Dans le processus de ventilation, non seulement l'air évacué de la pièce est utilisé, mais également une partie de l'énergie thermique. En hiver, cela entraîne une augmentation des factures d'énergie.
La récupération de chaleur dans les systèmes de ventilation de type centralisé et local permettra de réduire les coûts injustifiés, et non au détriment des échanges d'air. Différents types d'échangeurs de chaleur sont utilisés pour la récupération d'énergie thermique - récupérateurs.
L'article décrit en détail les modèles d'unités, leurs caractéristiques de conception, leurs principes de fonctionnement, leurs avantages et leurs inconvénients. Les informations fournies vous aideront à choisir la meilleure option pour aménager un système de ventilation.
Types d'unités de récupération de chaleur
La récupération de chaleur dans le système de ventilation d'alimentation est un phénomène relativement nouveau et n'est pas encore répandu. Il existe plusieurs types d'appareils et un grand choix de modèles pour chaque type. La ventilation de soufflage et d'extraction avec chauffage et récupération de l'air remplit les fonctions suivantes:
- Récupération de la chaleur;
- L'économie de carburant;
- Réduire le coût de l'équipement;
- Assurer les normes environnementales;
- Réduire les coûts de transport;
- Réduire le coût du nettoyage du gaz;
- Réduire le coût du système de chauffage.
Rotatif (tambour)
L'échangeur de chaleur convient aux zones aux climats rigoureux. Le tambour est fait de papier d'aluminium. Par mouvements progressifs, la chaleur est transférée de l'air extrait vers l'air fourni:
- La chaleur est transférée à l'air fourni;
- Les flux de mélange sont inférieurs à 0,1%;
- Retour d'air chaud et humidifié.
Les pièces sèchent moins. La puissance nette est de 92%.
Récupérateur croisé lamellaire
Conçu pour les zones aux conditions météorologiques clémentes. Les contre-courants du récupérateur à plaques sont séparés par une feuille d'aluminium.
- La chaleur est transférée à l'air fourni;
- De la condensation se forme;
- Drainage de l'eau requis.
La chaleur de l'air d'échappement à travers les plaques d'aluminium chauffe l'air fourni. L'humidité se condense sur les plaques de l'échangeur de chaleur, qui provient des locaux.
Pendant le préchauffage, l'efficacité de l'échangeur de chaleur est nulle, la récupération de chaleur ne se produit pas. L'efficacité globale de la centrale de traitement d'air diminue. Le système récupère jusqu'à 95% de la chaleur.
Caloducs
Ce type est produit sous forme de tube hermétiquement scellé à partir d'un matériau ayant une bonne conductivité thermique. Du fréon est versé à l'intérieur. Le récupérateur est placé verticalement dans le conduit (il est permis de l'installer à un petit degré). L'extrémité inférieure est placée dans la hotte, l'extrémité supérieure dans la ventilation d'alimentation.
L'air chaud circule dans le conduit inférieur au bas du tube. Le fréon bout, les vapeurs pénètrent dans la partie supérieure et rencontrent l'air d'alimentation, prenant la chaleur du fréon. Le condensat se dépose au fond du tube et le cycle se répète. Avantage: pas de pièces mobiles. Inconvénient: performances médiocres, le système fonctionne au fréon.
Dispositif intermédiaire de transfert de chaleur
De l'eau ou une solution spéciale est utilisée comme caloporteur.
- Deux échangeurs de chaleur sont interconnectés par des pipelines;
- L'un d'eux se trouve dans le canal qui aspire l'air et reçoit la chaleur;
- La chaleur passe à travers le liquide de refroidissement jusqu'au deuxième échangeur de chaleur, situé dans le canal d'alimentation en air, où le chauffage a lieu.
Les flux ne se mélangent pas, mais le caloporteur intermédiaire réduit le rendement jusqu'à 50%. De plus, l'efficacité peut être augmentée avec une pompe.L'avantage des fluides caloporteurs intermédiaires est que les échangeurs thermiques peuvent être installés à distance les uns des autres. L'installation est effectuée verticalement et horizontalement.
Échangeur de chaleur au sol
Le coût d'exploitation du système est réduit de 5 à 10%. S'il n'y a pas d'échangeur de chaleur au sol, l'air entrant dans le système de récupération entre directement de la rue. Un tuyau est posé avec un échangeur de chaleur au sol à une profondeur d'environ deux mètres dans le sol. La température de l'air sous le point de congélation du sol reste toujours stable dans la région de + 10 ° C.
L'air circule à travers le tuyau dans le sol et entre dans la récupération de chaleur. Il est beaucoup plus facile de compenser les différences de température. Les éléments chauffants s'allument moins souvent, l'économie de chaleur devient plus importante.
L'échangeur de chaleur au sol doit être réalisé conformément au projet. En fonction de la superficie de la maison, un système de récupération est choisi, qui prélève un certain volume d'air de la rue et, en le faisant passer à travers tout l'échangeur de chaleur au sol, le réchauffe. Il est important de consulter un concepteur expérimenté. C'est lui qui pourra calculer la longueur et la profondeur du chenal.
Appareils électriques
Les aérothermes électriques pour la ventilation d'alimentation sont des appareils de chauffage très efficaces, mais assez coûteux. L'élévation de température dans le conduit de ventilation est réalisée par le contact de l'air avec des spirales chaudes ou des plaques en métaux de type réfractaire.
Dans ce cas, une augmentation de la température des éléments chauffants se produit en raison d'un changement de la résistance électrique des éléments chauffants. Cela nécessite beaucoup d'énergie électrique.
Le degré de chauffage de la bobine ou de la plaque est directement proportionnel à la force du courant qui traverse l'élément. En augmentant la tension, vous pouvez réduire l'ampérage sans changer la puissance électrique.
Avantages et inconvénients des radiateurs électriques
Parmi les principaux avantages qui caractérisent un aérotherme électrique, il convient de souligner les suivants.
Processus d'installation simple. Ainsi, il est beaucoup plus facile d'apporter un câble au radiateur que de faire circuler de l'eau ou un autre liquide de refroidissement à l'intérieur.
Vous n'avez pas à vous soucier d'isoler le câblage. La perte de puissance dans le câble due à la résistance électrique est bien inférieure à la perte de chaleur dans toute tuyauterie avec un fluide caloporteur.
Réglage facile d'une température d'air appropriée. Pour pouvoir régler la température de l'air fourni à la pièce au niveau requis, il suffit d'installer une simple sonde de température dans le circuit d'alimentation de l'appareil de chauffage. Dans le cas d'un chauffe-eau, il sera nécessaire de coordonner la puissance de la chaudière, la température du liquide de refroidissement et de l'air.
Dans le même temps, le type d'appareils électriques présente également ses inconvénients. Tout d'abord, il s'agit du coût de l'appareil, qui est plus élevé par rapport aux analogues de l'eau. Ainsi, dans le cas d'environ le même niveau de puissance, le prix d'un radiateur électrique sera environ 2 fois plus élevé qu'un appareil avec un caloporteur liquide.
Coûts énergétiques assez élevés. Ainsi, pour chauffer l'air dans le système de ventilation même d'une petite pièce, le coût de l'électricité sera important.
Spécifications à prendre en compte lors du choix
- Les dispositifs métalliques sont efficaces jusqu'à -10 ° C. À basses températures, les performances sont sensiblement réduites. En conséquence, des éléments de préchauffage électriques sont utilisés;
- Lors du choix, vous devez étudier l'épaisseur du boîtier, le matériau des ponts froids. L'épaisseur de 3 cm fait l'objet d'une isolation supplémentaire lorsque la température extérieure descend en dessous de -5 ° C. Vous devrez doubler l'utilisation de matériau isolant si le cadre est en aluminium;
- Faites particulièrement attention aux valeurs de débit libre des ventilateurs. Il peut arriver que la tête soit complètement absente à 500 m3. Les consommateurs le découvrent, en règle générale, lorsque le récupérateur échoue;
- Un gros plus lorsque des fonctions supplémentaires peuvent être connectées au système automatique. Grâce à une automatisation améliorée, les coûts d'exploitation sont réduits et le fonctionnement de l'ensemble de l'appareil est augmenté;
- Le principal indicateur pour décider du récupérateur à choisir est la pression et la puissance de ventilation. Un calcul préliminaire est fait de la quantité d'air qui devrait entrer dans la maison en une heure.
Fabrication d'un échangeur de chaleur sans canal
échangeur de chaleur au sol sans conduit
Un échangeur de chaleur au sol sans canal implique la fabrication d'une fosse d'une longueur d'environ 3-4 mètres et d'une profondeur de 80 centimètres. La fosse est remplie d'une couche de gravier et le dessus est recouvert de béton cellulaire. Cette conception vous permet d'obtenir une température à l'intérieur d'une couche spéciale, qui ne différera pas de la température du sol à une profondeur de 5 mètres. Après avoir fait la fosse, vous devez en retirer le tuyau pour fournir de l'air frais.
Ce tuyau de dérivation est réalisé selon le même schéma que dans un échangeur de chaleur à tubes. Un autre tuyau doit passer d'une couche spéciale au système de ventilation des locaux. Dans un schéma simple, l'air commence à circuler. Il est non seulement hydraté, mais également nettoyé. L'avantage de la conception est une filtration accrue. L'inconvénient est une efficacité inférieure à celle d'un système de tuyauterie.
Récupérateurs de toit
Ces unités de ventilation sont utilisées dans des installations avec un grand espace de travail. Ils filtrent, chauffent et fournissent de l'air au bâtiment. La température de l'air est régulée par un chauffe-conduit ou un refroidisseur. Son afflux s'effectue partiellement ou totalement à travers la structure en plaques du récupérateur.
Caractéristique
De tels systèmes de ventilation d'alimentation et d'extraction sont installés sur les plafonds de toit des bâtiments à travers des trous qui y sont réalisés. Les récupérateurs extraient l'air usé collecté du plafond et le rejettent dans l'atmosphère, et sa chaleur est transférée au puissant jet entrant. L'alimentation en air est dirigée directement vers le plafond ou dirigée vers la zone de travail. Le récupérateur peut faire partie intégrante du schéma de ventilation global de l'ensemble de l'installation. L'appareil est facile à utiliser.
Conception
Les modèles d'unités sont faits de puissance différente, qui est mesurée par le volume d'air qui passe en mètres cubes par heure. La base de l'appareil est une construction cadre-panneau en profilés en aluminium. L'épaisseur optimale des feuilles d'échangeur de chaleur est d'environ 0,2 mm. Pour l'isolation phonique et thermique, les parois du boîtier sont recouvertes de laine minérale. Les récupérateurs sont équipés de sections électriques, d'eau et de gaz pour le chauffage. L'efficacité obtenue est d'environ 65%. L'installation de la ventilation d'alimentation et d'extraction ne pose aucune difficulté. Pour ce faire, il est nécessaire de créer une fenêtre dans le toit et de renforcer la structure - «verre» pour une répartition correcte de la charge. L'installation du récupérateur sur le toit n'occupe pas le volume utile du bâtiment.
Principe de fonctionnement et caractéristiques de conception
Les appareils universels fonctionnant à l'eau sont installés dans des endroits dotés d'un système d'alimentation en chaleur bien établi. Une solution de conception simple mais assez efficace vous permet de chauffer l'air dans la plage de + 70 ° C à + 100 ° C et est pertinente pour les hangars, les gymnases, les supermarchés, les serres, les entrepôts, les grands pavillons - c'est-à-dire les grandes pièces qui nécessitent chauffage supplémentaire.
Un exemple d'utilisation d'un aérotherme VOLCANO dans une serre. Le chauffage est effectué grâce à la distribution d'air chaud (température de l'eau - + 90 ° C) à l'aide d'un ventilateur et de stores réglables
Si vous avez déjà utilisé un échangeur de chaleur domestique, vous comprendrez facilement le principe de fonctionnement d'un appareil à eau. Il chauffe également l'air, mais le rôle d'une spirale électrique enfermée dans un petit boîtier est joué par un ensemble de tubes métalliques à travers lesquels circule le fluide caloporteur chauffé.
Le processus de chauffage est le suivant:
- de l'eau chaude, chauffée à la température requise (en moyenne de + 80 ° C à + 180 ° C), des tuyaux de chauffage entre dans l'échangeur de chaleur, constituée de petits tuyaux en aluminium, en acier, bimétalliques ou en cuivre;
- les tubes chauffent l'air traversant le dispositif;
- le ventilateur intégré fait circuler l'air chauffé dans toute la pièce et stimule son mouvement dans la direction opposée - vers l'appareil.
Il n'est pas nécessaire de chauffer spécialement l'eau, car elle fait partie du système de chauffage, par conséquent, des économies de coûts importantes se produisent.
Construction d'un chauffe-eau type 60-35-2 en acier galvanisé, destiné aux systèmes de ventilation et de climatisation. Taille typique du conduit d'air - 60 cm x 35 cm, rangées - 2, pression de service maximale - 1,5 MPa, température maximale du liquide de refroidissement - + 170 ºС
Le circuit de chauffe-eau standard est un hybride d'un échangeur de chaleur, d'un ventilateur et d'un convecteur. Il est efficace pour chauffer de grands locaux industriels et pour choisir la bonne tuyauterie - pour les chalets dotés d'un système de ventilation bien établi.
Récupérateur avec circulation d'eau
Caractéristique
Le vecteur d'énergie thermique est de l'eau ou de l'antigel fourni à l'unité d'alimentation à partir d'un échangeur de chaleur d'échappement situé séparément. Le fonctionnement d'un récupérateur à circulation d'eau est similaire à celui d'un chauffe-eau. L'efficacité de l'action de l'échangeur de chaleur à plaques avec circulation d'eau atteint 50-65%. La ventilation d'alimentation et d'évacuation avec récupérateurs de ce type est rarement utilisée lorsqu'il est possible d'assembler une ligne d'échange thermique. Le fonctionnement de ce système nécessite une surveillance fréquente. Le point faible est la présence d'une pompe qui fait circuler l'échangeur de chaleur. Ainsi que des nœuds supplémentaires qui régulent le fonctionnement du système. Ils augmentent la consommation d'énergie. Avec une grande distance entre les échangeurs de chaleur d'alimentation et d'évacuation, il n'est pas pratique d'utiliser cette option. Le récupérateur remplit uniquement la fonction d'échange de chaleur sans transformation d'humidité.
Conception
Les unités principales du système de ventilation de soufflage et d'extraction avec récupération de chaleur sont deux échangeurs de chaleur. Ils sont installés séparément dans les conduits d'air soufflé et extrait. Connectez-les avec un tuyau flexible isolé. Il permet un choix plus facile de l'emplacement des nœuds et l'installation du système. Le récupérateur à circulation d'eau est équipé d'une pompe, d'un vase d'expansion, d'un contrôleur, d'un indicateur de pression. Capteurs de température. Vannes d'air, de sécurité et de contrôle. Lors de l'installation d'un seul système de récupération, il est possible de connecter plusieurs caloporteurs. Différents trajets d'évacuation d'air et d'écoulement d'air garantissent que le récupérateur fonctionne sans formation de traces de givre. Le transfert de contaminants par l'air sortant vers le courant d'entrée est exclu.
Échangeurs de chaleur intermédiaires
Le principe de fonctionnement de ce dispositif est pratiquement similaire à celui d'un récupérateur à plaques. Ici, l'échangeur de chaleur est une boucle fermée constituée d'un tube. Il y a une circulation constante d'eau ou de solution eau-glycol. L'efficacité des processus de transfert de chaleur dépend directement du débit de circulation dans un circuit de fluide fermé.
Dans un tel dispositif, le mélange des flux d'air est totalement exclu. Les seuls inconvénients sont une efficacité insuffisante. Un tel dispositif est capable de restituer environ 50% de la chaleur prélevée dans la pièce.
Problèmes d'installation du système
Il n'y a pratiquement aucun problème potentiel associé à l'utilisation d'un tel équipement.Certains sont décidés par le fabricant, d'autres deviennent un casse-tête pour l'acheteur. Les principaux problèmes sont les suivants:
- Formation de condensation. Les lois de la physique dictent que la condensation se produit lorsque l'air à haute température traverse un environnement fermé et froid. Si la température ambiante est inférieure à zéro, les ailettes commenceront à geler. Toutes les informations fournies dans ce paragraphe définissent une diminution significative de l'efficacité de l'appareil.
- Efficacité énergétique. Tous les systèmes de ventilation fonctionnant en conjonction avec le récupérateur dépendent de l'énergie. Le calcul économique effectué détermine que seuls les modèles de récupérateurs qui permettront d'économiser plus d'énergie que de dépenser seront utiles.
- Période de récupération. Comme indiqué précédemment, l'appareil est conçu pour économiser de l'énergie. Un facteur déterminant important est le nombre d'années nécessaires pour que l'achat et l'installation de récupérateurs portent leurs fruits. Si l'indicateur considéré dépasse la barre des 10 ans, l'installation ne sert à rien, car pendant ce temps, d'autres éléments du système devront être remplacés. Si les calculs montrent que la période de récupération est de 20 ans, la possibilité d'installer l'appareil ne doit pas être envisagée.
Les problèmes ci-dessus doivent être pris en compte lors du choix d'un échangeur de chaleur, qui existe en plusieurs dizaines de types.
Types d'échangeurs de chaleur au sol
Aujourd'hui, deux types sont connus:
- Channelless. Une couche souterraine est utilisée, à travers laquelle l'air passe pour l'échange de chaleur.
- Pipe (canal). Ici, l'échange de chaleur a lieu à l'aide d'un ensemble de tuyaux (canal) enterrés sous terre.
Quel que soit le type, le conduit d'alimentation principal est monté sur les tuyaux du système de ventilation. L'air frais y est fourni le plus souvent par un trou dans le mur. Un point important sera l'installation d'un mécanisme avec lequel il sera possible de basculer entre deux positions: premièrement - l'air frais de la rue entre dans le système, deuxièmement - le système de sol fonctionne. En termes simples, vous devez fabriquer de vos propres mains un échangeur de chaleur au sol avec des trous de fermeture pour l'alimentation en air du sol et de la rue.
