Комфортный микроклимат в помещении невозможно организовать без хорошей вентиляционной системы. Пластиковые окна, двери и отделочные материалы делают дом настолько герметичным, что может привести к отсутствию естественной вентиляции, возникновению сырости и конденсата. А если учитывать общую загрязненность воздуха, то без эффективных воздушных фильтров просто не обойтись. В таких домах обязательно должна присутствовать система рекуперации воздуха для частных домов. Данное устройство приводится в действие приточно-вытяжной установкой, которая содержит рекуператор. Такой прибор не только обеспечит жилье свежим, очищенным воздухом, но и поможет снизить затраты на отопление.
Термин "рекуператор" в переводе с лат. означает возвращающий. Само устройство представляет собой теплообменник, который сохраняет тепло помещения и передает его входящему с улицы воздуху. Рекуперация - это метод вентиляции с минимальным расходом тепла. Такое устройство помогает сохранить до 70% тепла и возвратить его обратно в помещение.
Основные преимущества:
Автоматическая настройка интенсивности воздушных потоков делает использование устройств не только безопасным, но и комфортным.
Все современные вентустановки используют один и тот же принцип работы - обеспечивают приток воздуха в дом, очищая его от пыли и примесей. Такие системы могут отличаться: габаритами, классом очистки, производительностью, комплектацией и наличием дополнительных функций.
Установки с электрическим теплообменником имеют встроенный роторный рекуператор с КПД 80% и пульт ДУ. В устройствах с водяным нагревателем есть возможность управления скоростью и температурой входящего воздушного потока. Такие вентустановки более популярны, чем с электрическими теплообменниками.
Учитывая минимальное энергопотребление рекуператор для частного дома цена на который вполне доступна, расходы на установку системы вентиляции очень быстро окупятся. А если еще учесть несомненную пользу для здоровья и общего самочувствия, то выбор в пользу ПВУ с рекуператором становится очевидным.
Приточно-вытяжные вентиляционные установки с рекуперацией тепла появились сравнительно недавно, однако быстро обрели популярность и стали достаточно востребованной системой. Устройства способны полноценно вентилировать помещение в холодный период, сохраняя при этом оптимальный температурный режим поступающего воздуха.
При использовании приточно-вытяжной вентиляции в осенне-зимний период нередко встаёт вопрос сохранения тепла в помещении. Поток холодного воздуха, идущий из вентиляции, устремляется к полу и способствует созданию неблагоприятного микроклимата. Наиболее распространённым способом решения этой проблемы является установка калорифера, нагревающего потоки холодного уличного воздуха перед подачей их в помещение. Однако данный способ является достаточно энергозатратным и не предотвращает тепловых потерь помещения.
Оптимальным вариантом решения проблемы является оборудование вентиляционной системы рекуператором. Рекуператор представляет собой устройство, в котором каналы оттока и подачи воздуха находятся в непосредственной близости друг от друга. Рекуперационная установка позволяет частично передавать тепло от выходящего из помещения воздуха входящему. Благодаря технологии теплового обмена между разнонаправленными воздушными потоками удаётся сэкономить до 90% электроэнергии, кроме того, в летний период прибор может использоваться для охлаждения входящих воздушных масс.
Рекуператор тепла состоит из корпуса, который покрыт тепло- и шумоизоляционными материалами и выполнен из листовой стали. Корпус прибора является достаточно прочным и способен выдерживать весовые и вибрационные нагрузки. На корпусе имеются отверстия притока и оттока, а продвижение воздуха по прибору обеспечивается двумя вентиляторами, как правило, осевого или центробежного типа. Необходимость их установки обусловлена значительным замедлением естественной циркуляции воздуха, что вызвано высоким аэродинамическим сопротивлением рекуператора. Во избежание всасывания опавших листьев, мелких птиц или механического мусора на приточное отверстие, расположенное со стороны улицы, устанавливается воздухозаборная решётка. Такое же отверстие, но со стороны помещения, также оснащается решёткой или диффузором, равномерно распределяющим воздушные потоки. При монтаже разветвлённых систем к отверстиям монтируются воздуховоды.
Кроме того, входные отверстия обоих потоков оборудуются фильтрами мелкой очистки, предохраняющими систему от попадания пыли и жировых капель. Это предохраняет каналы теплообменника от засорения и значительно продлевает срок службы оборудования. Однако установка фильтров осложняется необходимостью постоянного контроля за их состоянием, чисткой, а при необходимости их заменой. В противном случае забившийся фильтр будет выступать в качестве естественной преграды воздушным потокам, ввиду чего сопротивление им возрастёт и вентилятор сломается.
По типу конструкции фильтры рекуператоров могут быть сухими, влажными и электростатическими. Выбор нужной модели зависит от мощности прибора, физических свойств и химического состава отводимого воздуха, а также от личных предпочтений покупателя.
Помимо вентиляторов и фильтров, в состав рекуператоров входят нагревательные элементы, которые могут быть водяными и электрическими. Каждый нагреватель оснащён температурным реле и способен автоматически включаться, если тепло, выходящее из дома, не справляется с подогревом входящего воздуха. Мощность нагревателей выбирается в строгом соответствии с объёмом помещения и рабочей производительностью вентиляционной системы. Однако в некоторых приборах нагревательные элементы лишь защищают теплообменник от промерзания и на температуру входящего воздуха влияния не оказывают.
Водяные элементы нагревателя более экономичны. Это объясняется тем, что теплоноситель, который двигается по медному змеевику, поступает в него из системы отопления дома. От змеевика происходит нагрев пластин, которые, в свою очередь, отдают тепло воздушному потоку. Система регуляции водяного нагревателя представлена трёхходовым клапаном, открывающим и закрывающим подачу воды, дроссельным клапаном, уменьшающим или увеличивающим её скорость, и смесительным узлом, регулирующим температуру. Водные нагреватели устанавливаются в систему воздуховодов с прямоугольным или квадратным сечением.
Электрические нагреватели чаще устанавливают на воздуховоды с круглым сечением, а в качестве тэна у них выступает спираль. Для корректной и эффективной работы спирального нагревателя скорость воздушного потока должна быть больше либо равна 2 м/с, температура воздуха составлять 0-30 градусов, а влажность проходящих масс не превышать 80%. Все электронагреватели оснащены таймером работы и термореле, отключающим прибор в случае его перегрева.
Помимо стандартного набора элементов, по желанию потребителя в рекуператоры устанавливают ионизаторы воздуха и увлажнители, а наиболее современные образцы оборудованы электронным блоком управления и функцией программирования режима работы, в зависимости от внешних и внутренних условий. Панели приборов имеют эстетичный внешний вид, позволяя рекуператорам органично вписываться в систему вентиляции и не нарушать гармонию помещения.
Для того чтобы лучше понять, как работает рекуперативная система, следует обратиться к переводу слова «рекуператор». Дословно оно обозначает «возврат использованного», в данном контексте – теплообмен. В вентиляционных системах рекуператор забирает тепло у выходящего из помещения воздуха и отдаёт его входящим потокам. Разница температур разнонаправленных воздушных струй может достигать 50 градусов. В летнее время прибор работает наоборот и охлаждает идущий с улицы воздух до температуры выходящего. В среднем, КПД приборов составляет 65%, что позволяет рационально использовать энергетические ресурсы и существенно экономить на электричестве.
На практике теплообмен в рекуператоре выглядит следующим образом: принудительная вентиляция загоняет в помещение избыточный объём воздуха, в результате чего загрязнённые массы вынуждены покидать помещение по вытяжному каналу. Выходящий тёплый воздух проходит через теплообменник, нагревая при этом стенки конструкции. В это же время навстречу ему движется поток холодного воздуха, который забирает полученное теплообменником тепло, не перемешиваясь при этом с отработанными потоками.
Однако охлаждение выходящего из помещения воздуха приводит к образованию конденсата. При хорошей работе вентиляторов, придающих воздушным массам высокую скорость, конденсат не успевает выпадать на стенки прибора и выходит на улицу вместе с воздушной струёй. Но если скорость движения воздуха была недостаточно высокой, то вода начинает скапливаться внутри прибора. Для этих целей в конструкцию рекуператора включён поддон, который расположен под небольшим наклоном в сторону отверстия слива.
Через сливное отверстие вода попадает в закрытый бачок, который устанавливают со стороны помещения. Это продиктовано тем, что скопившаяся вода может переморозить каналы оттока и конденсату некуда будет отводиться. Использовать собранную воду для увлажнителей не рекомендуется: жидкость может содержать большое количество патогенных микроорганизмов, а потому должна быть вылита в систему канализации.
Однако если наледь от конденсата всё же образуется, рекомендуется установка дополнительного оборудования – байпаса. Данное приспособление выполнено в виде обходного канала, по которому приточный воздух будет попадать в помещение. В результате чего теплообменник не нагревает входящие потоки, а расходует своё тепло исключительно на растапливание льда. Входящий воздух, в свою очередь, нагревается при помощи калорифера, который включается синхронно с байпасом. После того как вся наледь растоплена, а вода выведена в накопительный резервуар, байпас отключается и рекуператор начинает работать в штатном режиме.
Помимо установки байпаса, для борьбы с обледенением используют гигроскопическую целлюлозу. Материал находится в специальных кассетах и поглощает влагу раньше, чем она успевает выпасть в конденсат. Пары влаги проходят через целлюлозный слой и с входящим потоком вновь возвращаются в помещение. Плюсами таких приборов является простой монтаж, необязательность установки сборника для конденсата и накопительной ёмкости. К тому же эффективность работы кассет целлюлозных рекуператоров не зависит от внешних условий, а КПД составляет более 80%. К минусам относят невозможность использования в помещениях с избыточной влажностью и высокую стоимость некоторых моделей.
Современный рынок вентиляционного оборудования представляет широкий выбор рекуператоров разных типов, отличающихся между собой как по конструкции, так и по способу теплообмена между потоками.
Благодаря большому разнообразию рекуператоров, представленных потребителям, выбрать нужную модель не составит труда. Тем более что каждый вид прибора имеет свою узкую специализацию и рекомендованное место установки. Так, при покупке устройства для квартиры или частного дома лучше выбрать классическую пластинчатую модель с алюминиевыми пластинами. Такие приборы не нуждаются в обслуживании, не требуют регулярного ухода и отличаются продолжительным сроком службы.
Такая модель отлично подойдёт и для использования в многоквартирном доме. Это обусловлено низким уровнем шума при её работе и компактными размерами. Трубчатые типовые модели также неплохо зарекомендовали себя для частного использования: они имеют небольшие размеры и не гудят. Однако стоимость таких рекуператоров несколько превышает стоимость пластинчатых изделий, поэтому выбор прибора зависит от финансовых возможностей и личных предпочтений хозяев.
При выборе модели для производственного цеха, непродовольственного склада или подземной автостоянки следует остановиться на роторных приборах. Такие устройства обладают большой мощностью и высокой производительностью, что является одним из главных критериев работы на больших площадях. Хорошо зарекомендовали себя и рекуператоры с промежуточным теплоносителем, однако из-за низкого КПД они не столь востребованы, как барабанные установки.
Немаловажным фактором при выборе прибора является его цена. Так, самые бюджетные варианты пластинчатых рекуператоров можно приобрести за 27 000 рублей, в то время как мощный роторный рекуперационный блок с дополнительными вентиляторами и встроенной системой фильтрации будет стоить порядка 250 000 рублей.
Чтобы не ошибиться с выбором рекуператора, следует рассчитать КПД и эффективность работы прибора. Для расчёта КПД используют следующую формулу: K= (Тп – Тн) / (Тв – Тн), где Тп обозначает температуру входящего потока, Тн – уличную температуру, а Тв – температуру в помещении. Далее нужно сопоставить своё значение с максимально возможным показателем КПД приобретаемого прибора. Обычно это значение указывается в техническом паспорте модели либо другой сопроводительной документации. Однако при сравнении желаемого КПД и указанного в паспорте следует помнить, что по факту данный коэффициент будет несколько ниже, чем прописан в документе.
Зная КПД той или иной модели, можно рассчитать его эффективность. Сделать это можно по следующей формуле: Е (Вт) =0,36хРхКх (Тв – Тн), где Р будет обозначать расход воздуха и измеряться в м3/ч. После проведения всех расчётов следует сопоставить затраты на покупку рекуператора с его эффективностью, переведённой в денежный эквивалент. Если покупка будет себя оправдывать, прибор можно смело приобретать. В противном случае стоит подумать над альтернативными методами обогрева входящего воздуха либо установить ряд более простых устройств.
При самостоятельном проектировании прибора следует учитывать, что максимальной эффективностью теплообмена обладают противоточные устройства. За ними следуют перекрёстно-точные, и на последнем месте расположились однонаправленные воздуховоды. Кроме того, насколько интенсивным будет теплообмен, напрямую зависит от качества материала, толщины разделительных перегородок, а также от того, насколько длительным будет нахождение воздушных масс внутри прибора.
Сборка и монтаж рекуперационного блока могут быть проведены самостоятельно. Самым простым видом самодельного прибора является коаксиальный рекуператор. Для его изготовления берут двухметровую пластиковую трубу для канализации сечением 16 см и воздушную гофру из алюминия длиной 4 м, диаметр которой должен составлять 100 мм. На торцы большой трубы надевают переходники-разветвители, при помощи которых устройство будет соединяться с воздуховодом, а внутрь вкладывают гофру, закручивая её при этом по спирали. Рекуператор подключают к вентиляционной системе таким образом, чтобы тёплый воздух гнался сквозь гофру, а холодный шёл через пластиковую трубу.
В результате такой конструкции смешивания потоков не происходит, а уличный воздух успевает согреться, двигаясь внутри трубы. Для повышения рабочих качеств прибора можно совместить его с грунтовым теплообменником. В процессе испытаний такой рекуператор даёт неплохие результаты. Так, при наружной температуре в -7 градусов и внутренней в 24 градуса, производительность прибора составила около 270 кубометров в час, а температура входящего воздуха соответствовала 19 градусам. Средняя стоимость самодельной модели – 5 тысяч рублей.
При самостоятельном изготовлении и монтаже рекуператора следует помнить, что чем больше будет длина теплообменника, тем более высоким КПД будет обладать установка. Поэтому опытные мастера рекомендуют собирать рекуператор из четырёх отрезков по 2 м каждый, проведя предварительную теплоизоляцию всех труб. Проблему отвода конденсата можно решить установкой штуцера для слива воды, а сам прибор разместить чуть под наклоном.
Приточно – вытяжная вентиляция с рекуперацией тепла – система, позволяющая наладить надежную смену отработанного воздуха в помещении. Установка оборудования позволяет подогревать поступающий в помещение воздух, с помощью температуры выходящего потока. Затраты на приобретение и установку системы быстро окупаются.
Важно знать основные моменты при подборе и установке оборудования.
В рекуператоре воздуха производится отдача тепла отработанных газов. Два потока, разделены стенкой, через которую происходит теплообмен между двигающимися потоками воздуха в постоянном направлении. Важная характеристика оборудования – это уровень КПД рекуператора. Это значение для разных видов оборудования, находится в промежутке 30-95%. Это значение находится в прямой зависимости от:
Такое оборудование позволяет:
Среди недостатков системы можно выделить несколько пунктов:
Такая вентиляция с рекуперацией тепла позволяет, понизить нагрузку на систему кондиционирования зданий в жаркий период года. Кондиционированный воздух из помещения, при прохождении через теплообменник понижает температуру атмосферного потока с улицы. В зимний период, по такой схеме проходит нагрев забортного потока.
Особенно актуальна установка в зданиях с большой площадью и общей системой кондиционирования. В таких местах уровень воздухообмена может превышать 700-800 м 3 /ч. Такие установки имеют внушительные габариты, поэтому потребуется подготовить отдельное помещение в подвале, на цокольном этаже или чердачном помещении. Если необходима установка на чердаке, его потребуется сделать дополнительную звукоизоляцию и предотвратить потери тепла и образование конденсата в воздуховодах.
Система вентиляции с рекуперацией изготавливается нескольких видов, разберем достоинства и недостатки каждого из них.
Для лучшего сравнения представим виды рекуператоров в отдельной таблице.
| Тип установки | Краткое описание | Достоинства | Недостатки |
| Пластинчатая с пластинами из пластики и металла | Выходящий и поступающий поток проходит по обеим сторонам пластин. Средний уровень КПД 50-75%. | Потоки не соприкасаются напрямую. В схеме отсутствуют подвижные детали, поэтому такая конструкция надежна и долговечная. | Не выявлены |
| Пластинчатая, с ребрами из водопроводящих материалов. | КПД устройств 50-75%, потоки воздуха проходят с обеих сторон. | Отсутствуют подвижные детали. Потоки воздушных масс не контактируют между собой. В системе отсутствует конденсат. | Отсутствует возможность осушения воздуха в обслуживаемом помещении. |
| Роторная | Высокий уровень КПД 75-85%. Потоки проходят по отдельным каналам с покрытием из фольги. | Значительно экономит электроэнергию, способна понижать влажность воздуха в обслуживаемых помещениях. | Возможно перемешивание воздушных масс и проникновение неприятного запаха. Требует обслуживания и ремонта сложной конструкции с вращающимися деталями. |
| Рекуператор воздуха с воздействием промежуточного теплоносителя | В роли теплоносителя используют раствор воды и гликоля или заполняют очищенной водой. В такой схеме, выходящий газ, отдает тепло воде, которая разогревает поступающий поток. Предназначен для обслуживания производственных помещений. | Нет контакта потоков, поэтому исключено их перемешивание и поступление отработанных газов. | Малый уровень КПД |
| Рекуператоры камерные | В камере устройства установлена заслонка, способная увеличивать величину проходящего потока и менять вектор его направления. | Благодаря конструктивным особенностям, этот тип оборудования обладает высоким уровнем КПД, 70-80%. | Потоки соприкасаются, поэтому возможно загрязнение поступающего воздуха. |
| Тепловая трубка | Устройство снабжено системой, заполненных фреоном трубок. | Отсутствуют подвижные механизмы, увеличивается срок службы. Воздух поступает чистым, отсутствует соприкасание потоков. | Низкий уровень КПД, он составляет 50-70%. |
Выпускается рекуперационная установка с тепловыми трубками, для отдельных небольших помещений в здании. Для них не требуется проводить систему воздуховодов. Но в этом случае, при недостаточном расстоянии между потоками, возможно удаление поступающих потоков и отсутствие циркуляции воздушных масс.
Критических проблем, если в здании установлена рекуперативная вентиляция не возникает. Основные неисправности устраняются производителями систем по гарантии, но несколько «неприятностей» смогут омрачить радость у собственников зданий и помещений, после установки оборудования приточно – вытяжной системы вентилирования воздуха. К ним относятся:
Следует не экономить средства при покупке, и приобретать устройство, в котором уровень экономии энергии, будет превышать затраты на работу оборудования.
За этот срок потребуется произвести ремонт и возможную замену деталей системы и дополнительных затрат на их покупку и оплаты за их замену.
Некоторые виды устройств изготовлены с учетом предупреждения сильного обмерзания поверхностей теплообменника. При низкой температуре на улице, наросты льда могут полностью перекрыть доступ свежего воздуха в помещение. Некоторые системы начинают зарастать коркой льда при опускании уличной температуры ниже 0 0 .
В этом случае, выходящий из помещения поток охлаждается до температуры менее точки росы и поверхности начинают обмерзать. Для возобновления работы устройства потребуется поднять температуру поступающего потока до плюсовых значений. Ледовая корка разрушится, оборудование сможет продолжить работу.
Во избежание таких ситуаций приточно – вытяжные установки с вмонтированным рекуператором тепла можно защитить от такой поломки при помощи нескольких способов:
Через определенный промежуток времени, происходит отключение приточного вентилятора. В это время в рекуператоре поступающий поток нагревается за счет температуры выходящего воздуха, который вытесняется с помощью вытяжного вентилятора. Этот принцип работы схемы подогрева, работает в автоматическом режиме весь холодный период года.
Для недопущения образования наледи на устройстве, советуем приобрести пластинчатый вид рекуператора с пластиковыми ребрами.
В первую очередь необходимо определить величину объема всех воздушных потоков, необходимого для создания комфортных условий. Это можно сделать несколькими способами:
В заключение отметим.
Независимо от произношения слова вентиляция, по английски или других языках, главная задача приточно – вытяжной системы с рекуператором тепла – создание для находящихся в помещении людей комфортных условий. Поэтому, определившись с расчетом необходимой мощности и видом теплообменника, можно смело приступать к оснащению дома надежной системой вентиляции.
Для увеличения срока службы, в схему можно добавить фильтры для очищения воздуха. Но следует помнить – легче не допустить поломки, проводя своевременное обслуживание и уход, чем тратить средства на ремонт или покупку нового оборудования.
Рекуперация в вентиляции играет важную роль, так как позволяет повысить эффективность системы благодаря особенностям конструкции. Существуют разные исполнения рекуперационных узлов, каждый из которых обладает своими плюсами и минусами. Выбор приточно-вытяжной вентиляционной системы зависит от того, какие задачи решаются, а также от климатических условий местности.
Рекуперация в вентиляции является довольно новой технологией. Её действие основано на возможности использовать удаляемое тепло для обогрева помещения. Происходит это благодаря отдельным каналам, поэтому воздушные потоки между собой не смешиваются. Конструкция рекуперативных узлов может быть разной, некоторые типы позволяют избежать образования конденсата во время процесса теплоотдачи. От этого также зависит и уровень производительности системы в целом.
Вентиляция с рекуперацией тепла может выдавать во время работы высокий КПД (коэффициент полезного действия), который зависит от типа рекуперативного узла, скорости движения воздушных потоков через теплообменник и от того, насколько велика разница между температурой снаружи и внутри помещения. Значение КПД в некоторых случаях, когда вентиляционная система спроектирована с учётом всех факторов и обладает высокой производительностью, может достигать 96%. Но даже с учётом наличия погрешностей в работе системы минимальный предел КПД составляет 30%.
Целью рекуперативного узла является максимально эффективное использование ресурсов вентиляции для дальнейшего обеспечения достаточного воздухообмена в помещении, а также экономия электроэнергии. С учётом того, что приточно-вытяжная вентиляция с рекуперацией функционирует большую часть суток, а также, принимая во внимание, что обеспечение достаточной кратности воздухообмена требует немалой мощности оборудования, то применение системы вентиляции со встроенным узлом рекуперации поможет сэкономить до 30% электроэнергии.
Недостатком подобной техники можно назвать довольно малую эффективность при установке на больших площадях. При этом расход электричества будет высок, а производительность системы, направленная на теплообмен между воздушными потоками, может оказаться заметно ниже ожидаемого предела. Это объясняется тем, что на малых площадях намного быстрее происходит воздухообмен, чем на крупных объектах.
Существует несколько разновидностей применяемого в вентиляционной системе оборудования. Каждый из вариантов обладает достоинствами и недостатками, что необходимо учесть ещё тогда, когда только проектируется принудительная вентиляция с рекуперацией. Различают:
В связи с ростом тарифов на первичные энергоресурсы рекуперация становиться как никогда актуальна. В приточно-вытяжных установках с рекуперацией обычно применяются следующие типы рекуператоров:
Принцип работы любого рекуператор в приточно-вытяжных установках заключается в следующем. Он обеспечивает теплообмен (в некоторых моделях - и холодообмен, а также влагообмен) между потоками приточного и вытяжного воздуха. Процесс теплообмена может происходить непрерывно – через стенки теплообменника, с помощью хладона или промежуточного теплоносителя. Может теплообмен быть и периодическим, как в роторном и камерном рекуператоре. В результате выбрасываемый вытяжной воздух охлаждается, нагревая тем самым свежий приточный воздух. Процесс холодообмена в отдельных моделях рекуператоров проходит в теплое время года и позволяет снизить энергозатраты на системы кондиционирования воздуха за счет некоторого охлаждения подаваемого в помещение приточного воздуха. Влагообмен идет между потоками вытяжного и приточного воздуха, позволяя поддерживать в помещении комфортную для человека влажность круглогодично, без использования каких либо дополнительных устройств – увлажнителей и других.
Теплопроводящие пластины рекуперативной поверхности изготавливают из тонкой металлической (материал – алюминий, медь, нержавеющая сталь) фольги или из ультратонкого картона, пластика, гигроскопичной целлюлозы. Потоки приточного и вытяжного воздуха движутся по множеству небольших каналов, образованных этими теплопроводящими пластинами, по схеме противотока. Контакт и смешивание потоков, их загрязнение практически исключены. В конструкции рекуператора движущихся деталей нет. Коэффициент эффективности 50-80%. В рекуператора из металлической фольги из-за разницы температур потоков воздуха на поверхности пластин может конденсироваться влага. В теплое время года ее необходимо отвести в систему канализации здания по специально оборудованному дренажному трубопроводу. В холодное время есть опасность замерзания этой влаги в рекуператоре и его механического повреждения (разморозки). Кроме того, образовавшийся лед сильно снижает эффективность работы рекуператора. Поэтому рекуператоры с металлическими теплопроводящими пластинами требуют при эксплуатации в холодное время года периодической оттайки потоком теплого вытяжного воздуха или использования дополнительного водяного или электрического воздухонагревателя. При этом приточный воздух или совсем не подается, или подается в помещение в обход рекуператора через дополнительный клапан (байпас). Время оттайки составляет в среднем от 5 до 25 минут. Рекуператор с теплопроводящими пластинами из ультратонкого картона и пластика не подвержен обмерзанию, так как через эти материалы идет и влагообмен, но у него другой недостаток – его нельзя использовать для вентиляции помещений с высокой влажностью с целью их осушения. Пластинчатый рекуператор может устанавливаться в приточно-вытяжную систему как в вертикальном, так и в горизонтальном положении в зависимости от требований к размерам венткамеры. Пластинчатые рекуператоры самые распространенные из-за своей относительной простоты конструкции и дешевизны.
Этот тип – второй по степени распространения после пластинчатого. Теплота от одного потока воздуха к другому передается через вращающийся между вытяжной и приточной секциями цилиндрический пустотелый барабан, называемый ротором. Внутренний объем ротора заполнен уложенной туда плотно металлической фольгой или проволокой, которая играет роль вращающейся теплопередающей поверхности. Материал фольги или проволоки тот же, что и у пластинчатого рекуператора - медь, алюминий или нержавеющая сталь. Ротор имеет горизонтальную ось вращения приводного вала, вращаемого электродвигателем с шаговым или инверторным регулированием. С помощью двигателя можно управлять процессом рекуперации. Коэффициент эффективности 75-90%. Эффективность рекуператора зависит от температур потоков, их скорости и частоты вращения ротора. Изменяя частоту вращения ротора, можно менять и эффективность работы. Замерзание влаги в роторе исключено, а вот смешивание потоков, их взаимное загрязнение и передачу запахов полностью исключить нельзя, так как потоки непосредственно контактируют друг с другом. Возможно смешивание до 3%. Роторные рекуператоры не требуют больших затрат электроэнергии, позволяют осушать воздух в помещениях с высокой влажностью. Конструкция роторных рекуператоров является более сложной, чем пластинчатых, а их стоимость и затраты на эксплуатацию более высокими. Тем не менее, приточно-вытяжные установки с роторными рекуператорами являются очень популярными благодаря их высокой эффективности.
Теплоноситель чаще всего вода или водные растворы гликолей. Такой рекуператор состоит из двух теплообменников, соединенных между собой трубопроводами с насосом для циркуляции и арматурой. Один из теплообменников помещен в канал с потоком вытяжного воздуха и получает теплоту от него. Теплота через теплоноситель с помощью насоса и труб переносится в другой теплообменник, расположенный в канале приточного воздуха. Приточный воздух воспринимает это тепло и нагревается. Смешивание потоков в этом случае полностью исключено, но из-за наличия промежуточного теплоносителя коэффициент эффективности этого типа рекуператоров относительно низок и составляет 45-55%. На эффективность можно влиять с помощью насоса, воздействуя на скорость движения теплоносителя. Основное преимущество и отличие рекуператора с промежуточным теплоносителем от рекуператора с тепловой трубой в том, что теплообменники в вытяжной и приточной установках можно располагать на расстоянии друг от друга. Положение для монтажа теплообменников, насоса и трубопроводов может быть как вертикальным, так и горизонтальным.
Относительно недавно появилась интересная разновидность рекуператора с промежуточным теплоносителем – т.н. термодинамический рекуператор, в котором роль жидкостных теплообменников, труб и насоса играет холодильная машина, работающая в режиме теплового насоса. Это своеобразная комбинация рекуператора и теплового насоса. Она состоит из двух хладоновых теплообменников – испарителя-воздухоохладителя и конденсатора, трубопроводов, терморегулирующего вентиля, компрессора и 4-х ходового клапана. Теплообменники размещены в приточном и вытяжном воздуховоде, компрессор необходим для обеспечения циркуляции хладона, а клапан переключает потоки хладагента в зависимости от сезона и позволяет переносить теплоту из вытяжного воздуха в приточный и наоборот. При этом приточно-вытяжная система может состоять из нескольких приточных и одной вытяжной установки большей производительности, объединенных одним холодильным контуром. При этом возможности системы позволяют нескольким приточным установкам работать в разных режимах (нагрев/охлаждение) одновременно. Коэффициент преобразования теплового насоса СОР может достигать значений 4,5-6,5.
По принципу работы рекуператор с тепловыми трубами похож на рекуператор с промежуточным теплоносителем. Разница лишь в том, что в потоки воздуха помещают не теплообменники, а так называемые тепловые трубы или точнее термосифоны. Конструктивно это герметично закрытые отрезки медной оребренной трубы, заполненные внутри специально подобранным легкокипящим хладоном. Один конец трубы в вытяжном потоке нагревается, хладон в этом месте кипит и передает воспринятое от воздуха тепло на другой конец трубы, обдуваемый потоком приточного воздуха. Здесь хладон внутри трубы конденсируется и передает тепло воздуху, который нагревается. Полностью исключены взаимное смешивание потоков, их загрязнение и передача запахов. Подвижных элементов нет, трубы в потоки помещают только вертикально либо под небольшим уклоном, чтобы хладон двигался внутри труб от холодного конца к горячему за счет силы тяжести. Коэффициент эффективности 50-70%. Важное условие для обеспечения работы его работы: воздуховоды, в которые установлены термосифоны, должны располагаться вертикально друг над другом.
Внутренний объем (камера) такого рекуператора разделена заслонкой на две половины. Заслонка время от времени движется, меняя тем самым направление движения потоков вытяжного и приточного воздуха. Вытяжной воздух нагревает одну половину камеры, затем заслонка направляет сюда поток приточного воздуха и он нагревается от нагретых стенок камеры. Этот процесс периодически повторяется. Коэффициент эффективности достигает 70-80%. Но в конструкции есть подвижные детали, в связи с чем существует большая вероятность взаимного смешивания, загрязнения потоков и передачи запахов.
В технических характеристиках рекуперативных вентиляционных установок многих фирм-производителей приводят, как правило, два значения коэффициента рекуперации – по температуре воздуха и его энтальпии. Расчет эффективности работы рекуператора может быть произведен по температуре или по энтальпии воздуха. Расчет по температуре учитывает явное теплосодержание воздуха, а по энтальпии – учитывается еще и влагосодержание воздуха (его относительную влажность). Расчет по энтальпии считается более точным. Для расчета необходимы исходные данные. Их получают путем замера температуры и влажности воздуха в трех местах: в помещении (где вентиляционная установка обеспечивает воздухообмен), на улице и в сечении приточной воздухораспределительной решетки (откуда в помещение попадает обработанный наружный воздух). Формула для расчета эффективности рекуперации по температуре следующая:
Kt = (T4 – T1) / (T2 – T1) , где
Энтальпия воздуха – это теплосодержание воздуха, т.е. количество теплоты, содержащейся в нем, отнесенное к 1 кг сухого воздуха. Энтальпию определяют с помощью i-d диаграммы состояния влажного воздуха, нанеся на нее точки, соответствующие замеренной температуре и влажности в помещении, на улице и приточного воздуха. Формула для расчета эффективности рекуперации по энтальпии следующая:
Kh = (H4 – H1) / (H2 – H1) , где
В качестве примера возьмем технико-экономическое обоснование применения вентиляционных установок с рекуперацией в системах приточно-вытяжной вентиляции помещений автосалона.
Исходные данные:
Для сравнения энергопотребления произведем расчет мощности канального электрического воздухонагревателя, которая необходима для подогрева наружного воздуха в холодное время года в приточной установке традиционного типа (состоящей из обратного клапана, канального фильтра, вентилятора и электрического воздухонагревателя) с расходом воздуха 650 и 1500 м3/час соответственно. При этом стоимость электроэнергии принимаем 5 рублей за 1кВт*час.
Наружный воздух необходимо нагреть от -15 до +20оС.
Расчет мощности электрического воздухонагревателя произведен по уравнению теплового баланса:
Qн = G*Cp*T, Вт , где:
T = 20 – (-15) = 35 оС.
1. 650 / 3600 = 0,181 м3/сек
р = 1, 2 кг/м3 – плотность воздуха.
G = 0, 181*1, 2 = 0,217 кг/сек
Qн = 0, 217*1000*35 = 7600 Вт.
2. 1500 / 3600 = 0, 417 м3/сек
G = 0, 417*1, 2 = 0, 5 кг/ сек
Qн = 0, 5*1000*35 = 17500 Вт.
Таким образом, применение в холодное время года канальных установок с рекуперацией тепла вместо традиционных с использованием электрических воздухонагревателей позволяет уменьшить затраты электроэнергии при одном и том же количестве подаваемого воздуха более чем в 20 раз и тем самым позволяет снизить затраты и соответственно увеличить прибыль автосалона. Кроме этого, применение установок с рекуперацией позволяет уменьшить финансовые затраты потребителя на энергоносители на отопление помещений в холодное время года и на их кондиционирование в теплое время примерно на 50%.
Для большей наглядности произведем сравнительный финансовый анализ энергопотребления систем приточно-вытяжной вентиляции помещений автосалона, укомплектованных установками с рекуперацией тепла канального типа и традиционных установок с электрическими воздухонагревателями.
Исходные данные:
Установки с рекуперацией тепла расходом 650 м3/час– 1ед. и 1500 м3/час – 5ед.
Суммарная электрическая потребляемая мощность составит: 0,4 + 5*0,83 = 4,55 кВт*час.
Традиционные канальные приточно-вытяжные вентиляционные установки -1ед. с расходом 650м3/час и 5ед. с расходом 1500м3/час.
Суммарная электрическая мощность установки на 650 м3/час составит:
Итого: 8,01 кВт*час.
Суммарная электрическая мощность установки на 1500м3/час составит:
Итого: (18,24 кВт*час)*5 = 91,2 кВт*час.
Всего: 91,2 + 8,01 = 99,21кВт*час.
Принимаем период использования подогрева в системах вентиляции 150 рабочих дней в год по 9 часов. Получаем 150*9 =1350 часов.
Энергопотребление установок с рекуперацией составит: 4,55*1350 = 6142,5 кВт
Эксплуатационные затраты составят: 5 руб.*6142,5 кВт = 30712,5 руб. или в относительном (к общей площади автосалона 2000 м2) выражении 30172,5 / 2000 = 15,1 руб./м2.
Энергопотребление традиционных систем составит: 99,21*1350 = 133933,5 кВт Эксплуатационные затраты составят: 5 руб.*133933,5 кВт = 669667,5 руб. или в относительном (к общей площади автосалона 2000 м2) выражении 669667,5 / 2000 = 334,8 руб./м2.
