Рекуперация тепловой энергии в системах вентиляции и кондиционирования воздуха

Преимущества использования рекуператоров для вентиляции

Несмотря на то, что приточно-вытяжная система с рекуперацией тепла обойдется дороже, чем более примитивное оборудование, а тем более устройство естественного воздухообмена, экономия энергоресурсов в данном случае, а также отличный микроклимат в помещениях оправдывают ее установку.

Подключённый рекуператор

Воздухообмен при использовании рекуперации характеризуется постоянством. Он не зависит от капризов погоды, времени года и разницы температур вне помещения и внутри его.В помещение поступает чистый воздух. Для этого устанавливаются фильтры, задерживающие до 90% пыли и других взвешенных частиц.

Эксплуатационный срок подобной техники достаточно большой. Существенно продлить его поможет регулярное обслуживание, включающее смену расходных элементов (они довольно бюджетны).

Приточно-вытяжная вентиляция с рекуперацией тепла, схема

Наряду с весомыми преимуществами, вентиляционная система с рекуперацией тепла, как и любое оборудование, обладает некоторыми недостатками.

Отпугнуть потенциальных клиентов может необходимость высоких первоначальных инвестиций. Однако окупается такое оборудование достаточно быстро — в течение 3…5 лет. Помимо этого, проблемы при эксплуатации техники может доставить образование на стенках рекуператора конденсата. При низких температурах это чревато обледенением прибора, что приводит к снижению эффективности его работы или даже к поломке (чем больше разность между температурой снаружи и внутри строения, там выше риск появления на рекуператоре конденсата). Шум, производимый некоторыми моделями работающих теплообменников, также приносит определенное неудобство. Выходом из положения станет приобретение оборудования с хорошей звукоизоляцией.

Приточно-вытяжная вентсистема VKT с рекуперацией

В любом случае оправданием установки дорогостоящей системы станет ее эффективность, то есть экономия энергоресурсов при надлежащем уровне комфорта для людей, создаваемом этой техникой.

Устанавливается приточно-вытяжная вентиляция с функцией рекуперации на объектах различного назначения: в частных жилых строениях, в общественных зданиях, в офисах, на производстве и складах.

Монтаж приточной установки

Сегодня, когда энергоэффективность материалов, техники, различных устройств выходит на лидирующие позиции, ПВВс рекуператорами становятся все более актуальной. В европейских странах она давно стала устанавливаться повсеместно, тогда как у нас пока не получила широкого распространения.

Системы приточного типа с рекуперацией

Приточная установка с рекуперацией тепла начинает пользоваться все большим спросом среди частных домовладельцев. И ее достоинства, особенно в холодный период года, очень высоки.

Как известно, обеспечить жилое помещение необходимой вентиляцией можно многими способами. Это и естественная циркуляция воздуха, которая в основном осуществляется за счет проветривания комнат. Но согласитесь, что использовать такой способ зимой просто невозможно, поскольку все тепло быстро покинет жилые помещения.

Если же в доме, в котором циркуляция воздуха выполняется только естественным путем нет более эффективной системы, то получается, что в холода комнаты не получают нужного объема свежего воздуха и кислорода соответственно что в дальнейшем негативно сказывается на самочувствии всех членов семьи.

И вот здесь самым оптимальным вариантом будет рекуперация тепла в системах вентиляции. В идеальном варианте желательно приобретать установку, которая могла бы обеспечить и рекуперацию влажности.

Особенности и принцип работы

Под рекуперацией принято понимать процесс теплообмена, когда идущий с улицы холодный воздух нагревается тёплым потоком, который удаляется из квартиры. Используемые установки отличаются простотой конструкции, они надежны, позволяя предупредить быстрое охлаждение помещения в зимнее время года. Работают рекуператоры на электричестве, при этом современное оборудование отличается экономичностью, а расход энергии будет в разы меньше, чем возможная экономия на обогреве помещения.

Принцип работы таких устройств чрезвычайно прост. Внутри рекуператора холодный и теплый поток встречаются, но не смешиваются. При этом происходит активная передача тепла холодному воздуху с улицы, который может нагреваться на 3−5 градусов. В каждом конкретном случае эффективность таких устройств и их функциональные возможности будут различаться, в зависимости от выбранной конструкции, типа техники, наличия или отсутствия дополнительных вентиляторов с теплонагревающими элементами.

3 Принцип действия

Принцип работы роторного рекуператора

Обмен тепла зависит от взаимодействия вращающихся пластин с поступающим воздухом. Аппарат работает от электросети. Настройка электропривода позволяет прибору работать в определенном скоростном режиме. При работе теплообменника оба потока воздуха не смешиваются между собой, только влияют друг на друга.

Из-за разницы температуры входящего и исходящего воздуха происходит теплообмен. При этом действии холодный воздух нагревается, а горячий остывает. В отличие от пластинчатых рекуператоров, в роторных механизмах происходит частичное смешивание обеих частей воздуха.

Непосредственно передача тепла происходит во время вращения ротора, когда его лопасти отдают тепло восходящим потокам. Производительность процесса зависит от скорости вращения, которая поддается регулировке. В такой конструкции технически невозможно предотвратить смешивание поступающего и выходящего воздуха.

Особенности и основные преимущества

При рассмотрении технологии воздухообмена и характеристик вентиляционных установок можно выделить следующие достоинства:

• при заборе отработанных воздушных потоков из помещения устраняются вредоносные микробы и бактерии;
• тепловые потери снижаются примерно на 50%, что в целом сказывается на стоимости обслуживания системы отопления;
• широкая сфера использования, приточная вентиляция с рекуперацией тела применяется в бытовых, коммерческих и промышленных направлениях;
• не возникает проблем при монтаже, а простая конструкция обеспечивает длительный срок эксплуатации;
• в помещение поставляется без примесей, чистый и прогретый воздух;
• предотвращается образование конденсата на окнах и других поверхностях;
• установки энергонезависимы и просты в обслуживании, главное, ежегодно требуется менять фильтрующие элементы;
• на некоторых моделях можно регулировать влажность в помещении и температуру поставляемого воздуха.

Преимущества и недостатки пластинчатого рекуператора

Несомненными преимуществами использования пластинчатого рекуператора являются:- достаточно высокая эффективность – до 80%- экономия энергии при подогреве воздуха- долговечность системы- простота монтажа и компактность системы- относительно невысокая ценаПри этом можно отметить и определенные недостатки системы с пластинчатыми рекуператорами:- обмерзание в морозы – необходимо предусмотреть байпас- металлические и пластиковые теплообменники уменьшают влажность в помещенииНесмотря на некоторые отрицательные моменты, применение пластинчатых рекуператоров довольно распространено, особенно в офисных или административных зданиях, в загородных домах, на небольших складских площадях и является выгодным вложением при создании системы вентиляции. В настоящее время наиболее известными производителями данных механизмов являются: ВЕНТС (Украина), NED (Россия), SYSTEМAIR (Швеция), SHUFT (Дания), 2W (Чехия).

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 моноблочные установки укомплектованы:

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

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.

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.

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

О принципе рекуперации

Термин рекуперация происходит от латинского слова, означающего обмен, передачу чего-либо. В контексте вентиляции под этим понятием подразумевается передача тепла от вытяжного воздуха приточному без смешивания двух потоков. Первоначально интерес к устройствам рекуперации диктовался преимущественно тенденциями новаторства и перспективами экологической безопасности. Позже стало понятно, что это по-настоящему действенный способ оптимизировать энергетическую эффективность здания.

   Принцип работы рекуператора воздуха

Принцип возвратного теплообмена имеет количественное выражение. Эффективность теплопередачи тепла растёт вместе с повышением разницы температур. Также ввиду отсутствия смешивания потоков очевидно, что полноценная работа устройства возможна только при достаточно высоком отношении площади теплового контакта к массе проходящего через рекуператор воздуха.

По сути и принципу действия каждый рекуператор — это экономайзер, собирающий отходы низкопотенциальной энергии и направляющий их для совершения полезной работы. Для рекуперации тепла не свойственен высокий КПД, однако в хорошо утеплённых зданиях утечки тепла через вентиляцию относятся к основным потерям, поэтому их сокращение — важнейшая задача для обеспечения как можно более низкого теплового баланса.

Место и способ установки

Рекуператоры бывают напольной и подвесной потолочной установки. Есть и третий вариант — точечные стеновые рекуператоры, которые монтируются в каждом помещении, соседствующим с улицей, и не требуют прокладки дополнительных коммуникаций.

Варианты потолочной установки интересны возможностью спрятать техническое оснащение дома в полости подвесных или натяжных потолков. Такие устройства немного дороже из-за требований к компактности, в то же время для их подключения не требуются дополнительные обводные каналы. Очевидный минус такого типа размещения — повышенная шумность, обусловленная малым удалением работающих двигателей от вентиляционных решёток.

   Способ установки рекуператора в квартире

Напольные (и настенные) рекуператоры ориентированы на установку в технических помещениях. Их производительность не ограничена габаритами, но требуется качественно выполнить систему обвязки. Как правило, устройства этой категории используют по совместительству с системами воздушного отопления и кондиционирования.

Основные типы конструкций

Изначально устройства для рекуперации тепла в системах вентиляции представляли собой простейшую технику, выполненную в виде небольшого ящика с тонкой перегородкой. Сегодня появились многочисленные разновидности, которые отличаются своим принципом работы, наличием или отсутствием дополнительных нагревающих элементов, способом формирования воздушных потоков и рядом других характеристик.

Основные типы рекуператоров:

• Роторные.
• Пластинчатые.
• Канальные.
• Трубчатые.
• С отдельным теплоносителем.

Устройства с пластинчатым теплообменником используют перекрестный ток потоков, которые, не смешиваясь, эффективно передают тепло, нагревая тем самым помещение. КПД у таких установок в зависимости от их размера может составлять 60−80%. Они отличаются минимальными потерями давления, удобны в подключении и использовании, имеют компактную конструкцию, что позволяет располагать его внутри стен дома.

Комбинированные рекуператоры могут иметь два пластинчатых теплообменника, где формируется перекрестный поток воздуха. К преимуществам оборудования этого типа относится высокий коэффициент полезного действия, удобство подключения и простота обслуживания. Единственный недостаток таких установок — это существенная потеря давления, что вынуждает использовать дополнительные вентиляторы и нагнетатели для воздушного потока.

Пластинчатые промышленные теплообменники рекуператоров противоточного типа отличаются простотой конструкции, они обеспечивают КПД на уровне 90%, позволяя предупредить охлаждение помещения и эффективно нагревая поступающий в дом воздух с улицы. К недостаткам оборудования противоточного пластинчатого типа относят сложную конструкцию, высокую стоимость, а также увеличенные габариты.

Противоточные трубчатые бытовые теплообменники обеспечивают максимально возможную эффективность, имеют КПД на уровне 95%. Используя такой рекуператор в системе вентиляции, необходимо дополнительно подключать нагнетатели воздуха, так как потери давления могут составить 40−50%. Также недостатком установок этого типа являются их увеличенные габариты и высокая стоимость оборудования.

Рекуперативные теплообменники роторного типа обладают показателем КПД на уровне 75−85%, они рассчитаны на одну квартиру и имеют небольшое сопротивление потоку. Предлагаются такие установки по доступным ценам, отличаются компактными габаритами, их монтаж и последующее обслуживание не представляет какой-либо особой сложности.

Для чего нужна рекуперация влаги

Рекуперация влаги необходима для достижения комфортного соотношения влажности и температуры помещения. Лучше всего человек чувствует себя при уровне влажности в 50-65%.

В период работы отопления и без того сухой зимний воздух теряет еще больше влаги из-за контакта с горячим теплоносителем, нередко уровень влажности снижается до 25-30%. При таком показателе человек не только ощущает дискомфорт, но и наносит существенный вред своему здоровью.

Кроме того, что пересушенный воздух оказывает негативное влияние на самочувствие и здоровье человека, он еще и наносит непоправимый урон мебели и столярным изделиям из натурального дерева, а также картинам и музыкальным инструментам. Кто-то может сказать, что сухой воздух помогает избавиться от сырости и плесени, но это далеко не так. С подобными недостатками можно справиться путем утепления стен и устройства качественной приточно-вытяжной вентиляции с сохранением комфортного уровня влажности.

Особенности работы оборудования в северных широтах

Как правило, оборудование с рекуперацией имеет ограничения по минимальной температуре уличного воздуха. Связано это с возможностями рекуператора, и данное ограничение составляет от –25 до –30 °C. Если температура будет понижаться, конденсат из вытяжного воздуха будет замерзать на рекуператоре, поэтому при сверхнизких температурах используется электрический преднагреватель или водяной преднагреватель с незамерзающей жидкостью.

Например, в Якутии расчётная температура уличного воздуха составляет –48 °C. Тогда классические системы с рекуперацией работают следующим образом:

1. Уличный воздух с температурой –48 °C нагревается предварительным нагревателем до –25 °C (затрачивается тепловая энергия).

2. С –25 °C воздух нагревается в рекуператоре до –2,5 °C (при КПД = 50 %).

3. С –2,5 °C воздух нагревается основным нагревателем до требуемой температуры (затрачивается тепловая энергия).

При применении же специальной серии оборудования для Крайнего Севера с четырёхступенчатой рекуперацией Turkov CrioVent преднагрев не потребуется, так как четыре ступени, большая площадь рекуперации и возврат влаги позволяют не допускать обмерзания рекуператора.

Оборудование работает следующим образом:

1. Уличный воздух с температурой –48 °C нагревается в рекуператоре до 11,5 °C (КПД = 85 %).

2. С 11,5 °C воздух нагревается основным нагревателем до требуемой температуры (затрачивается тепловая энергия).

Отсутствие преднагрева и высокий КПД оборудования позволяют значительно сократить теплопотребление и упростить конструктив оборудования.

Применение высокоэффективных систем рекуперации в северных широтах наиболее актуально, поскольку из-за низких температур уличного воздуха применение классических систем рекуперации затруднительно, а оборудование без рекуперации требует слишком большого количество тепловой энергии. Оборудование Turkov успешно работает в городах с самыми сложными климатическими условиями, таких как Улан-Уде, Иркутск, Енисейск, Якутск, Анадырь, Мурманск, а также во многих других городах с более мягким, в сравнении с этими городами, климатом.

Рекуператор – тепловые трубы

Такой рекуператор представляет собой замкнутую систему трубопроводов, закачанных хладагентом, который в результате нагревания вытяжным воздухом испаряется, а при контакте с холодным приточным воздухом вновь конденсируется и принимает жидкое агрегатное состояние. Показатель эффективности находится в пределах 50–70 %.

Рекуператор воздуха, применяемый в системе вентиляции, позволяет добиться значительного снижения нагрузки на отопительную систему. Однако даже применение рекуператора требует обычно использования дополнительных секций в системе вентиляции. Для подогрева приточного воздуха применяются электрические нагревательные элементы или жидкостные калориферы, а для охлаждения приточного воздуха до заданной температуры — центральные кондиционеры или чиллеры.

Применение классических типов рекуператоров в системах вентиляции даёт возможность вторично использовать от 45 % тепла вытяжного воздуха.

Однако развитие систем рекуперации не стоит на месте, и способы и эффективность утилизации тепла вытяжного воздуха для сохранения его внутри обслуживаемых помещений постоянно совершенствуются. Результатом такого развития является, например, система с термодинамической рекуперацией тепла (тепловой насос вида «воздух-воздух» используется совместно с пластинчатым или роторным рекуператором), которая использует контур теплового преобразователя с прямым расширением, размещаемый в виде фреоновых теплообменников в вытяжном и приточном канале приточно-вытяжной установки после классического пластинчатого (или роторного) рекуператора. Такая система, после теплообмена непосредственно в рекуператоре, позволяет получить с вытяжного воздуха ещё какое-то количество тепла для передачи приточному, доводя общий показатель эффективности до 95–100 %. Таким образом, удаётся добиться максимально комфортной, то есть заданной температуры приточного воздуха почти без расхода энергоресурсов.

Ещё одно неоспоримое преимущество термодинамической или активной рекуперации состоит в том, что исключается потребность в дополнительных секциях нагрева и охлаждения.

В настоящее время уже разработаны и производятся установки, сочетающие в себе устройства приточной и вытяжной вентиляции, рекуператор воздуха и тепловой насос вида «воздух–воздух» для активной рекуперации. Данные приточно-вытяжные рекуперативные установки являются отличным универсальным решением для организации системы вентиляции в современных зданиях и сооружениях.

Весь модельный ряд приточно-вытяжных установок (ПВУ) с рекуперацией тепла по своим характеристикам оптимально подходит для реализации проектов приточно-вытяжных вентиляционных систем любых зданий и помещений бытового, служебного или промышленного назначения за счёт использования технологии «активной» рекуперации тепла (встроенная секция охлаждения или нагрева тепловым насосом вида «воздухвоздух»). Значительный эффект энергосбережения демонстрируют промышленные версии рассматриваемых установок.

При этом чем больше производственные мощности или выше требования к воздухообмену, тем значительнее экономия. Достаточно сказать, что по нормам воздухообмена в ряде промышленных производств (металлургия, химическое производство, кузнечные цеха) и в аспирационных системах требуется пятиили даже десятикратный обмен воздуха ежечасно. Проекты промышленной вентиляции с использованием данных ПВУ достаточно быстро окупаются.

В бытовых приточно-вытяжных установках используются ЕС-кулеры, которые, имея увеличенное давление воздуха и перекачиваемый объём, потребляют до четверти меньше электрической энергии по сравнению с идентичными асинхронными электродвигателями.

Промышленная линейка установок для регулирования производительности комплектуется частотными преобразователями.

Также опционально модели можно дооснастить инверторами и дополнительными теплообменниками, идеально приспособив установку к требованиям конкретного проекта.

2 Основные типы конструкций

Специалисты акцентируют внимание на том, что системы вентиляции с рекуперацией тепла бывают нескольких типов:

• пластинчатыми;
• с отдельными теплоносителями;
• роторные;
• трубчатые.

Разновидности рекуператоров воздуха

Пластинчатый тип – включает в себя конструкцию на основе алюминиевых листов. Такая установка рекуператора считается самой сбалансированной с точки зрения стоимости материалов и значения теплопроводности (КПД варьируется от 40 до 70%). Агрегат отличается простотой исполнения, ценовой доступностью, отсутствием подвижных элементов. Для установки не требуется специализированной подготовки. Монтаж без каких-либо сложностей выполняется дома, своими руками.

Пластинчатый тип

Роторные – достаточно популярные среди потребителей решения. В их конструкции предусмотрен вал вращения, питающийся от электросети, а также 2 канала под воздухообмен с противотоками. Как работает такой механизм? – Один из участков ротора прогревается воздухом, после чего он поворачивается и тепло перенаправляется к холодным массам, сосредоточенным в соседнем канале.

Роторный тип

Несмотря на высокий КПД, установки имеют и ряд весомых недостатков:

• внушительные массогабаритные показатели;
• требовательность к регулярному техническому обслуживанию, ремонту;
• проблематично воспроизвести рекуператор своими руками, восстановить его работоспособность;
• смешивание воздушных масс;
• зависимость от электрической энергии.

О видах рекуператоров можете посмотреть видео ниже (начиная с 8-30 минуты)

Обратите внимание! Вентиляционная установка с трубчатыми устройствами, а также отдельными теплоносителями практически не воспроизводится в домашних условиях, даже если под рукой есть все необходимые чертежи и схемы

Что скрывается за понятием «рекуперации»

Простыми словами рекуперация тождественна слову «сохранение». Рекуперация тепла – процесс сохранения тепловой энергии. Это происходит за счёт того, что поток воздуха, который выходит из помещения, охлаждает или подогревает воздух входящий внутрь. Схематически процесс рекуперации можно представить в таком виде:

Вентиляция с рекуперацией тепла происходит по такому принципу, который должен разделить потоки особенностями конструкции рекуператора во избежание смешивания. Однако, например, роторные теплообменники не дают возможности полностью изолировать приточный воздух от выходящего.

Что такое воздушный рекуператор

По своей конструкции рекуператор воздух-воздух – установка для утилизации тепла выходной воздушной массы, которая позволяет максимально рационально использовать тепло или холод.

Почему стоит выбрать рекуперационную вентиляцию

Вентиляция, которая основывается на рекуперации тепла, имеет очень высокие показатели КПД. Данный показатель рассчитывается по соотношению тепла, которое производит рекуператор в действительности, к максимальному количеству тепла, которое только возможно сохранить.

Выводы и полезное видео по теме

Сравнение работы естественной вентиляции и принудительной системы с рекуперацией:

Принцип функционирования централизованного рекуператора, расчет КПД:

Устройство и порядок работы децентрализованного теплообменника на примере стенового клапана Prana:

Через вентсистему из помещения уходит порядка 25-35% тепла. Для сокращения потерь и эффективной теплоутилизации используются рекуператоры. Климатическое оборудование позволяет задействовать энергию отработанных масс для нагрева поступающего воздуха.

Опубликовано 02.06.2020 Обновлено 13.06.2020 Пользователем admin