Рекуперация тепла в системах вентиляции - что это такое. Рекуператор воздуха: что это такое, и принцип его работы Что такое рекуперация тепла

Рекуператор зачастую становится частью системы вентиляции. Однако не многие знают, что это за устройство и какие особенности оно имеет. Также немаловажным вопросом становится то, будет ли окупаться приобретение рекуператора, как он изменит работу системы вентилирование, можно ли создать подобный элемент своими руками. На этим и многие другие вопросы дадим ответы в нижеприведенной информации.

Необычное наименование дали обычному . Задача устройства заключается в отбирании части тепла с уже отработанного отведенного воздуха с помещения. Отобранное тепло передается потоку, который поступает из системы подачи чистого воздуха. Вышеприведенная информация определяет то, что цель использования подобной системы – экономия на обогреве дома. При этом следует отметить нижеприведенные моменты:

1. В летнее время система позволяет снизить расходы на кондиционировании работы.
2. Рассматриваемое устройство может работать в обе стороны, то ест забирать тепло в приточной и отводящей системе.

Принцип работы системы с рекуперацией тепла

Вышеприведенная информация определяет то, что рекуператор тепла устанавливается во многих системах вентиляции. Она не активная, многие варианты исполнения не потребляют энергию, не издают шум, имеют средний показатель эффективности. Устанавливались теплообменники на протяжении многих лет, но в последнее время у многих возникает вопрос, есть ли причины для того, чтобы усложнять систему вентиляции этим устройством, которое имеет довольно много проблем по причине работы в среде с различной температурой.

Потенциальных проблем, связанных с использованием подобного оборудования, практически нет. Некоторые решаются производителем, другие становятся головной болью покупателя. К основным проблемам можно отнести:

• Образование конденсата. Законы физики определяют то, что при прохождении воздуха с через холодную замкнутую среду происходит образование конденсата. Если температура окружающей среды ниже нуля, то ребра начнут обмерзать. Вся информация, приведенная в этом пункте, определяет существенное снижение эффективности работы устройства.
• Энергоэффективность. Все вентиляционные системы, работающие совместно с рекуператором, зависимы от энергии. Проводимый экономический расчет определяет то, что полезными будут лишь те модели рекуператоров, которые будут сберегать больше энергии, чем тратить.
• Период окупаемости. Как ранее было отмечено, устройство предназначено для экономии энергии. Важным определяющим фактором является то, сколько лет необходимо для того, чтобы покупка и установка рекуператоров окупилась. Если рассматриваемый показатель превышает отметки 10 лет, то смысла в установке нет, так как за это время другие элементы системы потребуют замены. Если расчеты показывают, что период окупаемости составляет 20 лет, то возможность установки устройства не следует рассматривать.

Возникновение конденсата на вент. системе

Вышеприведенные проблемы стоит учитывать при выборе теплообменника, которые существует несколько десятков видов.

Врезка: Важно: Существует несколько вариантов исполнения теплообменника. Рассматривая принцип работы устройства, следует учитывать, что он зависит от типа самого устройства. Пластинчатый тип устройства представляет собой устройство, в котором приточный и вытяжной канал проходят через общий корпус. Два канала разделены перегородками. Перегородка состоит из многочисленного количества пластин, которые зачастую изготавливаются из меди или алюминия. Важно отметить, что медный состав обладает большей теплопроводностью, нежели алюминий. Однако алюминий дешевле.

К особенностям рассматриваемого устройства можно назвать следующее:

1. Тепло из одного канала в другой передается при помощи теплопроводных пластин.
2. Принцип передачи тепла определяет то, что проблема появления конденсата возникает сразу поле включения теплообменника в систему.
3. Для того чтобы исключить вероятность появления конденсата устанавливается датчик обледенения термического типа. При появлении сигнала с датчика реле открывает специальный клапан – байпас.
4. При открытии клапана холодный воздух поступает в два канала.

Этот класс устройства можно отнести к низкой ценовой категории. Это связано с тем, что при создании конструкции используется примитивный метод передачи тепла. Эффективность подобного метода ниже. Важным моментом можно назвать то, что стоимость устройства зависит от его размеров и размеров самой приточной системы. Примером можно назвать размер канала 400 на 200 миллиметров и 600 на 300 миллиметров. Разница в цене составит более 10 000 рублей.

Схема вентиляции с рекуперацией

Конструкция состоит из следующих элементов:

• Два входных : один для свежего воздух, второй для отработанного.
• Из фильтра грубой очистки подаваемого воздуха с улицы.
• Непосредственно самого теплообменника, который находится в центральной части.
• Заслонки, которая необходима для подачи воздуха в случае обледенения.
• Клапан для слива конденсата.
• Вентилятора, которые отвечает за нагнетание воздуха в системе.
• Два канала с обратной стороны конструкции.

Размеры теплообменника зависят от того, какой мощности вентиляционная система и каких размеров воздуховоды.

Следующим типом конструкции можно назвать устройство с тепловыми трубками. Его устройство практически идентично предыдущему. Разница заключается лишь в том, что конструкция не имеет огромное количество пластин, которые пронизывают перегородку между каналами. Для этого используется тепловая трубка – специальное устройство, которое переносит тепло. Преимуществом системы можно назвать то, что на более теплом конце герметичной медной трубки испаряется фреон. Конденсат скапливается на более холодном конце. К особенностям рассматриваемой конструкции можно отнести:

1. Фитиль.
2. Контейнер.
3. Полость с паром.

Работа системы имеет следующие особенности:

• В системе есть рабочая жидкость, которая поглощает тепловую энергию.
• Пар распространяется от более теплой точки к холодной.
• Законы физики определяют то, что пар конденсируется обратно в жидкость и отдает сохраненную температуру.
• По фитилю вода снова оттекает к теплой точке, где снова образуется в пар.

Конструкция герметична и работает с высокой эффективностью. Преимуществом можно назвать то, что конструкция имеет меньшие размеры и более проста в эксплуатации.

Роторный тип можно назвать современным вариантом исполнения. На границе между приточным и вытяжным каналом находится устройство, которое имеет лопасти – они медленно вращаются. Устройство создано так, что пластины нагреваются с одной стороны и передают со второй при путем вращения. Это связано с тем, что лопасти расположены под определенным углом для перенаправления тепла. К особенностям роторной системы можно отнести следующее:

• Довольно высокий КПД. Как правило, пластинчатые системы и трубчатые имеют КПД не более 50%. Это связано с тем, что они не имеют активных элементов. При перенаправлении воздушного потока повысить КПД системы можно до 70-75%.
• Вращение лопастей также определяет решение проблемы с образованием конденсата на поверхности. Также решается проблема при низкой влажности в холодное время года.

Однако можно также выделить несколько недостатков:

• Как правило, чем сложнее система, тем она менее надежна. Роторная система имеет вращающийся элемент, который может выходить из строя.
• Если в помещении повышенная влажность, то использовать конструкцию не рекомендуется.

Также важно понимать, что камеры рекуператоров не имеют герметичного разделения. Этот момент определяет передачу запаха с одной камеры в другую. В целом роторная система напоминает своеобразный вентилятор довольно больших габаритных размеров с громоздкими лопастями. Для повышения эффективности работы системы устройство должно подключаться к источнику питания.

Промежуточного типа представляет собой классическую конструкцию, которая состоит из водяного отопления с конвекторами и насосами. Система используется крайне редко, по причине низкого КПД и сложности конструкции. Однако она практически не заменима в случае, когда приточный и вытяжной канал находятся на большом расстоянии друг от друга. Тепло передается через воду, которая используется на протяжении многих лет при создании подобных систем. Для обеспечения циркуляции воды в независимости от расположения устройств в системе установлен насос. Важно понимать, что конструктивные особенности в данном случае определяют малую надежность системы и необходимость проведения периодических осмотров.

Сравнительная таблица

Для того чтобы определиться с тем, нужно ли устанавливать систему перенаправления тепла, проводят исследования эффективности. Пример подобного расчета приведем на относительно небольшом частом доме. К особенностям подсчета можно отнести:

• Согласно проведенным подсчетам, через систему вентиляции уходит примерно 35% тепла. За среднее значение возьмем 30%, так современные вентиляционные системы имеют большую эффективности в плане экономии энергии.
• Средний показать потребляемой мощности составляет 500 ватт. Отметим, что этот показатель выбран с учетом расположения дома в Севастополе. Средняя температура в январе около 3,5 градуса Цельсия. Расход энергии в более холодном климате будет значительно выше.
• Если установлена пластинчатая конструкция рекуператора, то потребительская мощность будет ограничена на отметке 30 ватт.
• Показатель КПД системы находится на отметке 40%.

Согласно проводимым расчетом на основании введенных данных период окупаемости составляет примерно 114 года. Поэтому приобретать пластинчатый теплообменник не имеет смысла для частного дома.

Существенно снизить расходы можно при самостоятельном изготовлении конструкции. Принцип ее работы довольно прост. Поэтому при использовании подручных материалов можно провести создание . Рекомендации по созданию рассматриваемой конструкции следующие:

1. Для начала проводится нарезание труб из алюминия на небольшие части. При выборе трубы следует отдавать предпочтение вариантам исполнения диаметром 10 миллиметров. При этом отметим, что чем больше толщина металла, тем больше труба вбирает в себя тепла.
2. Следующим шагом можно назвать вырезание двух пластин из листового алюминия. При выборе пластин следует обратить внимание на варианты исполнения толщиной 4 миллиметров. В этих пластинах проводится создание отверстий для ранее нарезанных труб.
3. В качестве соединительного элемента используется герметик, который невосприимчив к воздействию высоких или низких температур.

Принцип работы конструкции заключается в следующем:

• Рекуператор тепла установлен в качестве общего элемента в приточной и отводящей системе.
• К теплообменнику подключены две трубы с одной стороны, а также две с другой.
• Для того чтобы повысить эффективность конструкции устанавливаются вентиляторы.
• Вся система имеет корпус, который защищает механизмы от оказания воздействия с окружающей среды.
• Трубы выступают в качестве парораспределителя тепла.

Подобным образом создается простейшая конструкция для обмена теплом между двумя системами.

Выводы

В заключение отметим, что вышеприведенная информация позволяет рассчитать рентабельность установления системы теплообмена. Практически все конструкции имеют высокую надежность и не выходят из строя. Также их эффективность относительно небольшая, установка целесообразна только в больших вентиляционных системах.

Климатические особенности нашей страны, в холодное время, приводят к необходимости нагрева воздуха. Но потребляя нагретый воздух мы производим продукт распада, в результате чего для нормальной жизнедеятельности, необходима смена нагретого воздуха на свежий. Итого, только воздух нагрели - выгоняем его на улицу, новый поступивший воздух, снова нагреваем. Рекуператоры служат для того, чтобы уловить тепло уходящего воздуха и отдать это тепло вновь поступающему.

Приточно-вытяжная вентиляция с рекуперацией тепла - что это такое?

Приточно-вытяжная вентиляция с рекуперацией тепла пока ещё мало известна простому обывателю. О рекуператоре известно, в основном специалистам.

Но это оборудование имеет большую перспективу для всех потребителей, которые расчетливо относятся к своим расходам.

В Европе, такие устройства получили широкое распространение, хотя надо заметить, что климатические условия там значительно мягче.

И все это благодаря экономии энергии, которая затрачивается на воздухоподготовку.

Преимущества применения рекуператоров

Применение пластинчатого рекуператора приводит к экономии энергии от 50 до 80%.

Применение роторного рекуператора, экономит от 70 до 90% энергии.

Процент экономии напрямую зависит от разности температур вытяжного и приточного воздуха. Установка рекуператора приносит значительную экономию денег, при этом агрегат служит долго (при надлежащем техническом обслуживании) и с годами финансовая экономия только увеличивается.

Рекуператор тепла приточно-вытяжной установки частично забирает тепло отработанного воздуха и передает его вновь поступающему воздуху. Это позволяет тепло возвращать в дом, при этом происходит комфортное вентилирование помещения.

Используя рекуператор, мы имеем свежий воздух средней температуры (между комнатной и наружной).

Таким образом, такое проветривание более безопасно для здоровья и при этом рекуператор позволяет проводить проветривание экономным способом.

Сам рекуператор потребляет минимальное количество энергии - прогрев приточного воздуха идет путем естественного теплообмена.

Виды рекуператоров

Рекуператоры тепла могут быть в виде специального модуля приточно-вытяжной установки, а могут быть индивидуальным автономным устройством.

В быту, более широкое распространение получили пластинчатые и роторные рекуператоры.

Пластинчатые рекуператоры

Пластинчатые рекуператоры состоят из пластин, через которые проходят воздушные потоки на выход и вход воздуха.

Воздушные потоки, в таких рекуператарах, между собой не контактируют и не смешиваются, т.е. каждый поток идет своим путем, а тепло передается теплообменной кассете.

Теплообменная кассета состоит из нескольких тонких пластин, имеющих большую площадь.

Обычно эти пластины делают из алюминиевой фольги или пластика.

Кассеты из алюминиевой фольги дешевле, но коэффициент полезного действия кассет из пластика выше чем кассет из алюминиевой фольги.

Недостатки пластинчатых рекуператоров

К недостаткам пластинчатых рекуператоров относится образование конденсата.

Конденсат образуется в зимнее время из-за разницы температуры приточного и вытяжного воздуха.

В зимнее время конденсат замерзает и образуется наледь.

Для борьбы с наледью используют автоматику.

При срабатывании датчика обледенения, приточный воздух идет мимо теплообменника и нагревается этот воздух с помощью калорифера.

А вытяжной теплый воздух из здания проходит через теплообменник и размораживает кассету.

Процесс размораживания занимает от 5 до 25 минут в час.

Естественно, никакой экономии энергии в это время не происходит.

Кроме того, конструкция должна иметь дренажную ванну и дренажный водопровод для отвода и сбора конденсата.

В случаях появления наледи, рекуператор способен сэкономить только 45% энергии.

Кассеты из гигроскопической целлюлозы

Для решения проблемы конденсации используют кассеты из гигроскопической целлюлозы.

Вся фишка в том, что стенки этой кассеты способны впитывать влагу из уходящего воздуха и передают эту влагу входящему потоку.

Применение гигроскопических кассет позволяет рекуперировать (возвращать) не только тепло, но и влагу из воздуха. После таких процедур в помещение поступает свежий воздух с комфортной температурой и влажностью.

Таким образом КПД повышается до 70%, а если у рекуператора имеется двойной пластинчатый теплообменник из гигроскопической бумаги, это позволяет исключить образование наледи и поднять КПД до 90%.

Важно! Кассеты из целлюлозы не применяют в помещениях с повышенной влажностью.

Роторные рекуператоры

В рекуператоры вмонтируется в корпус ротор, который представляет из себя вращающийся цилиндр.

Цилиндр по всему объему заполнен послойно профилированным металлом, алюминием или сталью.

При работе, барабан ротора движется по кругу между приточным и вытяжным воздухом.

При прохождении через вытяжной поток - пластины нагреваются, при прохождении через приточный поток - пластины отдают свое тепло.

Теплообмен напрямую зависит от скорости вращения ротора, которая регулируется.

КПД рекуператора достигает максимум в том случае, если скорость вращения автоматически регулируется в соответствии с показаниями датчиков наружной и внутренней температурой воздуха.

Недостатки роторных рекуператоров

К недостаткам роторных рекуператоров относят частичное смешивание вытяжного и приточного воздуха.

Поэтому фильтры очистки приходится устанавливать и на входе и на выходе. Конструкция роторных рекуператоров более сложная и поэтому, техническое обслуживание роторных рекуператоров производят чаще чем пластинчатых.

И все-таки, несмотря на эти недостатки, роторные модели надежны, имеют большую эффективность возврата тепловой энергии, до 80%.

Как выбрать рекуператор

Выбирая рекуператор, необходимо знать требуемую производительность установки.

Для этого необходимо знать кратность воздухообмена, а именно: сколько раз в течении часа, производится полная замена воздуха в помещении.

Кратность замены воздуха для квартиры составляет 1, а для загородного дома от 0,5 до 1.

По норме, на одного человека, требуется замена воздуха 36 м3 в час.

Грамотные специалисты, ознакомившись с планом дома, подберут вам необходимую модель.

Необходимо учитывать, при выборе рекуператора, нижний предел рабочей температуры.

А для России, нижний предел имеет разброс от -5*С до -40*с в зимнее время.

Монтаж рекуператора своими руками

Принципиальных отличий между монтажом обычных кондиционеров и приточно-вытяжных установок с рекуперацией тепла нет.

Единственно, что кондиционер подает воздух в помещение, а в системе с рекуперацией будет два канала (приток и вытяжка).

Монтаж обойдется немного дороже, так как используется больше воздуховодов, но не сложнее чем монтаж обычной приточной вентиляции.

Для предотвращения образования конденсата на стенках воздуховода, воздуховоды должны быть теплоизолированны.

При установке необходимо обратить внимание на конструктивные особенности некоторых моделей, так как отдельные модели могут работать только в определенном положении, т.е плашмя или вертикально.

Если модель рекуператора требует дренаж, то это устройство должно стоять в теплом помещении, а вода под наклоном выводится к ближайшему стояку.

В связи с ростом тарифов на первичные энергоресурсы рекуперация становиться как никогда актуальна. В приточно-вытяжных установках с рекуперацией обычно применяются следующие типы рекуператоров:

• пластинчатый или перекрестно-точный рекуператор;
• роторный рекуператор;
• рекуператоры с промежуточным теплоносителем;
• тепловой насос;
• рекуператор камерного типа;
• рекуператор с тепловыми трубами.

Принцип работы

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.

Пластинчатый или перекрестно-точный рекуператор.

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.

Роторный рекуператор.

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.

Рекуператоры с промежуточным теплоносителем.

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.

Тепловой насос.

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.

Рекуператор с тепловыми трубами.

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.

Рекуператор камерного типа.

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.

Расчет эффективности рекуператора.

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

• Kt – коэффициент эффективности рекуператора по температуре;
• T1 – температура наружного воздуха, oC;
• T2 – температура вытяжного воздуха (т.е. воздуха в помещении), оС;
• T4 – температура приточного воздуха, оС.

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

• Kh – коэффициент эффективности рекуператора по энтальпии;
• H1 – энтальпия наружного воздуха, кДж/кг;
• H2 –энтальпия вытяжного воздуха (т.е. воздуха в помещении), кДж/кг;
• H4 – энтальпия приточного воздуха, кДж/кг.

Экономическая целесообразность применения приточно-вытяжных установок с рекуперацией.

В качестве примера возьмем технико-экономическое обоснование применения вентиляционных установок с рекуперацией в системах приточно-вытяжной вентиляции помещений автосалона.

Исходные данные:

• объект – автосалон общей площадью 2000 м2;
• средняя высота помещений 3-6 м, состоит из двух выставочных залов, офисной зоны и станции технического обслуживания (СТО);
• для приточно-вытяжной вентиляции указанных помещений были выбраны вентиляционные установки канального типа: 1 единица с расходом воздуха 650 м3/час и потребляемой мощностью 0,4 кВт и 5 единиц с расходом воздуха 1500м3/час и потребляемой мощностью 0,83 кВт.
• гарантированный диапазон наружных температур воздуха для канальных установок составляет (-15…+40) оС.

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:

• Qн – мощность воздухонагревателя, Вт;
• G - массовый расход воздуха через воздухонагреватель, кг/сек;
• Ср – удельная изобарная теплоемкость воздуха. Ср = 1000кДж/кг*К;
• Т – разность температур воздуха на выходе из воздухонагревателя и входе.

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:

Система 1.

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.

Система 2.

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:

• вентиляторы – 2*0,155 = 0,31 кВт*час;
• автоматика и приводы клапанов – 0,1кВт*час;
• электрический воздухонагреватель – 7,6 кВт*час;

Итого: 8,01 кВт*час.

Суммарная электрическая мощность установки на 1500м3/час составит:

• вентиляторы – 2*0,32 = 0,64кВт*час;
• автоматика и приводы клапанов – 0,1 кВт*час;
• электрический воздухонагреватель – 17,5 кВт*час.

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.

Рекуперацией тепла называют возвращение части тепловой энергии, и ее повторное использование в системе отопления дома.

Процесс вентиляции жилых помещений аналогичен процессу проветривания: в помещение подается свежий воздух извне, а отработанные воздушные массы с низким содержанием кислорода, удаляются и выбрасываются в окружающее пространство. Вместе с отработанным воздухом из помещения удаляется тепловая энергия. Задачей рекуперации тепла при вентиляции является охлаждение теплого воздуха перед его выбросом наружу и использование полученного тепла на подогрев воздушных масс, поступающих снаружи. Вопрос рекуперации тепла в системах вентиляции особенно остро стоит в зимнее время года.

Решается он в зависимости от способа вентилирования дома.

Два способа вентилирования – два подхода к рекуперации

В современных жилых домах широко используются два вида вентиляции: естественная и принудительная.

Естественная вентиляция эффективна в домах с высокой тепловой инерцией. Это дома, построенные из камня, кирпича, бетона и железобетона. Как правило, для их возведения используют тяжелые прочные фундаменты-подушки.

В домах с высокой инерцией тепло накапливается в массе дома и запас его может быть достаточным для поддержания комфортных условий в помещении при отключении отопления на протяжении нескольких часов, а то и нескольких суток.

Вентиляционные каналы для удаления отработанного воздуха в инерционных домах располагают в массиве стен, делая их вертикальными с выходом в чердачное помещение. Поступая в вентиляционный канал, теплый воздух движется вверх, нагревая при этом стены канала, а значит, и стены дома, отдавая при этом запас своей тепловой энергии. Затем воздух попадает в подкровельное пространство, подогревая его оставшимся теплом.

Сохраненное в стенах вентиляционного канала тепло в дальнейшем используется для поддержания температуры стен и обогрев дома.

В домах с естественной вентиляцией рекуперация тепла также носит естественный характер и в дополнительном регулировании не нуждается.

Вентиляция в малоинерционных домах

Необходимость управления рекуперацией тепла возникает в домах, оборудованных принудительными вентиляционными системами. Как правило, речь идет о малоинерционных строениях, в конструкции которых присутствуют современные теплоизоляционные материалы.

Это могут быть каркасные дома со стенами из сэндвич панелей , дома из пеноблоков или газосиликатных блоков, а также щитовые строения с внутренним слоем из современного высокоэффективного теплоизоляционного материала. Малоинерционные дома имеют небольшой вес по сравнению с традиционными строениями из кирпича или бетона, для их возведения обычно используют облегченные варианты фундамента, отдавая предпочтение ленточному или свайному фундаменту.

Тепловых потерь теплопроводностью через поверхность стен в малоинерционных домах практически нет, однако, в них стены не аккумулируют тепло, а системы естественной вентиляции не эффективны. Для отопления малоинерционного строения достаточно нагревать воздух в помещении. Именно по этой причине одним из наиболее востребованных и экономичных способов отопления в таком доме является воздушная система отопления, в которой в помещение через приточные отверстия подается теплый воздух, а остывшие воздушные массы забираются и после подогрева, вновь подаются в приточные каналы.

Воздухообмен в помещении напрямую зависит от эффективности работы вентиляционной системы и ее конструктивных особенностей. Естественная вентиляция в малоинерционных домах малоэффективна. Для лучшего воздухообмена необходимо использовать системы принудительной вентиляции, обеспечивающие подачу свежего воздуха и удаление отработанных воздушных масс.

Постоянный приток свежего (холодного) воздуха и удаление отработанных (нагретых) воздушных масс приводит к увеличению расходов на отопление. Можно смело сказать, что в малоинерционных домах с вентиляцией могут вылететь в трубу все деньги, затраченные на обогрев жилища, если, конечно, не использовать систему рекуперации тепловой энергии.

При рекуперации тепла в системе вентиляции стоит задача подогреть поступающий в помещение воздух за счет тепловой энергии уходящих воздушных масс. Подогрев может быть

• центральным, рассчитанным сразу на все здание и устанавливаемым на центральную вентиляционную систему
• локальным, обеспечивающим только одно отдельно взятое помещение и устанавливаемый на местную вентиляционную систему

Для этого вентиляционная система дополняется теплотехническим блоком, предназначенным для теплообмена между холодным и теплым воздухом. Теплообменники могут иметь различное устройство и технические характеристики.

Пластинчатые рекуператоры

Самым простым воздушным рекуператором является пластинчатый теплообменник, представляющий собой камеру с параллельными воздуховодами, разделенными металлической перегородкой, играющей роль теплопроводной пластины. Нагретый воздух при соприкосновении с перегородкой с одной стороны, нагревает ее, а холодный воздух, движущийся с противоположной стороны, забирает тепло.

Несмотря на примитивную конструкцию, пластинчатые рекуператоры имеют высокий КПД, величина которого может составлять 90%. Еще одним плюсом пластинчатого рекуператора является отсутствие движущихся частей.

Есть у пластинчатого рекуператора и существенный недостаток: при охлаждении воздуха на пластине образуется конденсат, что при отрицательной температуре наружного воздуха может привести к обледенению рекуператора.

Этого недостатка лишен роторный рекуператор, представляющий собой вращающуюся пластину, установленную между приточным и вытяжным воздуховодом. Одна половина пластины находится в зоне нагрева и контактирует с теплым воздухом, а вторая половина пластины, наоборот, находится в подающем воздуховоде и контактирует с холодным воздухом, затем происходит поворот на 180 градусов и положение меняется, нагретая пластина попадает в холодный воздуховод, а охлажденная пластина попадает в зону нагрева. Интенсивность теплообмена зависит от скорости вращения ротора и разницы температур холодного и нагретого воздуха. КПД роторного рекуператора может составлять 75-85%.

Вращение роторного рекуператора сопровождается шумом, что является его недостатком. К тому же устройство постоянно нуждается в техническом обслуживании.

Рекуператоры с промежуточным теплоносителем могут иметь различное устройство, но общим для них является использование теплоносителя (фреон, вода) для передачи тепла от одного воздушного потока другому воздушному потоку. Так, к примеру, в устройстве воздушных рекуператоров большое распространение получили тепловые трубки.

Подведем итоги

Рекуператор тепла является опциональной частью приточно вытяжной вентиляционной системы, использование которой в значительной мере сокращает расходы на отопление и позволяет поддерживать комфортные условия в доме с меньшими расходами.

При постройке дома необходимо выбрать и установить систему для рекуперации тепла в системах вентиляции. Существует несколько модификаций вентиляционного оснащения, которое выбирают в зависимости от его производителя. Оборудование природного импульса включает в себя нагнетательные клапаны для стен и окон, обеспечивающие поступление свежего воздуха в комнаты. Для удаления запахов из туалетных и ванных комнат, а также из кухонь устанавливают вытяжные воздуховоды.

Воздухообмен получается из-за разницы температур в комнате и за её пределами. В летнее время температуры выравниваются как внутри, так и снаружи комнат. То есть воздухообмен приостанавливается. В зимний период эффект проявляется более оперативно, но при этом потребуется больше энергозатрат для нагрева холодного уличного воздуха.

Составная вытяжка является системой с принудительной вентиляцией и с естественной циркуляцией воздуха. Недостатками являются:

К преимуществам можно отнести невысокую цену и отсутствие внешних природных факторов. Но при этом по качеству и функциональности аэрация не может считаться полноценной вентиляцией.

Для обеспечения комфортных условий в новых жилых домах устанавливают универсальные системы вынужденной аэрации. Системы с рекуператором обеспечивают поступление свежего воздуха нормальной температуры с одновременным удалением отработанного воздуха из помещений. Вместе с этим происходит теплоотвод из нагнетательного потока.

Экономия тепловой энергии с помощью приточно-вытяжной вентиляции с рекуператором // FORUMHOUSE

В зависимости от типов рекуператоров и размеров помещений, в которых установлена вентиляция, происходит улучшение микроклимата более или менее эффективно. Но даже при установленной рекуперации при коэффициенте полезного действия всего лишь 30% экономия энергоресурсов будет значительной, а также происходит улучшение общего микроклимата в комнатах. Но имеются у теплообменников и недостатки:

• увеличение потребления электроэнергии;
• выделение конденсата, а зимой возникает обледенение, что может привести к поломке рекуператора;
• сильный шум при работе, доставляющий большие неудобства.

Теплообменные аппараты или теплоутилизаторы в системах вентиляции с усиленной теплошумоизоляцией работают очень тихо.

Рекуператоры направленного движения теплоносителей предполагают вентиляцию и утилизацию тёплого отработанного воздуха. Аппарат осуществляет перемещение воздуха в двух направлениях с одинаковой скоростью. С теплоутилизаторами повышается комфортность жизни в домах.

При этом значительно снижаются расходы на отопление и вентиляцию, соединяя оба серьёзных процесса в один. Такие аппараты можно использовать как в жилых, так и в производственных помещениях. Таким образом, экономия денежных средств составит приблизительно от тридцати до семидесяти процентов. Теплоутилизаторы можно разделить на две группы: теплообменники простого действия и тепловые насосы для увеличения запаса утилизируемой теплоты. Теплообменники можно использовать лишь в тех случаях, когда ресурсы источников больше ресурсов микроклимата, которому передаётся теплоэнергия.

Система вентиляции квартиры с рекуператором Ecoluxe EC-900H3.

Устройства, передающие тепло от источников к потребителям при помощи промежуточных рабочих тел, например, жидкостей, циркулирующих в замкнутых контурах, состоящих из циркуляционных насосов, трубопроводов и теплообменников, находящихся в нагреваемых и охлаждаемых камерах, называются рекуператорами с промежуточными теплоносителями . Такое оборудование широко применяется в разных теплообменниках и циркуляционных насосах при больших расстояниях между источником и потребителем тепла.

Этот принцип используется в разветвлённой системе утилизации тепла и энергопотребителей с разными характеристиками. Работа теплоутилизатора с промежуточным теплоносителем состоит в том, что процесс в нём протекает в диапазоне водяного пара с изменением агрегатного состояния при постоянной температуре, давлении и объёме. Эксплуатация утилизаторов с тепловыми насосами отличается тем, что движение рабочей жидкости в них производится компрессором.

Эффективность рекуператора труба в трубе осенью. +6гр.Ц. на улице.

Аппараты смешанного действия

Для утилизации и для согревания приточного воздуха применяют обменники рекуператорного или контактного типа . Могут также устанавливаться аппараты смешанного действия, то есть один - рекуператорного действия, а второй - контактного. Желательно устанавливать промежуточные теплоносители безвредные, недорогие, не вызывающие коррозию в трубопроводах и теплообменниках. До недавнего времени в роли промежуточных теплоносителей выступали только вода или водные гликоли.

В настоящий момент их функции успешно выполняет холодильный агрегат, который работает как тепловой насос в комбинации с рекуператором. Теплообменники располагаются в приточных и вытяжных воздуховодах, а при помощи компрессора осуществляется циркуляция фреона, потоки которого переносят тепло из вытяжного воздушного потока в приточный и обратно. Всё зависит от времени года. Такая система состоит из двух и более , которые объединяет один холодильный контур, что обеспечивает синхронную работу установок в разных режимах.

Особенности пластинчатой и роторной конструкций

Самая простая конструкция у пластинчатого рекуператора. Основой такого теплообменника является герметическая камера с параллельными воздуховодами . Его каналы разделяются стальными или алюминиевыми теплопроводными пластинками. Недостатком этой модели является образование конденсата в вытяжных каналах и появление ледяной корки в зимнее время. При размораживании оборудования поступающий воздух идёт на теплообменник, а тёплые исходящие воздушные массы способствуют растапливанию льда на пластинах. Для предотвращения подобных ситуаций предпочтительнее использовать пластины из алюминиевой фольги, пластика или целлюлозы.

Роторные рекуператоры являются самыми высокоэффективными аппаратами и представляют собой цилиндры с гофрированными металлическими прослойками. При вращении барабанной установки в каждую секцию входит тёплый или холодный поток воздуха. Так как коэффициент полезного действия обуславливается темпом вращения ротора, таким аппаратом возможно управлять.

К достоинствам можно отнести возвращение тепла приблизительно 90%, экономичное расходование электричества, увлажнение воздуха, кратчайшие сроки окупаемости. Чтобы рассчитать эффективность рекуператора, необходимо измерить температуру воздуха и вычислить энтальпию всей системы по формуле: H = U + PV (U - внутренняя энергия; P - давление в системе; V - объём системы).