Rotační rekuperátor – co to je, princip činnosti a použití | Geotermální54

Dobře navržený koncept výměny tepla umožňuje minimalizovat náklady na vytápění a chlazení jakéhokoli obsluhovaného prostředí. Zvláště pozoruhodné jsou ty proudy vzduchu, jejichž vlastnosti zcela určují mikroklima v soukromém domě, průmyslových prostorách atd. Ve skutečnosti může být výměna tepla organizována pomocí systému rekuperace, který funguje jako druh dočasného akumulátoru tepla, protože shromažďuje a poskytuje má svou vlastní energii. Nejoblíbenějším zařízením je rotační výměník tepla, který se vyznačuje zvýšenou produktivitou, schopností provádět flexibilní nastavení a dalšími pozitivními vlastnostmi.

Návrhové prvky

Rotační výměníky se prakticky nepoužívají jako samostatné zařízení, jsou součástí přívodních a odtahových větracích jednotek, kde rekuperace funguje jako doplňková možnost. Rekuperátor představuje kovový výměník tepla patřící do regenerační třídy. Základem je válcový rotor – právě jeho rotace uvádí vzduchové hmoty do pohybu. Samotný rotor je tvořen tenkými deskami, které dokážou akumulovat teplo.

Vzduchotechnická jednotka, která takové zařízení obsahuje, může být součástí větší inženýrské sítě. Hovoříme o zjednodušenějších provedeních, působí i jako prostředek vzduchové ventilace, pokud se bavíme o její instalaci v průmyslových podnicích, pak je jí svěřena i rekuperace tepla z procesních plynných médií.

Toto není úplný výčet funkcí rotačního rekuperátoru.

PES s rekuperací tepla v katalogu

SDAR-3000 W Vzduchotechnická jednotka s rekuperátorem

SDAR-5000 W Vzduchotechnická jednotka s rekuperátorem

SDAR-8000 W Vzduchotechnická jednotka s rekuperátorem

SDAR-15000 W Vzduchotechnická jednotka s rekuperátorem

SDAR-25000 W Vzduchotechnická jednotka s rekuperátorem

K čemu se nejčastěji používá?

Hlavním úkolem rotačního rekuperátoru je shromažďovat teplo. Nejčastěji je tepelná energie distribuována dále mezi nové vzduchové hmoty přicházející zvenčí. Méně často je naopak vyžadováno hašení teplem. V důsledku toho se výrazně snižují energetické náklady na použití specializovaných zařízení pro výměnu tepla. Rekuperátor je přitom spíše větrací jednotka, která nejen ohřívá vzduch v místnosti, v závislosti na zvolené úpravě dokáže vzduch čistit a v případě potřeby i aromatizovat. Nejfunkčnější a nejdražší modely umožňují regulovat teplotu. V takové situaci se akumulovaná energie přenáší s určitými parametry, které se konfigurují ručně nebo automaticky. Provoz rekuperátorů tohoto typu je založen na transportu tepla z proudů odcházejícího vzduchu do chladných mas čerstvého přiváděného vzduchu. Průchodem mezi rotorovými deskami se vzduch ohřívá, přičemž z opačné strany již přicházejí nové proudy čerstvého, ale studeného vzduchu, který se tak ohřívá naakumulovaným teplem. Objem odchozího a příchozího vzduchu, který bude rekuperátor zpracován, je určen v závislosti na jeho rozměrech a výkonovém potenciálu. Jeho princip fungování poskytuje možnost interakce rotujících talířů se speciálním pohonem připojeným k elektrické síti. Přítomnost posledně jmenovaného vám umožňuje doladit provoz a definovat konkrétní rychlostní limit.

Typy rotačních rekuperátorů

Pokud vezmeme v úvahu standardní provedení takového mechanismu, můžeme jej rozdělit do několika segmentů – od 4 do 12. Takové modely se používají k odstranění přebytečného tepla, které vzniká v důsledku určitých technologických operací v podnicích. Hovoříme o kondenzačních rotorech, jejichž funkce se aktivuje při poklesu teploty vzduchu pod „rosný bod“. Hlavním rysem kompenzační jednotky je její schopnost odolávat účinkům vlhkosti, a to i u prvků, které jsou vyrobeny z kovu. Neméně běžné jsou vysokoteplotní analogy, které mohou fungovat při zvýšených teplotách.
Rotační výměníky tepla pro domácnost jsou oddělené, protože nejsou určeny k odvodu přebytečného tepla. Takové mechanismy rozvádějí proudy čerstvého vzduchu, ale lze je použít i k regulaci vytápění. Účinnost rotačního rekuperátoru je až 87 %. Kromě zachování tepla je zařízení schopné přenášet vlhkost. Pro místnosti, ve kterých je vlhkost vysoká nebo naopak nízká, se takové doplňkové vybavení stává nejlepší volbou. Je důležité pochopit, že není možné zcela izolovat odchozí proudy vzduchu od příchozích, ale takový úkol není stanoven, protože 5% míchání nemá prakticky žádný vliv na kvalitu práce. Konstrukce rotorů vykazují zvýšenou účinnost, ale komplexní konstrukce a vysoká účinnost také přispívají ke zvýšení nákladů. Každý, kdo již zařízení tohoto typu provozuje, poznamenává, že díky zvýšené efektivitě může být splacen již za několik let. Instalace rotačního výměníku tepla je znázorněna jako doplňková součást ventilačního systému pro takové prostory s malou plochou, jako je kancelář, soukromý dům, malý sklad, garáž, hangár atd.

Rusko v posledních letech provádí aktivní politiku v oblasti úspor energie a zvyšování účinnosti spotřeby energie. Jak víte, během chladného období se velké množství energie vynakládá na ohřev vzduchu přicházejícího z přívodního větrání. Využití rekuperace umožňuje snížit spotřebu energie a zvýšit účinnost inženýrských systémů.

Termín „obnovení“ popisuje proces opětovného využití energie nebo látky, která již byla použita. Ve ventilačních systémech tento koncept znamená přenos tepla z odpadního vzduchu ohřátého v místnosti do studeného přiváděného vzduchu, prováděný bez přímého kontaktu mezi proudy. Rekuperátor je vlastně výměník tepla, jehož zařízení takový přenos tepla zajišťuje. K dispozici jsou také přívodní a výfukové jednotky se schopností recirkulace vzduchu v sekci rekuperátoru otevřením průtokových klapek.

Schematické schéma větrání s rekuperátorem

Před přívodem čerstvého vzduchu z ulice do obslužných místností (ložnice, dětský pokoj, obývací pokoj) je ohříván v rekuperátoru pomocí odpadního vzduchu z WC, koupelny a kuchyně. To umožňuje snížit náklady na energii na ohřev přiváděného vzduchu.

Efektivita a proveditelnost použití rekuperátoru

V této části si povíme o účinnosti rekuperátoru při větrání a rozebereme hlavní klady a zápory takového systému. Především je třeba říci, že účinnost a doba návratnosti rekuperátoru závisí na různých podmínkách:

• Typ rekuperátoru.
• Objem výměny vzduchu.
• Provozní teplota.
• Typ hlavního zdroje energie pro ohřev přiváděného vzduchu (plyn/teplá voda, elektřina).
• Energetické tarify.

Například návratnost rekuperátoru ve velkých zařízeních v Moskvě s výměnou vzduchu více než 1000 m³/hod a elektrickým ohřívačem bude asi 2–3 roky. Pokud vezmeme v úvahu malý soukromý dům s průtokem vzduchu menším než 200 m³/hod, pak návratnost dosáhneme až po 8 letech. V případě ohřívače vody se doba návratnosti zvyšuje 5–7krát a nákup rekuperátoru se stává ekonomicky nerealizovatelný. Účinnost rekuperátoru se podle typu pohybuje v rozmezí 40–90 %, za účinná jsou považována zařízení s účinností nad 60 %.

Mezi nevýhody použití rekuperátoru patří:

• Vysoká počáteční investice. Velké počáteční investice jsou hlavní nevýhodou rekuperátorů. To je ale kompenzováno snížením budoucích provozních nákladů na ohřev/chlazení přiváděného vzduchu.
• Kondenzace. V důsledku teplotních rozdílů může na stěnách výměníku tepla docházet ke kondenzaci. V zimním období je zde možnost námrazy, která vede ke snížení účinnosti a případné dočasné poruše rekuperátoru.
• Zvýšení aerodynamického odporu ventilační sítě. Při výběru ventilátoru je třeba vzít v úvahu, že tlaková ztráta na rekuperátoru je do 100 Pa.
• U některých modelů možnost proudění odpadního vzduchu do přiváděného vzduchu.
• Zvětšení rozměrů přívodního a výfukového systému.
• Hlučný provoz některých typů rekuperátorů.

Ale i přes vyjmenované nevýhody má tento systém řadu významných výhod, které z velké části zakrývají nevýhody jeho použití.

Rekuperátor umožňuje šetřit energetické zdroje na vytápění v zimě a chlazení v létě. Zároveň se velmi snadno instaluje a udržuje a je dodáván s balíčkem plné automatizace. Životnost tohoto zařízení je poměrně dlouhá (15–20 let) a ve většině případů je omezena pouze životností materiálu.

Typy rekuperátorů

Mezi hlavní typy rekuperátorů patří:

• Deskový rekuperátor.
• Rotační rekuperátor.
• Freonový rekuperátor (tepelné trubky).
• Rekuperátor s mezichladicí kapalinou.
• Komorový rekuperátor.

Deskový rekuperátor

Deskový rekuperátor se skládá z několika desek sestavených v řadě a oddělených těsněními tak, že mezi nimi jsou vytvořeny kanály se střídajícími se směry. Proud výfukových plynů předává teplo deskám uvnitř rekuperátoru, které následně ohřívají přítok chladu. Kazety s deskami jsou vybaveny vanou pro odvod kondenzátu, který se tvoří během provozu. Tyto výměníky jsou vyráběny v protiproudém nebo křížovém provedení. Protiproudé mají vyšší účinnost (o 10–15 % vyšší).

Účinnost deskového rekuperátoru je 40–70 %.

Tento výměník tepla má řadu výhod:

• Jednoduchá konstrukce.
• Mezi díly nedochází k vzájemnému pohybu, a tedy ani k opotřebení vlivem tření.
• Tichá práce.
• Žádná spotřeba energie.
• Nízká cena.

Hlavní nevýhodou deskového rekuperátoru je námraza padajícího kondenzátu. Tento problém lze vyřešit třemi způsoby:

• Přivádění přiváděného vzduchu do obtokového kanálu (bypassu), aby teplý odpadní vzduch rozpouštěl led na deskách.
• Konstrukce rekuperátoru s deskami vyrobenými z hygroskopické celulózy.
• Předehřev přiváděného vzduchu.

Rotační rekuperátor

Principem činnosti tohoto rekuperátoru je rotační výměník tepla rotující určitou rychlostí. Tento výměník tepla, sestávající z řady desek, se otáčí podél osy procházející mezi výfukovým a přívodním kanálem, přičemž se zahřívá ve výfukové zóně a poté ochlazuje v přívodní zóně. V důsledku toho dochází k přenosu tepla a částečně vlhkosti z odpadního vzduchu do vzduchu přiváděného.

Rotační rekuperátor má následující výhody:

• Vysoká účinnost (60–90 %) díky absenci mrazu.
• Nastavitelná rychlost otáčení rekuperátoru. Změnou rychlosti otáčení můžete upravit účinnost této jednotky.
• Částečný návrat vlhkosti. Umožňuje obejít se bez zvlhčovačů.

Nyní si povíme něco o nevýhodách rotačních rekuperátorů:

• Možnost proudění odpadního vzduchu do přiváděného vzduchu. Na některých zařízeních (nemocnice, potravinářské a jiné instituce s přísnými požadavky na čistotu přiváděného vzduchu) proto nelze tyto typy rekuperátorů použít.
• Přítomnost rotujících částí. Tato okolnost vede ke snížení životnosti a zvyšuje náročnost údržby.
• Pohon rotačního rekuperátoru spotřebovává elektrickou energii.

Freonový rekuperátor (tepelné trubky)

Freonový rekuperátor je výměník tepla, uvnitř kterého jsou prstencové trubky s chladivem. Princip jeho činnosti je založen na uvolněném a absorbovaném teple fázového přechodu při kondenzaci a vypařování plynu. Cívka musí být instalována tak, aby čerstvý vzduch proudil shora a odváděný vzduch zdola. V tomto případě bude freon ve spodní zóně vřít a odebírat teplo z odpadního vzduchu. Poté stoupá, kondenzuje, odevzdává teplo přiváděnému vzduchu a stéká zpět dolů. Popsaný proces se cyklicky opakuje.

Toto zařízení lze instalovat jak v obytných a veřejných budovách, tak i v průmyslových a výrobních provozech s nízkým zatížením výměny vzduchu.

Mezi výhody tohoto výměníku tepla patří:

• Vysoká účinnost (až 80 %).
• Nízká hladina hluku. Protože žádné pohyblivé části.
• Žádné náklady na energii.
• Kompaktnost. Má relativně malou hmotnost a rozměry.

Má to ale také řadu nevýhod:

• Nejdražší varianta ze všech typů rekuperátorů.
• Maximální účinnosti je dosaženo pouze v rozsahu nízkých teplot.

Rekuperátor s mezichladicí kapalinou (glykolová jednotka)

Tento typ rekuperátoru se skládá ze dvou výměníků tepla umístěných ve výfukové a přívodní síti a vzájemně propojených potrubím s vodou nebo vodným roztokem glykolu. Pohyb chladicí kapaliny zajišťuje čerpadlo instalované v kapalinovém okruhu.

Mezi výhody tohoto typu patří:

• Žádné směšování proudů čerstvého a odpadního vzduchu.
• Možnost regulace účinnosti přepínáním provozního režimu čerpadla.
• Možnost umístění přívodních a výfukových sítí vzdáleně od sebe.
• Schopnost pracovat s více sítěmi současně.
• Schopnost používat nemrznoucí kapalinu jako chladicí kapalinu, což umožní instalaci při silných mrazech.

Tento systém má však velmi důležitou nevýhodu v podobě nízké účinnosti (asi 50 %) v důsledku přítomnosti mezilehlého chladiva, jeho setrvačnosti a ztrát podél jeho okruhu. Tato jednotka musí být také vybavena elektřinou pro pohon čerpadla.

Komorový rekuperátor

Komorový rekuperátor je typickým představitelem výměníku tepla regenerativního typu. Princip jeho činnosti je založen na střídavém kontaktu odváděného a přiváděného vzduchu se stejnými povrchy konstrukce. Nejprve teplý odpadní vzduch prochází první komorou a ohřívá ji. Poté pohyb klapky zajistí změnu směru a první komorou vstupuje již studený pouliční vzduch, který absorbuje teplo, zatímco odpadní vzduch vystupuje druhou komorou a nyní jej zahřívá. Po dosažení požadované teploty se klapka opět sepne a proces se opakuje.

Mezi výhody tohoto rekuperátoru patří:

• Vysoká účinnost (asi 80–90 %).
• Eliminace zamrzání systému.
• Lehká instalace.
• Udržování úrovně vlhkosti.

Mezi nedostatky lze poznamenat:

• Míchání protilehlých toků.
• Přítomnost pohyblivých prvků.

Závěr

Rekuperace umožňuje výrazně snížit náklady na energii při organizování nezbytných mikroklimatických podmínek pomocí ventilačního systému. Zároveň je na trhu obrovské množství různých možností implementace tohoto systému, z čehož můžeme usoudit, že existuje poptávka ze strany cílového publika a existence trendu úspor energie. Účinnost a ekonomická proveditelnost použití rekuperátorů závisí na mnoha faktorech a tyto ukazatele je nutné vypočítat a objasnit v každém případě individuálně.

Provozní konzultace <br />podle vašeho projektu

Jak vám můžeme pomoci? Popište svůj úkol nebo položte otázku vyplněním polí níže. Náš specialista vás bude kontaktovat a zodpoví všechny vaše dotazy.

Integrovaný návrh bytových, veřejných, sportovních a průmyslových budov a staveb