寒い時期に新鮮な空気を取り込むと、建物の正しい微気候を確保するために暖房が必要になります。電気のコストを最小限に抑えるために、熱回収を備えた給排気換気を使用できます。
その動作原理を理解することで、十分な量の置換された空気を維持しながら熱損失を最大限に減らすことができます。これを理解してみましょう。
換気システムの省エネ
換気が大きな問題となる秋から春にかけて、流入空気と内部空気の温度差が大きくなります。コールドストリームが急降下し、家庭、オフィス、および職場での好ましくない微気候、または倉庫での許容できない垂直方向の温度勾配が生じます。
この問題に対する一般的な解決策は、エアヒーターの給気への統合であり、これによりフローが加熱されます。このようなシステムはエネルギー消費を必要としますが、大量の暖かい暖かい空気が大量の熱損失につながります。
強烈な蒸気で外に出ることは、熱の大幅な損失の指標であり、流入するストリームを加熱するために使用できます
吸気と排気のチャネルが近くにある場合、流出ストリームの熱を流入ストリームに部分的に伝達することが可能です。これはヒーターのエネルギー消費を減らすか、完全に放棄します。異なる温度のガス流の間で熱交換を提供する装置は、復熱装置と呼ばれます。
暖かい季節には、外気温が室温よりもはるかに高い場合、復熱装置を使用して流入するストリームを冷却できます。
レキュペレーター付きユニットユニット
一体型レキュペレーターを備えた給排気換気システムの内部構造は非常にシンプルなので、個別に購入して設置できます。組み立てまたは自己組み立てが困難な場合は、既成のソリューションを通常のモノブロックまたは個別のプレハブ構造の形で注文して購入できます。
単一のハウジングに配置された復熱装置を備えた給排気換気システム装置の典型的な設計は、ユーザーの裁量で他のノードによって補足することができます
主な要素とそのパラメーター
遮熱遮音ケースは、通常鋼板製です。壁に取り付ける場合は、ユニット周囲のスロットを発泡させるときに発生する圧力に耐え、ファンからの振動を防ぐ必要があります。
さまざまな部屋に分散した吸気と空気の流れの場合、ダクトシステムがハウジングに接続されます。流れを分散するためのバルブとダンパーが装備されています。
空気ダクトがない場合、グリルまたはディフューザーが空気の流れを分配するために部屋の側面からの給気出口に取り付けられます。外気取り入れグリルは、鳥、大きな虫、ゴミが換気システムに入るのを防ぐために、通りからの入口開口部に取り付けられています。
空気の動きは、2つの軸流ファンまたは遠心ファンによって提供されます。レキュペレーターの存在下では、このユニットによって生成される空力抵抗により、十分な量の自然な空気循環は不可能です。
レキュペレーターの存在には、両方のフローの入口に細かいフィルターを設置することが含まれます。これは、熱交換器の細いチャネル内のほこりや脂肪の堆積物の詰まりを減らすために必要です。それ以外の場合、システムが完全に機能するためには、予防保守の頻度を増やす必要があります。
細かいフィルターは定期的に交換または清掃する必要があります。そうしないと、通気抵抗が増加してファンが破損します。
1つまたは複数のレキュペレーターが給排気装置の主容積を占めています。それらは構造の中心に取り付けられます。
地域特有の激しい霜や熱交換器の効率が不十分な場合は、外気を加熱するためのエアヒーターを追加設置できます。また、必要に応じて加湿器、イオナイザーなどの機器を設置し、室内を良好な気候に保ちます。
最新のモデルには、電子制御ユニットが含まれています。洗練された改造には、空気の物理的なパラメータに応じて、動作モードをプログラミングする機能があります。外部パネルは魅力的な外観を備えているため、どの室内にもうまく統合できます。
結露の問題を解決する
部屋から来る空気の冷却は、湿気の排出と凝縮物の形成のための前提条件を作成します。高流量の場合、そのほとんどはレキュペレーターに蓄積する時間がなく、外に出ます。空気の動きが遅い場合、水のかなりの部分がデバイス内に残ります。そのため、給排気システムのハウジングの外で水分を確実に回収し、回収する必要があります。
凝縮物の収集と除去のための基本的なデバイスは、排水口に向かって傾斜した復熱装置の下にある鍋です
水分の結末は密閉容器内で発生します。氷点下の温度で流出チャネルが凍結するのを防ぐため、室内にのみ設置されています。復熱装置を備えたシステムを使用した場合に得られる水の量を計算するための信頼できるアルゴリズムはないため、実験的に決定されます。
水が人間の汗、臭いなどの多くの汚染物質を吸収するため、空気を加湿するために凝縮液を再利用することは望ましくありません。
バスルームとキッチンから独立した排気システムを構成することにより、凝縮液の量を大幅に減らし、その外観に関連する問題を回避します。これらの部屋では、空気の湿度が最も高くなります。排気システムが複数ある場合は、チェックバルブを設置して、技術エリアと住宅エリアの間の空気交換を制限する必要があります。
出て行く空気流を復熱器内部の負の温度に冷却する場合、凝縮物は氷に変わり、これにより、流れの生存断面積が減少し、その結果、体積が減少するか、換気が完全に停止します。
レキュペレーターの定期的または一度の除霜のために、バイパスが設置されています-供給空気の動きのためのバイパスチャネル。デバイスをバイパスしてフローがスキップされると、熱伝達が停止し、熱交換器が加熱されて氷が液体になります。水は凝縮水収集タンクに流入するか、外向きに蒸発します。
バイパス装置の原理は単純です。したがって、他の方法での熱交換器の熱回収は複雑で長いため、氷が形成されるリスクがある場合は、そのような解決策を提供することをお勧めします
流れがバイパスを通過するとき、復熱装置を通る供給空気の加熱はありません。したがって、このモードがアクティブになっている場合、エアヒーターを自動的にオンにする必要があります。
各種レキュペレーターの特徴
冷気と熱気の間の熱伝達の実装には、構造的に異なるいくつかのオプションがあります。それぞれに、レキュペレーターの各タイプの主な目的を決定する独自の特徴があります。
プレートクロスフロー熱交換器
プレート式熱交換器の設計は、90度の角度で異なる温度フローのパネル間の流路を交互にするように交互に接続された薄壁パネルに基づいています。このモデルの変更の1つは、空気通過用のフィン付きチャネルを備えたデバイスです。熱伝達係数が高くなります。
プレートを通る暖かい空気の流れと冷たい空気の流れの交互の通過は、プレートの端を曲げ、ポリエステル樹脂でコンパウンドをシールすることによって実現されます
伝熱パネルはさまざまな材料で作ることができます:
- 銅、真ちゅう、アルミニウムベースの合金は熱伝導率が高く、錆びにくい。
- 熱伝導率の高いポリマー疎水性材料で作られたプラスチックは軽量です。
- 吸収性セルロースは、凝縮液がプレートを貫通して部屋に戻ることを可能にします。
欠点は、低温での結露の可能性です。プレート間の距離が短いため、湿気や氷は空気力学的抗力を大幅に増加させます。凍結の場合、プレートを暖めるために流入する空気の流れを遮断する必要があります。
プレートレキュペレーターの利点は次のとおりです。
- 低価格;
- 長寿命;
- 予防保守とその単純化の間の長い期間。
- 小さな寸法と重量。
このタイプのレキュペレーターは、住宅およびオフィス施設で最も一般的です。それはまた、例えば、炉の運転中の燃料燃焼を最適化するために、いくつかの技術的プロセスで使用されます。
ドラムまたは回転式
回転式熱交換器の動作原理は、熱交換器の回転に基づいており、内部には高熱容量の波形金属の層があります。廃液との相互作用の結果として、ドラムセクターが加熱され、続いて流入空気に熱が放出されます。
回転式熱交換器の細目熱交換器は目詰まりしやすいため、細かいフィルターの高品質運転に特に注意が必要
回転式レキュペレーターの利点は次のとおりです。
- 競合するタイプと比べてかなり高い効率。
- 凝縮液の形で大量の水分がドラムに残り、入ってくる乾燥空気と接触すると蒸発します。
このタイプのレキュペレーターは、アパートやコテージの換気のある住宅ではあまり一般的ではありません。多くの場合、熱を炉に戻すための大きなボイラールームや、大規模な工業施設や小売施設で使用されます。
ただし、このタイプのデバイスには重大な欠点があります。
- 電気モーター、ドラム、ベルトドライブなど、可動部品を備えた比較的複雑な構造であり、継続的なメンテナンスが必要です。
- 騒音レベルの増加。
このタイプのデバイスの場合、「再生熱交換器」という用語が見つかることがありますが、これは「レキュペレーター」よりも正確です。実際のところ、ドラムが構造体に緩くフィットしているため、排気の一部が逆流します。
これは、このタイプのデバイスを使用する可能性に追加の制限を課します。たとえば、ストーブからの汚染された空気は、熱媒体として使用できません。
チューブおよびケーシングシステム
管状タイプのレキュペレーターは、システムの断熱されたケーシング内に配置された小径の薄壁のチューブで構成され、そこを通って外部の空気が流れます。ケーシングでは、部屋からの暖かい空気の塊の結論を生成し、流入する流れを加熱します。
温風の排出は、チューブからではなく、ケーシングから正確に行う必要があります。チューブから凝縮物を除去することは不可能だからです。
管状復熱器の主な利点は次のとおりです。
- クーラントと流入する空気の移動の向流原理による高効率。
- シンプルな設計と可動部品がないため、騒音レベルが低く、メンテナンスの必要がほとんどありません。
- 長寿命;
- すべてのタイプの回復デバイスの中で最小の断面積。
このタイプのデバイス用のチューブは、軽合金金属、またはあまり一般的ではないポリマーのいずれかを使用します。これらの材料は吸湿性ではないため、流れの温度に大きな差があると、ケーシング内に強い凝縮液が形成される可能性があり、その除去には建設的な解決策が必要です。別の欠点は、寸法が小さいにも関わらず、金属フィリングにかなりの重量があることです。
管状復熱装置の設計が単純であるため、このタイプのデバイスは自己製造で人気があります。外部ケーシングとして、ポリウレタンフォームシェルで断熱された空気ダクト用のプラスチックパイプが通常使用されます。
中間伝熱装置
場合によっては、給気ダクトと排気ダクトが互いに離れていることがあります。この状況は、建物の技術的特徴や、気流を確実に分離するための衛生要件が原因で発生する可能性があります。
この場合、断熱パイプを介してダクト間を循環する中間冷却剤を使用してください。熱エネルギーを伝達する媒体としては、ヒートポンプの作動により循環が確保された水または水-グリコール溶液が用いられる。
中間冷却材を備えた復熱装置は、容積が大きく高価な装置であり、その使用は、広い面積の部屋に経済的に正当化されます。
別のタイプのレキュペレーターを使用できる場合は、中間冷却剤を使用するシステムを使用しないことをお勧めします。これは、次の重大な欠点があるためです。
- 他のタイプのデバイスと比較して効率が低いため、そのようなデバイスは、空気の流れが少ない小さな部屋には使用されません。
- システム全体のかなりの体積と重量
- 循環液のための追加の電動ポンプの必要性;
- ポンプからのノイズの増加。
熱伝達流体の強制循環の代わりに、フレオンなどの低沸点の媒体が使用される場合、このシステムの変更があります。この場合、回路に沿った移動は自然な方法で可能ですが、給気ダクトが排気ダクトの上にある場合に限られます。
このようなシステムは、追加のエネルギーコストを必要としませんが、大きな温度差でのみ加熱するために機能します。さらに、熱伝達流体の凝集状態の変化点を微調整する必要があります。これは、目的の圧力または特定の化学組成を作成することで実現できます。
主な技術パラメータ
換気システムに必要な性能と熱交換器の熱伝達効率が分かれば、特定の気候条件で部屋の空気を加熱することによる節約を簡単に計算できます。潜在的な利点とシステムの購入および保守のコストを比較することにより、レキュペレーターまたは標準のエアヒーターを優先して選択することができます。
多くの場合、機器メーカーは、類似の機能を持つ換気ユニットが空気交換の量が異なるモデルラインを提供しています。住宅施設の場合、このパラメーターは表9.1に従って計算する必要があります。 SP 54.13330.2016
効率
レキュペレーターの効率は、次の式で計算される熱伝達効率として理解されます。
K =(TP -Tん)/(Tに -Tん)
ここで:
- TP -部屋に流入する空気の温度;
- Tん -外気温;
- Tに -部屋の気温。
標準の空気流量と特定の温度領域での効率の最大値は、デバイスの技術資料に示されています。実際のレートは少し低くなります。
プレート式またはチューブ式熱交換器を個別に製造する場合、最大の熱伝達効率を達成するために、次の規則に従う必要があります。
- 最高の熱交換は、向流デバイス、次にクロスフローデバイス、そして最小の熱交換によって保証されます-両方のフローの一方向の動き。
- 熱伝達率は、流れを分離している壁の材料と厚さ、およびデバイス内の空気の持続時間に依存します。
レキュペレーターの効率を知ると、外気と内気のさまざまな温度でのエネルギー効率を計算できます。
E(W)= 0.36 x P x K x(Tに -Tん)
ここでP(m3/時間)-空気消費量。
金額でレキュペレーターの効率を計算し、総面積が270平方メートルの2階建てコテージの購入および設置のコストと比較すると、そのようなシステムを設置する可能性が示されています
高効率のレキュペレーターのコストはかなり高く、複雑な構造とかなりのサイズを持っています。場合によっては、いくつかのより単純なデバイスを設置して、入ってくる空気が順番に通過するようにして、これらの問題を回避することができます。
換気システムのパフォーマンス
風量は静圧によって決まります。これは、ファンの動力と空力抵抗を生み出す主要なコンポーネントに依存します。原則として、数学モデルが複雑なため正確な計算は不可能であるため、典型的なモノブロック設計に対して実験的研究が行われ、個々のデバイスに対してコンポーネントが選択されます。
ファンの電力は、インストールされているすべてのタイプのレキュペレーターのスループットを考慮して選択する必要があります。これは、技術資料に推奨される流量または単位時間あたりのデバイスの通過空気量として示されています。原則として、装置内部の許容空気速度は2 m / sを超えません。
そうでなければ、レキュペレーターの狭い要素の高速では、空気力学的抗力が急激に増加します。これにより、不要なエネルギーコスト、屋外空気の非効率的な加熱、ファンの寿命の短縮につながります。
高性能熱交換器のいくつかのモデルの圧力損失と空気流量のグラフは、抵抗の非線形の増加を示しているため、デバイスの技術文書に示されている推奨される空気交換量の要件に従う必要があります。
空気の流れの方向を変更すると、空気力学的な抗力が追加されます。したがって、室内の空気ダクトの形状をモデル化する場合は、パイプの回転数を90度だけ最小限に抑えることが望まれます。空気拡散用のディフューザーも抵抗を増加させるため、複雑なパターンの要素を使用しないことをお勧めします。
汚染されたフィルターとグリルは流れに大きな干渉を引き起こすため、定期的に清掃または交換する必要があります。目詰まりを評価する効果的な方法の1つは、フィルターの前後の領域の圧力降下を監視するセンサーを設置することです。
回転式およびプレート式レキュペレーターの動作原理:
プレート型レキュペレーターの効率の測定:
統合されたレキュペレーターを備えた家庭用および産業用換気システムは、室内の熱を維持する上でのエネルギー効率を証明しています。現在、このようなデバイスの販売と設置について、既製モデルとテスト済みモデルの両方、および個別の注文の両方で、多くのオファーがあります。必要なパラメータを計算し、自分でインストールを実行できます。
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