Термодинамические режимы рекуперативного теплообменника-утилизатора в приточно-вытяжной вентиляционной установке малой производительности

The increase in the thermal protection level of the existing buildings enclosing structures, due to the need to comply with the current norms of building heat engineering requirements, leads to increasing in the part of heat losses in the thermal balance of a building due to infiltration and exhaust ventilation operation. After exhaustion of the possibilities for the implementation of technical measures to reduce energy costs by changing in volumetric planning solutions and insulating building envelopes further decreasing heat consumption level should be associated with the use of the secondary and renewable resources potential. The paper presents the results of assessing the technical and economic feasibility of using the exhaust air thermal potential for heating the supply air in the forced supply-and-exhaust ventilation system of a building taking as a low-capacity unit as an example. For a counterflow air-to-air recuperative type heat utilizer finned with ribbed heat pipes in the form of a plurality of continuous sheets, the influence of changes in the physical properties of the exhaust air during the phase transition of the water vapor contained in it into a liquid state on the heat exchanger-utilizer performance and characteristics of its efficiency has been established. The conditions of heat exchange are determined (without condensate, with condensate in the part of the heat exchanger-utilizer, with condensate in the entire heat exchanger-utilizer and with the risk of icing) in the supply air temperature range from (–26) to (+8) °C for three variants of its operation with a balance of the nominal amount of exhaust and supply air and with two variants of imbalance. Variants with imbalances have been investigated in order to find possible combinations of supply and exhaust air temperatures, at which there would be no phase transition of water vapor in the exhaust air flow to the liquid state in the entire volume of the heat utilizer, which would eliminate the need for measures to collect and remove condensate and preventing it from freezing.Наращивание уровня тепловой защиты ограждающих конструкций существующих зданий, обусловленное необходимостью соблюдения требований действующих норм строительной теплотехники, приводит к увеличению доли тепловых потерь за счет инфильтрации и работы вытяжной вентиляции в тепловом балансе здания. После исчерпания возможностей реализации технических мероприятий для уменьшения энергозатрат за счет изменения объемно-планировочных решений и утепления ограждающих конструкций зданий дальнейшее снижение уровня теплопотребления должно быть связано с применением потенциала вторичных и возобновляемых ресурсов. В статье приведены результаты оценки технико-экономической целесообразности использования теплового потенциала удаляемого воздуха для нагрева приточного воздуха в системе принудительной приточно-вытяжной вентиляции здания на примере установки малой производительности. Для противоточного воздухо-воздушного теплоутилизатора рекуперативного типа с оребрением тепловых трубок в виде множества сплошных листов установлено влияние изменений физических свойств удаляемого воздуха при фазовом переходе водяного пара, содержащегося в нем, в жидкое состояние на тепловую производительность теплоутилизатора и характеристики его эффективности. Определены условия теплообмена (без выпадения конденсата, с выпадением конденсата в части теплоутилизатора, с выпадением конденсата во всем теплоутилизаторе и с опасностью обледенения) в диапазоне температур приточного воздуха (–26)–(+8) ºС для трех вариантов его работы – при балансе номинального количества удаляемого и приточного воздуха и при двух вариантах дисбаланса. Варианты с дисбалансами исследованы в целях поиска возможных сочетаний температур приточного и удаляемого воздуха, при которых во всем объеме теплоутилизатора не происходило бы фазового перехода водяного пара в потоке удаляемого воздуха в жидкое состояние, что исключило бы необходимость проведения мероприятий по сбору и отводу конденсата и предотвращению его замерзания

Оценка эффективности энергосберегающей системы организованной приточно-вытяжной вентиляции для многоэтажных зданий с низким уровнем тепловой защиты

By usage of the technical and economic calculation method developed by the authors for installations with recuperative-type heat exchangers, the operational modes of the centralized supply and exhaust system of organized ventilation, in which the supplying air is heated by the solar radiation heat and the heat of the air removed from the premises, have been investigated in the paper. The paper presents results of the thermal and economic efficiency assessment of such ventilation system for multi-storey buildings. A comparison of the thermal energy consumption for the needs of heating and ventilation through the use of the proposed ventilation system has been made for two variants of buildings – with the thermal protection level of enclosing structures that meets modern regulatory requirements (buildings with heat consumption up  to 130 kW×h/(m2×year)), and for a building similar in terms of planning structure, but with enclosing structures, the insulation level of which corresponds to buildings built before 1993 (buildings with heat consumption up to 260 kW×h/(m2×year)).  The temperature conditions have been determined under which it becomes necessary to turn on the operation of devices  for additional (peak) heating of the supply air, when the thermal potential of solar radiation and secondary energy resources  is  insufficient to provide the calculated temperature of the supply air. For the ventilation system under consideration, it has been  established that the thermal resistance of the building envelope influences the indicators of the thermodynamic and economic efficiency of the proposed solution. The climatic conditions under which the utilization of the exhaust air heat in the proposed ventilation system is technically justified and economically expedient have been determined. The results of the research С использованием разработанного авторами метода технико-экономического расчета установок с теплообменными аппаратами рекуперативного типа исследованы режимы эксплуатации централизованной приточно-вытяжной системы организованной вентиляции, в которой подогрев приточного воздуха осуществляется за счет  теплоты солнечного излучения и теплоты удаляемого из помещений воздуха. Представлены результаты оценки тепловой и экономической эффективности такой системы вентиляции для многоэтажных зданий. Выполнено сравнение расходов тепловой энергии на нужды отопления и вентиляции за счет применения предлагаемой системы вентиляции для двух вариантов зданий – с уровнем тепловой защиты ограждающих конструкций, отвечающим современным нормативным требованиям (здания с теплопотреблением до 130 кВт×ч/(м2×год)), и для аналогичного по планировочной структуре здания, но с ограждающими конструкциями, уровень утепления которых соответствует зданиям  постройки до 1993 г. (здания с теплопотреблением до 260 кВт×ч/(м2×год)). Определены температурные условия, при которых возникает необходимость включения в работу устройств дополнительного (пикового) подогрева приточного воздуха, когда тепловой потенциал солнечного излучения и вторичных энергетических ресурсов недостаточен для обеспечения расчетной температуры приточного воздуха. Для рассматриваемой системы вентиляции установлено наличие влияния термических сопротивлений ограждающих конструкций здания на показатели термодинамической и экономической эффективности предлагаемого решения. Определены климатические условия, при которых утилизация теплоты удаляемого воздуха в системе вентиляции технически оправдана и экономически целесообразна.  Результаты выполненных исследований могут быть использованы при определении путей тепловой модернизации зданий с традиционными системами отопления и вентиляци