В процессе вентилирования помещения утилизируется не только отработанный воздух, но также часть тепловой энергии. Это может приводить к увеличению счетов за энергоресурсы, особенно зимой.
Однако, чтобы сократить неоправданные расходы, не ущемляя воздухообмен, можно использовать системы вентиляции централизованного и локального типа с рекуперацией тепла. Рекуперация тепловой энергии осуществляется с помощью различных типов теплообменников, таких как рекуператоры.
В статье детально описываются модели таких агрегатов, их конструктивные особенности, принципы работы, а также их достоинства и недостатки. Представленная информация поможет выбрать оптимальный вариант для обустройства вентиляционной системы.
Принцип работы теплообменника
В процессе вентилирования помещения утилизируется не только отработанный воздух, но также часть тепловой энергии. Это может приводить к увеличению счетов за энергоресурсы, особенно зимой.
Однако, чтобы сократить неоправданные расходы, не ущемляя воздухообмен, можно использовать системы вентиляции централизованного и локального типа с рекуперацией тепла. Рекуперация тепловой энергии осуществляется с помощью различных типов теплообменников, таких как рекуператоры.
В статье детально описываются модели таких агрегатов, их конструктивные особенности, принципы работы, а также их достоинства и недостатки. Представленная информация поможет выбрать оптимальный вариант для обустройства вентиляционной системы.
Понятие рекуперации в данном контексте подразумевает принцип работы теплообменного процесса. Рекуперация означает частичный возврат энергии, которая затрачивается на выполнение технологических операций, с целью использовать ее повторно в том же процессе.
В вентиляционных системах принцип рекуперации применяется для экономии тепловой энергии. Аналогичный процесс происходит и при охлаждении воздуха в жаркую погоду, когда теплые приточные массы нагревают выводимый «отработанный» воздух, что позволяет понизить его температуру.
Процесс рекуперации энергии реализуется с помощью рекуперационных теплообменников. Эти устройства включают теплообменный элемент и вентиляторы для прокачивания разнонаправленных воздухопотоков. Автоматическая система контролирует процесс и обеспечивает качественную подачу воздуха.
Конструкция рекуператора предусматривает разделение приточных и вытягиваемых потоков в отдельных отсеках, чтобы они не смешивались, и теплоутилизация осуществлялась через стенки теплообменника.
Для более наглядного понимания вентиляции с рекуперацией представлена схема циркуляции воздуха.
Целесообразность рекуператора в вентиляции
Рассматривая целесообразность обустройства рекуперативной вентиляции, необходимо оценить эффективность системы и сопоставить ее достоинства с недостатками.
Наиболее актуальная потребность в использовании рекуперации тепла возникает в зданиях с принудительным выводом воздуха. Как правило, это относится к малоинерционным строениям, возведенным с применением инновационных теплоизоляционных технологий, таких как дома из сэндвич-панелей, газосиликатных плит или пеноблоков.
В таких постройках стены плохо аккумулируют тепло, а естественный воздухообмен оказывается малоэффективным.
Однако проблемы с циркуляцией воздуха характерны и для «традиционных» зданий из кирпича и бетона. Например, присутствие герметичных тепло-звукоизолирующих окон из ПВХ приводит к блокированию естественного воздухообмена – приток свежего воздуха затрудняется, а тяга в вентиляционном канале ослабевает или вообще исчезает.
Решение проблемы с «евроокнами» — организация принудительной вентиляции. Система восстанавливает воздухообмен, но при этом теплопотери увеличиваются до 60%. И здесь уже не обойтись без тепловой рекуперации.
Показатель КПД вентиляционной рекуперации тепла:
- 0% — открытое окно – теплый воздух удаляется в атмосферу, а холодный попадает внутрь, 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:
- Энергозависимость. Покупка климатического оборудования оправдана, если потребление электроэнергии будет значительно меньше, чем ее экономия после установки рекуператора.
- 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.
- Шумная работа. Некоторые модели в процессе эксплуатации издают гул. Если днем этот недостаток не особо ощутим, то ночью шум доставляет дискомфорт.
Рекуператоры с улучшенной изоляцией работают тихо.
Высокие первоначальные инвестиции часто становятся главным аргументом против энергоэффективной вентиляции.
Особенности разных видов теплообменников
Схема движения теплоносителя, эффективность вентиляционной системы, класс энергопотребления и стоимость оборудования определяются конструкцией рекуператора. В настоящее время применяются пять вариантов теплообменников: пластинчатый, роторный, тепловые трубки, камерные устройства и модели с промежуточным теплоносителем.
Пластинчатый рекуператор
Теплообменник представляет собой герметичную камеру с параллельными воздуховодами, разделенными теплопроводящими пластинами из стали или алюминия.
Потоки газов движутся навстречу друг другу, пересекаясь в кассете рекуператора, при этом не перемешиваются. Тепловой обмен осуществляется за счет единовременного охлаждения и нагрева пластинок с разных сторон.
Достоинствами 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%.
Однако основным недостатком пластинчатой модели является 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.
Существуют два пути решения проблемы:
- Предварительный подогрев поступающего воздухопотока до температуры, при которой образование наледи исключено.
- Использование рекуператоров с пластинами из гигроскопической целлюлозы. Материал впитывает влагу из отработанных воздушных масс и передает ее вновь поступающим потокам.
При выборе перекрестного теплообменника следует учитывать эксплуатационные особенности пластин, которые зависят от материала изготовления:
- 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.
- Пластиковые перегородки – по цене аналогичны металлическим изделиям, но отличаются улучшенной эффективностью работы.
- Целлюлозный теплообменник – препятствуют обмерзанию и поддерживают нормальное влагосодержание внутри помещения.
- Гигроцеллюлозный рекуператор является наиболее экономичным и оптимальным выбором 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.
КПД теплообмена определяется скоростью вращения ротора, и эффективность работы можно регулировать.
Плюсы 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:
- Подмешивание 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.
- Сложность конструкции. Вращающиеся части ротора нуждаются в регулярном обслуживании и периодической замене. Движущиеся элементы во время работы издают шум и вибрацию.
- Высокая стоимость. Цена на роторные модели выше, чем на пластинчатые изделия. Это обусловлено использованием сложной механики в конструкции барабанного теплообменника.
- Большие размеры. Монтаж осуществляется в просторной вентиляционной камере.
Из-за громоздкости роторные установки используются преимущественно на промышленных предприятиях.
Связанные теплообменники – гликолевая модель.
Рекуперационную установку с промежуточным теплоносителем из-за конструктивных особенностей часто называют связанными теплообменниками или гликолевым агрегатом. Это одна из самых гибких систем теплоутилизации. Один теплообменник врезается в приточный канал, а второй – в вытяжку.
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.
Камерный теплообменник имеет закрытую конструкцию в виде короба, разделенного внутри движущейся заслонкой. Открывающаяся перегородка определяет схему работы рекуператора.
В результате такого устройства, приток воздуха движется вдоль теплых стенок первого воздуховода, а отработанный воздух нагревает поверхность второй камеры. В определенный момент перегородка меняет свое положение, и цикл повторяется.
Преимущества камерного теплообменного узла:
- КПД – 80-90%.
- В сочетании с качественной теплоизоляцией расходы на отопление снижаются до минимума.
- Простота монтажа – помощь специалистов требуется только при выборе параметров вентустановки.
- Сохранение уровня влажности.
- Исключено обмерзание системы.
Камерный рекуператор – отличный выбор для регионов, где в течение года наблюдается длительный период существенного дисбаланса между температурой внутри помещения и на улице.
Недостатки узла регенерации тепла
- Необходимость регулярного технического обслуживания подвижных элементов.
- Встречные воздушные струи частично смешиваются – запахи и примеси могут поступать обратно в здание.
Для сокращения подмешивания система комплектуется фильтрующим элементом. Воздух становится чище, но эффективность рекуператора падает.
Тепловые трубки
Рекуператор представляет собой систему, состоящую из множества медных или алюминиевых трубок, заполненных легкоиспаряющимся веществом, например, фреоном. Принцип работы трубчатого теплообменника основан на физических процессах – изменении состояния вещества при нагревании.
Газ поднимается и отдает тепловую энергию притоку, после чего фреон конденсируется и стекает вниз по рекуператору. Термический цикл повторяется по кругу.
Технические и 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.
- Энергонезависимость – теплоноситель циркулирует естественным путем.
Веским преимуществом является то, что воздушные потоки притока и обратки не перемешиваются.
Недостатки 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 может снизить работоспособность оборудования.
Трубчатые рекуператоры применяются в частном строительстве, в административных, офисных зданиях и небольших промышленных площадях.
Способы организации рекуперативной вентиляции
Организация рекуперативной вентиляции может быть выполнена двумя способами:
централизованно и децентрализовано. В централизованной системе через теплообменник проходят вентиляционные потоки со всего помещения, а в децентрализованной системе – только с одной комнаты.
Централизованный комплекс – приточно-вытяжная установка
Централизованная система рекуперативной вентиляции устанавливается на этапе строительства или при капитальной модернизации вентиляционной системы. В этой системе ПВУ (приточно-вытяжная установка) с рекуператором обеспечивает достаточный воздухообмен даже в домах с герметичными окнами, при этом воздухопотоки равномерно распределяются, не создавая сквозняков.
Комплексные приточно-вытяжные установки моноблочного типа включают следующие компоненты:
- Вентиляторы для круглосуточной подачи чистого воздуха и выброса воздуха, насыщенного углекислым газом.
- Нагреватели для предварительного подогрева притока воздуха.
- Фильтры, которые задерживают пыль и микрочастицы.
- Рекуператоры – различные типы установок рекуперации тепла могут быть использованы.
Некоторые ПВУ могут иметь дополнительные функции, такие как таймер отсрочки работы, регулятор мощности, датчики уровня влажности и другие.
Локальные агрегаты – дополнение к действующей вентсистеме
Для улучшения циркуляции воздушных масс в помещении и восстановления приточной вентиляции, можно использовать децентрализованные приточники с рекуперацией тепла. Эти устройства могут быть врезаны в фасад здания или установлены через окно.
Особенности децентрализованных вентиляционных систем с рекуперацией:
- КПД составляет от 60% до 96%;
- Производительность устройств рассчитана на обеспечение воздухообмена в помещениях размером до 20-35 квадратных метров;
- Широкий выбор агрегатов по доступной стоимости, начиная от обычных стеновых клапанов до автоматизированных моделей с многоступенчатой системой фильтрации и возможностью регулировки влажности;
- Простой монтаж – для ввода в эксплуатацию не требуется прокладка воздуховодов, стеновые клапаны можно установить самостоятельно.
Через вентиляционную систему из помещения теряется порядка 25-35% тепла. Для сокращения этих потерь и эффективной теплоутилизации используются рекуператоры. Климатическое оборудование позволяет задействовать энергию отработанных воздушных масс для нагрева поступающего воздуха.