومات المقدمة في اختيار الخيار الأمثل لترتيب نظام التهوية.

مفهوم الاسترداد: مبدأ تشغيل المبادل الحراري

ترجمتها من اللاتينية، يعني الاسترداد التعويض أو العودة. فيما يتعلق بتفاعلات التبادل الحراري، يتميز الاسترداد بأنه عودة جزئية للطاقة المستهلكة في إجراء تكنولوجي لغرض التطبيق في نفس العملية.

في نظام التهوية يتم استخدام مبدأ الاسترداد لتوفير الطاقة الحرارية.

وعلى سبيل القياس، يتم استعادة التبريد في الطقس الحار - حيث تعمل الكتل الدافئة المؤثرة على تسخين نفايات العادم وتنخفض درجة حرارتها.

تتم عملية استعادة الطاقة في مبادل حراري استرجاعي.يشتمل الجهاز على عنصر تبادل حراري ومراوح لضخ تدفقات الهواء متعددة الاتجاهات. يتم استخدام نظام التشغيل الآلي للتحكم في العملية والتحكم في جودة إمداد الهواء.

تم تصميم التصميم بحيث تكون تدفقات الإمداد والعادم في حجرات منفصلة ولا تختلط - ويتم استرداد الحرارة من خلال جدران المبادل الحراري.

فهم وفهم ما هو عليه التهوية مع الانتعاش سيساعدك الرسم التخطيطي المرئي لتدوير الهواء.

يتدفق الهواء العادم من خلال الأغطية في الغرف الرطبة (المرحاض والحمام والمطبخ). قبل إخراجه إلى الخارج، يمر عبر جهاز التعافي ويترك بعض الحرارة. يتحرك الهواء المزود في الاتجاه المعاكس، ويسخن ويدخل إلى غرف المعيشة (+)

جدوى جهاز الاسترداد في التهوية

يمكننا التحدث عن جدوى تركيب تهوية استردادية من خلال تقييم فعالية النظام ومقارنة مزاياه وعيوبه.

يتم أخذ جزء من الحرارة من هواء العادم المسحوب إلى الخارج ويتم نقله إلى نفاثات جديدة قسرية موجهة داخل الغرفة. يتيح لك ذلك تقليل فقد الحرارة بنسبة تصل إلى 70% (+)

تعد الحاجة إلى استخدام استرداد الحرارة أكثر أهمية في المباني التي تحتوي على عادم هواء قسري. كقاعدة عامة، هذه مباني منخفضة القصور الذاتي، تم تشييدها باستخدام تقنيات العزل الحراري المبتكرة (منازل مصنوعة من ألواح الساندويتش، وألواح سيليكات الغاز، وكتل الرغوة).

في مثل هذه المباني، الجدران لا تتراكم الحرارة بشكل جيد، وتبادل الهواء الطبيعي غير فعال.

ومع ذلك، فإن مشاكل دوران الهواء تعتبر أيضًا نموذجية للمباني "التقليدية" المصنوعة من الطوب والخرسانة.إن وجود نوافذ PVC العازلة للحرارة والصوت يمنع الدورة الدموية بدافع طبيعي - ويتوقف تدفق الهواء النقي، و ينقلب التيار في قناة التهوية أو يميل إلى الصفر .

الحل لمشكلة "النوافذ الأوروبية" هو تنظيم التهوية القسرية. يستعيد النظام تبادل الهواء، لكن فقدان الحرارة يزيد بنسبة تصل إلى 60٪. وهنا لم يعد من الممكن الاستغناء عن استعادة الحرارة.

يتم التعبير عن كفاءة عملية التبادل كنسبة مئوية وتظهر كمية الحرارة المنبعثة من هواء العادم لتسخين "السحب" الطازج.

مؤشر كفاءة استعادة الحرارة للتهوية:

• 0% - نافذة مفتوحة - يتم إزالة الهواء الدافئ إلى الغلاف الجوي، ويدخل الهواء البارد، مما يخفض درجة الحرارة في الغرفة؛
• 100% - يتم تسخين هواء الإمداد إلى درجة حرارة "العادم" - وهو أمر مستحيل من الناحية الفنية؛
• 30-90% - معامل مقبول، يعتبر الاسترداد بكفاءة 60% أو أكثر جيدًا، والكفاءة التي تزيد عن 80% تعتبر نقلًا ممتازًا للحرارة.

تعتمد كفاءة النظام على نوع جهاز الاسترداد وأبعاد الغرفة وتدفق الهواء. على أية حال، فإن استخدام التهوية الاستردادية، حتى بكفاءة 30٪، أكثر ربحية من غيابها. بالإضافة إلى التوفير الكبير في موارد الطاقة، يعمل "تجديد" الحرارة على تحسين المناخ المحلي العام في الغرفة.

عيوب استخدام المبادل الحراري:

1. الاعتماد على الطاقة. يكون شراء معدات التحكم في المناخ مبررًا إذا كان استهلاك الكهرباء أقل بكثير من توفيره بعد تركيب جهاز الاسترداد.
2. تركيز. بسبب الاختلافات في درجات الحرارة، قد تتكثف الرطوبة على جدران المبادل الحراري. في فصل الشتاء، هناك احتمالية لتشكل الجليد، مما قد يؤدي إلى انخفاض سريع في الكفاءة أو فشل جهاز الاسترداد.
3. عمل صاخب. تصدر بعض الطرز طنينًا أثناء التشغيل.إذا لم يكن هذا العيب ملحوظًا بشكل خاص خلال النهار، فإن الضوضاء في الليل تسبب عدم الراحة. تعمل أجهزة التعافي ذات العزل المحسن بهدوء.

غالبًا ما يكون الاستثمار الأولي المرتفع هو الحجة الرئيسية ضد التهوية الموفرة للطاقة.

يُنصح باستثمار الأموال في نظام سيؤتي ثماره في غضون 5-8 سنوات. يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه سيتعين تكبد تكاليف إضافية لصيانة المجمع، على سبيل المثال، الاستبدال الدوري للمراوح

ميزات أنواع مختلفة من المبادلات الحرارية

يحدد تصميم جهاز الاسترداد نمط تدفق سائل التبريد وكفاءة نظام التهوية وفئة استهلاك الطاقة وتكلفة المعدات. يتم استخدام خمسة أنواع من المبادلات الحرارية: اللوحة والدوارة والأنابيب الحرارية وأجهزة الغرفة والنماذج ذات المبرد الوسيط.

استعادة اللوحة – بساطة التصميم

أساس المبادل الحراري هو غرفة مغلقة بها العديد من قنوات الهواء المتوازية. يتم فصل القنوات بأقسام - ألواح موصلة للحرارة مصنوعة من الفولاذ أو الألومنيوم.

يتم تجميع الألواح على شكل موجة (60-70 قطعة) في كتلة واحدة بحيث تكون القنوات المشكلة متقاطعة مع بعضها البعض - يعمل الاضطراب الناتج على تحسين نقل الحرارة (+)

تتحرك تدفقات الغاز نحو بعضها البعض، وتتقاطع في كاسيت المسترد، ولكن لا تختلط. يتم التبادل الحراري عن طريق التبريد والتسخين المتزامن للألواح من جوانب مختلفة.

مزايا المبادل الحراري المتقاطع:

• سهولة التركيب وتكوين المعدات؛
• استبعاد الاتصال بالكتل الهوائية.
• تكلفة معقولة وأبعاد مدمجة.
• غياب الاحتكاك والأجزاء المتحركة.

ويتراوح معدل الكفاءة بين 40-70%.

العيب الرئيسي لنموذج اللوحة هو ترسيب المكثفات في قناة العادم وتكوين الجليد في الشتاء. لتذويب الوحدة، يتم إعادة توجيه التيار الوارد لتجاوز المبادل الحراري، ويقوم التيار الدافئ الصادر بإذابة الجليد الموجود على الألواح.

في وضع "إزالة الجليد"، لا يحدث توفير في الطاقة، وتستخدم سخانات الهواء بقوة تصل إلى 5 كيلوواط لتسخين الهواء الوارد. ينخفض ​​متوسط ​​قيمة الكفاءة بنسبة 20% (+)

هناك طريقتان محتملتان لحل المشكلة:

1. التسخين المسبق لتدفق الهواء الوارد إلى درجة حرارة يتم عندها استبعاد تكوين الجليد.
2. جهاز تعافي مزود بألواح مصنوعة من السليلوز الاسترطابي. تمتص المادة الرطوبة من كتل الهواء العادم وتنقلها إلى التدفقات الواردة حديثًا.

عند اختيار مبادل حراري متقاطع، يجب أن تأخذ في الاعتبار الميزات التشغيلية للألواح.

تعتمد خصائصها على مادة التصنيع:

1. رقائق الألمنيوم – تكلفة معقولة، ولكن الأداء محدود في فصل الشتاء. بالإضافة إلى ذلك، لا ينصح باستخدامه للمباني السكنية بسبب تجفيف الهواء. تعد التعديلات باستخدام "حشوة" الألومنيوم الخيار الأفضل للحمامات وحمامات السباحة.
2. أقسام بلاستيكية - مماثلة في السعر للمنتجات المعدنية، ولكنها تختلف في تحسين كفاءة التشغيل.
3. مبادل حراري السليلوز – منع التجمد والحفاظ على محتوى الرطوبة الطبيعي في الداخل.

يعتبر جهاز استعادة الهيجروسليلوز هو الأكثر اقتصادا والأمثل لتهوية المباني السكنية.

المسترد الدوار – كفاءة النظام العالية

يتم تقديم المبادل الحراري على شكل أسطوانة مملوءة بطبقات من المعدن المموج. أثناء دوران وحدة الأسطوانة، تدخل نفاثات الهواء الدافئة أو الباردة إلى كل حجرة بالتناوب.

تصميم جهاز استرداد دوار: عمود دوران وقناتين هوائيتين.يتم تسخين أحد أقسام الدوار عن طريق "التشغيل"، وتدور الأسطوانة ويتم إعادة توجيه الحرارة إلى كتل باردة مركزة في القناة المجاورة (+)

يتم تحديد كفاءة نقل الحرارة من خلال سرعة دوران الدوار، ويمكن تعديل كفاءة التشغيل.

الحجج لصالح جهاز التعافي الدوار:

• عودة الحرارة ما يصل إلى 65-90%.
• كفاءة استهلاك الكهرباء؛
• استبدال جزئي للرطوبة – يمكنك الاستغناء عن المرطب.
• فترة الاسترداد - ما يصل إلى 4 سنوات.

على الرغم من كفاءته العالية، فإن المبادل الحراري من نوع الأسطوانة لم يصبح رائدًا بين التركيبات المماثلة.

عيوب نظام التهوية:

1. إضافة الهواء الملوث إلى العرض. يتم تداول كتل العادم والإمداد بالتناوب عبر القنوات الدقيقة، لذلك يتم إرجاع حوالي 3-8٪ من "العمل" مرة أخرى. غالبًا ما تنقل الأسطوانة رائحة الهواء الخارج.
2. تعقيد التصميم. تتطلب الأجزاء الدوارة للدوار صيانة دورية واستبدالًا دوريًا. تنتج العناصر المتحركة ضوضاء واهتزازًا أثناء التشغيل.
3. غالي السعر. سعر النماذج الدوارة أعلى من سعر منتجات الألواح. ويرجع ذلك إلى استخدام الميكانيكا المعقدة في تصميم المبادل الحراري للأسطوانة.
4. أحجام كبيرة. يتم التثبيت في غرفة تهوية واسعة.

نظرا لضخامة حجمها، يتم استخدام الوحدات الدوارة بشكل رئيسي في المؤسسات الصناعية.

لتقليل اختلاط تدفقات الهواء، يتم استكمال المبادلات الحرارية الدوارة بقطاعات وسيطة - حيث يتم نفخ القنوات الصغيرة بالهواء النقي الذي يتدفق مرة أخرى إلى الغطاء. عيب الدائرة هو انخفاض الكفاءة (+)

المبادلات الحرارية المزدوجة – نموذج الجليكول

نظرًا لميزات تصميمها، غالبًا ما تسمى وحدة الاسترداد المزودة بسائل تبريد متوسط ​​بالمبادلات الحرارية المزدوجة أو وحدة الأنهار الجليدية. يعد هذا أحد أكثر أنظمة استعادة الحرارة مرونة. يقطع أحد المبادلات الحرارية قناة الإمداد والثاني في قناة العادم.

يحتوي مخطط الأنابيب على: مضخة دوران، خزان التمدد، صمام الهواء، جهاز التحكم، مستشعر درجة الحرارة، صمام الأمان، مؤشر الضغط (+)

مبدأ التشغيل. يتم توزيع تركيبة الجليكول بين المبادلات الحرارية. تزداد درجة حرارة سائل التبريد بسبب تدفق العادم الساخن، ومن ثم يتم نقل الطاقة الحرارية إلى الهواء النقي. النظام المغلق يلغي اختلاط الكتل الهوائية القادمة.

ميزات تشغيل المبادلات الحرارية مع سائل التبريد:

• الكفاءة – 45-55%;
• ضبط الكفاءة باستخدام المضخة - يتم تحديد سرعة حركة التجمد؛
• إمكانية وضع مجاري هواء الإمداد والعادم بعيدًا عن بعضها البعض (حتى 800 متر)؛
• يتم تثبيت جهاز الاسترداد عموديا أو أفقيا.
• في حالة الصقيع الشديد، يتجمد سطح المبادل الحراري للعادم ويظهر الجليد؛ يسمح لك استخدام مضاد التجمد بتشغيل جهاز الاسترداد دون اللجوء إلى إزالة الجليد.
• فترة الاسترداد للنظام - ما يصل إلى سنتين؛
• يجوز الجمع بين غطاء واحد وعدة تدفقات أو العكس.

يجب أن يكون حجم الهواء العادم والسحب متساويًا تقريبًا. عادةً ما يتم استخدام أجهزة الاسترداد هذه إذا كان السائل المتدفق سامًا أو ملوثًا بشدة، عندما يكون خلط الجداول غير مقبول.

وحدة الغرفة – تعدد الاستخدامات

من الناحية الهيكلية، فإن المبادل الحراري للغرفة عبارة عن صندوق مغلق، مقسم من الداخل بواسطة مخمد متحرك.يحدد القسم الافتتاحي مخطط تشغيل جهاز الاسترداد.

يمر التدفق الخارجي على طول قناة واحدة، ويدخل التدفق الداخلي إلى الغرفة الثانية. في المبادل الحراري، تقوم الكتل الدافئة بتسخين جدران الحجرة الأولى. وبعد فترة من الوقت، يتحرك المخمد ويتغير اتجاه تدفق الهواء

ونتيجة لذلك، يتحرك التدفق على طول الجدران الدافئة لمجرى الهواء الأول، ويقوم "العادم" بتسخين سطح الغرفة الثانية. عند نقطة معينة، يعود الحاجز وتتكرر الدورة.

مزايا وحدة التبادل الحراري للغرفة:

• الكفاءة – 80-90%;
• جنبا إلى جنب مع العزل الحراري عالي الجودة، يتم تقليل تكاليف التدفئة إلى الحد الأدنى؛
• سهولة التركيب - ستكون هناك حاجة إلى مساعدة متخصصة عند اختيار معلمات وحدة التهوية؛
• الحفاظ على مستويات الرطوبة.
• يتم استبعاد تجميد النظام.

يعد المبادل الحراري للغرفة خيارًا ممتازًا للمناطق التي يوجد فيها خلل كبير في التوازن بين درجات الحرارة الداخلية والخارجية لفترة طويلة من العام.

تشمل عيوب وحدة استرداد الحرارة ما يلي:

• الحاجة إلى الصيانة الدورية للعناصر المتحركة؛
• تمتزج تيارات الهواء المضادة جزئيًا - يمكن أن تتدفق الروائح والشوائب مرة أخرى إلى المبنى.

لتقليل الاختلاط، تم تجهيز النظام بـ عنصر التصفية. يصبح الهواء أنظف، لكن كفاءة جهاز الاسترداد تنخفض.

أنابيب الحرارة – نظام مغلق للتبادل الحراري

يتكون جهاز الاسترداد من العديد من أنابيب النحاس أو الألومنيوم المملوءة بمادة سهلة التبخر، مثل الفريون. يعتمد مبدأ تشغيل المبادل الحراري الأنبوبي على العمليات الفيزيائية - التغيرات في حالة المادة عند تسخينها.

يتم وضع أنبوب الحرارة عموديًا - الطرف السفلي للمبادل الحراري في قناة العادم، والجزء العلوي في قناة هواء الإمداد. تدور التدفقات الصادرة حول نهاية الأنبوب - يسخن الفريون ويغلي ويتبخر (+)

يرتفع الغاز ويطلق طاقة حرارية للتدفق، وبعد ذلك يتكثف الفريون ويتدفق إلى أسفل جهاز الاسترداد. الدورة الحرارية تكرر نفسها في دائرة.

الخصائص التقنية والتشغيلية للمبادل الحراري الأنبوبي:

• كفاءة الجهاز – ما يصل إلى 65%;
• عملية هادئة بسبب غياب العناصر المتحركة.
• بساطة التصميم وصيانة منخفضة.
• الاكتناز - أبعاد صغيرة ووزن منخفض؛
• استقلال الطاقة - يدور سائل التبريد بشكل طبيعي؛

الميزة المهمة هي أن تدفقات الهواء الداخلة والخارجة لا تختلط.

نقاط الضعف في الأنابيب الحرارية:

• مستوى عال من الكفاءة يتم تحقيقه في نطاق درجة حرارة ضيق - مع ارتفاع درجة الحرارة المفاجئ، يتبخر كل الفريون، ومع عدم كفاية التسخين، تتباطأ شدة التبخر؛
• قوة منخفضة من الأنابيب – التغير في الشكل أو انخفاض الضغط يقلل من أداء المعدات.

تستخدم المبادلات الحرارية الأنبوبية في البناء الخاص والمباني الإدارية والمكاتب والمناطق الصناعية الصغيرة.

طرق تنظيم التهوية التعافيية

يتم ترتيب التعافي بإحدى الطرق التالية: المركزية واللامركزية. في الحالة الأولى، تدفقات التهوية من الغرفة بأكملها تمر عبر المبادل الحراري، في الثانية - من غرفة واحدة.

مجمع مركزي – وحدة معالجة الهواء

يتم تركيب نظام مركزي في مرحلة البناء أو التحديث الرئيسي لنظام التهوية.

يتم تحديد وحدة الإمداد والعادم القسري (PVU) المزودة بوحدة استرداد مدمجة. معيار الاختيار الرئيسي هو الأداء العام للمجمع بناءً على حجم الهواء بالكامل في الهيكل (+)

تضمن وحدة PVU المزودة بوحدة استرداد تبادلًا كافيًا للهواء حتى في المنازل ذات النوافذ المغلقة. في الوقت نفسه، يتم توزيع تدفقات الهواء بالتساوي دون إنشاء مسودات.

معقد وحدات لمعالجة الهواء نوع أحادي الكتلة مجهز بـ:

• المشجعين - إمداد الهواء النظيف على مدار الساعة وانبعاث الطائرات المشبعة بثاني أكسيد الكربون؛
• سخانات - التسخين المسبق للتدفق؛
• المرشحات - حبس الغبار والجسيمات الدقيقة؛
• المنقه - يمكن استخدام أنواع مختلفة من المنشآت.

يتم توسيع وظائف بعض الوحدات PVU من خلال مؤقت تأخير، ومنظم طاقة، وأجهزة استشعار لمستوى الرطوبة، وما إلى ذلك.

يتم تغطية جسم النماذج أحادية الكتلة بمادة ممتصة للضوضاء، مما يجعل تشغيل PVU هادئًا للغاية. من الممكن استخدام إصدارات رأسية وأفقية ومعلقة من وحدات التهوية

لقد أثبتت الوحدات PVU أحادية الكتلة المنتجة نفسها بشكل جيد: "فتحات" (أوكرانيا)، دانثيرم (الدنمارك)، "دايكن" (اليابان)، "دانتكس" (إنكلترا).

الوحدات المحلية – إضافة لنظام التهوية الموجود

لاستعادة دوران الكتل الهوائية في الغرفة المستخدمة، تكون مداخل الهواء اللامركزية مع استعادة الحرارة مناسبة.

يتم قطعها في واجهة المبنى أو يتم تركيبها من خلال النافذة. مهمتهم الرئيسية هي التحسين تهوية العرض في المنزل.

تم تجهيز أجهزة التعافي المحلية بمروحة ومبادل حراري للوحة. "كم" المدخل معزول بمادة ممتصة للصوت.توجد وحدة التحكم في وحدات التهوية المدمجة على الجدار الداخلي

مميزات أنظمة التهوية اللامركزية مع الاسترداد:

• كفاءة – 60-96%;
• انخفاض الإنتاجية – الأجهزة مصممة لتوفير تبادل الهواء في غرف تصل مساحتها إلى 20-35 مترًا مربعًا؛
• سعر معقول ومجموعة واسعة من الوحدات، بدءًا من صمامات الجدار التقليدية وحتى النماذج الآلية المزودة بنظام ترشيح متعدد المراحل والقدرة على ضبط الرطوبة؛
• سهولة التركيب - لا يلزم وجود مجاري هواء للتشغيل، تثبيت صمام الجدار تستطيع فعلها بنفسك.

الشركات المصنعة الشهيرة لأجهزة التعافي المحلية: برانا (أوكرانيا)، يا إري (إيطاليا)، عاصفة ثلجية (ألمانيا)، فتحات (أوكرانيا)، ايروفيتال (ألمانيا).

معايير مهمة لاختيار مدخل الجدار: سمك الجدار المسموح به والأداء وكفاءة جهاز الاسترداد وقطر قناة الهواء ودرجة حرارة الوسط الذي يتم ضخه

استنتاجات وفيديو مفيد حول هذا الموضوع

مقارنة تشغيل التهوية الطبيعية والنظام القسري مع الاسترداد:

مبدأ تشغيل جهاز الاسترداد المركزي وحساب الكفاءة:

تصميم وإجراءات التشغيل لمبادل حراري لامركزي باستخدام صمام جدار برانا كمثال:

حوالي 25-35٪ من الحرارة تخرج من الغرفة عبر نظام التهوية. يتم استخدام أجهزة الاسترداد لتقليل الخسائر واستعادة الحرارة بشكل فعال. تتيح لك المعدات المناخية استخدام طاقة كتل النفايات لتسخين الهواء الوارد.

هل لديك ما تضيفه، أو لديك أسئلة حول تشغيل أجهزة استعادة التهوية المختلفة؟ يرجى ترك تعليقات على المنشور ومشاركة تجربتك في تشغيل مثل هذه المنشآت. يقع نموذج الاتصال في الكتلة السفلية.