Восстановление тепла в системах вентиляции: принципы и типы реализации

Вентиляция забирает из помещения не только использованный воздух, но и некоторое количество тепла.

Тепловая рекуперация в вентиляционных системах различного типа поможет сократить непродуктивные траты без ущерба воздухообмену. В процессе регенерации тепловой энергии применяются различные типы теплообменников — рекуператоры.

Статья содержит подробное описание моделей агрегатов, их конструкции, принципов функционирования, преимуществ и недостатков. Эта информация пригодится при подборе подходящего варианта для организации системы вентиляции.

Восстановление тепла: принцип функционирования теплообменника.

С латыни «рекуперация» переводится как восстановление или возвращение обратно. В контексте теплообменных реакций рекуперацией называют частичное возвращение энергии, используемой для технологических процессов, и её повторное применение в том же процессе.

В вентиляционной системе Рекуперация позволяет сберегать тепловую энергию.

В жару аналогично происходят процессы рекуперации охлаждения: теплые поступающие потоки повышают температуру отводимой «отработки», что снижает ее.

В рекуперативном теплообменнике происходит восстановление энергии. В его конструкции присутствует элемент теплообмена и вентиляторы, предназначенные для направления потоков воздуха в разные стороны. Система автоматизации управляет процессом и следит за качеством подачи воздуха.

Конструкция предусматривает разделение потоков — поступающих и удаляемых — на отдельные секции для предотвращения смешивания, а тепловая утилизация происходит через стенки теплообменника.

Разобраться и понять, что такое вентиляция с рекуперацией Полезно посмотреть схему движения воздуха.

Целесообразность рекуператора в вентиляции

Эффективность системы рекуперативной вентиляции и сравнение её преимуществ с недостатками позволяют оценить её целесообразность.

Во многом актуальность использования рекуперации тепла обусловлена здании с принудительной системой отведения воздуха. Чаще всего такие здания малоинерционные и построены с применением современных теплоизоляционных технологий: дома из сэндвич-панелей, газосиликатных плит, пеноблоков.

В этих строениях стены недостаточно удерживают тепло, а естественная вентиляция не вполне эффективна.

Проблемы с вентиляцией характерны также для обычных домов из кирпича и бетона. Герметичные окна из ПВХ, предназначенные для тепло-звуковой изоляции, блокируют естественную циркуляцию воздуха: подача свежего воздуха прекращается, а тяга в вентканале опрокидывается или стремится к нулю.

Чтобы решить проблему «евроокон», нужно установить систему принудительной вентиляции. Она улучшает воздухообмен, однако тепловые потери возрастают на 60%. В этом случае необходима установка тепловой рекуперации.

Показатель КПД вентиляционной рекуперации тепла:

• 0% Открытое окно: тёплый воздух уходит в атмосферу, а холодный поступает внутрь, снижая температуру в комнате.
• 100% Нагреть подаваемый воздух до температуры отработки технически не представляется возможным.
• 30-90% Позволительный показатель — это рекуперация с эффективностью не менее 60%, коэффициент полезного действия (КПД) свыше 80%. Такой теплообмен считается отличным.

Эффективность системы определяется типом рекуператора, размерами помещения и объёмом воздуха. В любом случае применение рекуперационной вентиляции даже с КПД 30% выгоднее отсутствия её. Помимо ощутимой экономии на энергоресурсах, «регенерация» тепла повышает общий микроклимат в помещении.

Недостатки использования теплообменника:

1. Энергозависимость. Приобретение климатической техники разумно, если энергозатраты окажутся существенно ниже получаемой от него экономии.
2. Выпадение конденсата. Вследствие разницы температур на стенках теплообменника возможна конденсация влаги. В зимний период риск обледенения высок, что может привести к резкому падению КПД или отказу рекуператора.
3. Шумная работа. В работе некоторые модели могут издавать гул. Днем это не так заметно, а ночью шум мешает. Рекуператоры с более качественной звукоизоляцией функционируют бесшумно.

Часто высокие начальные затраты выступают основным препятствием для внедрения энергоэффективной вентиляции.

Особенности разных видов теплообменников

Схема движения теплоносителя, эффективность вентиляции, класс энергопотребления и цена оборудования зависят от конструкции рекуператора. Существуют пять типов теплообменников: пластинчатый, роторный, трубчатый, камерный и с промежуточным теплоносителем.

Пластинчатый рекуператор – простота конструкции

Теплообменник состоит из герметичной камеры с большим количеством параллельных воздуховодов. Перегородки – пластины из стали или алюминия – разделяют каналы.

Газы текут навстречу друг другу, сталкиваясь в кассете рекуператора, при этом не смешиваясь. Тепло передается за счёт однократного охлаждения и нагрева пластин с противоположных 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%.

Главный минус модели с пластинчатыми теплообменниками – скопление конденсата в вытяжном канале и образование наледи зимой. Для разморозки устройства входной поток перенаправляется мимо теплообменника, а тёплый выходящий поток тает лед на пластинах.

Возможны два пути решения проблемы:

1. Подогрев поступающего воздуха до температуры, исключающей образование льда.
2. Устройство для восстановления воздуха, состоящее из пластин из поглощающей влагу целлюлозы. Материалом поглощается влага из загрязненного воздуха и передаётся в поступающие потоки.

При выборе перекрестного теплообменника важно учитывать особенности работы пластин.

Их характеристики зависят от материала изготовления:

1. Алюминиевая фольга Невысокая цена, однако эффективность в зимний период ограничена. Не подходит для жилых помещений из-за способности пересушивать воздух. Модели с алюминиевым наполнителем – лучший выбор для бань и бассейнов.
2. Пластиковые перегородки Работают столь же эффективно, как и металлические изделия, но стоят дешевле.
3. Целлюлозный теплообменник Снижают риск замерзания и сохраняют правильный уровень влажности внутри помещения.

Гигроцеллюлозный рекуператор самый эффективный и лучший вариант для вентиляции жилых зданий.

Роторная система рекуперации отличается высокой эффективностью.

Теплообменник представляет собой цилиндр, заполненный слоями гофрированного металла. При вращении барабанной установки во все отсеки поступают попеременно горячие и холодные потоки воздуха.

Эффективность теплообмена зависит от скорости вращения ротора, работу системы можно настраивать.

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.

Высокая эффективность теплообменника барабанного типа не позволила ему возглавить список подобных систем.

Минусы вентиляционной системы:

1. Подмес загрязненного воздуха в приток. По циркуляционным микроканалам последовательно движутся отработанный и свежий воздух, из-за чего в систему возвращается около 3-8% отработанного воздуха. Батарея иногда распространяет аромат выходящего воздуха.
2. Сложность конструкции. Для работоспособности вращающихся частей ротора требуется регулярное обслуживание и периодическая замена. Работающие элементы создают шум и вибрацию.
3. Высокая стоимость. Роторные модели стоят дороже пластинчатых из-за более сложной механической конструкции барабанного теплообменника.
4. Большие размеры. Монтаж осуществляется в просторной венткамере.

По причине своей большой сложности роторные установки применяются главным образом на заводах.

Связанные теплообменники – гликолевая модель

Рекуперационную установку с промежуточным теплоносителем называют связанными теплообменниками или глеколевым агрегатом из-за особенностей конструкции. Эта система является одной из самых гибких для использования тепла. Один теплообменник устанавливают в приточный канал, а второй – в вытяжку.

Циркуляция гликолевого раствора происходит между теплообменниками. Температура теплоносителя повышается из-за разогретого отработанного потока, после чего тепловая энергия передаётся новому воздушному потоку. Закрытая система препятствует смешиванию встречных воздушных масс.

Особенности работы теплообменников с теплоносителем:

• КПД – 45-55%;
• Эффективность можно настроить с помощью насоса, изменяя скорость потока антифриза.
• Размещение воздуховодов можно осуществлять на расстоянии до 800 метров друг от друга.
• Монтаж рекуператора возможен как вертикально, так и горизонтально.
• В условиях сильного мороза на поверхности теплообменника образуется лёд. С помощью антифриза можно работать с рекуператором без необходимости его размораживания.
• срок окупаемости системы – до 2-х лет;
• Можно использовать одну вытяжку с несколькими притоками или несколько притоков с одной вытяжкой.

Удаляемый и поступающий воздух должны иметь приблизительно одинаковый объем. Такой рекуператор применяется в случаях, когда приток воздуха токсичен или сильно загрязнен, а смешивание потоков нежелательно.

Камерный узел – универсальность применения

Теплообменник имеет конструкцию замкнутого короба с подвижной перегородкой внутри. movable partition defines the operation scheme of the heat exchanger.

Движение притока происходит по тёплым стенкам первого воздуховода, а отработка нагревает поверхность второй камеры. Наступает момент, когда перегородка меняет своё положение, и цикл начинается заново.

Преимущества камерного теплообменного узла:

• КПД – 80-90%;
• В паре с хорошей теплоизоляцией затраты на отопление минимальны.
• Установка проста, но для подбора характеристик вентиляционной установки может потребоваться консультация специалиста.
• сохранение уровня влажности;
• исключено обмерзание системы.

В регионах с большой разницей температур внутри и снаружи дома камерный рекуператор станет хорошим выбором.

Недостатками узла регенерации тепла являются:

• Регулярное техническое обслуживание движущихся частей важно.
• Встречные потоки воздуха частично перемешиваются, из-за чего запахи и примеси могут возвращаться в помещение.

Для сокращения подмеса система комплектуется фильтрующим элементомКачество воздуха улучшается, однако производительность рекуператора снижается.

Теплообмен осуществляется с помощью замкнутой системы труб.

Рекуператор состоит из множества медных или алюминиевых трубок, заполненных веществом с низкой температурой кипения, например, фреоном. Принцип работы трубчатого теплообменника основан на физических процессах – изменении состояния вещества при нагревании.

Газ нагревается и отдаёт тепловой энергии потоку, затем фреон конденсируется и уходит вниз по рекуператору. Цикл повторяется непрерывно.

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;

Главный плюс заключается в том, что воздух подачи и обратной магистрали не смешивается.

Слабые стороны тепловых трубок:

• высокий уровень КПД Реализуется в ограниченном интервале температур. При сильном перегреве весь фреон выкипает, а при нехватке тепла скорость парообразования снижается.
• невысокая прочность трубок Изменение формы и разгерметизация ухудшают работу оборудования.

Трубчатые рекуператоры используют в жилом строительстве, а также в административных, офисных строениях и на малых промышленных объектах.

Способы организации рекуперативной вентиляции

Для организации рекуперации применяют два способа: централизованный и децентрализованный. При первом варианте через теплообменник проходят вентиляционные потоки всего здания, при втором – лишь из одной комнаты.

Централизованный комплекс – приточно-вытяжная установка

В процессе возведения или реконструкции вентиляционной системы устанавливается централизованная система.

Система вентиляции с рекуперацией обеспечивает эффективное проветривание даже в помещениях с герметичными окнами, а поток воздуха распределяется равномерно, исключая появление сквозняков.

Комплексные приточно-вытяжные установки моноблочного типа укомплектованы:

• вентиляторами – непрерывное поставка свежего воздуха и выпуск потоков, богатых двуокисью углерода;
• нагревателями – предварительный подогрев притока;
• фильтрами – задерживают пыль и микрочастицы;
• рекуператором Можно применять различные типы установок.

Возможности некоторых приборов могут быть дополнены таймером отсрочки запуска, регулятором мощности, датчиками уровня влажности и другими элементами.

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

Местные модули — расширение существующей вентиляции.

Для нормальной циркуляции воздуха в действующем помещении подходят децентрализованные приточно-вытяжные установки с рекуперацией тепла.

Их устанавливают, закрепив в фасаде здания или установив через окно. Главное предназначение — улучшение. приточной вентиляции в доме.

Особенности децентрализованных вентсистем с рекуперацией:

• КПД – 60-96%;
• невысокая производительность – приборы предназначены для поддержания воздухообмена в комнатах площадью до двадцати до тридцати пяти квадратных метров.
• доступная стоимость В ассортименте представлено множество агрегатов, от простых стеновых клапанов до автоматизированных моделей с многоуровневой системой фильтрации и регулировкой влажности.
• простота монтажа Для запуска в работу не нужно укладывать воздуховоды. установить стеновой клапан можно самостоятельно.

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

Выводы и полезное видео по теме

Сравнительный анализ естественной и принудительной систем вентиляции с рекуперацией.

Как работает централизованный рекуператор и как рассчитать коэффициент полезного действия.

Конструкция и функционирование децентрализованного теплообменника с использованием стенового клапана Prana в качестве примера.

Вентиляционная система из помещения выводит около 25-35% тепла. Для снижения потерь и эффективного использования тепловой энергии применяют рекуператоры. Приборы позволяют использовать энергию отработанного воздуха для нагрева подаваемого.

Хотите поделиться своим опытом работы с различными типами вентиляционных рекуператоров или есть что дополнить? Оставьте комментарий к публикации.