Тверской Городской Форум

Статьи, обзоры и общение

Рекуператор воздуха

Виды индивидуальных приточно-вытяжных установок с рекуперацией тепла

Индивидуальные (поквартирные) приточно-вытяжные установки в большинстве случаев изготавливаются двух типов: с роторным утилизатором тепла и с пластинчатым утилизатором (рекуператором).

Роторный утилизатор тепла

Роторный утилизатор тепла или регенеративный теплообменник представляет собой вращающийся ротор, в сектора которого поочерёдно помещается вытяжной воздух, отдающий свои тепло и влагу и вытяжной воздух, принимающий в себя эти тепло и влагу. Роторные теплоутилизаторы обладают наиболее высоким коэффициентом сохранения тепла из-за возможности передачи скрытого тепла во влаге воздуха. Роторные утилизаторы обладают существенными ограничениями по применению, так как объём подмешиваемого загрязнённого воздуха может достигать 5-8 %.

Перекрестноточный рекуператор

Для многоэтажных жилых зданий наиболее подходящими являются приточно-вытяжные установки с перекрестноточным пластинчатым рекуператором или несколькими последовательно установленными рекуператорами (теплообменниками), если необходимо расширить рабочий диапазон наружных температур до −35°С и ниже. Такой тип рекуператора позволяет исключить подмес загрязнённого воздуха в приточном воздухе, используя при этом весь объём удаляемого воздуха для рекуперации.

Перекрестноточный рекуператор или рекуперативный теплообменник — представляет собой кассету, состоящую из набора металлических, полимерных или мембранных пластин, в которой приточный и вытяжной потоки воздуха проходят по каналам, разделённым пластинами. Потоки воздуха не смешиваются, при этом происходит постоянный теплообмен за счёт одновременного нагрева и охлаждения пластин с разных сторон. В случае использования мембранных теплообменников, кроме теплообмена постоянно осуществляется и возврат влаги. Это позволяет сохранить зимой и летом в помещениях здоровый и комфортный уровень влажности, не пересушивая воздух зимой и не переувлажняя летом. Пластинчатый рекуператор является одним из самых распространённых благодаря своей дешевизне и компактной конструкции.

Для помещений, в которых вытяжной воздух сильно загрязнён, и воздушные потоки должны быть надёжно разделены, или когда приточный и вытяжной воздуховоды находятся на расстоянии друг от друга, например на разных этажах здания используется приточно-вытяжная установка с промежуточным теплоносителем. Такой тип рекуперации тепла обладает меньшей эффективностью сохранения тепловой энергии и не используется в вентиляционных установках с малым расходом воздуха.

Распространение

Европа

В странах Европы системы рекуперации применяются повсеместно при реконструкции и новом строительстве жилых зданий и коммерческих помещений в соответствии с требованиями Киотского протокола и «Директивой по Энергопотребляемости Европейских Зданий». Евросоюз к 2020 году планирует строить дома исключительно пониженного энергопотребления.

Россия

Строительство энергоэффективных зданий в России только начинается. В Санкт-Петербурге впервые система поквартирной рекуперации создана в ЖК «Шведская крона» — проекте строительного концерна NCC на Фермском шоссе, около Удельного парка. Для обеспечения рекуперации в каждой квартире установлены вентиляционные установки с рекуперацией тепла. В каждой квартире есть возможность индивидуальной регулировки воздухообмена и температуры приточного воздуха в зависимости от сезона и индивидуальных потребностей путём настройки на пульте управления. Благодаря внедрению энергосберегающих технологий, в том числе, системы поквартирной рекуперации, проект «Шведская Крона» дважды становился победителем Всероссийского конкурса Green Awards (премия в сфере экологического девелопмента и энергоэффективности).

В Москве пилотные проекты энергосберегающих многоквартирных домов с системой рекуперации реализованы в микрорайоне Куркино.

Понятие рекуперации: принцип работы теплообменника

В переводе с латинского, рекуперация означает возмещение или обратное получение. В отношении теплообменных реакций, рекуперация характеризуется как, частичный возврат энергии, затраченной на проведение технологического действия с целью применения в этом же процессе.

В вентиляционной системе принцип рекуперации используется для экономии тепловой энергии.

По аналогии происходит рекуперация охлаждения в жаркую погоду – теплые приточные массы нагревают выводимую «отработку» и их температура понижается.

Процесс регенерации энергии осуществляется в рекуперационном теплообменнике. Устройство предусматривает наличие теплообменного элемента и вентиляторов для прокачивания разнонаправленных воздухопотоков. Для управления процессом и контроля качества подачи воздуха используется система автоматики.

Конструкция разработана так, чтобы приточные и вытягиваемые потоки находились в отдельных отсеках и не смешивались – теплоутилизация осуществляется через стенки теплообменника.

Разобраться и понять, что такое вентиляция с рекуперацией поможет наглядная схема циркуляции воздуха.

Через вытяжки во влажных помещениях (туалет, ванная, кухня) происходит отток отработанного воздуха. До того, как удалиться наружу, он проходит сквозь рекуператор и оставляет часть тепла. Подаваемый воздух движется во встречном направлении, нагревается и поступает в жилые комнаты (+)

Целесообразность рекуператора в вентиляции

Говорить о целесообразности обустройства рекуперативной вентиляции можно, оценив эффективность системы и сопоставив ее достоинства с недостатками.

От отработанного вытягиваемого наружу воздуха забирается часть тепла и передается нагнетаемым свежим струям, направленным вовнутрь помещения. Это позволяет снизить теплопотери до 70% (+)

Необходимость использования рекуперации тепла наиболее актуальна в зданиях с принудительным выводом воздуха. Как правило, это малоинерционные строения, возведенные с использованием инновационных теплоизоляционных технологий (дома из сэндвич-панелей, газосиликатных плит, пеноблоков).

В таких постройках стены плохо аккумулируют тепло, а естественный воздухообмен малоэффективен.

Однако проблемы с циркуляцией воздуха характерны и для «традиционных» построек из кирпича и бетона. Наличие герметичных тепло-звукоизолирующих ПВХ-окон блокирует циркуляцию с естественным побуждением – приток свежего воздуха останавливается, а тяга в вентканале опрокидывается или стремится к нулю.

Решение проблемы «евроокон» – организация принудительной вентиляции. Система восстанавливает воздухообмен, но при этом теплопотери увеличиваются до 60%. И здесь уже не обойтись без тепловой рекуперации.

Эффективность обменного процесса выражается в процентах и показывает количество затраченного тепла от вытяжного воздуха на обогрев свежей «приточки»

Показатель КПД вентиляционной рекуперации тепла:

  • 0% – открытое окно – теплый воздух удаляется в атмосферу, а холодный попадает вовнутрь, понижая температуру в помещение;
  • 100% – приточный воздух разогревается до температуры «отработки» – технически реализовать невозможно;
  • 30-90% – допустимый параметр, хорошей считается рекуперация с эффективностью 60% и более, КПД свыше 80% – отличный теплообмен.

Эффективность системы зависит от типа рекуператора, габаритов помещения и расхода воздуха. В любом случае, использование рекуперационной вентиляции даже с КПД в 30% выгоднее, чем ее отсутствие. Кроме существенной экономии на энергоресурсы, «регенерация» тепла улучшает общий микроклимат в помещении.

Недостатки использования теплообменника:

  1. Энергозависимость. Покупка климатического оборудования оправдана, если потребление электроэнергии будет значительно меньше, чем ее экономия после установки рекуператора.
  2. Выпадение конденсата. Из-за разности температур на стенках теплообменника может конденсироваться влага. Зимой есть вероятность обледенения, что чревато стремительным снижением КПД или выходом рекуператора из строя.
  3. Шумная работа. Некоторые модели в процессе эксплуатации издают гул. Если днем этот недостаток не особо ощутим, то ночью шум доставляет дискомфорт.

    Особенности разных видов теплообменников

    Конструкция рекуператора определяет схему движения теплоносителя, эффективность вентиляционной системы, класс энергопотребления и стоимость оборудования. Применяется пять вариантов теплообменников: пластинчатый, роторный, тепловые трубки, камерные устройства и модели с промежуточным теплоносителем.

    Пластинчатый рекуператор – простота конструкции

    Основа теплообменника – герметичная камера с множеством параллельных воздуховодов. Каналы разделены перегородками – теплопроводящими пластинами, изготовленными из стали или алюминия.

    Волнообразные пластины (60-70 штук) сгруппированы в одном блоке так, чтобы образованные каналы располагались перекрестно друг к другу – созданная турбулентность улучшает теплообмен (+)

    Потоки газов движутся навстречу друг друга, пересекаются в кассете рекуператора, но не перемешиваются. Тепловой обмен осуществляется за счет единовременного охлаждения и нагрева пластинок с разных сторон.

    Достоинства перекрестного теплообменника:

    • простота монтажа и настройки оборудования;
    • исключение контакта воздушных масс;
    • доступная стоимость и компактные габариты;
    • отсутствие трущихся и подвижных деталей.

    Показатель эффективности варьируется в диапазоне 40-70%.

    Основной недостаток пластинчатой модели – оседание конденсата в вытяжном канале и образование наледи зимой. Для размораживания агрегата входящая струя перенаправляется в обход теплообменника, а теплый выходящий поток растапливает лед на пластинах.

    В режиме «разморозки» экономия энергии не происходит, для подогрева поступающего воздуха применяются калориферы мощностью до 5 кВт. Усредненное значение КПД падает на 20% (+)

    Возможны два пути решения проблемы:

    1. Предварительный подогрев поступающего воздухопотока до температуры, при которой образование наледи исключено.
    2. Рекуператор с пластинами из гигроскопической целлюлозы. Материал впитывает влагу из отработанных воздушных масс и передает ее вновь поступающим потокам.

    При выборе перекрестного теплообменника следует учесть эксплуатационные особенности пластин.

    Их характеристики зависят от материала изготовления:

    1. Алюминиевая фольга – доступная стоимость, но ограниченная производительность зимой. Кроме того, не рекомендовано для жилых помещений из-за просушивания воздуха. Модификации с алюминиевой «начинкой» – оптимальный вариант для бань и бассейнов.
    2. Пластиковые перегородки – по цене аналогичны металлическим изделиям, но отличаются улучшенной эффективностью работы.
    3. Целлюлозный теплообменник – препятствуют обмерзанию и поддерживают нормальное влагосодержание внутри помещения.

    Гигроцеллюлозный рекуператор наиболее экономичен и оптимален для вентиляции жилых построек.

    Роторный рекуператор – высокая эффективность системы

    Теплообменник представлен в виде цилиндра, заполненного прослойками гофрированного металла. По мере вращения барабанной установки в каждый отсек поочередно поступают теплые или холодные струи воздуха.

    Конструкция роторного рекуператора: вал вращения и два воздушных канала. Один участок ротора нагревается «отработкой», барабан прокручивается и тепло перенаправляется холодным массам, сосредоточенным в соседнем канале (+)

    КПД теплообмена определяется скоростью вращения ротора, эффективность работы можно регулировать.

    Аргументы «за» роторный рекуператор:

    • возврат тепла до 65-90%;
    • экономичность расхода электроэнергии;
    • частичное возмещение влаги – можно обойтись без увлажнителя;
    • период окупаемости – до 4-х лет.

    Несмотря на высокую эффективность, теплообменник барабанного типа не стал лидером среди аналогичных установок.

    Минусы вентиляционной системы:

    1. Подмес загрязненного воздуха в приток. Через микроканалы поочередно циркулируют вытяжные и приточные массы, поэтому около 3-8% «отработки» возвращаются обратно. Барабан часто передает запах исходящего воздуха.
    2. Сложность конструкции. Вращающиеся части ротора нуждаются в регулярном обслуживании и периодической замене. Движущиеся элементы во время работы издают шум и вибрацию.
    3. Высокая стоимость. Цена на роторные модели выше, чем на пластинчатые изделия. Это обусловлено использованием сложной механики в конструкции барабанного теплообменника.
    4. Большие размеры. Монтаж осуществляется в просторной венткамере.

    Из-за громоздкости роторные установки используются преимущественно на промышленных предприятиях.

    Для минимизации смешивания воздухопотоков роторные рекуператоры дополняются промежуточными секторами – здесь микроканалы продуваются свежим воздухом, который поступает обратно в вытяжку. Минус схемы – снижение КПД (+)

    Связанные теплообменники – гликолевая модель

    Рекуперационную установку с промежуточным теплоносителем из-за конструктивных особенностей часто называют связанными теплообменниками или глеколевым агрегатом. Это одна из самых гибких систем теплоутилизации. Один теплообменник врезается в приточный канал, а второй – в вытяжку.

    В схеме обвязки присутствуют: циркуляционный насос, расширительный бак, воздушный клапан, контроллер, температурный датчик, предохранительный клапан, индикатор давления (+)

    Принцип работы. Гликолиевый состав циркулирует между теплообменниками. Температура теплоносителя возрастает благодаря разогретому удаляемому потоку, а затем тепловая энергия передается свежему воздуху. Замкнутая система исключает смешивание встречных воздушных масс.

    Особенности работы теплообменников с теплоносителем:

    • КПД – 45-55%;
    • регулировка эффективности с помощью насоса – выбирается скорость движения антифриза;
    • возможность размещения приточно-вытяжных воздуховодов удаленно друг от друга (до 800 м);
    • монтаж рекуператора осуществляется вертикально или горизонтально;
    • в сильный мороз поверхность вытяжного теплообменника обмерзает – появляется лед; использование антифриза позволяет эксплуатировать рекуператор, не прибегая к разморозке;
    • срок окупаемости системы – до 2-х лет;
    • допустима комбинация 1 вытяжки и нескольких притоков или наоборот.

    Объем удаляемого и поступаемого воздуха должен быть приблизительно равным. Такие рекуператоры обычно используются, если приток токсичен или сильно загрязнен, когда смешивание потоков недопустимо.

    Камерный узел – универсальность применения

    Конструктивно, камерный теплообменник – закрытый короб, разделенный внутри движущейся заслонкой. Открывающаяся перегородка определяет схему работы рекуператора.

    Отток проходит вдоль одного канала, а приток поступает во вторую камеру. В теплообменнике теплые массы нагревают стенки первого отсека. Через время заслонка передвигается и воздухопоток изменяет направление

    В результате – приток движется вдоль теплых стенок первого воздуховода, а «отработка» нагревает поверхность второй камеры. В определенный момент перегородка становится обратно и цикл повторяется.

    Преимущества камерного теплообменного узла:

    • КПД – 80-90%;
    • в тандеме с качественной теплоизоляцией расходы на отопление сводятся к минимуму;
    • простота монтажа – помощь специалистов понадобится при выборе параметров вентустановки;
    • сохранение уровня влажности;
    • исключено обмерзание системы.

    Камерный рекуператор – отличный вариант для регионов, где в течение года длительный период наблюдается существенный дисбаланс между температурой внутри помещения и на улице.

    К недостаткам узла регенерации тепла относятся:

    • необходимость регулярного техобслуживания подвижных элементов;
    • встречные воздушные струи частично смешиваются – запахи и примеси могут поступать обратно в здание.

    Для сокращения подмеса система комплектуется фильтрующим элементом. Воздух становится чище, но эффективность рекуператора падает.

    Тепловые трубки – закрытая система теплообмена

    Рекуператор состоит из множества медных или алюминиевых трубок, заполненных легкоиспаряющимся веществом, например, фреоном. Принцип функционирования трубчатого теплообменника базируется на физических процессах – изменении состояния вещества при нагревании.

    Термотрубка размещается вертикально – нижний конец теплообменника в вытяжном канале, а верх – в приточном воздуховоде. Исходящие потоки огибают конец трубки – фреон нагревается, вскипает и выпаривается (+)

    Газ поднимается и отдает тепловую энергию притоку, после чего фреон конденсируется и стекает вниз рекуператора. Термический цикл повторяется по кругу.

    Технико-эксплуатационные характеристики трубчатого теплообменника:

    • эффективность устройства – до 65%;
    • бесшумность работы благодаря отсутствию движущихся элементов;
    • простота конструкции и неприхотливость в обслуживании;
    • компактность – небольшие габариты и незначительный вес;
    • энегронезависимость – теплоноситель циркулирует естественным путем;

    Веское преимущество состоит в том, что воздушные потоки притока и обратки не перемешиваются.

    Слабые стороны тепловых трубок:

    • высокий уровень КПД достигается при узком температурном диапазоне – при резком перегреве весь фреон испаряется, а при недостаточном нагреве интенсивность парообразования замедляется;
    • невысокая прочность трубок – изменение формы или разгерметизация снижает работоспособность оборудования.

    Трубчатые рекуператоры применяются в частном строительстве, в административных, офисных зданиях и небольших промышленных площадях.

    Способы организации рекуперативной вентиляции

    Рекуперация обустраивается одним из способов: централизованно и децентрализовано. В первом случае через теплообменник проходят вентиляционные потоки со всего помещения, во втором – с одной комнаты.

    Централизованный комплекс – приточно-вытяжная установка

    Централизованная система обустраивается на этапе строительства или капитальной модернизации вентсистемы.

    Подбирается принудительная приточно-вытяжная установка (ПВУ) с вмонтированным рекуператором. Основной критерий выбора – общая производительность комплекса из расчета на весь объем воздуха в сооружении (+)

    ПВУ с рекуператором обеспечивает достаточный воздухообмен даже в домах с герметичными окнами. При этом воздухопотоки распределяются равномерно, не создавая сквозняков.

    Комплексные приточно-вытяжные установки моноблочного типа укомплектованы:

    • вентиляторами – круглосуточная подача чистого воздуха и выброс струй, насыщенных углекислым газом;
    • нагревателями – предварительный подогрев притока;
    • фильтрами – задерживают пыль и микрочастицы;
    • рекуператором – могут использоваться разные типы установок.

    Функционал некоторых ПВУ расширен таймером отсрочки работы, регулятором мощности, датчиками уровня влажности и тд.

    Корпус моноблочных моделей покрыт шумопоглощающим материалом, благодаря чему работа ПВУ становится очень тихой. Возможны вертикальные, горизонтальные и подвесные варианты исполнения вентустановок

    Хорошо зарекомендовали себя рекуперационные моноблочные ПВУ производства: «Вентс» (Украина), Dantherm (Дания), «Daikin» (Япония), «Dantex» (Англия).

    Локальные агрегаты – дополнение к действующей вентсистеме

    Для восстановления циркуляции воздушных масс в эксплуатируемом помещении подойдут децентрализованные приточники с рекуперацией тепла.

    Они врезаются в фасад здания или монтируются через окно. Их основная задача – улучшение приточной вентиляции в доме.

    В локальных рекуператорах предусмотрен вентилятор и пластинчатый теплообменник. «Рукав» приточника изолирован шумопоглощающим материалом. Блок управления компактных вентустановок размещается на внутренней стене

    Особенности децентрализованных вентсистем с рекуперацией:

    • КПД – 60-96%;
    • невысокая производительность – устройства рассчитаны на обеспечения воздухообмена в помещениях до 20-35 кв.м;
    • доступная стоимость и широкий выбор агрегатов, начиная от обычных стеновых клапанов до автоматизированных моделей с многоступенчатой системой фильтрации и возможностью регулировки влажности;
    • простота монтажа – для ввода в эксплуатацию не требуется прокладка воздуховодов, установить стеновой клапан можно самостоятельно.

    Популярные производители локальных рекуператоров: Prana (Украина), O.Erre (Италия), Blizzard (Германия), Вентс (Украина), Aerovital (Германия).

    Важные критерии выбора стенового приточника: допустимая толщина стены, производительность, КПД рекуператора, диаметр воздушного канала и температура перекачиваемой среды

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *