20 amžiaus antroje pusėje buvo išrasti oras-oras energijos atgavimo šilumokaičiai. Nuo tada jų vaidmuo šildymo, vėdinimo ir oro kondicionavimo (ŠVOK) pramonėje labai išaugo. Priežastis nuolat kyla energijos kainos. ŠVOK sistemos sunaudoja beveik 40% energijos gyvenamajame sektoriuje. Be to, COVID-19 plitimo greitis įrodė, kad oro kokybė svarbi ne tik klinikose ir ligoninėse, bet ir kiekvienoje gyvenamoje aplinkoje. Štai kodėl ŠVOK sistemų energijos suvartojimas tik didėja. Šiais laikais energijos atgavimo sistema taip pat būtina, kad atitiktų daugumą energetikos standartų. Vis dėlto kai kurios iš šių sistyemų turi tūkumus. Gali būti užterštas tiekamas oras, nemalonūs kvapai ir nepageidaujama drėgmė, ką jau kalbėti apie ligų sukėlėjus ar net toksiškas dujas. Yra trys pagrindiniai energijos atgavimo šilumokaičių tipai, tai yra plokšteliniai, regeneraciniai (rotaciniai) šilumokaičiai ir skystieji šilumokaičiai.
Plokštelinis šilumokaitis
Plokšteliniai šilumokaičiai, sudaryti iš plokštelių, kad perduotų šilumą tarp dviejų oro srautų. Labiausiai paplitęs tipas yra kryžminis srautas. Be šio tipo šilumokaičio yra priešpriešinio srauto ir lygiagrečių įrenginių, tačiau jie nėra dažnai naudojami dėl mažesnio efektyvumo ir oro srauto apribojimų. Plokšteliniai šilumokaičiai veikia tokiu principu: išeinantis šiltas oras praeina per vieną plokščių komplektą, o įeinantis šaltas oras per kitą, šiluma yra efektyviai perkeliama iš šilto oro į vėsų orą, sumažinant šildymo ir vėsinimo apkrovą sistemos.
Kita svarbi plokštelinio šilumokaičio dalis yra oro srauto nukreipimas sklendės su pavara pagalba. Paprastai tai taikoma tiekiamam oro srautui, naudojamas lauko orui (dalinai arba visiškai) nukreipti nepraleidžiant per šilumokaitį. Šalto klimato sąlygomis šis apėjimas yra labai svarbus, nes tai yra efektyviausias būdas apsaugoti šilumokaitį nuo užšalimo. Išmetamame ore yra drėgmės, kuri kondensuosis, kai jo temperatūra mažėja. Veikiami dar žemesnės temperatūros, šie vandens lašai užšals, sudarydami ledo plutą ant rekuperatoriaus paviršius. Dėl to padidėja slėgio kritimas, o tai gali labai padidinti ventiliatoriaus apkrovą. Be to, ledo pluta labai veikia šilumos perdavimo efektyvumą.
Plokšteliniai šilumokaičiai, sudaryti iš plokštelių, kad perduotų šilumą tarp dviejų oro srautų. Labiausiai paplitęs tipas yra kryžminis srautas. Be šio tipo šilumokaičio yra priešpriešinio srauto ir lygiagrečių įrenginių, tačiau jie nėra dažnai naudojami dėl mažesnio efektyvumo ir oro srauto apribojimų. Plokšteliniai šilumokaičiai veikia tokiu principu: išeinantis šiltas oras praeina per vieną plokščių komplektą, o įeinantis šaltas oras per kitą, šiluma yra efektyviai perkeliama iš šilto oro į vėsų orą, sumažinant šildymo ir vėsinimo apkrovą sistemos.
Kita svarbi plokštelinio šilumokaičio dalis yra oro srauto nukreipimas sklendės su pavara pagalba. Paprastai tai taikoma tiekiamam oro srautui, naudojamas lauko orui (dalinai arba visiškai) nukreipti nepraleidžiant per šilumokaitį. Šalto klimato sąlygomis šis apėjimas yra labai svarbus, nes tai yra efektyviausias būdas apsaugoti šilumokaitį nuo užšalimo. Išmetamame ore yra drėgmės, kuri kondensuosis, kai jo temperatūra mažėja. Veikiami dar žemesnės temperatūros, šie vandens lašai užšals, sudarydami ledo plutą ant rekuperatoriaus paviršius. Dėl to padidėja slėgio kritimas, o tai gali labai padidinti ventiliatoriaus apkrovą. Be to, ledo pluta labai veikia šilumos perdavimo efektyvumą.
Rotorinis šilumokaitis
Rotoriniai šilumokaičiai dažnai vadinami šiluminiais ratais, siūlo unikalų požiūrį į energiją regeneravimas vėdinimo įrenginiuose (AHU). Šiuos įtaisus sudaro besisukantis ratas su šilumą sugeriančia medžiaga. Kai ratas sukasi, jis pakaitomis atsisuka į tiekiamo ir ištraukiamo oro srautus šilumą sugerianti medžiaga. Šis nuolatinis ciklas leidžia efektyviai perduoti šilumą tarp dviejų oro srautų. Vienas iš pagrindinių rotacinių šilumokaičių privalumų yra jų gebėjimas atgauti šilumą. Yra trys įprasti rotacinių šilumokaičių tipai: kondensaciniai, entalpiniai ir sorbciniai. Rekuperatoriaus kondensacinis šilumokaitis veikia remiantis šilumos atgavimu iš išmetamo oro, kuris leidžia efektyviau naudoti energiją ir pagerinti vidaus oro kokybę.
Štai pagrindiniai principai, kaip jis veikia:
Šilumos perdavimas: Rekuperatoriuje įrengti du šilumokaičiai (srautai), kur viename vamzdynų tinklų cirkuliuoja šaltas oras, o kitame – šiltas išmetamas oras. Šie oro srautai niekada nesusiliečia, tačiau yra arti vienas kito, todėl šiluma pernešama.
Kondensacijos procesas: Išmetamas oras, kuris yra šiltas ir drėgnas, per šilumokaitį perduoda šilumą į šaltą orą. Kai kondensacinis šilumokaitis veikia, jam būdingas aukštas efektyvumas, nes šiluma atgauta iš oro daro įtaką drėgmės kondensavimui. Tai leidžia efektyviau panaudoti energiją, nes šaltas oras jau gauna dalį šilumos.
Drėgmės valdymas: Kai oro srautai kontaktuoja su kondensaciniu šilumokaičiu, drėgnas oras atiduoda drėgmę ir šilumą, o šaltas oras įgauna tiek šilumą, tiek drėgmę, kas yra ypač naudinga žiemą. Tai padeda sumažinti šildymo išlaidas ir pagerina patalpų komfortą.
Efektyvumo rodikliai: Kondensacinis šilumokaitis dažnai pasižymi dideliu šilumos atgavimo koeficientu, todėl jie padeda sumažinti energijos sąnaudas ir išmetamų šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekį. Kondensacinis šilumokaitis yra dažniausiai naudojamas. Jis yra pigesnis nei kiti ir jam reikalingas tik tam tikro tipo variklis kuris jį suktų tinkamu greičiu.
Nepriklausomai nuo rotacinio šilumokaičio tipo, ratas yra varomas varikliu. Šiais laikais beveik visi šie varikliai valdomi dažnio keitikliais. Įprastu darbo režimu sukimosi greitis yra lygus 10 aps./min. Didesnis greitis nepadidina šilumos mainų efektyvumo, tačiau smarkiai padidinti slėgio praradimą. Kai užšala kondensatas, rato greitis sumažėja, iki 0,5 aps./min. Šis algoritmas apsaugo rotacinį rekuperatorių nuo užšalimo.
Šilumos perdavimas: Rekuperatoriuje įrengti du šilumokaičiai (srautai), kur viename vamzdynų tinklų cirkuliuoja šaltas oras, o kitame – šiltas išmetamas oras. Šie oro srautai niekada nesusiliečia, tačiau yra arti vienas kito, todėl šiluma pernešama.
Kondensacijos procesas: Išmetamas oras, kuris yra šiltas ir drėgnas, per šilumokaitį perduoda šilumą į šaltą orą. Kai kondensacinis šilumokaitis veikia, jam būdingas aukštas efektyvumas, nes šiluma atgauta iš oro daro įtaką drėgmės kondensavimui. Tai leidžia efektyviau panaudoti energiją, nes šaltas oras jau gauna dalį šilumos.
Drėgmės valdymas: Kai oro srautai kontaktuoja su kondensaciniu šilumokaičiu, drėgnas oras atiduoda drėgmę ir šilumą, o šaltas oras įgauna tiek šilumą, tiek drėgmę, kas yra ypač naudinga žiemą. Tai padeda sumažinti šildymo išlaidas ir pagerina patalpų komfortą.
Efektyvumo rodikliai: Kondensacinis šilumokaitis dažnai pasižymi dideliu šilumos atgavimo koeficientu, todėl jie padeda sumažinti energijos sąnaudas ir išmetamų šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekį. Kondensacinis šilumokaitis yra dažniausiai naudojamas. Jis yra pigesnis nei kiti ir jam reikalingas tik tam tikro tipo variklis kuris jį suktų tinkamu greičiu.
Nepriklausomai nuo rotacinio šilumokaičio tipo, ratas yra varomas varikliu. Šiais laikais beveik visi šie varikliai valdomi dažnio keitikliais. Įprastu darbo režimu sukimosi greitis yra lygus 10 aps./min. Didesnis greitis nepadidina šilumos mainų efektyvumo, tačiau smarkiai padidinti slėgio praradimą. Kai užšala kondensatas, rato greitis sumažėja, iki 0,5 aps./min. Šis algoritmas apsaugo rotacinį rekuperatorių nuo užšalimo.
Su skysčiu sujungtas šilumokaitis
Skysčiu sujungta šilumos atgavimo sistema susideda iš dviejų atskirų vamzdžių spiralių gyvatukų. Vienas iš jų yra dedamas į AHU tiekimo dalį, kitas – į išmetimą. Šiose sistemose naudojamas skystis, paprastai glikolio-vandens mišinys, jis perduodama šilumą tarp oro srautų. Skysčiu sujungtame šilumokaityje šiltas išmetamas oras praeina per spiralę, panardintą į skystį, kaitindama jį. Tada pašildytas skystis perkeliamas į atskirą ritę tiekiamo oro sraute, perduodant energiją įeinančiam orui. Vienas iš pagrindinių skysčių prijungtų šilumokaičių privalumų yra jų tinkamumas šilumai atgauti iš aukštos temperatūros išmetamo oro. Dėl to jie yra labai veiksmingi pramoninėse srityse nes, procesų metu susidaro daug atliekamos šilumos. Be to, su skysčiu sujungta šilumos atgavimo sistema tai įmanoma sukurti atstumą tarp tiekimo ir išmetimo mazgų, dėl erdvės planavimo sprendimo ar kito specialaus
vėdinamos erdvės ypatybė. Skysčiu sujungtų šilumokaičių veikimui stebėti, valdyti ir apsaugoti būtina naudoti papildomą įrangą, tokią kaip skysčių siurbliai, vožtuvai, jutikliai ir kt. Ši įranga daro didelę įtaką bendram sistemos veikimui.
Šilumos atgavimo sistemų efektyvumas
Minėtų šilumokaičių efektyvumas, įskaitant plokštelinius, rotacinius ir skysčiu sujungtus šilumokaičius, gali turėti įtakos keli veiksniai. Labai svarbu suprasti šiuos veiksnius optimizuoti šių įrenginių veikimą. Štai pagrindiniai aspektai, turintys įtakos šilumos perdavimo efektyvumui:
• Temperatūros skirtumas (ΔT): tiekiamo ir šalinamo oro temperatūrų skirtumas srautai tiesiogiai veikia šilumos perdavimo efektyvumą. Paprastai didesnis temperatūros skirtumas (Delta T). lemia didesnį efektyvumą. Itin aukšta temperatūra neigiamai veikia bendrą AHU našumas.
• Paviršiaus plotas: šilumokaičio paviršiaus plotas yra labai svarbus efektyviam šilumos perdavimui. Didesnis paviršiaus plotas suteikia didesnį kontaktą tarp dviejų oro srautų arba tarp oro ir šilumos perdavimo terpė (pvz., plokštės arba ritės).
• Srauto greičiai: tiekiamo ir šalinamo oro srautų arba šilumnešio laisvumo srautai vaidina svarbų vaidmenį šilumos perdavimo efektyvumui. Didesnis srautas gali padidinti šilumos perdavimą šilumos mainų greitį. Tačiau dėl per didelio srauto gali sumažėti slėgis ir gali prireikti didesnių ventiliatorių ir šilumokaičių.
• Oro greitis: oro srautų, einančių per šilumokaitį, greitis gali paveikti šilumos perdavimo efektyvumą. Didesnis oro greitis gali sustiprinti konvekcinį šilumos perdavimą, bet taip pat gali padidėti
slėgio kritimą. Siekiant optimalaus efektyvumo reikia atsižvelgti į greičio ir slėgio kritimo pusiausvyrą.
• Aplinkos ir eksploatavimo sąlygos: aplinkos veiksniai, tokie kaip aplinkos temperatūra ir drėgmė turi įtakos oras-oras šilumokaičių veikimui. Bei eksploatavimo sąlygos šilumokaičiui, pvz., ventiliatoriaus greitis, siurblio srautas (skysčiu sujungtiems šilumokaičiams) ir valdymas, vaidina lemiamą vaidmenį palaikant efektyvumą. Optimalios valdymo sistemos gali pritaikyti šilumokaičio veikimą įvairiomis sąlygomis.
• Priežiūra: būtina reguliariai atlikti šilumokaičio priežiūrą, be filtro keitimo, siekiant išvengti užsiteršimo laikui bėgant. Dėl nepriežiūros sumažės šilumos perdavimas.
Minėtų šilumokaičių efektyvumas, įskaitant plokštelinius, rotacinius ir skysčiu sujungtus šilumokaičius, gali turėti įtakos keli veiksniai. Labai svarbu suprasti šiuos veiksnius optimizuoti šių įrenginių veikimą. Štai pagrindiniai aspektai, turintys įtakos šilumos perdavimo efektyvumui:
• Temperatūros skirtumas (ΔT): tiekiamo ir šalinamo oro temperatūrų skirtumas srautai tiesiogiai veikia šilumos perdavimo efektyvumą. Paprastai didesnis temperatūros skirtumas (Delta T). lemia didesnį efektyvumą. Itin aukšta temperatūra neigiamai veikia bendrą AHU našumas.
• Paviršiaus plotas: šilumokaičio paviršiaus plotas yra labai svarbus efektyviam šilumos perdavimui. Didesnis paviršiaus plotas suteikia didesnį kontaktą tarp dviejų oro srautų arba tarp oro ir šilumos perdavimo terpė (pvz., plokštės arba ritės).
• Srauto greičiai: tiekiamo ir šalinamo oro srautų arba šilumnešio laisvumo srautai vaidina svarbų vaidmenį šilumos perdavimo efektyvumui. Didesnis srautas gali padidinti šilumos perdavimą šilumos mainų greitį. Tačiau dėl per didelio srauto gali sumažėti slėgis ir gali prireikti didesnių ventiliatorių ir šilumokaičių.
• Oro greitis: oro srautų, einančių per šilumokaitį, greitis gali paveikti šilumos perdavimo efektyvumą. Didesnis oro greitis gali sustiprinti konvekcinį šilumos perdavimą, bet taip pat gali padidėti
slėgio kritimą. Siekiant optimalaus efektyvumo reikia atsižvelgti į greičio ir slėgio kritimo pusiausvyrą.
• Aplinkos ir eksploatavimo sąlygos: aplinkos veiksniai, tokie kaip aplinkos temperatūra ir drėgmė turi įtakos oras-oras šilumokaičių veikimui. Bei eksploatavimo sąlygos šilumokaičiui, pvz., ventiliatoriaus greitis, siurblio srautas (skysčiu sujungtiems šilumokaičiams) ir valdymas, vaidina lemiamą vaidmenį palaikant efektyvumą. Optimalios valdymo sistemos gali pritaikyti šilumokaičio veikimą įvairiomis sąlygomis.
• Priežiūra: būtina reguliariai atlikti šilumokaičio priežiūrą, be filtro keitimo, siekiant išvengti užsiteršimo laikui bėgant. Dėl nepriežiūros sumažės šilumos perdavimas.
Kokie privalumai ventiliacinėje sistemoje turėti rekuperatorių su šilumokaičiu?
Energijos taupymas: Rekuperatorius leidžia atgauti dalį šilumos iš išeinančio oro, taip sumažinant šildymo sąnaudas.
Patogesnė vidaus klimato kontrolė: Naudojant rekuperatorius, galima užtikrinti pastovią ir komfortišką temperatūrą patalpose, nes šiltas oras, išeinantis iš patalpų, šildo atkeliaujantį šaltą orą.
Šviežio oro tiekimas: Sistema užtikrina nuolatinį šviežio oro tiekimą į patalpas, tuo pačiu metu sumažindama energijos nuostolius.
Drėgmės kontrolė: Rekuperatoriai gali padėti kontroliuoti drėgmės lygį, todėl sumažėja pelėsių rizika ir pagerėja vidaus oro kokybė.
Filtravimas: Dauguma rekuperatoriuose naudojamų sistemų turi oro filtrus, kurie pagerina vidaus oro kokybę, užtikrinant, kad patektų mažiau dulkėlių ir alergenų.
Ekologinis aspektas: Rekuperatorių naudojimas prisideda prie energijos vartojimo efektyvumo, taip padedant sumažinti anglies dioksido emisijas ir prisijungti prie tvarios plėtros.
Patogumas ir mažesnė techninės priežiūros būtinybė: Dabartinės technologijos leidžia kurti patikimas ir ilgaamžes sistemas, kurios reikalauja mažiau techninės priežiūros.
Automatinis valdymas: Dauguma modernių rekuperatoriuose integruota automatinė kontrolės sistema, kuri leidžia prisitaikyti prie poreikių ir optimizuoti energijos suvartojimą.
Pasirinkus tinkamą rekuperatoriaus sistemą, galima pasiekti geresnį patalpų mikroklimatą bei sumažinti energijos sąnaudas.
Energijos taupymas: Rekuperatorius leidžia atgauti dalį šilumos iš išeinančio oro, taip sumažinant šildymo sąnaudas.
Patogesnė vidaus klimato kontrolė: Naudojant rekuperatorius, galima užtikrinti pastovią ir komfortišką temperatūrą patalpose, nes šiltas oras, išeinantis iš patalpų, šildo atkeliaujantį šaltą orą.
Šviežio oro tiekimas: Sistema užtikrina nuolatinį šviežio oro tiekimą į patalpas, tuo pačiu metu sumažindama energijos nuostolius.
Drėgmės kontrolė: Rekuperatoriai gali padėti kontroliuoti drėgmės lygį, todėl sumažėja pelėsių rizika ir pagerėja vidaus oro kokybė.
Filtravimas: Dauguma rekuperatoriuose naudojamų sistemų turi oro filtrus, kurie pagerina vidaus oro kokybę, užtikrinant, kad patektų mažiau dulkėlių ir alergenų.
Ekologinis aspektas: Rekuperatorių naudojimas prisideda prie energijos vartojimo efektyvumo, taip padedant sumažinti anglies dioksido emisijas ir prisijungti prie tvarios plėtros.
Patogumas ir mažesnė techninės priežiūros būtinybė: Dabartinės technologijos leidžia kurti patikimas ir ilgaamžes sistemas, kurios reikalauja mažiau techninės priežiūros.
Automatinis valdymas: Dauguma modernių rekuperatoriuose integruota automatinė kontrolės sistema, kuri leidžia prisitaikyti prie poreikių ir optimizuoti energijos suvartojimą.
Pasirinkus tinkamą rekuperatoriaus sistemą, galima pasiekti geresnį patalpų mikroklimatą bei sumažinti energijos sąnaudas.