Salvează energie un sistem de ventilare cu recuperare de căldură?

Cum salvează energia un sistem de ventilație cu recuperare de căldură

Mecanism de bază: Transfer real de energie termică prin schimbătoare de căldură

Sistemele de ventilare cu recuperare de căldură funcționează prin schimbul de energie termică între aerul evacuat și cel proaspăt introdus, fără ca aceste fluxuri de aer să se amestece. Inima acestui proces este un nucleu special de schimbător de căldură, capabil să transfere până la 90% din căldura reală conținută în aerul cald și stătut evacuat, către aerul proaspăt, mai rece, care intră în clădire. Să luăm un scenariu tipic în care temperatura interioară se menține în jur de 20 de grade Celsius, iar afară este ger de minus 5 grade. Un echipament cu o eficiență de 80% va încălzi deja aerul rece de afară până la aproximativ 16 grade, înainte ca acesta să ajungă la sistemul principal de încălzire. O astfel de ajustare instantanee a temperaturii reduce efortul necesar sistemului HVAC, deoarece diferența dintre aerul care intră și cel care este deja în interior devine mai mică. Iar în lunile mai calde, procesul funcționează invers. Sistemul utilizează aerul rece evacuat din clădire pentru a răci aerul cald care vine dinspre exterior, ceea ce înseamnă că instalația de climatizare nu trebuie să lupte atât de mult împotriva temperaturilor toride de vară.

Componente cheie includ:

• Nucleu schimbător de căldură (plăci, rotativ sau tip termosifon), permițând transferul conductiv sau convectiv al căldurii
• Sistemele de filtrare , eliminarea particulelor în suspensie din aer păstrând în același timp integritatea debitului de aer
• Ventilatoare echilibrate , menținerea presiunii constante și a debitelor volumetrice

Datele din teren arată că astfel de reciclări ale energiei în circuit închis reduc consumul de energie pentru încălzire și răcire cu 30–50% în aplicațiile rezidențiale — mai ales acolo unde ventilarea mecanică înlocuiește infiltrarea necontrolată.

Factori care influențează eficiența: climă, proiectare și calitatea instalării

Economiile reale de energie depind de trei factori interdependenți:

• Climat : Zonele reci (de exemplu, temperaturi medii de iarnă < -10°C) oferă un randament mai mare de recuperare a căldurii senzibile datorită diferențelor mari între temperaturile interioară și exterioară. Climele umede sau parțial umede beneficiază mai mult de EVR-uri, care transferă atât căldura, cât și umiditatea, pentru a gestiona sarcinile latente.
• Design :
  • Dimensionarea corectă evită ciclurile scurte (dacă este supra-dimensionat) sau ventilarea insuficientă (dacă este sub-dimensionat)
  • Alegerea schimbătorului de căldură este importantă: schimbătoarele cu plăci asigură un randament senzibil maxim în climatul uscat; nucleele rotative gestionează mai bine umiditatea și riscul de îngheț
  • Amplasarea conductelor trebuie să minimizeze coturile și tranzițiile pentru a menține viteza fluxului de aer proiectată și presiunea statică
• Instalare :
  • Pierderile prin scurgeri ale conductelor pot reduce eficiența sistemului cu 15–30% (ASHRAE 2022)
  • Dezechilibrarea necorespunzătoare a fluxului de aer crește pierderile necontrolate prin infiltrare cu 20–40%
  • Instalarea unității în interiorul spațiului condiționat previne înghețarea și păstrează performanța schimbătorului

Atunci când sunt instalate optim în zonele reci, aceste sisteme reduc cererea de energie pentru încălzire cu 40–60% față de clădirile neventilate. Curățarea filtrului la fiecare trei luni și inspecția anuală realizată de un specialist ajută la menținerea unei eficiențe >85% din valoarea nominală pe termen lung.

Economii de energie cuantificate provenite din sistemul de ventilare cu recuperare de căldură

Reabilitări rezidențiale: Reduceri măsurate ale cererii de energie pentru încălzire

Când casele vechi sunt modernizate cu sisteme HRV sau ERV, proprietarii de locuințe înregistrează în mod tipic o scădere a facturilor de încălzire între 25 și 40 la sută în zonele mai reci, cum ar fi zonele climatice 5 până la 7. Aceste sisteme de ventilare cu recuperare funcționează prin captarea a aproximativ 80% din căldura aerului evacuat din casă, astfel încât să nu pierdem toată acea căldură de fiecare dată când avem nevoie de aer proaspăt în interior. De exemplu, case construite în anii mijlocii ai secolului trecut, care au instalat aceste sisteme, au înregistrat o reducere medie de aproximativ 32% în consumul de încălzire. Acest lucru se traduce printr-o economie de aproximativ 1.200 până la 1.800 de kilowatt-oră pe an pentru majoritatea familiilor. Aceste economii înseamnă o dependență mai mică de combustibilii fosili și facturi lunare mai mici în același timp.

Reducerea sarcinii HVAC și impactul asupra facturilor de utilități: Dovezile din studiul ASHRAE RP-1679

Studiul ASHRAE RP-1679 (2019) a cuantificat reducerea sarcinilor în clădirile comerciale utilizând ventilarea cu recuperare de căldură:

Precondiționarea aerului de intrare a redus timpul de funcționare al sistemului HVAC cu 26%, scăzând facturile la utilități cu 0,15–0,28 USD pe picior pătrat anual—efectul fiind cel mai semnificativ în regiunile care depășesc 4.000 de zile grad de încălzire.

HRV vs. ERV: Alegerea sistemului corect de ventilare cu recuperare de căldură pentru climatul dumneavoastră

Ventilatoarele cu recuperare de căldură (HRV) și ventilatoarele cu recuperare de energie (ERV) recuperează ambele energia termică prin schimbătoare de căldură, dar diferă esențial în gestionarea umidității, ceea ce duce la compromisuri de performanță specifice climatului.

Zonele reci și uscate beneficiază de ventilatoarele cu recuperare de căldură (HRV), care capturează în principal căldura senzibilă, reducând necesarul de încălzire în timpul iernii cu aproximativ 60–80 la sută, conform recomandărilor ASHRAE. Aceste sisteme ajută, de asemenea, aerul interior să nu devină prea uscat în timpul iernilor riguroase. În zonele cu niveluri de umiditate mixte, sunt necesare însă ventilatoarele cu recuperare de energie (ERV), deoarece acestea gestionează atât transferul de căldură, cât și cel de umiditate. În lunile de vară, aceste unități elimină umiditatea excesivă din exterior, ceea ce poate reduce cerințele de răcire cu aproximativ 15–30 la sută. Iarna, ele păstrează umiditatea din interior, lucru foarte important atunci când există schimbări mari ale umidității sezoniere, care afectează atât confortul, cât și echipamentele clădirii pe termen lung.

Selecția necorespunzătoare implică un risc de pierdere a eficienței cu 20–40%: ventilatoarele cu recuperare de energie (ERV) în zonele foarte reci pot suferi acumularea de gheață fără control de dezgheț, în timp ce ventilatoarele cu recuperare de căldură (HRV) în zonele umede măresc costurile de deumidificare și cauzează disconfort ocupanților.

Rentabilitate în condiții reale: dinamica operațională și raportul cost-beneficiu al sistemului de ventilare cu recuperare de căldură

Sistemele de ventilare cu recuperare de căldură obțin de obicei rentabilitatea în 2–4 ani în aplicații rezidențiale și comerciale — realizată în principal prin reducerea sarcinii energetice a instalațiilor HVAC. În climatul rece se obțin economii de energie pentru încălzire de 25–40%; în zonele mixte-umede valoarea este obținută prin stabilitatea umidității și reducerea cererii de răcire latentă.

Într-un spital unde au fost implementate aceste sisteme, s-a observat o scădere de aproximativ 30% a consumului de energie anual. Testele efectuate au arătat că ventilarea mecanică a funcționat mai multe ore fără să afecteze calitatea aerului interior. Analizând toate cheltuielile implicate — achiziționarea echipamentelor, instalarea acestora, precum și costurile de întreținere continue — spitalele au constatat că facturile lunare la electricitate au scăzut între 20% și aproape jumătate. Cel mai important factor pentru menținerea acestor economii este dimensionarea corectă a sistemului de la început, asigurarea funcționării corespunzătoare în momentul punerii în funcțiune și implicarea personalului și a pacienților în utilizarea eficientă a resurselor disponibile. Experiența arată că randamentele bune pe termen lung nu depind doar de existența unui echipament sofisticat care stă nefolosit, ci de modul în care toată lumea colaborează în operațiunile zilnice.

Întrebări frecvente

• Ce este un Schimbător de Căldură?

  Un schimbător de căldură este un dispozitiv care transferă căldura de la un mediu la altul. În sistemele de ventilare, acesta permite recuperarea căldurii din aerul evacuat pentru a încălzi aerul proaspăt introdus.

• Câtă energie poate economisi un sistem de ventilare cu recuperare de căldură?

  Aceste sisteme pot reduce consumul de energie pentru încălzire și răcire cu 30–50% în aplicații rezidențiale, mai ales acolo unde este utilizată ventilarea mecanică.

• Care este diferența dintre HRV și ERV?

  HRV capturează în principal căldura sensibilă și este potrivit pentru climatul rece și uscat, în timp ce ERV gestionează atât căldura, cât și transferul de umiditate, fiind ideal pentru medii mixte și umede.

• Ce influențează eficiența unui sistem de ventilare cu recuperare de căldură?

  Eficiența este influențată de climă, proiectare și calitatea instalării. Dimensionarea corectă și instalarea corespunzătoare reduc pierderile, în timp ce scurgerile din conducte și reglarea incorectă a debitului de aer pot diminua eficiența.

• Cât timp durează până la recuperarea investiției pentru aceste sisteme?

  Recuperarea investiției are loc în mod tipic în 2–4 ani datorită reducerii sarcinii energetice a instalațiilor HVAC, variind în funcție de climă.