Récupération de chaleur dans les systèmes de ventilation : principe de fonctionnement et options de conception

Lors du processus de ventilation, non seulement l'air évacué de la pièce est recyclé, mais également une partie de l'énergie thermique. En hiver, cela entraîne des factures d’énergie plus élevées.

La récupération de chaleur dans les systèmes de ventilation centralisés et locaux vous permettra de réduire les coûts injustifiés sans compromettre l'échange d'air. Pour récupérer l'énergie thermique, différents types d'échangeurs de chaleur sont utilisés - les 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 présentées aideront à choisir l'option optimale pour aménager le système de ventilation.

Le concept de récupération : le principe de fonctionnement de l'échangeur thermique

Traduit du latin, récupération signifie compensation ou retour. En ce qui concerne les réactions d'échange thermique, la récupération se caractérise comme une restitution partielle de l'énergie dépensée pour une action technologique en vue de son application dans le même processus.

DANS système de ventilation Le principe de récupération est utilisé pour économiser l’énergie thermique.

Par analogie, le refroidissement est récupéré par temps chaud - les masses chaudes entrantes chauffent les déchets d'échappement et leur température diminue.

Le processus de récupération d'énergie est effectué dans un échangeur de chaleur à récupération.Le dispositif comprend un élément d'échange thermique et des ventilateurs pour pomper des flux d'air multidirectionnels. Un système d'automatisation est utilisé pour contrôler le processus et contrôler la qualité de l'alimentation en air.

La conception est conçue de manière à ce que les flux d'alimentation et d'évacuation se trouvent dans des compartiments séparés et ne se mélangent pas - la récupération de chaleur s'effectue à travers les parois de l'échangeur de chaleur.

Comprendre et comprendre ce que c'est ventilation avec récupération Un diagramme visuel de la circulation de l’air vous aidera.

L'air évacué s'échappe par les hottes des pièces humides (toilettes, salle de bain, cuisine). Avant d'être évacuée à l'extérieur, elle passe par le récupérateur et laisse une partie de la chaleur. L'air soufflé circule en sens inverse, se réchauffe et pénètre dans les pièces à vivre (+)

La faisabilité d'un récupérateur en ventilation

On peut parler de la faisabilité de l'installation d'une ventilation récupérative en évaluant l'efficacité du système et en comparant ses avantages et ses inconvénients.

Une partie de la chaleur est extraite de l’air évacué aspiré à l’extérieur et transférée vers des jets frais forcés dirigés vers l’intérieur de la pièce. Cela vous permet de réduire les pertes de chaleur jusqu'à 70 % (+)

La nécessité de recourir à la récupération de chaleur est particulièrement importante dans les bâtiments à évacuation forcée de l'air. En règle générale, il s'agit de bâtiments à faible inertie, érigés grâce à des technologies innovantes d'isolation thermique (maisons en panneaux sandwich, dalles de silicate de gaz, blocs de mousse).

Dans de tels bâtiments, les murs n'accumulent pas bien la chaleur et l'échange d'air naturel est inefficace.

Cependant, les problèmes de circulation de l'air sont également typiques des bâtiments « traditionnels » en brique et en béton.La présence de fenêtres en PVC scellées, isolantes thermiquement et phoniquement, bloque la circulation avec une impulsion naturelle - le flux d'air frais s'arrête et le tirage dans le conduit de ventilation se renverse ou tend vers zéro.

La solution au problème des « euro-fenêtres » est l'organisation d'une ventilation forcée. Le système rétablit l'échange d'air, mais les pertes de chaleur augmentent jusqu'à 60 %. Et ici, on ne peut plus se passer de récupération de chaleur.

L'efficacité du processus d'échange est exprimée en pourcentage et indique la quantité de chaleur dépensée par l'air évacué pour chauffer la nouvelle « admission »

Indicateur d’efficacité de récupération de chaleur de ventilation :

• 0% - fenêtre ouverte - l'air chaud est évacué dans l'atmosphère et l'air froid entre, abaissant la température dans la pièce ;
• 100% - l'air soufflé est réchauffé jusqu'à la température « d'échappement » - techniquement impossible à mettre en œuvre ;
• 30-90% - un paramètre acceptable, une récupération avec un rendement de 60 % ou plus est considérée comme bonne, un rendement supérieur à 80 % est un excellent transfert de chaleur.

L'efficacité du système dépend du type de récupérateur, des dimensions de la pièce et du débit d'air. Dans tous les cas, le recours à la ventilation de récupération, même avec un rendement de 30 %, est plus rentable que son absence. En plus d'importantes économies sur les ressources énergétiques, la « régénération » de la chaleur améliore le microclimat global de la pièce.

Inconvénients de l'utilisation d'un échangeur de chaleur :

1. Dépendance énergétique. L'achat d'équipements de climatisation est justifié si la consommation électrique est nettement inférieure aux économies réalisées après l'installation du récupérateur.
2. Condensation. En raison des différences de température, de l'humidité peut se condenser sur les parois de l'échangeur thermique. En hiver, il existe un risque de givrage, ce qui peut entraîner une diminution rapide de l'efficacité ou une défaillance du récupérateur.
3. Travail bruyant. Certains modèles émettent un bourdonnement pendant le fonctionnement.Si pendant la journée cet inconvénient n'est pas particulièrement visible, alors la nuit, le bruit provoque un inconfort. Les récupérateurs à isolation améliorée fonctionnent silencieusement.

Un investissement initial élevé est souvent le principal argument contre une ventilation économe en énergie.

Il est conseillé d'investir de l'argent dans un système qui sera rentable d'ici 5 à 8 ans. Il convient de garder à l'esprit que des coûts supplémentaires devront être engagés pour entretenir le complexe, par exemple le remplacement périodique des ventilateurs.

Caractéristiques des différents types d'échangeurs de chaleur

La conception du récupérateur détermine le schéma d'écoulement du liquide de refroidissement, l'efficacité du système de ventilation, la classe de consommation d'énergie et le coût de l'équipement. Cinq types d'échangeurs de chaleur sont utilisés : à plaques, rotatifs, à caloducs, à chambre et modèles avec liquide de refroidissement intermédiaire.

Récupérateur à plaques – simplicité de conception

La base de l'échangeur de chaleur est une chambre étanche avec de nombreux conduits d'air parallèles. Les canaux sont séparés par des cloisons - des plaques conductrices de chaleur en acier ou en aluminium.

Les plaques en forme de vague (60 à 70 pièces) sont regroupées en un seul bloc de sorte que les canaux formés soient situés transversalement les uns aux autres - la turbulence créée améliore le transfert de chaleur (+)

Les flux de gaz se rapprochent, se croisent dans la cassette du récupérateur, mais ne se mélangent pas. L'échange de chaleur est réalisé grâce au refroidissement et au chauffage simultanés des plaques de différents côtés.

Avantages d'un échangeur de chaleur croisé :

• facilité d'installation et de configuration des équipements;
• exclusion du contact des masses d'air;
• coût abordable et dimensions compactes;
• absence de frottements et de pièces mobiles.

Le taux d'efficacité varie entre 40 et 70 %.

Le principal inconvénient du modèle à plaques est la décantation des condensats dans le conduit d'évacuation et la formation de glace en hiver. Pour dégivrer l'unité, le flux entrant est redirigé pour contourner l'échangeur de chaleur et le flux sortant chaud fait fondre la glace sur les plaques.

En mode « dégivrage », aucune économie d'énergie ne se produit : des aérothermes d'une puissance allant jusqu'à 5 kW sont utilisés pour chauffer l'air entrant. La valeur d'efficacité moyenne diminue de 20% (+)

Il existe deux manières possibles de résoudre le problème :

1. Préchauffage du flux d'air entrant à une température à laquelle la formation de glace est exclue.
2. Récupérateur à plaques en cellulose hygroscopique. Le matériau absorbe l'humidité des masses d'air évacué et la transfère aux nouveaux flux entrants.

Lors du choix d'un échangeur de chaleur croisé, vous devez prendre en compte les caractéristiques opérationnelles des plaques.

Leurs caractéristiques dépendent du matériau de fabrication :

1. Papier d'aluminium – coût abordable, mais performances limitées en hiver. De plus, il est déconseillé pour les locaux d’habitation en raison du séchage à l’air. Les modifications avec « remplissage » en aluminium sont la meilleure option pour les bains et les piscines.
2. Cloisons en plastique - prix similaire à celui des produits métalliques, mais diffère par une efficacité de fonctionnement améliorée.
3. Échangeur de chaleur en cellulose – éviter le gel et maintenir une teneur en humidité normale à l’intérieur.

Le récupérateur d'hygrocellulose est le plus économique et optimal pour la ventilation des bâtiments résidentiels.

Récupérateur rotatif – haute efficacité du système

L'échangeur de chaleur se présente sous la forme d'un cylindre rempli de couches de tôle ondulée. Lorsque le tambour tourne, des jets d'air chaud ou froid pénètrent alternativement dans chaque compartiment.

Conception d'un récupérateur rotatif : arbre de rotation et deux canaux d'air.Une section du rotor est chauffée par « travail », le tambour tourne et la chaleur est redirigée vers des masses froides concentrées dans le canal adjacent (+)

L'efficacité du transfert de chaleur est déterminée par la vitesse de rotation du rotor ; l'efficacité de fonctionnement peut être ajustée.

Arguments pour un récupérateur rotatif :

• retour de chaleur jusqu'à 65-90 % ;
• efficacité la consommation d'électricité;
• remplacement partiel de l'humidité – vous pouvez vous passer d'un humidificateur ;
• période de récupération – jusqu'à 4 ans.

Malgré son rendement élevé, l'échangeur de chaleur à tambour n'est pas devenu un leader parmi les installations similaires.

Inconvénients du système de ventilation :

1. Ajout d'air pollué dans l'alimentation. Les masses d'échappement et d'alimentation circulent alternativement à travers les microcanaux, de sorte qu'environ 3 à 8 % du « travail » est restitué. Le tambour transmet souvent l'odeur de l'air sortant.
2. Complexité de conception. Les pièces rotatives du rotor nécessitent un entretien régulier et un remplacement périodique. Les éléments mobiles produisent du bruit et des vibrations pendant le fonctionnement.
3. Prix ​​élevé. Le prix des modèles rotatifs est plus élevé que celui des produits à plaques. Cela est dû à l’utilisation d’une mécanique complexe dans la conception de l’échangeur thermique à tambour.
4. Grandes tailles. L'installation s'effectue dans une chambre de ventilation spacieuse.

En raison de leur encombrement, les unités rotatives sont principalement utilisées dans les entreprises industrielles.

Pour minimiser le mélange des flux d'air, les échangeurs de chaleur rotatifs sont complétés par des secteurs intermédiaires - ici les microcanaux sont soufflés avec de l'air frais, qui retourne dans la hotte. L'inconvénient du circuit est une diminution du rendement (+)

Échangeurs de chaleur couplés – Modèle Glycol

En raison de ses caractéristiques de conception, une unité de récupération avec un liquide de refroidissement intermédiaire est souvent appelée échangeurs de chaleur couplés ou unité glacier. C'est l'un des systèmes de récupération de chaleur les plus flexibles. Un échangeur de chaleur coupe le conduit d'alimentation et le second le conduit d'évacuation.

Le schéma de tuyauterie contient : pompe de circulation, vase d'expansion, vanne d'air, contrôleur, capteur de température, soupape de sécurité, indicateur de pression (+)

Principe d'opération. La composition glycolée circule entre les échangeurs de chaleur. La température du liquide de refroidissement augmente en raison du flux d'échappement chauffé, puis l'énergie thermique est transférée à l'air frais. Le système fermé élimine le mélange des masses d'air venant en sens inverse.

Caractéristiques de fonctionnement des échangeurs de chaleur avec liquide de refroidissement :

• Efficacité – 45-55 % ;
• réglage de l'efficacité à l'aide d'une pompe - la vitesse de mouvement de l'antigel est sélectionnée ;
• possibilité de placer les conduits d'air soufflé et d'évacuation à distance les uns des autres (jusqu'à 800 m) ;
• le récupérateur est installé verticalement ou horizontalement ;
• en cas de gel sévère, la surface de l'échangeur de chaleur d'échappement gèle et de la glace apparaît ; l'utilisation d'antigel permet de faire fonctionner le récupérateur sans recourir au dégivrage ;
• période de récupération du système – jusqu'à 2 ans ;
• une combinaison d'une hotte et de plusieurs entrées ou vice versa est autorisée.

Le volume d'air évacué et d'air admis doit être à peu près égal. De tels récupérateurs sont généralement utilisés si l'affluent est toxique ou fortement pollué, lorsque le mélange des cours d'eau est inacceptable.

Unité à chambre – polyvalence d'utilisation

Structurellement, l'échangeur de chaleur à chambre est une boîte fermée, divisée à l'intérieur par un registre mobile.La cloison d'ouverture détermine le schéma de fonctionnement du récupérateur.

L'écoulement sortant passe le long d'un canal et l'afflux pénètre dans la deuxième chambre. Dans l'échangeur thermique, des masses chaudes chauffent les parois du premier compartiment. Au bout d'un moment, le registre bouge et le flux d'air change de direction.

En conséquence, l'afflux se déplace le long des parois chaudes du premier conduit d'air et « l'échappement » chauffe la surface de la deuxième chambre. À un certain moment, le septum revient et le cycle se répète.

Avantages d'une unité d'échange thermique à chambre :

• Efficacité – 80-90 % ;
• en tandem avec une isolation thermique de haute qualité, les coûts de chauffage sont réduits au minimum ;
• facilité d'installation - une aide spécialisée sera nécessaire lors du choix des paramètres de l'unité de ventilation;
• maintenir les niveaux d'humidité;
• le gel du système est exclu.

Un échangeur de chaleur à chambre est une excellente option pour les régions où il existe un déséquilibre important entre les températures intérieures et extérieures pendant une longue période de l'année.

Les inconvénients de l'unité de récupération de chaleur comprennent :

• la nécessité d'un entretien régulier des éléments mobiles ;
• les contre-courants d'air se mélangent partiellement - les odeurs et les impuretés peuvent retourner dans le bâtiment.

Pour réduire les mélanges, le système est équipé de Element de filtre. L'air devient plus pur, mais l'efficacité du récupérateur diminue.

Caloducs – système d’échange thermique fermé

Le récupérateur est constitué de nombreux tubes en cuivre ou en aluminium remplis d'une substance qui s'évapore facilement, comme le fréon. Le principe de fonctionnement d'un échangeur de chaleur tubulaire est basé sur des processus physiques - des changements dans l'état d'une substance lorsqu'elle est chauffée.

Le caloduc est placé verticalement - l'extrémité inférieure de l'échangeur de chaleur se trouve dans le conduit d'évacuation et l'extrémité supérieure se trouve dans le conduit d'air soufflé. Les flux sortants font le tour du bout du tube - le fréon se réchauffe, bout et s'évapore (+)

Le gaz monte et libère de l'énergie thermique vers l'afflux, après quoi le fréon se condense et s'écoule dans le récupérateur. Le cycle thermique se répète en cercle.

Caractéristiques techniques et opérationnelles de l'échangeur de chaleur tubulaire :

• efficacité de l'appareil – jusqu'à 65 % ;
• fonctionnement silencieux en raison de l'absence d'éléments mobiles ;
• simplicité de conception et peu d'entretien ;
• compacité — petites dimensions et faible poids ;
• indépendance énergétique – le liquide de refroidissement circule naturellement ;

Un avantage important est que les flux d’air entrant et repris ne se mélangent pas.

Faiblesses des caloducs :

• haut niveau d'efficacité est obtenu sur une plage de température étroite - avec une surchauffe soudaine, tout le fréon s'évapore et avec un chauffage insuffisant, l'intensité de la vaporisation ralentit ;
• faible résistance des tubes – un changement de forme ou une dépressurisation réduit les performances de l'équipement.

Les échangeurs de chaleur tubulaires sont utilisés dans la construction privée, les bâtiments administratifs et de bureaux ainsi que les petites zones industrielles.

Méthodes d'organisation de la ventilation récupérative

La récupération est organisée de l'une des manières suivantes : centralisée et décentralisée. Dans le premier cas, les flux de ventilation de toute la pièce traversent l'échangeur de chaleur, dans le second, d'une pièce.

Complexe centralisé – centrale de traitement d’air

Un système centralisé est installé au stade de la construction ou d'une modernisation majeure du système de ventilation.

Une unité d'alimentation et d'évacuation forcée (PVU) avec récupérateur intégré est sélectionnée. Le principal critère de sélection est la performance globale du complexe basée sur l'ensemble du volume d'air de la structure (+)

Un PVU avec récupérateur assure un échange d'air suffisant même dans les maisons aux fenêtres scellées. Dans le même temps, les flux d’air sont répartis uniformément sans créer de courants d’air.

Complexe unités de traitement de l'air type monobloc équipé de :

• Ventilateurs – fourniture 24 heures sur 24 d'air pur et émission de jets saturés de dioxyde de carbone ;
• radiateurs – préchauffage de l'afflux ;
• filtres – piéger les poussières et les microparticules ;
• récupérateur — différents types d'installations peuvent être utilisés.

La fonctionnalité de certains PVU est étendue avec un temporisateur, un régulateur de puissance, des capteurs de niveau d'humidité, etc.

Le corps des modèles monoblocs est recouvert d'un matériau insonorisant, ce qui rend le fonctionnement du PVU très silencieux. Des versions verticales, horizontales et suspendues des unités de ventilation sont possibles

Les PVU monoblocs récupérateurs produits ont fait leurs preuves : "Évents" (Ukraine), Dantherm (Danemark), "Daïkin" (Japon), "Dantex" (Angleterre).

Unités locales - un ajout au système de ventilation existant

Pour rétablir la circulation des masses d'air dans le local utilisé, des entrées d'air décentralisées avec récupération de chaleur conviennent.

Ils sont découpés dans la façade d'un bâtiment ou sont montés à travers une fenêtre. Leur tâche principale est d'améliorer ventilation d'alimentation dans la maison.

Les récupérateurs locaux sont équipés d'un ventilateur et d'un échangeur de chaleur à plaques. Le « manchon » d’entrée est isolé avec un matériau insonorisant.L'unité de commande des unités de ventilation compactes est située sur la paroi intérieure

Caractéristiques des systèmes de ventilation décentralisés avec récupération :

• Efficacité – 60-96%;
• faible productivité – les appareils sont conçus pour assurer un échange d'air dans des pièces jusqu'à 20-35 m² ;
• prix abordable et une large sélection d'unités, allant des vannes murales conventionnelles aux modèles automatisés avec un système de filtration à plusieurs étages et la possibilité de régler l'humidité ;
• facilité d'installation – aucun conduit d'air n'est nécessaire pour la mise en service, installer une vanne murale Tu peux le faire toi-même.

Fabricants populaires de récupérateurs locaux : Prana (Ukraine), O.Erre (Italie), Tempête De Neige (Allemagne), Évents (Ukraine), Aérovital (Allemagne).

Critères importants pour le choix d'une entrée murale : épaisseur de paroi admissible, performances, efficacité du récupérateur, diamètre du canal d'air et température du fluide pompé

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Comparaison du fonctionnement d'une ventilation naturelle et d'un système forcé avec récupération :

Le principe de fonctionnement d'un récupérateur centralisé, calcul de l'efficacité :

Conception et mode opératoire d'un échangeur de chaleur décentralisé en utilisant comme exemple la vanne murale Prana :

Environ 25 à 35 % de la chaleur quitte la pièce par le système de ventilation. Les récupérateurs sont utilisés pour réduire les pertes et récupérer efficacement la chaleur. Les équipements climatiques permettent d'utiliser l'énergie des masses de déchets pour chauffer l'air entrant.

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