Utnyttjande av värmeenergi från frånluftsventilation. Grunderna i design och installation av värmesystem. Föreläsningens struktur och timing

En av källorna till sekundära energiresurser i byggnaden är den termiska energin från luften som förs ut i atmosfären. Förbrukningen av värmeenergi för uppvärmning av den inkommande luften är 40 ... 80 % av värmeförbrukningen, det mesta kan sparas vid användning av så kallade spillvärmeväxlare.

Det finns olika typer av spillvärmeväxlare.

Recuperativa plattvärmeväxlare är gjorda i form av ett paket med plattor installerade på ett sådant sätt att de bildar två intilliggande kanaler, genom vilka den ena luften strömmar och genom den andra - den tillförda utomhusluften. Vid tillverkning av plattvärmeväxlare av en sådan design med hög luftkapacitet uppstår betydande tekniska svårigheter, därför uppstår konstruktioner av skal-och-rörvärmeväxlare-användare TKT, som är en bunt av rör anordnade på ett förskjutet sätt och inneslutna i ett hölje, har utvecklats. Den avlägsnade luften rör sig i det ringformade utrymmet, medan luften utanför rör sig inuti rören. Bäckarnas rörelse är tvär.

Ris. Värmeväxlare:
a - plattvärmeväxlare;
b - TKT-användare;
в - roterande;
g - återhämtande;
1 - fall; 2 - tilluft; 3 - rotor; 4 - renad sektor; 5 - frånluft; 6 - köra.

För att förhindra isbildning är värmeväxlarna utrustade med en extra ledning längs uteluften, genom vilken en del av den kalla uteluften passerar vid en rörbuntsväggstemperatur under den kritiska (-20 °C).

Värmeåtervinningsaggregat i frånluft med mellanvärmebärare kan användas i mekaniska till- och frånluftsventilationssystem samt i luftkonditioneringssystem. Aggregatet består av en luftvärmare placerad i till- och frånluftskanalerna, sammankopplad med en sluten cirkulationsslinga fylld med en mellanbärare. Cirkulationen av kylvätskan utförs med hjälp av pumpar. Frånluften, som kyls i frånluftskanalens luftvärmare, överför värme till den mellanvärmebärare som värmer tilluften. När frånluften kyls under daggpunktstemperaturen uppstår kondensation av vattenånga på en del av frånluftsvärmarnas värmeväxlaryta, vilket leder till risk för isbildning vid negativa initiala temperaturer på tilluften.

Värmeåtervinningsaggregat med mellanvärmebärare kan arbeta antingen i ett läge som tillåter isbildning på frånluftsvärmarens värmeväxlaryta under dagen med efterföljande avstängning och avfrostning, eller, om aggregatet inte är avstängt, när en av Följande åtgärder vidtas för att skydda frånluftsvärmaren från isbildning:

förvärmning av tilluften till en positiv temperatur;
skapande av en bypass för kylvätskan eller tilluften;
öka flödet av kylvätskan i cirkulationsslingan;
uppvärmning av den mellanliggande värmebäraren.

Valet av typ av regenerativ värmeväxlare görs beroende på designparametrarna för den borttagna och tillförda luften och fuktutsläppet inuti rummet. Regenerativa värmeväxlare kan installeras i byggnader för olika ändamål i systemen för mekanisk tillförsel och frånluftsventilation, luftvärme och luftkonditionering. Installationen av en regenerativ värmeväxlare måste säkerställa en motströmsrörelse av luftflöden.

Ventilations- och luftkonditioneringssystemet med regenerativ värmeväxlare måste vara försett med styr- och automatiska regleranordningar, som måste säkerställa drift med periodisk avfrostning eller förhindra frostbildning, samt upprätthålla de erforderliga parametrarna för tilluften. För att förhindra frostbildning i tilluften:

ordna en förbikopplingskanal;
förvärm tilluften;
ändra rotationsfrekvensen för regeneratormunstycket.

I system med positiva initiala tilluftstemperaturer vid värmeåtervinning finns det ingen risk för att kondensat fryser på värmeväxlarens yta i frånluftskanalen. I system med negativa initiala temperaturer på tilluften är det nödvändigt att använda användningsscheman som ger skydd mot frysning av ytan på luftvärmarna i avgaskanalen.

I ett luftkonditioneringssystem kan värmen från frånluften från lokalen utnyttjas på två sätt:

· Använda system med luftcirkulation;

· Installation av värmeväxlare.

Den senare metoden används vanligtvis i direktflödesluftkonditioneringssystem. Användningen av värmeväxlare är dock inte utesluten i kretsar med luftcirkulation.

Ett brett utbud av utrustning används i moderna ventilations- och luftkonditioneringssystem: värmare, luftfuktare, olika typer av filter, justerbara galler och mycket mer. Allt detta är nödvändigt för att uppnå de erforderliga luftparametrarna, upprätthålla eller skapa bekväma förhållanden för att arbeta i rummet. All denna utrustning kräver mycket energi att underhålla. Värmeåtervinningsenheter håller på att bli en effektiv lösning för att spara energi i ventilationssystem. Huvudprincipen för deras funktion är att värma luftflödet som tillförs rummet med hjälp av värmen från flödet som tas bort från rummet. Vid användning av en värmeväxlare krävs mindre effekt från värmaren för att värma tilluften, vilket minskar mängden energi som krävs för dess drift.

Värmeåtervinning i luftkonditionerade byggnader kan ske genom värmeåtervinning från ventilationsutsläpp. Återvinning av spillvärme för uppvärmning av frisk luft (eller kylning av den inkommande friska luften med spillluft efter luftkonditioneringsanläggningen på sommaren) är den enklaste användningsformen. Samtidigt kan fyra typer av utnyttjandesystem noteras, som redan nämnts: roterande regeneratorer; värmeväxlare med en mellanliggande värmebärare; enkla luftvärmeväxlare; rörformiga värmeväxlare. En roterande regenerator i ett luftkonditioneringssystem kan höja tilluftstemperaturen på vintern med 15 ° C och på sommaren kan den minska tilluftstemperaturen med 4-8 ° C (6.3). Liksom i andra återvinningssystem, med undantag för mellanvärmeväxlaren, kan den roterande regeneratorn endast fungera om avgas- och sugkanalerna ligger intill varandra någon gång i systemet.

En mellanvärmeväxlare är mindre effektiv än en roterande regenerator. I det presenterade systemet cirkulerar vatten genom två värmeväxlarslingor och eftersom en pump används kan de två slingorna placeras på ett visst avstånd från varandra. Både denna värmeväxlare och den roterande regeneratorn har rörliga delar (pumpen och elmotorn drivs och detta skiljer dem från luft- och rörvärmeväxlare. En av nackdelarna med regeneratorn är att föroreningar kan uppstå i kanalerna. Smuts kan sedimentera på hjulet och överför det sedan till sugporten. De flesta hjul har numera en rensning för att hålla föroreningar till ett minimum.

En enkel luftvärmeväxlare är en stationär anordning för att växla värme mellan avgas och inkommande luftströmmar, som passerar genom den i ett motströmsflöde. Denna värmeväxlare liknar en rektangulär stållåda med öppna ändar, uppdelad i många smala kanaler av kammartyp. Frånluft och frisk luft strömmar genom alternerande kanaler, och värme överförs från en luftström till en annan helt enkelt genom kanalernas väggar. Det sker ingen överföring av föroreningar i värmeväxlaren och eftersom en betydande yta är innesluten i ett kompakt utrymme uppnås en relativt hög verkningsgrad. En värmeväxlare med ett värmerör kan betraktas som en logisk utveckling av konstruktionen av den ovan beskrivna värmeväxlaren, där de två luftströmmarna in i kamrarna förblir helt åtskilda, förbundna med ett knippe flänsförsedda värmerör som överför värme från en kanal till en annan. Även om rörväggen kan ses som ytterligare termiskt motstånd, är värmeöverföringseffektiviteten i själva röret, där förångnings-kondensationscykeln sker, så stor att upp till 70 % av spillvärmen kan återvinnas i dessa värmeväxlare. En av de största fördelarna med dessa värmeväxlare jämfört med en mellanvärmeväxlare och en roterande regenerator är deras tillförlitlighet. Fel på flera rör kommer endast att minska värmeväxlarens effektivitet något, men kommer inte att stoppa användningssystemet helt.

Med alla olika designlösningar för värmeanvändare av sekundära energiresurser, har var och en av dem följande element:

· Miljö - en källa till termisk energi;

· Miljö - konsument av värmeenergi;

· Värmemottagare - värmeväxlare som tar emot värme från en källa;

· Värmeväxlare - värmeväxlare som överför värmeenergi till konsumenten;

· Arbetsämne som transporterar termisk energi från källan till konsumenten.

I regenerativa och luft-till-luft (luft-vätske) återvinningsvärmeväxlare är arbetssubstansen själva värmeväxlingsmediet.

Applikationsexempel.

1. Uppvärmning av luft i luftvärmesystem.
Värmare är designade för snabb uppvärmning av luft med hjälp av en vattenvärmebärare och dess enhetliga fördelning med hjälp av en fläkt och styrgaller. Detta är en bra lösning för bygg- och industriverkstäder, där snabb uppvärmning och upprätthållande av en behaglig temperatur endast krävs under arbetstid (som regel är ugnar i drift samtidigt).

2. Uppvärmning av vatten i varmvattenförsörjningssystemet.
Användningen av värmeväxlare gör det möjligt att jämna ut topparna i energiförbrukningen, eftersom den maximala vattenförbrukningen inträffar i början och slutet av skiftet.

3. Uppvärmning av vatten i värmesystemet.
Stängt system
Kylvätskan cirkulerar i en sluten slinga. Det finns alltså ingen risk för kontaminering.
Öppna system. Värmebäraren värms upp med het gas och avger sedan värme till konsumenten.

4. Uppvärmning av förbränningsluften. Gör det möjligt att minska bränsleförbrukningen med 10 % –15 %.

Det beräknas att huvudreserven för bränsleekonomi under driften av brännare för pannor, ugnar och torkar är utnyttjandet av värmen från avgaser genom att värma förbränningsbränslet med luft. Värmeåtervinning från avgaser är av stor betydelse i tekniska processer, eftersom värmen som återförs till ugnen eller pannan i form av uppvärmd blåsluft kan minska förbrukningen av bränsle naturgas med upp till 30 %.
5. Uppvärmning av bränsle som går till förbränning med vätske-vätskevärmeväxlare. (Exempel - uppvärmning av eldningsolja upp till 100˚ – 120˚ С.)

6. Uppvärmning av processvätskan med vätske-vätskevärmeväxlare. (Ett exempel är uppvärmning av en galvanisk lösning.)

Således är en värmeväxlare:

Lösning av problemet med energieffektivitet i produktionen;

Normalisering av den ekologiska situationen;

Tillgång till bekväma förhållanden i din produktion - värme, varmvatten i administrativa och grovkök;

Att minska energikostnaderna.

Bild 1.

Strukturen för energiförbrukning och energibesparingspotential i bostadshus: 1 - transmissionsvärmeförlust; 2 - värmeförbrukning för ventilation; 3 - värmeförbrukning för varmvattenförsörjning; 4– energibesparing

Lista över begagnad litteratur.

1. Karadzhi VG, Moskovko Yu.G. Några funktioner för effektiv användning av ventilations- och värmeutrustning. Ledarskap - M., 2004

2. Eremkin A.I., Byzeev V.V. Ekonomi för energiförsörjning i värme-, ventilations- och luftkonditioneringssystem. Förlag för Association of Construction Universities M., 2008.

3. Skanavi A. V., Makhov. L. M. Uppvärmning. Förlaget ASV M., 2008

FÖRELÄSNING

efter akademisk disciplin "Värme- och massöverföringsutrustning för företag"

(till läroplanen 200__)

Lektion nummer 26. Värmeväxlare - utnyttjare. Strukturer, funktionsprincip

Utvecklad av: Ph.D., docent Kostyleva E.E.

Diskuterades vid ett möte på avdelningen

protokoll nr _____

daterad "_____" __________2008

Kazan - 2008

Lektion nummer 26... Värmeväxlare - utnyttjare. Strukturer, funktionsprincip

Inlärningsmål:

1. Att studera design och princip för olika värmeväxlare av spillvärmeväxlare

Typ av yrke: föreläsning

Tidsutgifter: 2 timmar

Plats: aud. ________

Litteratur:

1. Internets elektroniska resurser.

Utbildnings- och materialstöd:

Affischer som illustrerar utbildningsmaterial.

Föreläsningens struktur och tidpunkt:

Det finns olika typer av spillvärmeväxlare.

Ris. 1 Värmeväxlare - användare:
a- plattvärmeväxlare; b- Användare TKT; v- roterande; G- återhämtande;
1 - fall; 2 - tilluft; 3 - rotor; 4 - renad sektor; 5 - frånluft; 6 - köra.

Värmeåtervinningsaggregat i frånluft med mellanvärmebärare kan användas i mekaniska till- och frånluftsventilationssystem samt i luftkonditioneringssystem. Aggregatet består av en luftvärmare placerad i till- och frånluftskanalerna, sammankopplad med en sluten cirkulationsslinga fylld med en mellanbärare. Cirkulationen av kylvätskan utförs med hjälp av pumpar. Frånluften, som kyls i frånluftskanalens luftvärmare, överför värme till den mellanvärmebärare som värmer tilluften. När frånluften kyls under temperaturen daggpunkt På en del av värmeväxlingsytan hos luftvärmarna i frånluftskanalen uppstår kondensering av vattenånga, vilket leder till möjligheten för isbildning vid negativa initiala temperaturer på tilluften.

förvärmning av tilluften till en positiv temperatur;
skapande av en bypass för kylvätskan eller tilluften;
öka flödet av kylvätskan i cirkulationsslingan;
uppvärmning av den mellanliggande värmebäraren.

ordna en förbikopplingskanal;
förvärm tilluften;
ändra rotationsfrekvensen för regeneratormunstycket.

2. DRIFT AV VÄRMEVÄXLARE - ÅTERVINNINGSENHET I VENTILATIONS- OCH LUFTKONDITIONERINGSSYSTEMET

Spillvärmeväxlare kan användas i ventilations- och luftkonditioneringssystem för att återvinna värmen från frånluften som avlägsnas från rummet.

Till- och frånluftsströmmarna matas genom motsvarande inloppsrör in i värmeväxlarenhetens tvärflödeskanaler, t.ex. i form av ett paket av aluminiumplåtar. När flödena rör sig genom kanalerna överförs värme genom väggarna från den varmare frånluften till den kallare tilluften. Därefter avlägsnas dessa strömmar från värmeväxlaren genom motsvarande utloppsrör.

När den passerar genom värmeväxlaren sjunker tilluftstemperaturen. Vid låga uteluftstemperaturer kan den nå daggpunktstemperaturen, vilket leder till utfällning av droppfukt (kondensat) på ytorna som begränsar värmeväxlarens kanaler. Vid negativa temperaturer på dessa ytor förvandlas kondensat till frost eller is, vilket naturligtvis stör värmeväxlarens drift. För att förhindra att frost eller is bildas eller avlägsnas under driften av denna värmeväxlare, är temperaturen i värmeväxlarens kallaste hörn eller (som tillval) tryckskillnaden i frånluftskanalen före och efter värmeväxlaren. mätt. När gränsvärdet, förutbestämt värde för den uppmätta parametern har nåtts, roterar värmeväxlarenheten 180" runt sin centrala axel. Således är det möjligt att minska det aerodynamiska motståndet, ta tid att förhindra frostbildning eller ta bort den och använda hela värmen utbytesyta.

Uppgiften är att minska det aerodynamiska motståndet mot flödet av tilluften, använda hela värmeväxlarens yta för värmeväxlingsprocessen under processen för att förhindra bildandet av frost eller ta bort den, samt att minska tiden som spenderas på genomföra denna process.

Uppnåendet av detta tekniska resultat underlättas av det faktum att parametern med vilken det bedöms om möjligheten till bildning eller närvaro av frost på ytan av den kalla zonen av värmeväxlaren är antingen temperaturen på dess yta i det kallaste hörnet , eller tryckskillnaden i frånluftskanalen före och efter värmeväxlarenheten.

Förebyggande av frostbildning genom att värma upp ytan som tillförs kanalerna från deras utloppssida genom att vrida värmeväxlaren i en vinkel på 180° av frånluftsflödet (när den uppmätta parametern når gränsvärdet) säkerställer konstant aerodynamiskt motstånd mot tilluften flöde, samt användningen av hela värmeväxlarens yta för värmeväxling under hela hans arbete.

Användningen av en värmeväxlare-värmeväxlare ger en märkbar besparing av medel för uppvärmning av rum och minskar värmeförluster som oundvikligen existerar under ventilation och luftkonditionering. Och på grund av ett fundamentalt nytt tillvägagångssätt för att förhindra bildandet av kondensat med efterföljande uppkomst av frost eller is, deras fullständiga avlägsnande, ökas effektiviteten hos denna värmeväxlare avsevärt, vilket gynnsamt skiljer den från andra sätt att utnyttja avgasvärmen luft.

3. VÄRMEVÄXLARE FRÅN FÄRDIGA RÖR

Idag är energibesparing en prioritet i utvecklingen av världsekonomin. Uttömningen av naturliga energireserver, en ökning av kostnaderna för värme och elektrisk energi leder oundvikligen till behovet av att utveckla ett helt system av åtgärder som syftar till att förbättra effektiviteten i energikrävande installationer. I detta sammanhang blir minskningen av förluster och återanvändning av förbrukad värmeenergi ett effektivt verktyg för att lösa problemet.

Under villkoren för ett aktivt sökande efter reserver för att spara bränsle och energiresurser, lockar problemet med att ytterligare förbättra luftkonditioneringssystem som stora konsumenter av termisk och elektrisk energi mer och mer uppmärksamhet. En viktig roll för att lösa detta problem ska spelas av åtgärder för att förbättra effektiviteten hos värme- och massöverföringsanordningar, som utgör grunden för det polytropiska luftbehandlingsundersystemet, vars kostnader når 50% av alla kostnader för driften av SCR .

Utnyttjande av värmeenergi från ventilationsutsläpp är en av nyckelmetoderna för att spara energiresurser i luftkonditionering och ventilationssystem för byggnader och strukturer för olika ändamål. I fig. 1 visar huvudscheman för att utnyttja värmen från frånluften, som implementeras på marknaden för modern ventilationsutrustning.

Analys av tillståndet i produktionen och användningen av värmeåtervinningsutrustning utomlands visar på en tendens till den övervägande användningen av recirkulation och fyra typer av frånluftsvärmeåtervinningsenheter: roterande regenerativ, plattåtervinnande, baserad på värmerör och med en mellanliggande kylvätska. Användningen av dessa anordningar beror på driftsförhållandena för ventilations- och luftkonditioneringssystem, ekonomiska överväganden, den relativa positionen för tillförsel- och avgascentralerna och driftsförmåga.

Tabell 1 visar en jämförande analys av olika scheman för att utnyttja värmen från frånluften. Bland huvudkraven från investerarens sida för värmeåtervinningsanläggningar bör det noteras: pris, driftskostnader och arbetseffektivitet. De billigaste lösningarna kännetecknas av enkel design och frånvaron av rörliga delar, vilket gör det möjligt att särskilja bland de presenterade systemen en installation med en korsflödesrecuperator (Fig. 2) som den mest lämpliga för de klimatiska förhållandena i den europeiska en del av Ryssland och Polen.

Nyligen genomförda studier inom området för att skapa nya och förbättra befintliga värmeåtervinningsenheter av luftkonditioneringssystem indikerar en tydlig trend i utvecklingen av nya designlösningar för plattåtervinningsapparater (Fig. 3), vars avgörande ögonblick i valet är möjligheten att säkerställer problemfri drift av enheten under förhållanden med fuktkondens vid negativa temperaturer utomhus.

Utetemperaturen, från vilken frostbildning observeras i frånluftskanalerna, beror på följande faktorer: temperatur och luftfuktighet i frånluften, förhållandet mellan tillufts- och frånluftsflöden samt designegenskaper. Låt oss notera det speciella med driften av värmeåtervinningsenheter vid negativa uteluftstemperaturer: ju högre effektivitet värmeväxlingen är, desto större är risken för frost på ytan av frånluftskanalerna.

I detta avseende kan den låga verkningsgraden för värmeöverföring i en korsströmsvärmeväxlare vara en fördel när det gäller att minska risken för isbildning på frånluftskanalernas ytor. Att säkerställa säkra lägen är vanligtvis förknippat med implementeringen av följande traditionella åtgärder för att förhindra frysning av munstycket: periodisk avstängning av den externa lufttillförseln, dess förbikoppling eller förvärmning, vars implementering utan tvekan minskar effektiviteten av att utnyttja värmen från frånluften .

Ett av sätten att lösa detta problem är skapandet av värmeväxlare, där frostingen av plattorna antingen är frånvarande eller sker vid lägre lufttemperaturer. Ett kännetecken för driften av luft-till-luft värmeväxlare är möjligheten att implementera processerna för värme och massöverföring i lägena för "torr" värmeväxling, samtidig kylning och avfuktning av den borttagna luften med kondensering i form av dagg och frost på hela eller delar av värmeväxlingsytan (fig. 4).

Rationell användning av kondensationsvärmen, vars värde når 30% under vissa driftlägen för värmeväxlare, gör det möjligt att avsevärt öka variationsområdet för parametrarna för uteluften, vid vilken isbildning av plattornas värmeväxlingsytor händer inte. Men för att lösa problemet med att bestämma de optimala driftsätten för de aktuella värmeåtervinningsenheterna, motsvarande vissa drifts- och klimatförhållanden, och området för dess ändamålsenliga tillämpning, krävs detaljerade studier av värme- och massöverföring i packningskanalerna, med hänsyn till processerna för kondensering och frostbildning.

Numerisk analys valdes som huvudsaklig forskningsmetod. Den har också den minsta arbetsintensiteten och låter dig bestämma egenskaperna och identifiera processens mönster baserat på bearbetningsinformation om inverkan av de initiala parametrarna. Därför utfördes experimentella studier av värme- och massöverföringsprocesser i de övervägda enheterna i en mycket mindre volym och främst för att kontrollera och korrigera de beroenden som erhållits som ett resultat av matematisk modellering.

I den fysikalisk-matematiska beskrivningen av värme- och massöverföring i den undersökta rekuperatorn gavs företräde åt den endimensionella överföringsmodellen (ε-NTU-modellen). I detta fall betraktas luftflödet i packningskanalerna som ett vätskeflöde med konstant hastighet, temperatur och massöverföringspotential över dess tvärsnitt, lika med massmedelvärdena. För att öka effektiviteten av värmeutnyttjandet i moderna värmeväxlare används packningens räfflade yta.

Typen och placeringen av ribborna påverkar avsevärt arten av flödet av värme och massöverföringsprocesser. En temperaturförändring längs ribbans höjd leder till implementeringen av olika varianter av värme- och massöverföringsprocesser (fig. 5) i frånluftskanalerna, vilket avsevärt komplicerar den matematiska modelleringen och algoritmen för att lösa systemet med differentialekvationer. .

Ekvationerna för den matematiska modellen för värme- och massöverföringsprocesser i en korsflödesvärmeväxlare är implementerade i ett ortogonalt koordinatsystem med axlarna ОX och ОY riktade parallellt med flödena av kall respektive varm luft, och axlarna Z1 och Z2, vinkelrätt mot packningsplattornas yta i till- och frånluftskanalerna (fig. 6).

I enlighet med antagandena i denna ε-NTU-modell beskrivs värme- och massöverföring i den undersökta värmeväxlaren med differentialekvationer av värme- och materialbalanser sammanställda för interagerande luftflöden och packning med hänsyn tagen till värmen från fasövergången och termisk motståndet hos det bildade frostskiktet. För att erhålla en entydig lösning kompletteras systemet med differentialekvationer med randvillkor som fastställer värdena för parametrarna för utbytesmediet vid ingångarna till motsvarande kanaler i rekuperatorn.

Det formulerade olinjära problemet kan inte lösas analytiskt, därför utfördes integrationen av systemet med differentialekvationer med numeriska metoder. En ganska stor mängd numeriska experiment utförda på ε-NTU-modellen gjorde det möjligt att erhålla en mängd data som användes för att analysera processens egenskaper och identifiera dess allmänna mönster.

I enlighet med uppgifterna att studera värmeväxlarens funktion utfördes valet av de studerade lägena och variationsintervallen för parametrarna för utbytesflödena så att de verkliga processerna för värme och massöverföring i munstycket var mest helt simulerad vid negativa värden på uteluftens temperatur, såväl som flödesförhållandena för de farligaste ur driftsynpunkt för värmeåtervinningsutrustningens driftsätt. ...

Visat i fig. 7-9 resultaten av beräkningen av driftssätten för den undersökta apparaten, karakteristiska för klimatförhållanden med en låg designtemperatur för uteluften under vinterperioden på året, gör det möjligt att bedöma den kvalitativt förväntade möjligheten att bilda tre zoner av aktiv värme och massöverföring i frånluftskanalerna (fig. 6), som skiljer sig åt i naturprocesser som förekommer i dem.

Analysen av värme- och massöverföringsprocesser som sker i dessa zoner gör det möjligt att bedöma möjliga sätt att realisera en effektiv uppfångning av värmen från den avlägsnade ventilationsluften och minska risken för frostbildning i kanalerna i värmeväxlarens packning baserat på rationell användning av fasövergångsvärmen. Utifrån analysen fastställdes uteluftens gränstemperaturer (tabell 2), under vilka frostbildning observeras i frånluftskanalerna.

Slutsatser

Analysen av olika system för användning av värme från ventilationsutsläpp presenteras. Fördelarna och nackdelarna med de övervägda (befintliga) systemen för frånluftsvärmeanvändning i ventilations- och lnoteras. På grundval av analysen föreslås ett schema med en plattkorsflödesrecuperator:

på basis av en matematisk modell har en algoritm och ett datorprogram för beräkning av huvudparametrarna för värme- och massöverföringsprocesser i den undersökta värmeväxlaren utvecklats;
möjligheten för bildandet av olika zoner av fuktkondensation i kanalerna i munstycket hos användaren har fastställts, inom vilka naturen hos värme- och massöverföringsprocesser förändras avsevärt;
analysen av de erhållna regelbundenheterna gör det möjligt att fastställa rationella driftsätt för de undersökta enheterna och områdena för deras rationella användning för olika klimatförhållanden på det ryska territoriet.

SYMBOLER OCH INDICES

Legend: h revben - revbenshöjd, m; l revben - revbenslängd, m; t - temperatur, °C; d - luftfuktighet, kg / kg; ϕ - relativ luftfuktighet, %; δ revben - revbens tjocklek, m; δin är tjockleken på frostlagret, m.

Index: 1 - utomhusluft; 2 - borttagen luft; e - vid ingången till munstyckskanalerna; p eb - kant; i - frost, o - vid utloppet av munstyckskanalerna; dagg - daggpunkt; sat - mättnadstillstånd; w - kanalvägg.

I norra Europa och Skandinavien har ventilationssystem för flervåningshus med uppvärmning av tilluften på grund av den värme som tas bort med hjälp av värmeåtervinningsaggregat fått stor spridning. Värmeåtervinningsaggregat i ventilationssystem utvecklades på 1970-talet under energikrisen.

Vid det här laget har värmeväxlare funnit en utbredd användning: - rekuperativ typ baserad på plattluft-till-luft värmeväxlare (fig. 41); - regenerativ med ett roterande värmeväxlarmunstycke (fig. 42); - med en mellanvärmebärare med vätske-luft värmeväxlare (bild 43).

Enligt deras utformning kan värmeväxlare i flervåningsbostadshus vara centrala för alla byggnader eller en grupp av lägenheter och enskilda, flerbostadshus.

Ris. 42. Värmeväxlare med roterande värmeväxlarmunstycke

Ris. 41. Värmeväxlare av rekuperativ typ (värmeväxlare av ventilationsluft)

Med liknande vikt och dimensioner har regenerativa värmeväxlare (80-95%) den högsta energieffektiviteten, följt av återvinningsbara (upp till 65%), och värmeväxlare med en mellanliggande värmebärare (45-55%) ligger på sista plats .

Genom sina designegenskaper är värmeåtervinningsenheter med en mellanliggande värmebärare inte särskilt lämpliga för individuell lägenhetsventilation, och därför används de i praktiken för centrala system.

Ris. 43. Värmeåtervinningsaggregat för ventilationsluft med mellanvärmebärare: 1 - tillförselventilationsaggregat; 2 - frånluftsventilationsenhet; 3 - värmeväxlare; 4 - cirkulationspump; 5 - filter; 6 - värmeväxlarkropp

Regenerativa värmeväxlare har en betydande nackdel - sannolikheten att blanda en viss del av den avlägsnade luften med tilluften i enhetens kropp, vilket i sin tur kan leda till överföring av obehagliga lukter och patogena bakterier. Volymen av överflödande luft i moderna enheter reduceras till en bråkdel av en procent, men ändå rekommenderar de flesta experter att begränsa deras omfattning till gränserna för en lägenhet, stuga eller ett rum i offentliga byggnader.

Återvinningsvärmeväxlare inkluderar som regel två fläktar (tillförsel och frånluft), en plattvärmeväxlare, filter (fig. 41). I modern design är två vatten- eller elvärmare inbyggda i värmeväxlaren. Den ena tjänar till att skydda värmeväxlarens frånluftskanal från frysning, den andra för att värma upp tilluftstemperaturen till inställt värde.

Dessa system, i jämförelse med traditionella, har ett antal fördelar, som inkluderar betydande besparingar i värmeenergi som spenderas på uppvärmning av ventilationsluft - från 50 till 90%, beroende på vilken typ av värmeväxlare som används; samt en hög nivå av luft-termisk komfort, på grund av ventilationssystemets aerodynamiska stabilitet och balansen mellan tillufts- och frånluftsflöden.

När du installerar återvinningsvärmeväxlare per lägenhet, finns det: - möjligheten att flexibelt reglera luftvärmeregimen, beroende på lägenhetens driftsläge, inklusive användning av återcirkulerad luft; - Förmågan att skydda mot stadsljud externt (vid användning av förseglade genomskinliga barriärer); - förmågan att rengöra tilluften med högeffektiva filter.

Genomförandet av dessa fördelar är förknippat med lösningen av ett antal problem: - det är nödvändigt att tillhandahålla lämpliga utrymmesplaneringslösningar för lägenheten och allokera utrymme för placering av värmeåtervinningsenheter och ytterligare luftkanaler; - skydd mot frysning av värmeåtervinningsenheter bör tillhandahållas vid låga utomhustemperaturer (-10 ° С och lägre); - Användare bör vara av låg ljudnivå och vid behov utrustade med extra ljuddämpare. - det är nödvändigt att tillhandahålla kvalificerat underhåll av värmeväxlarna (byte eller rengöring av filter, spolning av värmeväxlaren).

Olika modifieringar av frånluftsvärmeåtervinningsaggregat tillverkas av totalt mer än 20 företag. Dessutom börjar produktionen av energibesparande utrustning i inhemska företag.

Ljudeffektnivån ges utan kanalnät, utan ljuddämpare för öppen värmeväxlare.

Den utbredda användningen av mekaniska ventilationssystem i flervåningshus med användning av värmen från frånluften begränsas av ett antal faktorer: - det finns praktiskt taget inga materiella incitament för energibesparing bland konsumenter - lägenhetsägare; - Utvecklarinvesterare är inte intresserade av extra kostnader för teknisk utrustning i hus i ekonomi och affärsklass, och tror att ventilationens kvalitet är en sekundär indikator för bildandet av marknadsvärdet på bostäder; - "skräcker bort" behovet av underhåll av mekanisk ventilation; - Befolkningen är inte tillräckligt informerad om kriterierna för lufttermisk komfort i hemmet, dess påverkan på hälsa och prestanda.

Samtidigt har det funnits en positiv tendens att komma över de ovan nämnda problemen och både investerare och köpare av lägenheter har ett praktiskt intresse av moderna tekniska lösningar av ventilationssystem.

Låt oss jämföra effektiviteten hos traditionell ventilation och nya tekniska lösningar i förhållande till flervåningshus i massutveckling.

Det finns tre alternativ för att organisera ventilation i bostadshus med 17 våningar i P-44-serien för Moskvas förhållanden:
A. Ventilation enligt standardutförande (naturligt kanalutsläpp från kök, bad- och toalettrum samt inflöde på grund av infiltration och fr.o.m.
täcker akterspegelns fönster).
B. Mekaniskt frånluft, centralt ventilationssystem med installation av till- och frånluftsventiler med konstant luftflöde i lägenheter.
B. Mekaniskt till- och frånluftssystem med värmeåtervinning från frånluft i rekuperativa värmeväxlare.

Jämförelsen utfördes enligt tre kriterier: - Luftkvalitet; - värmeenergiförbrukning i ventilationssystem; - akustiskt läge.

För förhållandena i Moskva, enligt meteorologiska data, antogs följande klimatförhållanden.

I beräkningarna togs följande värden för motstånd mot värmeöverföring: - väggar - 3,2 m2 ° C / W; - fönster - 0,62 m2 ° C / W; - beläggningar - 4,04 m2 ° C / W.

Värmesystem med traditionella konvektorer för värmebärarparametrar 95/70 ° С.

Varje entré på plan har två 2-rums-, en 1-rums- och en 3-rumslägenheter. Varje lägenhet har ett kök med elspis, ett badrum och en toalett.

Huven tillverkas i enlighet med följande standarder: - från köket - 60 m3 / h; - från badrummet - 25 m3 / h; - från toaletten - 25 m3 / h.

För analysen antogs att i alternativ A, på grund av ventilation genom öppning av akterspegelsfönstren, motsvarar den genomsnittliga dygnsvolymen av inflödet volymen av avgaserna från lägenheten.

Ris. 44. Recuperator med installation av luftförvärmare i experimenthusets lägenheter: 1 - frånluftsfläkt; 2 - tilluftsfläkt; 3 - plattvärmeväxlare; 4 - elektrisk värmare; 5 - värmeväxlare värmare; 6 - filter för uteluft (klass EU5); 7 - filter för frånluft (klass EU5); 8 - sensor mot frysning av värmeväxlaren; 9, 10 - automatisk återställning av termiskt skydd; 11, 12 - manuell återställning av termiskt skydd; 13 - tilluftstemperaturgivare

I variant B säkerställs konstant luftväxling genom drift av en central frånluftsfläkt, ett nätverk av luftkanaler anslutna till var och en av lägenheterna. Konsistensen av luftväxlingen säkerställs genom användning av konstantflödesventiler installerade i fönsterbågen och självreglerande frånluftsventiler i kök, badrum och toalett.

Alternativ B använder ett mekaniskt till- och frånluftsventilationssystem med värmeåtervinning från frånluften för uppvärmning av tilluften i en plattvärmeväxlare. Vid jämförelse accepterades också villkoret för konstant luftväxling.

Enligt luftkvalitetskriteriet är alternativ A betydligt sämre än alternativen B och C. Ventilation utförs med jämna mellanrum under en tid som de boende godtyckligt valt, det vill säga subjektiv och därför inte alltid effektiv. Vintertid är ventilationen förknippad med att de boende behöver lämna det ventilerade rummet. Försök att justera öppningen av akterspegeln för konstant ventilation leder oftast till instabil ventilation, förekomsten av drag och termiskt obehag. Med periodisk ventilation försämras luftkvaliteten efter att ventilerna stängs, och de boende tillbringar för det mesta i en förorenad luftmiljö (bild 45).

Ris. 45. Förändringar i luftväxling och koncentration av skadliga ämnen under periodisk ventilation av lokaler:
1 - luftväxling;
2 - koncentration av skadliga ämnen;
3 - normativ nivå av koncentration av skadliga ämnen

Ett speciellt ventilationsläge tillhandahålls för köket. När du lagar mat slås ett paraply med en högpresterande flerhastighetsfläkt på. Luftkapaciteten hos moderna paraplyer över spisar når 600-1000 m3 / h, vilket är många gånger högre än den beräknade luftväxelkursen i lägenheten. För att ta bort luft från spiskåpor ovanför, tillhandahålls som regel separata luftkanaler som inte är förknippade med det allmänna utbytesventilationssystemet från köket. Kompensationsflödet för tilluften tillhandahålls av tilluftsventilen i väggen, som öppnas under drift av paraplyet. Den allmänna slutsatsen för de jämförda alternativen kan göras enligt följande: den högsta effektiviteten i termer av lufttermisk komfort och värmeenergibesparing har alternativ B med utnyttjande av frånluftsvärmen; för att normalisera det akustiska läget krävs ytterligare åtgärder för bullerskydd av fläktinstallationen.

Ständigt fungerande ventilation av lägenheter med hjälp av tilloppsventiler (alternativ B) inbyggda i fönsterbågar eller ytterväggar, vid låga utomhustemperaturer, kan leda till termiska obehag i samband med ojämn temperaturfördelning och lufthastighet i lokalerna. Trots det faktum att det rekommenderas att placera matningsventiler ovanför eller bakom värmeanordningar, begränsar experter i Västeuropa den effektiva omfattningen av sådana ventilationssystem till områden med en utomhustemperatur på minst -10 ° C. Av störst intresse är ventilationsalternativ B, det vill säga mekanisk till- och frånluftsventilation med värmeåtervinning från frånluft i rekuperativa värmeväxlare. Det var på detta system som designen och konstruktionen av experimentsystemet utfördes.

Försöksbyggnaden är i fyra sektioner; det totala antalet lägenheter är 264. Det finns ett parkeringsgarage för 94 bilar under byggnaden. På 1:a våningen finns extra lokaler, de två övre våningarna är reserverade för ett sport- och fitnesscenter. Bostadslägenheter ligger från 2:a till 16:e våningen. Lägenheter i öppen planlösning från 60 till 200 m2 total yta omfattar förutom boningsrum kök, badrum med toalett, tvättstuga, gästtoalett, förråd och inglasade balkonger. Byggnaden byggdes enligt ett individuellt projekt (arkitekt P.P. Pakhomov). Byggnadens strukturella lösningar är en monolit med effektiv isolering med tegelbeklädnad. Konceptet med energibesparande lösningar för byggnaden utvecklades under ledning av ordföranden för Association of Heating, Ventilation, Air Conditioning, Heat Supply and Building Thermal Physics, professor Yu. A. Tabunshchikov, Architects-XXI Century architectural studio , TsNIIPROMZDANI OJSC, NPO TERMEK LLC ".

Projektet tillhandahåller en heltäckande lösning där energibesparande arkitektur- och planlösningar, effektiva omslutande strukturer och nya generationens tekniska system är funktionellt sammanlänkade.

Byggnadskonstruktionerna har en hög nivå av termiskt skydd. Så motståndet mot värmeöverföring av väggar är 3,33 m2 ° C / W, metall-plastfönster med dubbelglasade fönster - 0,61 m2 * ° C / W, toppbeläggningar - 4,78 m2 ° C / W, loggier är glasade med sol -skyddande tonat glas.

Interna luftparametrar för den kalla perioden tas enligt följande: - vardagsrum - 20 ° С; - kök - 18 ° С; - badrum - 25 ° С; - toalett - 18 ° C.

Byggnaden är utformad med ett horisontellt lägenhetsvärmesystem med omkretsrör i hela lägenheten. Förstärkta plaströr med värmeisolering i en skyddande korrugering är inbäddade i beredningen av "undergolvet". För hela byggnaden med en total yta på cirka 44 tusen m2 i värmesystemet i bostadsdelen finns det bara fyra par stigare (tillförsel och retur) enligt antalet sektioner. Fördelningsrör till lägenheterna ansluts till stigarna på varje våningsplan i hisshallen. Solfångarna är utrustade med beslag, injusteringsventiler och lägenhetsvärmemätare.

Byggnaden har utformats och genomförts med ett justerbart till- och frånluftssystem för lägenheter med utnyttjande av frånluftens värme.

Ett kompakt luftbehandlingsaggregat med tallriksrecuperator finns i undertaket på gästtoaletten intill köket.

Tilluften dras in genom en värmeisolerad luftkanal och en öppning i ytterväggen med utsikt över köksloggian. Frånluften tas från köksdelen. Huven från toaletterna och badrummet är inte värmeutnyttjad, för vid tidpunkten för godkännandet av projektet förbjöd standarderna att kombinera kök, badrum och toaletthuvar i lägenheten till ett ventilationsnät. För närvarande, enligt "Tekniska rekommendationer för att organisera luftväxling i lägenheter i ett flervåningsbostadshus", har denna begränsning tagits bort.

Under villkoren för fri planering av lägenheter kräver kombinationen av tre eller fyra zoner med en gemensam horisontell avgaskanal speciella arkitektoniska och planeringslösningar, enheten i lägenheten av ett horisontellt kanalnät, vilket är svårt att implementera av designskäl.

Under uppvärmningsperioden 2003-2004 genomfördes preliminära tester av lägenhetsventilationssystemet med utnyttjande av värmen från frånluften i en 3-rumslägenhet på 12:e våningen. Lägenhetens totala yta är 125 m2. Testerna utfördes i en lägenhet utan dekoration, utan innerväggar och dörrar. Valda testresultat visas i tabellen. 22. Utetemperatur 4 varierade från +4,1 till -4,5 ° C i övervägande molnigt väder. Rumstemperaturen tB upprätthölls av ett lägenhetsvärmesystem med stålradiatorer utrustade med termostatventiler i intervallet från 22,8 till 23,7 ° C. I samband med tester med hjälp av luftfuktare ändrades den relativa luftfuktigheten φ från 25 till 45 %.

En rekuperativ värmeväxlare installerades i lägenheten med en maximal tilluftskapacitet Lnp = 430 m3/h. Volymen av den borttagna luften „igutl var ungefär 60-70 % av tilluften, vilket beror på inställningen av anordningen att endast utnyttja en del av den borttagna luften.
Apparaten är försedd med luftfilter för till- och frånluftskanaler och två elvärmare. Den första värmaren med en märkeffekt på 0,6 kW är utformad för att skydda avgaskanalen från frysning av kondensat, som släpps ut i avloppet genom ett speciellt avloppsrör genom en vattentätning. Den andra värmaren med en effekt på 1,5 kW är utformad för att värma upp tilluften tw till ett förutbestämt komfortvärde.

Ris. 46. Plan över lägenheten med ventilationssystem: 1 - luftbehandlingsaggregat med värmeväxlare; 2 - luftintag från loggian; 3 - fläktkåpa från köket; 4 - fläktkåpa från gästtoaletten; 5 - fläktkåpa från omklädningsrummet; 6 - köksfläkt från badrummet; 7 - perforerad takluftspridare

För enkel installation är den också elektrisk.

Under testet gjordes mätningar av ute-, inomhus- och frånluftens temperatur och luftfuktighet, till- och frånluftens flödeshastighet, lägenhetsvärmesystemets värmeförbrukning Qm enligt värmemätarens avläsningar, samt strömförbrukningen.

Värmeväxlaren är utrustad med ett automationssystem med en styrenhet och en kontrollpanel. Automatiseringssystemet gör det möjligt att slå på den första värmaren när värmeväxlarens väggtemperatur når under +1 ° C, den andra värmaren kan slås på och stängas av, vilket säkerställer konstantheten hos den inställda tilluftstemperaturen, som under testerna var i intervall från 15 till 18,3 ° C. Fläktstyrningssystemet låter dig välja tre fasta luftflöden som motsvarar luftväxlingshastigheten från 0,48 till 1,15 1/h.

Kontroll och inställning av temperatur och luftflöde utförs från en fjärransluten kontrollpanel.

Testerna har visat stabil drift av lägenhetsventilationssystemet och energieffektiviteten i att utnyttja värmen från frånluften.

Det bör noteras ett antal funktioner i forskningen, som inte kan ignoreras när man bedömer indikatorerna för den lufttermiska regimen i lägenheten.

1. I nya byggnader släpper färsk betong och murbruk ut en betydande mängd fukt i lokalerna. Perioden under vilken fukt i byggnadskonstruktioner kommer till ett jämviktstillstånd når 1,5-2 år. Så, som ett resultat av tester, cirka sex månader efter att ha fyllt monoliten och lagt avjämningen, var fukthalten i den inre luften i närvaro av ventilation 4-4,5 g / kg torr luft, medan fukthalten på utsidan luft översteg inte 1-1,5 g / kg torr luft.

Enligt våra uppskattningar, i en monolitisk byggnad, för att få strukturer till ett fukttillstånd i jämvikt, är det nödvändigt att assimilera upp till 200 kg fukt per kvadratmeter. meter golvyta. Mängden värme som krävs för att förånga denna fukt under den inledande perioden är lika med 10-15 W / m2, och under testperioden - 5-7 W / m2, vilket är en betydande del av värmebalansen i en lägenhet i kalla årstiden. Det är hänsynslöst att inte ta hänsyn till denna faktor när man implementerar uppvärmning och ventilation, särskilt i monolitisk bostadskonstruktion.

2. Under testerna förekom inga så kallade interna hushållsvärmeutsläpp, vars storlek i standarderna föreslås vara 10 W/m2.
Det verkar som att denna indikator bör differentieras beroende på lägenhetens område per invånare.

I stora lägenheter (över 100 m2) med en yta på 30-50 m2 per person bör det sannolika värdet av denna indikator minska till 5-8 W / m2. Annars kan konstruktionens termiska kraft för värme- och ventilationssystem i byggnader underskattas med 10-30%.

Det är dock mer ändamålsenligt under konstruktionen, i synnerhet av byggnader med monolitiska strukturer som avger mycket fukt i lokalerna, före idrifttagandet av byggnader och särskilt före deras avveckling, att torka dem med hjälp av kraftfulla elektriska värmare till förfogande av byggarna. Tyvärr utfördes inte sådan torkning före testning.

Som nämnts var den aktuella experimentbyggnaden designad och byggd som energieffektiv. Baserat på resultaten av de utförda testerna, med korrigeringar för den förutsedda värmeavgivningen i hushållen och värmen från avdunstning av fukt i byggnadskonstruktioner, beräknades de specifika värme- och energiegenskaperna för en 3-rumslägenhet per 1 m2 yta samtidigt som en temperatur på 20 ° C i lägenheten.

Beräkningsresultaten visade att efter färdigställande av lägenheterna och avveckling av byggnaden halveras den specifika uppskattade årliga värmeförbrukningen för uppvärmning och ventilation nästan från 132 till 70 kWh / (m2 år), och med användning av värmeåtervinning till 44 kWh / ( m2 år).

Ytterligare exploatering av byggnaden kommer att göra det möjligt att kontrollera de antaganden som gjorts i de preliminära beräkningarna.

Studier av det experimentella systemet bör täcka alla faktorer som kännetecknar dess funktion, inklusive den psykologiska attityden hos invånarna som använder nya enheter för dem.

Eluppvärmning av luft i försökssystemet är ekonomiskt omotiverad i jämförelse med användningen av värme från det fjärrvärmesystem som byggnaden är ansluten till för detta ändamål. Detta beslut togs för att underlätta experimentet, i synnerhet för mätningar relaterade till värmeförbrukning. Men enligt författarna kommer mänskligheten med tiden att börja byta till full elvärmeförsörjning av bostadshus i stadsbyggnader. Därför är en experimentell studie av ett system där lägenhetsventilation drivs med elektriska luftvärmare av intresse för framtiden.