Рекуперация тепла в системах вентиляции — принцип действия схемы

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.

Схемы естественной вытяжной вентиляции

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.

Воздействие на окружающую среду

Энергосбережение является одним из ключевых вопросов как потребление ископаемого топлива, так и защита окружающей среды. Рост стоимости энергии и глобальное потепление подчеркнули, что разработка улучшенных энергетических систем необходима для повышения энергоэффективности при одновременном сокращении выбросов парниковых газов. Самый эффективный способ снизить потребность в энергии – более эффективно использовать энергию. Таким образом, утилизация отработанного тепла становится популярной в последние годы, поскольку повышает энергоэффективность. Во многих странах около 26% промышленной энергии по-прежнему расходуется в виде горячего газа или жидкости

Однако в течение последних двух десятилетий большое внимание уделялось рекуперации отработанного тепла из различных отраслей промышленности и оптимизации устройств, которые используются для поглощения тепла из отработанных газов. Таким образом, эти попытки способствуют снижению глобального потепления, а также потребности в энергии

Потребление энергии

В большинстве промышленно развитых стран на HVAC приходится треть общего потребления энергии. Более того, охлаждение и осушение свежего вентиляционного воздуха составляет 20–40% от общей энергетической нагрузки систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в жарких и влажных климатических регионах. Однако этот процент может быть выше, если требуется 100% вентиляция свежим воздухом. Это означает, что для удовлетворения потребностей пассажиров в свежем воздухе требуется больше энергии. Рекуперация тепла становится необходимостью из-за увеличения стоимости энергии для обработки свежего воздуха. Основная цель систем рекуперации тепла – снизить потребление энергии зданиями на отопление, охлаждение и вентиляцию за счет рекуперации отработанного тепла. В этом отношении автономные или комбинированные системы рекуперации тепла могут быть встроены в жилые или коммерческие здания для экономии энергии. Снижение уровня энергопотребления также может внести заметный вклад в сокращение выбросов парниковых газов в интересах устойчивого развития мира.

Парниковые газы

CO2, N 2 O и CH 4 являются общими парниковыми газами, а CO 2 крупнейший фактор изменения климата. Поэтому выбросы парниковых газов часто обозначают как выбросы эквивалента CO 2. Общие глобальные выбросы парниковых газов увеличились на 12,7% в период с 2000 по 2005 год. В 2005 году строительный сектор выбросил около 8,3 Гт CO 2. Более того, в большинстве развитых стран на здания ежегодно приходится более 30% выбросов парниковых газов. Согласно другому исследованию, здания в странах Европейского Союза вызывают около 50% выбросов CO 2 в атмосферу. Если принять надлежащие меры, можно сократить выбросы парниковых газов на 70% по сравнению с уровнями, ожидаемыми в 2030 году. Увеличение выбросов парниковых газов из-за высокого спроса на энергоносители завершилось глобальным потеплением. В связи с этим снижение выбросов газов в атмосферу является одной из важнейших проблем современного мира, которую необходимо решить. Системы рекуперации тепла обладают значительным потенциалом для снижения выбросов парниковых газов за счет снижения энергии, необходимой для обогрева и охлаждения зданий. Ассоциация шотландского виски реализовала на винокурне Glenmorangie проект по рекуперации скрытого тепла от новых промывочных кубов для нагрева другой технологической воды. Они обнаружили, что 175 т CO 2 в год будут сэкономлены с периодом окупаемости менее одного года. В другом отчете подчеркивается, что 10 МВт рекуперированного тепла могут быть использованы для экономии 350 000 евро в год на затратах на выбросы. Закон Великобритании об изменении климата от 2008 года нацелен на сокращение выбросов парниковых газов на 34% к 2020 году по сравнению с уровнями 1990 года и на 80% к 2050 году

Они подчеркивают заметный потенциал и важность технологий рекуперации тепла для достижения этой цели

Теплообменники пластинчатого типа

Самые простые конструкции для систем вентиляции. Теплообменник выполнен в виде камеры, разделенной на отдельные каналы, расположенные параллельно относительно друг друга. Между ними находится тонкая пластинчатая перегородка, которая имеет высокие теплопроводные свойства.

Принцип действия основан на обмене теплом воздушных потоков, то есть отработанный воздух, который удаляется из помещения и отдает свое тепло приточному воздуху, который поступает внутрь дома уже теплым, благодаря такому обмену.

К преимуществам такой технологии можно отнести:

Теплообмен с помощью рекуператора

• простую настройку устройства;
• полное отсутствие каких-либо движущихся деталей;
• высокую эффективность действия.

Ну, и одним наиболее существенным недостатком в работе такого рекуператора является образование конденсата на самой пластине. Обычно такие теплообменники требуется дополнительно монтировать специальными каплеуловителями. Это необходимый параметр, поскольку в зимнее время конденсат может замерзнуть и остановить устройство. Именно поэтому в некоторых устройствах данного типа есть встроенные системы размораживания.

Принцип действия и особенности агрегата

Понятие процесса

За счет такой схемы организации установка будет экономить тепло в доме. За короткий промежуток времени и с небольшими затратами электрической энергии будет сформирован идеальный микроклимат в доме.

Экономическая целесообразность теплообменника рекуперативного типа зависит и от остальных факторов:

• Цены на энергоносители.
• Цена установки устройства.
• Затраты, которые связаны с обслуживанием устройства.
• Продолжительность использования системы.

Обратите внимание, рекуператор воздуха для дома является важным, но далеко не единственным элементом, который требуется для эффективной вентиляции в жилом помещении. Вентиляция вместе с рекуперацией является комплексной системой, которая функционирует лишь при условии работы в профессиональной «связке»

Эффективность устройства

При понижении температуры окружающей среды эффективность агрегата уменьшается, но все же сделать рекуператор воздуха для частного дома своими руками важно, так как при существенной разнице система отопления будет перегружена. Если за окном лишь 0 градусов, то в жом будет попадать воздух с температурой в +16 градусов

Бытовые агрегаты с легкостью справляются со своей задачей. Эффективность устройства рассчитать несложно, если использовать следующую формулу:

Ƞ=(t_пост –  t_улицы)/(t_комн –  t_улицы)

• t_пост – это температура поступившего воздуха (после рекуперации).
• t_улицы – температура на улице.
• t_комн – температура в доме по рекуперации.

Основные разновидности конструкции

Специалисты уделяют особое внимание тому, что системы рекуперации с вентиляцией для тепла есть нескольких разновидностей:

• Пластинчатые.
• Роторные.
• С отдельными теплоносителями.
• Трубчатые.

Конструкция	КПД	Особенности
Теплообменник пластинчатого вида с перекрестным током	От 60 до 80%	Средний КПД, небольшие потери давления, конструкция компактная, удобно подключать.
Комбинированное устройство из двух пластинчатых теплообменников с перекрестным током	От 70 до 80%	Высокий КПД, но из-за этого потери давления выше, удобно подключать.
Теплообменник противоточный на пластиках	От 80 до (!) 90%	Высокий КПД при умеренных потерях давления, требуется место для установки, конструкция дороже вышеописанных.
Теплообменник противоточный канального типа	От 85 до 95%	Самый высокий КПД, относительно большие потери давления, потребуется дополнительно пространство для установки.
Роторный теплообменник	От 75 до 85%	Из-за риска переноса запахов подойдет только для вентиляции, которая рассчитана на одну квартиру, имеет небольшое сопротивление потоку.

Итак, давайте рассмотрим их подробнее.

Пластинчатый вид отличается от остальных видов тем, что в его конструкции есть алюминиевые листы. Такая установка считается наиболее сбалансированной даже с точки зрения стоимости и значения теплопроводности (КПД от 45% до 72%). Устройство отличается также простотой выполнения, доступной ценой и отсутствием каких-либо подвижных элементов. Для установки не потребуется специальная подготовка. Вы сможете провести ее без сложностей дома, собственноручно.

Роторные устройства являются самыми популярными. В их конструкции обязательно присутствует вал вращения, который питается от электричества, а еще 2 канала для воздухообмена с противотоками. Как именно работает подобный механизм? Один из участков ротора начинает прогреваться от воздуха, а после он поворачивается и тепло переходит к холодным массам, которые сосредоточены в соседнем канале. Но, несмотря на высокий уровень КПД у такой установки есть ряд весьма ощутимых недостатков:

• Большой вес.
• Требуется регулярный ремонт и техническое обслуживание.
• Сложно починить устройство своими руками, сделать его вновь работоспособным.
• Воздушные массы смешиваются.
• Зависимость от электроэнергии.

Виды рекуператоров

В жилых домах чаще всего для обеспечения эффективной вентиляции устанавливают устройства, в составе конструкции которых имеются централизованные теплообменники. Но только ими выбор вентиляционных систем, предлагаемых настоящее время для потребителей, не ограничивается. Доступны и системы другой конструкции. Если говорить о наиболее популярных, то выделим следующие их виды:

• пластинчатые;
• роторные;
• камерные;
• имеющие в своей конструкции промежуточный теплоноситель.

Теплообменники пластинчатого типа

Особенностью таких приточных рекуператоров является простота их конструкции. В их составе присутствует теплообменник. Он представляет собой камеру, которая разделена на отдельные каналы. Каждый из каналов располагается параллельно относительно друг друга. Пластинчатая перегородка небольшой толщины находится между ними. Она отличается высокими теплопроводными характеристиками.

Говоря о принципе действия подобных рекуператоров, отметим, что в основе их работы лежит обмен теплом воздушных потоков. Говоря другими словами, отработанный воздух при удалении из помещения передает свое тепло приточному воздуху, которые уже теплым поступает в помещение.

Системы вентиляции такого типа имеют свои положительные качества:

• настройка таких установок не содержит сложных моментов;
• в конструкции отсутствуют какие-либо движущиеся детали;
• для них характерна высокая эффективность работы.

Стоит сказать, что у этих рекуператоров имеются и определенные недостатки. Главным следует считать конденсат, образующийся на самой пластине в процессе работы установки. Чтобы нивелировать этот недостаток, при монтаже таких устройств вентиляции дополнительно выполняют установку специальных каплеуловителей. Монтаж таких рекуператоров необходим, поскольку конденсат, образовавшийся в зимнее время, может превратиться в лед и тем самым остановить работу системы. Именно этим и объясняется то, что в отдельных видах таких систем вентиляции имеется встроенная система размораживания.

Теплообменники роторного типа

между воздуховодными каналами

Недостатки имеются и у этих рекуператоров . Их использование не позволяет обеспечить защиту от грязи, пыли и запахов, которые могут поступать с приточным воздухом. Неплотности присутствуют в конструкции таких систем между ротором и корпусом. По этой причине потоки воздуха могут смешиваться с грязью и неприятными запахами, которые могут вновь поступать в помещение. Еще одним минусом таких рекуператоров является высокий уровень шума в процессе их работы.

Теплообменники камерного типа

В таких установках самой камерой между собой разделены воздушные потоки. Благодаря заслонке происходит обмен тепла. Во время работы системы она периодически меняет направление потоков.

Для таких рекуператоров характерна высокая эффективность работы. Недостатком является наличие подвижных деталей.

Теплообменники с промежуточным носителем

Если говорить о принципе работы таких устройств, то, отметим, что они в этом плане аналогичны пластинчатым теплообменникам. Замкнутый контур из трубки — именно так выглядит рекуператор в таких системах. Постоянная циркуляция воды осуществляется во время работы этих установок. Кроме воды иногда в патрубке движется водно-гликолевый раствор. Скорость циркуляции жидкости в замкнутом цикле контуре – основной фактор, влияющий на эффективность процессов теплообмена.

Смешивание потоков воздуха в установках такого типа исключено. Минусом можно считать низкую эффективность. При работе в помещении возвращается не более 50% забранного тепла.

Тепловые трубки

высокими теплопроводными свойствами

Установка такого теплообменника всегда выполняется в вертикальном положении. Канал вытяжки располагается на одном из его концов. Другой находится в приточном канале.

Рекуператор такого типа имеет простой принцип действия. Теплый воздух вытягивается из помещения, омывая трубку, передает свое тепло фреону, который при закипании перемещается вверх с большим количеством тепла. Омывающие вверх трубки приточный воздух забирает это тепло и поступает в помещение.

У таких теплообменников имеются свои достоинства:

• главным является высокая эффективность работы;
• кроме этого при использовании в помещениях не возникает никакого шума;
• еще один их плюс состоит в высоком КПД.

Используя их в своем жилище, можно существенно снизить затраты на обогрев помещения. Тепло, ушедшее из комнаты, будет возвращаться в нее благодаря системе с рекуперацией тепла. Тем самым будут снижаться затраты на обогрев.

Рекуперация тепла в системе вентиляции

забирает тепловую энергию

Наиболее эффективно применять для вентиляции рекуператоры в помещениях производственного назначения большой площади. Обогрев таких объектов требует от владельца больших затрат ресурсов. Использование системы с рекуперацией тепла позволяет свести минимуму затраты на обогрев.

Отметим, что приточные могут применяться не только на производстве, но и в частных домах. Любой дом имеет систему вентиляции, посредством которой осуществляется циркуляция воздуха в помещении. Через такую систему из помещений уходит тепло, что приводит к возрастанию затрат на обогрев помещений в доме. Использование же системы с рекуперацией воздуха помогает избежать высоких затрат на обогрев жилища. Есть несколько причин, почему в доме необходимо установить такую систему:

• ее использование в жилище обеспечивает быстрое удаление воздуха, в составе которого содержится большое количество углекислого газа;
• системы с рекуперацией тепла обеспечивают приток в нужном количестве свежего воздуха в жилые помещения;
• установка в жилищах таких систем позволяет устранить такое явление, как повышенная влажность помещения, а также справиться с неприятными запахами;
• установки этого типа также помогают экономить тепло;
• их использование в квартирах и домах обеспечивает удаление пыли и микроорганизмов, которые могут стать причиной заболеваний.

Зачем рекуператор в квартире

Самой главной, выполняемой рекуператором, функцией является обеспечение вентиляции помещения. Использование оборудования дает много других положительных эффектов, выполняя ряд функций:

Функциональность рекуператора

• Экономия электроэнергии;
• Проветривание. Вместо отработанного теплого воздуха с низким содержанием кислорода, квартира наполняется свежим;
• Отопление. Устройство наполняет квартиру теплым воздухом, даже если на улице -30 градусов;
• Очистка воздуха. Избавляет помещение от неприятных запахов и грязи в воздухе;
• В отличие от обыкновенного проветривания, во время обмена воздушных масс, в дом не попадает грязь с улицы, пыль, насекомые, а также исключены сквозняки.

В процессе рекуперации передача тепла происходит природным путем, без использования нагревателей. Теплообменник никак не влияет на химический состав воздуха.

Рейтинг моделей

Выбирая приточно-вытяжную систему с подогревом, многие люди обосновано обращают внимание на Mmotors эко-свежесть 01 standart. Стандарт канала для прохода воздуха тут составляет 100 мм

Производитель гарантирует нормальную установку в стенах толщиной от 0,27 м

Поддерживается оптимальный микроклимат в доме, поскольку воздух на притоке остается свеж даже после прохода через фильтр. Потребление энергии сравнительно невелико, к тому же присутствует и проводной пульт управления

Производитель гарантирует нормальную установку в стенах толщиной от 0,27 м. Поддерживается оптимальный микроклимат в доме, поскольку воздух на притоке остается свеж даже после прохода через фильтр. Потребление энергии сравнительно невелико, к тому же присутствует и проводной пульт управления.

Стоит отметить:

• наличие угольного фильтра, подавляющего запахи гари;

• определитель концентрации углекислоты;

• пригодность для отдельных помещений, в том числе медицинских учреждений;

• двухступенчатая регулировка скорости;

• датчик для замера влажности;

• малошумный электромотор на очень совершенных радиальных подшипниках.

Суммарная мощность электропривода составляет всего 18 Вт. За час обеспечивается обновление воздуха на площади до 100 кв. м. По желанию добавляется пульт управления, работающий на инфракрасных лучах. Но, разумеется, рынок этой моделью далеко не ограничивается. И многие эксперты полагают, что лучшим выбором может стать настенный рекуператор высокого класса.

Надо только тщательно подбирать линейный размер, чтобы обеспечить совместимость. Для изготовления теплообменников Shuft применяют добротную оцинкованную сталь толщиной минимум 0,7 мм. Поддон для дренажа тоже изготавливают из оцинкованной стали, при необходимости его можно снимать.

Важные особенности:

• пригодность для жилых, административных и основных производственных объектов;

• непригодность для систем аспирации;

• непригодность для воздуха, содержащего токсичные и едкие примеси, муку, пары клея;

• патрубок для сброса конденсата диаметром ½ дюйма;

• алюминиевая теплообменная кассета.

Штуцером для отводного канала под конденсат оснащается теплообменник Korf/ PR 40-20. Изготовитель заявляет, что КПД теплообмена может достигать 70%. Пластинчатое устройство, как и предыдущие модели, рассчитано на каналы размером 0,2х0,4 м. Повысить эффективность помогают пластины из алюминия, наибольшая толщина которых не более 0,2 мм. Точный расчет позволяет добиться оптимального баланса между производительностью и механической прочностью.

На 150 кв. м., даже и на 200 кв. м. уверенно рассчитана модель Dantex DV-200HRE. Этот рекуператор отлично поддерживает микроклимат в доме при температурах от — 20 до 40 градусов. Предусматривается использование каналов на 146 мм. Громкость звука при работе в различных условиях заявлена от 32 до 39 дБ. Производитель обещает, что можно будет четко регулировать уровень влажности в доме.

Прочие параметры:

• внешнее атмосферное давление в статике до 60 Па;

• эффективность при энтальпии 49/51%;

• собственная масса устройства 18 кг;

• электроснабжение от сети напряжением 220-240 В;

• опция программирования работы по времени;

• возможность подключения дополнительного электрического нагревателя (внутри или снаружи рекуператора).

RCS 350 отличается более широким диапазоном допустимых температур. Этот аппарат выручит и при — 28, и при +50 градусах. Его суммарная производительность даже выше, чем у предшествующей модели — за час можно обновить воздух на площади 330 кв. м. Это уже вполне достойно даже для крупного частного коттеджа.

Electrolux STAR EPVS-1100 не может похвастать широтой температурного диапазона, тот составляет всего от — 15 до + 40 градусов. Зато производительность рекордно велика — до 1100 кв. м. за 1 час. «Звезда» будет гонять воздух по каналу диаметром 250 мм, создавая при этом шум до 41 дБ. Что, впрочем, все равно не заглушит даже разговора обычным голосом. Наибольшее статическое давление составит 350 Па, а общая масса агрегата равна 66,5 кг.

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.

Рекуператор: что это такое?

Строительство воздушного рекуператора

Приточно-вытяжная вентиляция с рекуператором воздуха состоит из нескольких частей:

• устройство для всасывания воздуха с улицы;
• устройство для удаления воздуха из помещения наружу;
• вентиляция с рекуператором;
• соединительные воздуховоды;
• регулирующие вентиляционные отверстия, которые контролируют направление и количество перемещаемого воздуха.

Основное отличие этой системы от обычной вентиляции – наличие рекуператора тепла. Свежий воздух с улицы проходит через теплообменник, где встречается с теплым воздухом из помещения. Потоки не смешиваются, но холодный поток нагревается и поступает в дом уже теплым. Этот способ отопления дает возможность достичь оптимальной температуры в помещении без увеличения расходов на отопление.

Устройство устранит запотевание окон и повышенную влажность в помещении.