Mogućnosti ventilacijskog uređaja s rekuperacijom topline

Filteri načelno sprečavaju prodiranje prašine i insekata u unutrašnjost zgrade. Kvaliteta filtriranja može se povećati gušćim materijalom za filtar ili primjenom dodatnog elektrostatičnog filtra.

Time se omogućuje i izdvajanje alergena te pruža zaštita alergičnim osobama.

Dolazni se zrak po potrebi može dodatno ugrijati grijačima za zrak. Grijači zraka na bazi tople vode ili su izravno integrirani u ventilacijske uređaje (DUPLEX-T) ili se izvan ventilacijskih uređaja montiraju u sistem za odvođenje zraka (TPO); električni se grijači zraka iz sigurnosnih razloga integriraju samo izvan ventilacijskih uređaja u ventilacijske kanale.

DUPLEX sistem može se rabiti i za hlađenje. U toplo doba godine dodatnom se premosnicom zrak provodi pokraj izmjenjivača topline pa se dolazni zrak ne može zagrijavati odlaznim zrakom. Hladne noći se tako mogu koristiti u ljetne dane za ugodno temperiranje. Prilikom ventilacije klimatiziranih prostorija "rekuperacijom hladnoće" se preko pločastih izmjenjivača topline može smanjiti trošak klimatizacije. Ekonomičnost je čak višestruko bolja kod rekuperacije hladnoće nego kod rekuperacije topline.

Ekonomičnost sistema za rekuperaciju topline

Prema čimbenicima bitnima za zdravlje i komfor važno mjesto zauzima i ekonomičnost. Nju općenito određuju sljedeći parametri:korisnost

  • troškovi kupnje
  • broj sati pogona
  • ušteda troškova grijanja uključujući i troškove ulaganja za eventualno potrebno više postavljanje uređaja za grijanje entalpija odlaznog zraka (temperatura i vlažnost)
  • dodatni troškovi pogona uređaja za rekuperaciju topline u odnosu na uobičajenu ventilaciju
  • godišnja amortizacija
  • eventualne državne subvencije
  • cijena izvora energije (loživo ulje, plin, struja)

Korisnost rekuperacije topline (bez kondenzacije)

Korisnost u % kod ventilacije s ravnotežom tlaka i suhog zraka kreće se između 50% i 80% kod ATREA izmjenjivača topline. Ona ponajviše ovisi o veličini uređaja te o izmjenjivaču topline koji se koristi. U tehničkim podacima iz kataloga navedene su pojedinačne osnovne vrijednosti. Korisnost se može i različito koristiti kod različitih intenziteta ventilacije (ovisno o prostornoj struji). Detaljne informacije nalaze se u grafičkih prikazima u katalogu.

Primjer:

Temperatura prostorije (ti1) iznosi 22 ºC, vanjska temperatura (te1) je -2 ºC, korisnost rekuperacije topline je 70% kod suhog zraka.

Izračun:

 

Zaključak:

U izmjenjivaču topline vanjski se zrak zagrijava s -2 ºC na 14,8 ºC. Stoga se dolazni zrak mora još zagrijati za 7,2 ºC na 22 ºC. Kod ventilacije bez rekuperacije topline bilo bi potrebno dodatno zagrijavanje za 24 ºC.

Kako biste se brzo orijentirali, pomoći će Vam sljedeći nomogram:

Nomogram za rekuperaciju topline

Korekturni faktori korisnosti rekuperacije topline

Prethodni teorijski primjer vrijedi za suhi odlazni zrak. Na korisni stupanj rekuperacije topline rekuperativnog izmjenjivača topline u radnom pogonu načelno utječu još dva čimbenika:

a) kondenzacija vodene pare iz odlaznog zraka prilikom smanjenja vrijednosti rosišta na površini ploča
b) odnos prostornih struja odlaznog i dolaznog zraka K1 = Vi : Ve

Općenito se korisnost rekuperacije topline povećava kod povećane vlažnosti odlaznog zraka te kod veće prostorne struje odlaznog zraka u odnosu na dolazno zrak kao i kod većih temperaturnih razlika između vanjskog i odlaznog zraka.

Na temelju grafike na sljedećoj stranici "Korektura stupnja rekuperacije topline" možete odrediti korigiranu korisnost prema stvarnim okolnostima.

Korektura stupnja rekuperacije topline za ATREA izmjenjivač topline od plastike (hPS)

h = h0 x h1 x h2

Korektura η1

Korektura η2









Primjer izračuna:

Zadatak:

1) Odlazni zrak

- Prostorna struja Vi = 3.500 m³/h

- Temperatura ti = 27,7 ºC

- Relativna vlažnost ϕi = 68%

2) Vanjski zrak

- Prostorna struja Ve = 2.700 m³/h

- Temperatura te = -2,0 ºC

3) Korisnost

- Osnovna korisnost η2 = 55,0% (prema katalogu)

Izračun:

1) Korektura η1:

- Zaključivanje iz grafike η1 = 1,12

2) Korektura η2:

- Odnos prostornih struja 3500 : 2700 = 1,3

- Zaključivanje iz grafike η2 = 1,07

- 3) Korigirana korisnost η:h = ho x h1 x h2 = 55 x 1,12 x 1,07 = 65,9 %

Ukupna korisnost rekuperacije topline uključujući neiskorištenu toplinu u zgradama

Za razliku od korisnosti rekuperacije topline možemo izračunati ukupnu korisnost rekuperacije topline koja uključuje korištenje ukupne neiskorištene topline. Neiskorištenom nazivamo onu toplinu koja nastaje kao nusprodukt prilikom drugih procesa osim prilikom grijanja. U zgradama je uobičajen stalan razvoj topline i vodene pare. Najčešći primjer jest izmjena tvari (metabolizam) ljudskog organizma. Stvaranje topline kod normalnog, mirnog boravka doseže oko 100 do 150 W po osobi koja usput, ovisno o tjelesnoj konstituciji, stvara 50 do 250 g vodene pare. Ostali izvori topline su primjerice osunčavanje kroz prozor, električna rasvjeta, agregati za hlađenje, automati za igre na sreću, proizvodna tehnologija, vodene površine u bazenima itd. Kod ventilacije bez rekuperacije topline sva se ta energija gubi i dolazni se zrak neprestano mora iznova zagrijavati.

U usporedbi s tim, zahvaljujući rekuperaciji topline neiskorištena toplina pridonosi povećanju ukupne korisnosti za 20% u ekstremnim slučajevima, a u industriji čak i više. Tako se primjerice u jednom ugostiteljskom objektu ukupna korisnost može povećati na preko 90%. Na taj se način mogu ostvariti skraćeno razdoblje grijanja za 3 mjeseca te smanjena potrošnja energije za grijanje za 65%. To će se još jasnije predočiti na primjeru u sljedećem odlomku.

Za prosudbu ukupne koristi uređaja za rekuperaciju topline, korisnosti rekuperacije topline se u pravilu u stambenim i javnim objektima može dodati još oko 15 do 25%. Kod industrijskih objekata s velikom količinom neiskorištene topline ta razlika može iznositi čak i do 60%: ηG = η0 + 60 = 120%. To znači da je na raspolaganju više topline nego što je potrebno. Grijači zraka odn. osnovno grijanje najprije se moraju pokrenuti pri puno nižoj vanjskoj temperaturi. Za smanjenje temperature dolaznog zraka Te2 u navedenom bi se slučaju koristila automatska funkcija premosnice, a vanjski bi se zrak (termičkim upravljanjem preko te2) djelomično usmjerio oko izmjenjivača topline.

Ukupan stupanj korisnosti uređaja za rekuperaciju topline u našem prethodnom primjeru povećava temeljnu vrijednost korisnosti od 60% na:

- hG (%) = h0 (te2 - te1) / (ti0 - te1) x 100 = (17-5) / (20-5) x 100 = 80 %.

Amortizacija troškova za ventilacijski uređaj s rekuperacijom topline skraćuje se u toj mjeri u kojoj će se u budućnosti povećati troškovi energije. Ekološki aspekt - zaštita resursa, smanjenje proizvodnje CO2 koja za posljedicu ima zagrijavanje atmosfere - također ukazuje na prednosti rekuperacije topline, dakle višestrukog iskorištavanja jednom nastale energije.

Izrada koncepta ventilacijskog uređaja s rekuperacijom topline

Ventilacijski se sistem u pravilu izrađuje tako da se vanjski zrak kroz ventilacijski uređaj vodi u prostorije u kojima je najpotrebniji svježi zrak (dnevni boravak, spavaća soba, dječja soba, ured). Preko otvora na vratima taj se zrak kroz hodnike preko kuhinje, kupaonice, WC-a, prostorije za pranje rublja vodi natrag do ventilacijskog uređaja gdje se oslobađa svoje topline te se kao odlazni zrak na dovoljnoj udaljenosti od usisne rešetke za vanjski zrak izvodi van. Prilikom postavljanja ventilacijskog uređaja u različitim se zgradama (školama, vrtićima, kinima, kazalištima, restoranima, kavanama, društvenim prostorijama...) postavljaju individualni zahtjevi. Ali princip ipak ostaje isti: prethodno zagrijani, filtrirani dolazni zrak vodi se u prostorije u kojima se boravi. Osim iskorištavanja topline odlaznog zraka prozračene prostorije valja po mogućnosti uključiti sve izvore neiskorištene topline u procesu cirkuliranja ventilacije i rekuperacije topline.

Primjer postavljanja:

Zadatak: Izrada koncepta ventilacije s rekuperacijom topline za ugostiteljski objekt u koji stane 30 osoba (pušača).

Zatečeni uvjeti:

Iznos internih izvora topline

SQP,S,L = QP + QS + QL = 4,85 kW

To znači:

  • Qp = procijenjena proizvodnja topline metabolizmom 30 osoba po 100 W = 3 kW
  • Qs = osunčavanje kroz prozor (ignorirano je)
  • QL = proizvodnja topline preko rasvjetnih uređaja, hladnjaka, automata za igre na sreću itd. = 1,85 kW
  • η0 = 60 % kod suhog zraka
  • ρ = gustoća zraka = 1,2 kg/m³
  • c = specifična toplina zraka = 1,01 kJ/kg po ºC
  • ti0 = + 20 ºC temperatura prostorije
  • te1 = + 5 ºC vanjska temperatura
  • ti1 = + 25 ºC temperatura odlaznog zraka (procjena)
  • Δt = ti1 - te1
  • V = količina zraka m³/h

Izračun:

Potrebna količina zraka (60 m³/h po osobi) Ve = Vi = 30 x 60 m3/h = 1800 m3/h = 0,5 m3/s

Za zagrijavanje zraka internim izvorima (interno opterećenje toplinom = neiskorištena toplina) vrijedi: Q = V x r x c x Dt [kW]

tako da povećanje temperature preko internih izvora iznosi: Dt1 = Q / (V x r x c) = 4,85 / (0,5 x 1,2 x 1,01) = + 8 °C

Temperatura dolaznog zraka nakon rekuperacije topline iznosi: te2 = h0 (ti1 - te1) + te1 = 0,6 (25 - 5) + 5 = + 17 °C

Zaključak:

Temperaturna razlika između odlaznog i dolaznog zraka iznosi: Δt0 = ti1 - te2 = 25 - 17 = +8 ºC. Zahvaljujući internim izvorima topline naknadno zagrijavanje dolaznog zraka u danim uvjetima nije potrebno. Pretpostavka je ipak da je dovođenje zraka od stropa u prostor u kojem se boravi optimalno te da se odvija minimalnom brzinom.

Ukoliko - u drugim slučajevima - zbog povišene neiskorištene topline dođe do prekomjernog povećanja temperature dolaznog zraka, za smanjenje temperature dolaznog zraka te2 aktivira se automatska funkcija premosnice te se vanjski zrak (termičkim upravljanjem preko te2) djelomično usmjerava oko izmjenjivača topline.

Ukupna ekonomičnost

Ukupna učinkovitost uređaja za rekuperaciju topline i hladnoće eR prikazuje se kao odnos između ostvarene energije (u obliku topline) te utroška energije koji je povećan zbog rekuperacije topline, a preko otpora sistema za rekuperaciju topline.

 

Kod izmjenjivača topline "zrak-zrak" ekonomičnost (podjednako kod rekuperacije topline i rekuperacije hladnoće) se općenito može okarakterizirati sljedećim čimbenicima:

  • prostornom strujom dolaznog i odlaznog zraka, eventualno njihovim odnosom,
  • temperaturnim razlikama između dolaznog i odlaznog zraka,
  • korisnosti i opteretivosti ventilatora,
  • temeljnom korisnosti rekuperacije topline,
  • gubitkom tlaka izmjenjivača topline, tj. otporom za strujanja,
  • stupnjem zaprljanja odn. zahtjevima za čistoćom zraka, a time potrebnim stupnjem filtriranja,
  • apsolutnom vlažnošću odlaznog zraka te stupnjem kondenzacije.

Kod modernih sistema za rekuperaciju topline kao što je ATREA sistem doseže se maksimalan faktor ekonomičnosti eR = 22 prilikom temeljnog izračuna. Taj se faktor s kondenzatom povećava na eR = 28.

Za bilanciranje polazi se od sljedećih prosječnih godišnjih vrijednosti:

  • temperatura vanjskog zraka: te = +3 do + 5 ºC
  • zatim za stambene kuće: Δt = 15 do 17 ºC i srednji eR-faktor kreće se između 9 i 14.

Ekonomičnost eR


Izvor: masmedia.hr