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La entrada de aire fresco en el frío período de tiempo lleva a la necesidad de calentarlo para garantizar el microclima correcto de las instalaciones. Para minimizar el costo de la electricidad se puede utilizar el suministro y la ventilación por extracción con recuperación de calor.

Comprender los principios de su trabajo le permitirá reducir efectivamente la pérdida de calor mientras mantiene una cantidad suficiente de aire reemplazado. Vamos a tratar de resolver este problema.

Ahorro energético en sistemas de ventilación.

En el período de otoño-primavera, cuando la ventilación de las habitaciones es un problema grave, existe una gran diferencia de temperatura entre el aire entrante y el interior. Una corriente fría se precipita y crea un microclima desfavorable en hogares, oficinas y lugares de trabajo o un gradiente de temperatura vertical inaceptable en el almacén.

Una solución común al problema es integrar la ventilación del calentador de aire con la ayuda de la cual se calienta el flujo. Un sistema de este tipo requiere costos de energía, mientras que una cantidad significativa de aire caliente que sale al exterior conduce a una pérdida de calor significativa.

La salida de aire al exterior con vapor intenso sirve como un indicador de la pérdida significativa de calor que se puede usar para calentar la corriente entrante.

Si la entrada de aire y los conductos de escape están ubicados cerca, entonces es posible transferir parcialmente el calor de la corriente saliente a la entrada. Esto reducirá el consumo de electricidad del calentador o incluso lo abandonará. Un dispositivo para asegurar el intercambio de calor entre los flujos de temperatura de los gases se denomina recuperador.

En la estación cálida, cuando la temperatura exterior es mucho más alta que la temperatura ambiente, puede usar un intercambiador de calor para enfriar la corriente entrante.

Aparato unitario con recuperador.

La estructura interna de los sistemas de suministro y ventilación con un recuperador integrado es bastante simple, por lo que es posible su compra e instalación independientes elemento por elemento. En caso de que el ensamblaje o el autoensamblaje causen dificultades, puede adquirir soluciones prefabricadas en forma de estructuras prefabricadas típicas de una pieza o individuales en el pedido.

Un esquema típico de un sistema de ventilación de suministro y extracción con un intercambiador de calor colocado en una sola caja puede complementarse con otros nodos a discreción del usuario.

Elementos principales y sus parámetros.

El cuerpo con aislamiento térmico y acústico generalmente está hecho de chapa de acero. En el caso de montaje en pared, debe resistir la presión que se produce al espumar las ranuras alrededor de la unidad, así como para evitar la vibración del funcionamiento de los ventiladores.

En el caso de una entrada y flujo de aire distribuidos en varias habitaciones, se conecta un sistema de ductos a la carcasa. Está equipado con válvulas y amortiguadores para la distribución de caudales.

En ausencia de conductos de aire, se instala una rejilla o un difusor en el lado de entrada de la habitación para distribuir el flujo de aire. Una rejilla de entrada de aire exterior está montada en la entrada desde la calle para evitar que pájaros, insectos grandes y basura entren al sistema de ventilación.

El movimiento del aire es proporcionado por dos ventiladores de tipo axial o centrífugo. En presencia de un intercambiador de calor, la circulación natural de aire en un volumen suficiente es imposible debido a la resistencia aerodinámica creada por esta unidad.

La presencia de un intercambiador de calor implica la instalación de filtros finos en la entrada de ambas corrientes. Esto es necesario para reducir la intensidad de la obstrucción por el polvo y los depósitos de grasa de los canales delgados del intercambiador de calor. De lo contrario, para el pleno funcionamiento del sistema habrá que aumentar la frecuencia de mantenimiento preventivo.

Los filtros finos necesitan ser cambiados o limpiados periódicamente. De lo contrario, una mayor resistencia al flujo de aire hará que los ventiladores fallen.

Uno o más recuperadores ocupan el volumen principal del dispositivo de suministro y escape. Están montados en el centro de la estructura.

En el caso de las heladas severas típicas del territorio y la eficiencia insuficiente del intercambiador de calor para calentar el aire exterior, es posible instalar adicionalmente un calentador. Además, si es necesario, instale un humidificador, un ionizador y otros dispositivos para crear un clima interior favorable.

Los modelos modernos incluyen una unidad de control electrónico. Las modificaciones complicadas tienen funciones de programación de modos de operación, dependiendo de los parámetros físicos del ambiente de aire. Los paneles exteriores tienen una apariencia atractiva, por lo que pueden estar bien inscritos en cualquier interior de la habitación.

Resolviendo el problema de la condensación.

El enfriamiento del aire entrante de la sala crea las condiciones previas para la descarga de humedad y la formación de condensado. En el caso de un alto caudal, la mayoría no tiene tiempo para acumularse en el recuperador y sale al exterior. Con un movimiento de aire lento, una porción significativa del agua permanece dentro del dispositivo. Por lo tanto, es necesario garantizar la acumulación de humedad y su extracción fuera de la carcasa del sistema de suministro y escape.

El dispositivo elemental para recoger y drenar el condensado es una paleta ubicada debajo del intercambiador de calor con una pendiente hacia el orificio de drenaje.

La eliminación de la humedad producida en un recipiente cerrado. Se coloca solo en el interior para evitar la congelación de los canales de salida a temperaturas bajo cero. No existe un algoritmo para el cálculo confiable del volumen de agua producida cuando se usan sistemas con un intercambiador de calor, por lo tanto, se determina experimentalmente.

La reutilización del condensado para humidificar el aire no es deseable, ya que el agua absorbe muchos contaminantes, como el sudor humano, los olores, etc.

Es posible reducir significativamente la cantidad de condensado y evitar problemas asociados con su apariencia mediante la organización de un sistema de escape separado del baño y la cocina. Es en estas habitaciones donde el aire tiene la mayor humedad. Si hay varios sistemas de escape, el intercambio de aire entre las áreas técnicas y residenciales debe limitarse instalando válvulas de retención.

En el caso de enfriamiento del flujo de aire saliente a temperaturas negativas dentro del intercambiador de calor, el condensado ingresa a la escarcha, lo que causa una reducción en la sección transversal viva del flujo y, como resultado, una disminución en el volumen o el cese completo de la ventilación.

Para la descongelación periódica o una sola vez del intercambiador de calor, instale un bypass, un canal de bypass para el movimiento de aire fresco. Cuando pasa una corriente para evitar el dispositivo, la transferencia de calor cesa, el intercambiador de calor se calienta y el hielo se vuelve líquido. El agua fluye hacia el tanque de recolección de condensado o se evapora.

El principio del dispositivo de derivación es simple, por lo que si existe un riesgo de formación de hielo, es aconsejable proporcionar una solución de este tipo, ya que calentar el intercambiador de calor de otras maneras es complicado y duradero.

Cuando el flujo pasa a través del bypass, no se calienta el aire de suministro a través del intercambiador de calor. Por lo tanto, cuando activa este modo, debe encender automáticamente el calentador.

Características de los distintos tipos de recuperadores.

Hay varias opciones estructuralmente diferentes para la implementación de la transferencia de calor entre el flujo de aire frío y caliente. Cada uno de ellos tiene sus propias características distintivas que definen el propósito principal de cada tipo de intercambiador de calor.

Recuperador de flujo transversal lamelar

El diseño del intercambiador de calor de placas se basa en paneles de paredes delgadas, que se conectan alternativamente de manera que alternan el paso entre ellos de flujos de diferentes temperaturas en un ángulo de 90 grados. Una de las modificaciones de este modelo es un dispositivo con canales con aletas para el paso del aire. Tiene un mayor coeficiente de transferencia de calor.

El paso alternativo del flujo de aire caliente y frío a través de las placas se realiza doblando los bordes de las placas y sellando las juntas con resina de poliéster.

Los paneles de transferencia de calor se pueden hacer de varios materiales:

  • El cobre, el latón y las aleaciones a base de aluminio tienen una buena conductividad térmica y no están sujetos a la oxidación;
  • material plástico de un material polímero hidrófobo con un alto coeficiente de conductividad térmica de bajo peso;
  • la celulosa higroscópica permite que el condensado penetre a través de la placa y regrese a la habitación.

La desventaja es la posibilidad de condensación a bajas temperaturas. Debido a la pequeña distancia entre las placas, la humedad o las heladas aumentan significativamente la resistencia aerodinámica. En caso de glaseado, es necesario cerrar el flujo de aire entrante para calentar las placas.

Las ventajas de los intercambiadores de calor de placas son las siguientes:

  • bajo costo
  • larga vida útil;
  • el largo período entre el mantenimiento preventivo y la facilidad de implementación;
  • Pequeñas dimensiones y peso.

Este tipo de intercambiador de calor es el más común para espacios residenciales y de oficinas. También se utiliza en algunos procesos tecnológicos, por ejemplo, para optimizar la combustión del combustible durante el funcionamiento de los hornos.

Tambor o tipo rotativo.

El principio de funcionamiento del intercambiador de calor rotativo se basa en la rotación del intercambiador de calor, en cuyo interior se encuentran capas de metal corrugado con alta capacidad de calor. Como resultado de la interacción con la corriente saliente, el sector del tambor se calienta, lo que posteriormente libera calor al aire entrante.

El intercambiador de calor de malla fina del intercambiador de calor del rotor es propenso a la obstrucción, por lo que debe prestar especial atención al funcionamiento de alta calidad de los filtros finos.

La ventaja de los intercambiadores de calor rotativos es la siguiente:

  • Más bien alta eficiencia en comparación con los tipos que compiten;
  • el retorno de una gran cantidad de humedad, que permanece en forma de condensado en el tambor y se evapora al entrar en contacto con el aire seco entrante.

Este tipo de intercambiador de calor se usa con menos frecuencia en edificios residenciales con ventilación para apartamentos o casas de campo. A menudo se utiliza en grandes calderas para devolver el calor a los hornos o para grandes instalaciones industriales o de entretenimiento comercial.

Sin embargo, este tipo de dispositivo tiene inconvenientes significativos:

  • Diseño relativamente complejo con la presencia de piezas móviles, que incluyen un motor eléctrico, un tambor y una transmisión por correa, que requieren un mantenimiento constante;
  • aumento del nivel de ruido.

A veces, para dispositivos de este tipo, se puede encontrar el término "intercambiador de calor regenerativo", que es más correcto que "recuperador". El hecho es que una pequeña parte del aire saliente regresa debido al ajuste flojo del tambor en el cuerpo de la estructura.

Esto impone restricciones adicionales a la posibilidad de utilizar dispositivos de este tipo. Por ejemplo, el aire contaminado de los hornos de calefacción no se puede usar como refrigerante.

Sistema de tubo y carcasa.

El intercambiador de calor de tipo tubular consiste en tubos de paredes delgadas de pequeño diámetro dispuestos en una carcasa con aislamiento térmico, a través de la cual fluye el aire externo. En la carcasa se produce una masa de aire caliente de la habitación, que calienta el flujo entrante.

La salida de aire caliente debe llevarse a cabo precisamente en la carcasa, y no a través del sistema de tuberías, ya que es imposible eliminar el condensado de ellos.

Las principales ventajas de los intercambiadores de calor tubulares son las siguientes:

  • alta eficiencia, gracias al principio de contracorriente de movimiento del refrigerante y el aire entrante;
  • la simplicidad del diseño y la ausencia de piezas móviles garantizan bajos niveles de ruido y una rara necesidad de mantenimiento;
  • larga vida útil;
  • La sección más pequeña entre todos los tipos de dispositivos de recuperación.

Los tubos para un dispositivo de este tipo utilizan una aleación de metal o, más raramente, polímeros. Estos materiales no son higroscópicos, por lo tanto, con una diferencia significativa en las temperaturas de las corrientes, es posible la formación de condensado intenso en la carcasa, lo que requiere una solución constructiva para su eliminación. Otra desventaja es que el relleno metálico tiene un peso significativo, a pesar de su pequeño tamaño.

La simplicidad del diseño del recuperador tubular hace que este tipo de dispositivo sea popular para la autofabricación. Como cubierta externa, se utilizan habitualmente tubos de plástico para conductos de aire, aislados con cubiertas de poliuretano.

Dispositivo de refrigerante intermedio

A veces, los conductos de aire de suministro y de escape están ubicados a cierta distancia entre sí. Esta situación puede ocurrir debido a las características tecnológicas del edificio o los requisitos sanitarios para la separación confiable del flujo de aire.

En este caso, use un refrigerante intermedio que circule entre los conductos a través de una tubería aislada. Como medio para la transferencia de energía térmica mediante agua o solución de agua-glicol, cuya circulación proporciona el funcionamiento de la bomba de calor.

El intercambiador de calor con un refrigerante intermedio es un dispositivo grande y costoso, cuya aplicación está justificada económicamente para habitaciones con grandes áreas

En el caso de que haya una oportunidad de usar otro tipo de intercambiador de calor, es mejor no usar un sistema con un portador de calor intermedio, ya que tiene los siguientes inconvenientes importantes:

  • baja eficiencia en comparación con otros tipos de dispositivos, por lo tanto, dichos dispositivos no se usan para habitaciones pequeñas con bajo flujo de aire;
  • importante volumen y peso de todo el sistema;
  • la necesidad de una bomba eléctrica adicional para fluido circulante;
  • Aumento del ruido de la bomba.

Existe una modificación de este sistema cuando, en lugar de la circulación forzada del fluido intercambiador de calor, se utiliza un medio con un punto de ebullición bajo, por ejemplo, freón. En este caso, el movimiento a lo largo del contorno es posible de forma natural, pero solo si el conducto de admisión está ubicado sobre el conducto de escape.

Dicho sistema no requiere costos de energía adicionales, pero funciona en calefacción solo con una diferencia de temperatura significativa. Además, es necesario ajustar el punto de cambio en el estado agregativo del fluido intercambiador de calor, que puede implementarse creando la presión deseada o una composición química específica.

Parámetros técnicos principales

Al conocer el rendimiento requerido del sistema de ventilación y la eficiencia de intercambio de calor del intercambiador de calor, es fácil calcular los ahorros en el calentamiento del aire para una habitación bajo condiciones climáticas específicas. Al comparar los beneficios potenciales con los costos de comprar y mantener el sistema, puede hacer una elección razonable a favor de un intercambiador de calor o un calentador estándar.

A menudo, los fabricantes de equipos ofrecen una línea de modelos en la que las unidades de ventilación con funcionalidad similar difieren en el volumen de intercambio de aire. Para locales residenciales, este parámetro debe calcularse de acuerdo con la tabla 9.1. SP 54.13330.2016

Coeficiente de rendimiento

Bajo la eficiencia del intercambiador de calor, entienda la eficiencia de la transferencia de calor, que se calcula mediante la siguiente fórmula:

K = (T p - T n ) / (T in - T n )

En el cual

  • T p - la temperatura del aire entrante dentro de la habitación;
  • T n - temperatura exterior;
  • T en - la temperatura del aire en la habitación.

El valor de máxima eficiencia a un caudal nominal de aire y un cierto modo de temperatura se indican en la documentación técnica del dispositivo. Su verdadera figura será un poco menos.

En el caso de la producción independiente de un intercambiador de calor de placas o tubos, para lograr la máxima eficiencia de transferencia de calor, es necesario seguir las siguientes reglas:

  • La mejor transferencia de calor la proporcionan los dispositivos a contracorriente, luego los de flujo cruzado y los menos, con movimiento unidireccional de ambas corrientes.
  • La intensidad de la transferencia de calor depende del material y del espesor de la pared que separa los flujos, así como de la duración del aire dentro del dispositivo.

Conociendo la eficiencia del intercambiador de calor, es posible calcular su eficiencia energética a diferentes temperaturas del aire exterior e interior:

E (W) = 0.36 x P x K x (T in - T n )

donde P (m 3 / hora) es el flujo de aire.

El cálculo de la eficiencia del intercambiador de calor en términos monetarios y una comparación con el costo de su adquisición e instalación para una casa de campo de dos pisos con un área total de 270 m2 muestra la factibilidad de instalar dicho sistema.

El costo de los intercambiadores de calor de alta eficiencia es bastante alto, tienen una estructura compleja y un tamaño considerable. A veces, puede solucionar estos problemas instalando algunos dispositivos más simples para que el aire entrante pase a través de ellos de manera secuencial.

Rendimiento del sistema de ventilación.

El volumen del flujo de aire está determinado por la presión estática, que depende de la potencia del ventilador y de los componentes principales que crean resistencia aerodinámica. Como regla general, su cálculo exacto es imposible debido a la complejidad del modelo matemático, por lo que se llevan a cabo estudios experimentales para estructuras típicas de una pieza y se seleccionan componentes para dispositivos individuales.

La potencia del ventilador debe elegirse teniendo en cuenta el rendimiento de cualquier tipo de intercambiadores de calor instalados, lo que se indica en la documentación técnica como la tasa de flujo recomendada o el volumen de aire que pasa el dispositivo por unidad de tiempo. Como regla general, la velocidad de aire permitida dentro del dispositivo no supera los 2 m / s.

De lo contrario, a altas velocidades en los elementos estrechos del intercambiador de calor, hay un fuerte aumento en la resistencia aerodinámica. Esto conlleva costos de energía innecesarios, un calentamiento ineficiente del aire exterior y una reducción de la vida útil de los ventiladores.

El gráfico de pérdida de presión en función del caudal de aire para varios modelos de intercambiadores de calor de alta capacidad muestra un aumento no lineal de la resistencia, por lo que es necesario cumplir los requisitos para el volumen de intercambio de aire recomendado indicado en la documentación técnica del dispositivo.

Cambiar la dirección del flujo de aire crea una resistencia aerodinámica adicional. Por lo tanto, al modelar la geometría del conducto dentro de la habitación, es conveniente minimizar el número de vueltas de los tubos en una cantidad de 90 grados. Los difusores de aire también aumentan la resistencia, por lo que es recomendable no utilizar elementos con un patrón complejo.

Los filtros y rejillas contaminados crean una interferencia significativa con el flujo, por lo que deben limpiarse o reemplazarse periódicamente. Una de las formas efectivas de evaluar los residuos es instalar sensores que supervisen la caída de presión en las secciones hasta el filtro y después de este.

Conclusiones y video útil sobre el tema.

El principio de funcionamiento del intercambiador de calor rotativo y de placas:

Medición de la eficiencia del intercambiador de calor tipo placa:

Los sistemas de ventilación domésticos e industriales con un recuperador integrado han demostrado su eficiencia energética en la preservación del calor interior. Ahora hay muchas propuestas para la venta e instalación de tales dispositivos en forma de modelos listos para usar y probados, así como para pedidos individuales. Puede calcular los parámetros requeridos y realizar la instalación usted mismo.

Si al leer la información hay preguntas o encuentra imprecisiones en nuestro material, deje sus comentarios en el cuadro a continuación.

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Categoría:

Ventilación