В холодное время года подача свежего воздуха требует его нагрева для поддержания комфортного микроклимата внутри зданий. Для снижения расходов на электричество можно применять приточно-вытяжную вентиляцию с теплообменом.
Знание принципов функционирования системы обеспечит минимальные теплопотери при сохранении необходимого объема заменяемого воздуха. Рассмотрим этот вопрос детальнее.
Энергосбережение в системах вентиляции
Весной и осенью при проветривании разница температур между внешним воздухом и внутренним может стать серьёзной проблемой. Холодный воздух опускается вниз, формируя некомфортную обстановку в жилых домах, офисах и на производстве, а также создавая неугодный вертикальный градиент температуры на складах.
Часто проблема решаеться путем присоединения к системе приточной вентиляции. калорифераСистема нагрева потока за счёт электричества неэффективна из-за больших потерь тепла при отводе нагретого воздуха наружу.
Расположение каналов притока и отвода воздуха рядом позволяет частично передать тепло выходящего потока входящему. Это снижает потребление электроэнергии калорифером или даже исключает его необходимость. Устройство, обеспечивающее теплообмен между разнотемпературными потоками газов, называется рекуператором.
Летом, при высокой температуре за пределами помещения, рекуператор может быть использован для охлаждения поступающего потока воздуха.
Устройство блока с рекуператором
Устройство внутри систем приточно-вытяжной вентиляции. интегрированным рекуператором Простота конструкции позволяет покупать и устанавливать отдельные элементы самостоятельно. При возникновении трудностей со сборкой или монтажом доступны готовые решения: типовые моноблочные или индивидуальные сборные конструкции на заказ.
Основные элементы и их параметры
Корпус с тепло- и шумоизоляцией чаще всего делают из листов стали. При монтаже на стену его необходимо выбирать таким образом, чтобы он выдерживал давление при запенивании щелей вокруг блока и не передавал вибрацию от работающих вентиляторов.
При распределённом заборе и притоке воздуха по разным помещениям корпус подключают. систему воздуховодовЕе снабжают клапанами и заслонками, чтобы регулировать потоки.
В случае отсутствия воздуховодов к вентиляционному отверстию с внутренней стороны помещения устанавливают решётку или диффузор для распределения потока воздуха. На приточное отверстие снаружи здания монтируют наружную воздухозаборную решетку, чтобы не допускать попадания птиц, крупных насекомых и мусора в систему вентиляции.
Воздух движут два вентилятора: осевых или центробежных. С установленным рекуператором естественная циркуляция воздуха затруднена из-за аэродинамического сопротивления, которое он создает.
Установка рекуператора требует размещения фильтров мелкой очистки на входе обоих потоков для снижения засорения пылью и жировыми отложениями тонких каналов теплообменника. Без этого для нормальной работы системы нужно будет чаще проводить профилактические мероприятия.
В основном объеме приточно-вытяжного устройства располагается один или несколько рекуператоров, смонтированных по центру конструкции.
При экстремально низких температурах и недостаточной эффективности рекуператора для подогрева внешнего воздуха устанавливают дополнительный калорифер. По требованию монтируют увлажнитель, ионизатор и другие приборы для формирования комфортной атмосферы внутри помещения.
Новые модели комплектуются электронным блоком управления. Сложные варианты позволяют программировать режимы работы на основе показателей воздуха. Панели отличаются стильным дизайном и подходят к любому интерьеру.
Решение проблемы возникновения конденсата
Охлаждение воздуха из помещения создает условия для выделения влаги и образования конденсата. При большой скорости потока большая его часть не успевает собираться в рекуператоре и выходит наружу. При медленном движении воздуха значительная часть воды остаётся внутри устройства, поэтому нужно организовать сбор влаги и её вывод за пределы корпуса. приточно-вытяжной системы.
Влагу выводят в закрытую емкость, расположенную только внутри помещения для предотвращения замерзания каналов оттока при отрицательных температурах. Определение объема получаемой воды при использовании систем с рекуператором проводится экспериментально, так как алгоритма надежного расчета такого объема не существует.
Возобновляющее использование конденсата для увлажнения воздуха недопустимо, поскольку вода поглощает различные загрязнители: пот, неприятные запахи и другие.
Чтобы сократить образование конденсата и предотвратить связанные с ним проблемы, можно установить отдельные вытяжные системы для ванной комнаты и кухни. В этих помещениях воздух наиболее влажный. Если есть несколько вытяжных систем, обмен воздухом между технической и жилой зонами нужно ограничить установкой обратных клапанов.
Если воздух, выходящий из системы, охлаждается до минусовых температур, внутри рекуператора образуется наледь на конденсате. Это сужает проход для воздуха и может привести к снижению объёма вентиляции или её полному прекращению.
Для разморозки рекуператора периодически или единожды создают байпас — путь для прохождения приточного воздуха вокруг устройства. При обходе теплообменника отдача тепла прекращается, нагревается его поверхность, и лёд переходит в жидкое состояние. Вода стекает в конденсаторную емкость или испаряется наружу.
При проходе потока через байпас не происходит нагрев подаваемого воздуха рекуператором. В этом случае при активации требуется автоматическое включение калорифера.
Особенности различных типов рекуператоров
Существуют различные конструкции, реализующие теплообмен между холодным и горячим воздухом. Каждая конструкция обладает уникальными характеристиками, определяющими сферу применения конкретного типа рекуператора.
Пластинчатый перекрестноточный рекуператор
Пластинчатый рекуператор создается из тонкостенных панелей, соединенных таким образом, чтобы между ними попеременно проходили потоки разной температуры под углом 90 градусов. Модификация такого устройства – с оребренными каналами для воздушного потока. Это устройство имеет более высокий коэффициент теплообмена.
Теплообменные панели изготовляют из разных материалов.
- Медь, латунь, а также сплавы на базе алюминия характеризуются высокой теплопроводностью и устойчивостью к коррозии.
- Из полимерных, гидрофобных материалов с высокой теплопроводностью производят пластик с небольшим весом.
- Благодаря своим гигроскопичным свойствам, целлюлоза пропускает конденсат через пластину и возвращает его в помещение.
Образование конденсата при низких температурах является недостатком, поскольку небольшое расстояние между пластинами приводит к значительному увеличению аэродинамического сопротивления влажной или заледенелой поверхностью. В случае обмерзания необходимо перекрыть подачу воздуха для нагрева пластин.
Преимущества пластинчатых рекуператоров следующие:
- низкая стоимость;
- долгий срок службы;
- Длительность периода между проведением профилактического обслуживания и легкость её реализации.
- небольшие габариты и масса.
Этот вид рекуператора часто применяется в жилых и офисных зданиях. Его применяют также в некоторых технологических процессах, например, для улучшения сгорания топлива в печах.
Барабанный или роторный тип
В работе роторного рекуператора вращение теплообменника с гофрированными металлическими листами, обладающими высокой теплоемкостью, обеспечивает нагрев секторов барабана за счет взаимодействия с выходящим потоком. Затем отданное тепло поступает в воздух.
Преимущество роторных рекуператоров следующие:
- Эффективность сравнительно высока по отношению к другим типам.
- Вернуть большое количество влаги, которое конденсируется на барабане и испаряется при соприкосновении с сухим воздухом.
Этот тип рекуператора чаще применяется в крупных котельных для возврата тепла печью или в больших помещениях промышленных, торговых и развлекательных центров.
Несмотря на достоинства, подобные устройства обладают значительными недостатками.
- Это сложное устройство с подвижными частями, оснащённое электромотором, барабаном и ременным приводом, нуждающееся в регулярном обслуживании.
- повышенный уровень шума.
Для подобных устройств иногда употребляют термин «регенеративный теплообменник», он точнее, чем «рекуператор». Часть выходящего воздуха возвращается из-за неполного прилегания барабана к корпусу устройства.
Такие устройства сталкиваются с дополнительными ограничениями при эксплуатации. К примеру, в качестве теплоносителя не подходит загрязненный воздух от отопительных систем.
Система на основе трубок и кожуха
Трубочный рекуператор состоит из тонкостенных трубок малого диаметра, размещённых в утеплённом кожухе. Через эти трубочки поступает наружный воздух. Теплый воздух из помещения выходит по кожуху и нагревает прибывающий поток.
Трубопросные рекуператоры обладают следующими основными достоинствами:
- Высокий КПД обеспечивается противоточным принципом движения теплоносителя и поступающего воздуха.
- Простота конструкции и неподвижность деталей приводят к малому уровню шума и редкой необходимости в обслуживании.
- долгий срок службы;
- Среди всех типов устройств рекуперации это устройство имеет самое маленькое сечение.
Для этого типа устройств применяют легкосплавные металлы или, реже, полимеры. Эти материалы не впитывают влагу, поэтому при большой разнице температур потоков может образовываться интенсивный конденсат в кожухе, что требует конструктивных решений для его удаления. Еще один недостаток – значительный вес металлической начинки при небольших размерах.
Трубчатый рекуператор прост в сборке, что делает его подходящим для самостоятельного изготовления. Чаще всего для наружной оболочки применяют полимерные трубы от воздушных систем, покрытые пенополиуретаном.
Устройство с промежуточным теплоносителем
Иногда вентиляционные каналы для подачи и удаления воздуха находятся на разных участках стены.
При таком варианте применяют промежуточный теплоноситель, движущийся по изолированному трубопроводу между воздуховодами. Тепловую энергию передают с помощью воды или водно-гликолевого раствора, циркуляция которого осуществляется за счёт работы теплового насоса.
Если можно выбрать другой тип рекуператора, то от системы с промежуточным теплоносителем стоит отказаться. У неё есть существенные недостатки:
- Из-за низкого КПД по сравнению с другими типами устройств в маленьких помещениях с малым потреблением воздуха их не используют.
- значительный объем и вес всей системы;
- Требуется установка дополнительного электронасоса для перемещения жидкости.
- повышенный шум от работы насоса.
Существует модификация системы, использующая среду с низкой точкой кипения, например, фреон, вместо принудительной циркуляции теплообменной жидкости. В этом случае движение по контуру возможно естественным образом только в том случае, если приточный воздуховод расположен над вытяжным.
Эта система не потребляет дополнительную электроэнергию, но функционирует для обогрева при значительном разнице температур. Для работы требуется точная настройка точки изменения агрегатного состояния теплоносителя, которую можно достичь изменением давления или составом химических веществ.
Основные технические параметры
Зная производительность вентиляционной системы и КПД теплообмена рекуператора, легко рассчитать экономию на обогреве помещения при конкретных климатических условиях. Сравнив потенциальную выгоду с затратами на покупку и обслуживание системы можно обоснованно сделать выбор в пользу рекуператора или стандартного калорифера.
Коэффициент полезного действия
Коэффициент полезного действия рекуператора показывает его способность передавать тепло и вычисляется по такой формуле:
K = (Тп – Тн) / (Тв — Тн)
В которой:
- Тп – градус нагретого воздуха при входе в помещение.
- Тн – температура наружного воздуха;
- Тв – температура воздуха в помещении.
Максимальное значение КПД при штатной скорости потока воздуха В инструкции по эксплуатации указан требуемый диапазон температур. Фактически температура может быть чуть ниже.
При изготовлении самостоятельно пластинчатого или трубчатого рекуператора для получения наибольшей тепловой отдачи важно соблюдать указанные правила.
- Самый эффективный теплообмен достигается в противоточных устройствах, затем в перекрестноточных, а наименьший – при однонаправленном движении обоих потоков.
- Теплоотдача определяется материалом и толщиной перегородок между потоками, а также временем пребывания воздуха в устройстве.
Познавая коэффициент полезного действия рекуператора, можно определить его энергоэффективность при разных температурах внешнего и комнатного воздуха.
Е (Вт) = 0,36 х Р х К х (Тв – Тн)
где Р (м3/час) – расход воздуха.
Рекуператоры с высоким КПД стоят дорого, обладают сложной конструкцией и крупными размерами. В некоторых случаях возможно обход этих проблем установкой нескольких простых устройств, обеспечивающих последовательное прохождение воздуха через каждое из них.
Производительность вентиляционной системы
Пропуск воздуха зависит от статического давления, которое формируется мощностью вентилятора и узлами, вызывая сопротивление потоку. Полноценный расчет сложен из-за математической сложности модели, поэтому типовые конструкции тестируются экспериментально, а индивидуальные собираются с подбором компонентов.
Выбор мощности вентилятора следует осуществлять с учетом пропускной способности рекуператоров любой конструкции. Такая информация, как рекомендуемая скорость потока или объем пропускаемого ими воздуха за единицу времени, содержится в технической документации. Как правило, допустимая скорость воздуха внутри устройства не превышает 2 м/с.
В обратной ситуации при высокой скорости в тонких частях рекуператора возрастает аэродинамическое сопротивление. Это влечет за собой дополнительные затраты электрической энергии, снижает эффективность нагрева наружного воздуха и укорачивает срок эксплуатации вентиляторов.
Изменение направления потока воздуха увеличивает аэродинамическое сопротивление. При моделировании геометрии воздуховода внутри помещения рекомендуется минимизировать повороты труб на 90 градусов. Диффузоры для рассеивания воздуха также повышают сопротивление, поэтому лучше избегать элементов с сложным рисунком.
Загрязненные фильтры и решетки затрудняют движение потока, поэтому требуется периодическое их очищение или замена. Датчики, регистрирующие разницу давления до и после фильтра, являются одним из эффективных способов оценки степени засорения.
Выводы и полезное видео по теме
Механизм действия роторного и пластинчатого рекуператора.
Замер КПД рекуператора пластинчатого типа:
Вентиляционные системы с рекуператором для жилых и производственных помещений показали свою экономичность в сохранении тепла внутри зданий. Сейчас доступны готовые модели и предложения по изготовлению систем на заказ. Расчет требуемых характеристик и установка возможны самостоятельно.
Напишите ваши вопросы и замечания по материалу в поле для комментариев ниже.