Рекуператоры воздуха. Виды и принцип работы

Рекуперация тепла в системах вентиляции: принцип работы и варианты исполнения

В процессе вентилирования из помещения утилизируется не только отработанный воздух, но и часть тепловой энергии. Зимой это приводит к увеличению счетов на энергоресурсы.

Сократить неоправданные расходы, не в ущерб воздухообмену, позволит рекуперация тепла в системах вентиляции централизованного и локального типа. Для регенерации тепловой энергии используются разные виды теплообменников – рекуператоры.

В статье подробно описаны модели агрегатов, их конструктивные особенности, принципы работы, достоинства и недостатки. Изложенная информация поможет в выборе оптимального варианта для обустройства вентиляционной системы.

Понятие рекуперации: принцип работы теплообменника

В переводе с латинского, рекуперация означает возмещение или обратное получение. В отношении теплообменных реакций, рекуперация характеризуется как, частичный возврат энергии, затраченной на проведение технологического действия с целью применения в этом же процессе.

В вентиляционной системе принцип рекуперации используется для экономии тепловой энергии.

По аналогии происходит рекуперация охлаждения в жаркую погоду – теплые приточные массы нагревают выводимую «отработку» и их температура понижается.

Рекуперация тепла в вентиляционных системах позволяет снижать затраты на их содержание, поддерживая нормативный воздухообмен

Установки для рекуперирования есть смысл применять в организованных вентиляционных системах с механическим побуждением движения воздуха

Рекуператоры вентиляционных систем располагают на чердаке или в отдельном подсобном помещении, чтобы звук работающего оборудования не мешал жильцам домов, посетителям спортивных комплексов и работникам производственных цехов

Рекуперированный воздушный поток с подмешенной к нему порцией свежего воздуха подается в помещения через вентиляционные решетки воздуховодов

При обустройстве производственных помещений вентиляционными контурами с сохранением полученного тепла и подмесом свежего воздуха оборудование для обработки потока устанавливается в чердачном пространстве, воздуховоды подвешивают под потолком

Кроме повторного использования тепла оборудование вентиляционных систем производит фильтрацию воздушной массы с удалением из нее пыли и токсичных компонентов

Выпускаемые в настоящее время рекуператоры оборудованы устройствами для сокращения энергозатрат, благодаря которым существенно сокращается расход электроэнергии

Рекуперация — экономное решение для принудительных вентиляционных систем, но его используют лишь в качестве дополнения. Основной объем воздуха в холодные месяцы все равно обрабатывает нагреватель

Процесс регенерации энергии осуществляется в рекуперационном теплообменнике. Устройство предусматривает наличие теплообменного элемента и вентиляторов для прокачивания разнонаправленных воздухопотоков. Для управления процессом и контроля качества подачи воздуха используется система автоматики.

Конструкция разработана так, чтобы приточные и вытягиваемые потоки находились в отдельных отсеках и не смешивались – теплоутилизация осуществляется через стенки теплообменника.

Разобраться и понять, что такое вентиляция с рекуперацией поможет наглядная схема циркуляции воздуха.

Через вытяжки во влажных помещениях (туалет, ванная, кухня) происходит отток отработанного воздуха. До того, как удалиться наружу, он проходит сквозь рекуператор и оставляет часть тепла. Подаваемый воздух движется во встречном направлении, нагревается и поступает в жилые комнаты (+)

Целесообразность рекуператора в вентиляции

Говорить о целесообразности обустройства рекуперативной вентиляции можно, оценив эффективность системы и сопоставив ее достоинства с недостатками.

От отработанного вытягиваемого наружу воздуха забирается часть тепла и передается нагнетаемым свежим струям, направленным вовнутрь помещения. Это позволяет снизить теплопотери до 70% (+)

Необходимость использования рекуперации тепла наиболее актуальна в зданиях с принудительным выводом воздуха. Как правило, это малоинерционные строения, возведенные с использованием инновационных теплоизоляционных технологий (дома из сэндвич-панелей, газосиликатных плит, пеноблоков).

В таких постройках стены плохо аккумулируют тепло, а естественный воздухообмен малоэффективен.

Однако проблемы с циркуляцией воздуха характерны и для «традиционных» построек из кирпича и бетона. Наличие герметичных тепло-звукоизолирующих ПВХ-окон блокирует циркуляцию с естественным побуждением – приток свежего воздуха останавливается, а тяга в вентканале опрокидывается или стремится к нулю.

Решение проблемы «евроокон» — организация принудительной вентиляции. Система восстанавливает воздухообмен, но при этом теплопотери увеличиваются до 60%. И здесь уже не обойтись без тепловой рекуперации.

Эффективность обменного процесса выражается в процентах и показывает количество затраченного тепла от вытяжного воздуха на обогрев свежей «приточки»

Показатель КПД вентиляционной рекуперации тепла:

• 0% — открытое окно – теплый воздух удаляется в атмосферу, а холодный попадает вовнутрь, понижая температуру в помещение;
• 100% — приточный воздух разогревается до температуры «отработки» — технически реализовать невозможно;
• 30-90% — допустимый параметр, хорошей считается рекуперация с эффективностью 60% и более, КПД свыше 80% — отличный теплообмен.

Эффективность системы зависит от типа рекуператора, габаритов помещения и расхода воздуха. В любом случае, использование рекуперационной вентиляции даже с КПД в 30% выгоднее, чем ее отсутствие. Кроме существенной экономии на энергоресурсы, «регенерация» тепла улучшает общий микроклимат в помещении.

Недостатки использования теплообменника:

1. Энергозависимость. Покупка климатического оборудования оправдана, если потребление электроэнергии будет значительно меньше, чем ее экономия после установки рекуператора.
2. Выпадение конденсата. Из-за разности температур на стенках теплообменника может конденсироваться влага. Зимой есть вероятность обледенения, что чревато стремительным снижением КПД или выходом рекуператора из строя.
3. Шумная работа. Некоторые модели в процессе эксплуатации издают гул. Если днем этот недостаток не особо ощутим, то ночью шум доставляет дискомфорт. Рекуператоры с улучшенной изоляцией работают тихо.

Высокие первоначальные инвестиции часто становятся главным аргументом против энергоэффективной вентиляции.

Целесообразно вкладывать деньги в ту систему, которая окупиться в течение 5-8 лет. Надо учесть, что для обслуживания комплекса придется нести дополнительные расходы, например, периодическая замена вентиляторов

Особенности разных видов теплообменников

Конструкция рекуператора определяет схему движения теплоносителя, эффективность вентиляционной системы, класс энергопотребления и стоимость оборудования. Применяется пять вариантов теплообменников: пластинчатый, роторный, тепловые трубки, камерные устройства и модели с промежуточным теплоносителем.

Пластинчатый рекуператор – простота конструкции

Основа теплообменника – герметичная камера с множеством параллельных воздуховодов. Каналы разделены перегородками – теплопроводящими пластинами, изготовленными из стали или алюминия.

Волнообразные пластины (60-70 штук) сгруппированы в одном блоке так, чтобы образованные каналы располагались перекрестно друг к другу – созданная турбулентность улучшает теплообмен (+)

Потоки газов движутся навстречу друг друга, пересекаются в кассете рекуператора, но не перемешиваются. Тепловой обмен осуществляется за счет единовременного охлаждения и нагрева пластинок с разных сторон.

Достоинства перекрестного теплообменника:

• простота монтажа и настройки оборудования;
• исключение контакта воздушных масс;
• доступная стоимость и компактные габариты;
• отсутствие трущихся и подвижных деталей.

Показатель эффективности варьируется в диапазоне 40-70%.

Основной недостаток пластинчатой модели – оседание конденсата в вытяжном канале и образование наледи зимой. Для размораживания агрегата входящая струя перенаправляется в обход теплообменника, а теплый выходящий поток растапливает лед на пластинах.

В режиме «разморозки» экономия энергии не происходит, для подогрева поступающего воздуха применяются калориферы мощностью до 5 кВт. Усредненное значение КПД падает на 20% (+)

Возможны два пути решения проблемы:

1. Предварительный подогрев поступающего воздухопотока до температуры, при которой образование наледи исключено.
2. Рекуператор с пластинами из гигроскопической целлюлозы. Материал впитывает влагу из отработанных воздушных масс и передает ее вновь поступающим потокам.

При выборе перекрестного теплообменника следует учесть эксплуатационные особенности пластин.

Их характеристики зависят от материала изготовления:

1. Алюминиевая фольга – доступная стоимость, но ограниченная производительность зимой. Кроме того, не рекомендовано для жилых помещений из-за просушивания воздуха. Модификации с алюминиевой «начинкой» — оптимальный вариант для бань и бассейнов.
2. Пластиковые перегородки – по цене аналогичны металлическим изделиям, но отличаются улучшенной эффективностью работы.
3. Целлюлозный теплообменник – препятствуют обмерзанию и поддерживают нормальное влагосодержание внутри помещения.

Гигроцеллюлозный рекуператор наиболее экономичен и оптимален для вентиляции жилых построек.

Роторный рекуператор – высокая эффективность системы

Теплообменник представлен в виде цилиндра, заполненного прослойками гофрированного металла. По мере вращения барабанной установки в каждый отсек поочередно поступают теплые или холодные струи воздуха.

Конструкция роторного рекуператора: вал вращения и два воздушных канала. Один участок ротора нагревается «отработкой», барабан прокручивается и тепло перенаправляется холодным массам, сосредоточенным в соседнем канале (+)

КПД теплообмена определяется скоростью вращения ротора, эффективность работы можно регулировать.

Аргументы «за» роторный рекуператор:

• возврат тепла до 65-90%;
• экономичность расхода электроэнергии;
• частичное возмещение влаги – можно обойтись без увлажнителя;
• период окупаемости – до 4-х лет.

Несмотря на высокую эффективность, теплообменник барабанного типа не стал лидером среди аналогичных установок.

Минусы вентиляционной системы:

1. Подмес загрязненного воздуха в приток. Через микроканалы поочередно циркулируют вытяжные и приточные массы, поэтому около 3-8% «отработки» возвращаются обратно. Барабан часто передает запах исходящего воздуха.
2. Сложность конструкции. Вращающиеся части ротора нуждаются в регулярном обслуживании и периодической замене. Движущиеся элементы во время работы издают шум и вибрацию.
3. Высокая стоимость. Цена на роторные модели выше, чем на пластинчатые изделия. Это обусловлено использованием сложной механики в конструкции барабанного теплообменника.
4. Большие размеры. Монтаж осуществляется в просторной венткамере.

Из-за громоздкости роторные установки используются преимущественно на промышленных предприятиях.

Для минимизации смешивания воздухопотоков роторные рекуператоры дополняются промежуточными секторами – здесь микроканалы продуваются свежим воздухом, который поступает обратно в вытяжку. Минус схемы – снижение КПД (+)

Связанные теплообменники – гликолевая модель

Рекуперационную установку с промежуточным теплоносителем из-за конструктивных особенностей часто называют связанными теплообменниками или глеколевым агрегатом. Это одна из самых гибких систем теплоутилизации. Один теплообменник врезается в приточный канал, а второй – в вытяжку.

В схеме обвязки присутствуют: циркуляционный насос, расширительный бак, воздушный клапан, контроллер, температурный датчик, предохранительный клапан, индикатор давления (+)

Принцип работы. Гликолиевый состав циркулирует между теплообменниками. Температура теплоносителя возрастает благодаря разогретому удаляемому потоку, а затем тепловая энергия передается свежему воздуху. Замкнутая система исключает смешивание встречных воздушных масс.

Особенности работы теплообменников с теплоносителем:

• КПД – 45-55%;
• регулировка эффективности с помощью насоса – выбирается скорость движения антифриза;
• возможность размещения приточно-вытяжных воздуховодов удаленно друг от друга (до 800 м);
• монтаж рекуператора осуществляется вертикально или горизонтально;
• в сильный мороз поверхность вытяжного теплообменника обмерзает – появляется лед; использование антифриза позволяет эксплуатировать рекуператор, не прибегая к разморозке;
• срок окупаемости системы – до 2-х лет;
• допустима комбинация 1 вытяжки и нескольких притоков или наоборот.

Объем удаляемого и поступаемого воздуха должен быть приблизительно равным. Такие рекуператоры обычно используются, если приток токсичен или сильно загрязнен, когда смешивание потоков недопустимо.

Камерный узел – универсальность применения

Конструктивно, камерный теплообменник – закрытый короб, разделенный внутри движущейся заслонкой. Открывающаяся перегородка определяет схему работы рекуператора.

Отток проходит вдоль одного канала, а приток поступает во вторую камеру. В теплообменнике теплые массы нагревают стенки первого отсека. Через время заслонка передвигается и воздухопоток изменяет направление

В результате – приток движется вдоль теплых стенок первого воздуховода, а «отработка» нагревает поверхность второй камеры. В определенный момент перегородка становится обратно и цикл повторяется.

Преимущества камерного теплообменного узла:

• КПД – 80-90%;
• в тандеме с качественной теплоизоляцией расходы на отопление сводятся к минимуму;
• простота монтажа – помощь специалистов понадобится при выборе параметров вентустановки;
• сохранение уровня влажности;
• исключено обмерзание системы.

Камерный рекуператор – отличный вариант для регионов, где в течение года длительный период наблюдается существенный дисбаланс между температурой внутри помещения и на улице.

К недостаткам узла регенерации тепла относятся:

• необходимость регулярного техобслуживания подвижных элементов;
• встречные воздушные струи частично смешиваются – запахи и примеси могут поступать обратно в здание.

Для сокращения подмеса система комплектуется фильтрующим элементом. Воздух становится чище, но эффективность рекуператора падает.

Тепловые трубки – закрытая система теплообмена

Рекуператор состоит из множества медных или алюминиевых трубок, заполненных легкоиспаряющимся веществом, например, фреоном. Принцип функционирования трубчатого теплообменника базируется на физических процессах – изменении состояния вещества при нагревании.

Термотрубка размещается вертикально – нижний конец теплообменника в вытяжном канале, а верх – в приточном воздуховоде. Исходящие потоки огибают конец трубки – фреон нагревается, вскипает и выпаривается (+)

Газ поднимается и отдает тепловую энергию притоку, после чего фреон конденсируется и стекает вниз рекуператора. Термический цикл повторяется по кругу.

Технико-эксплуатационные характеристики трубчатого теплообменника:

• эффективность устройства – до 65%;
• бесшумность работы благодаря отсутствию движущихся элементов;
• простота конструкции и неприхотливость в обслуживании;
• компактность — небольшие габариты и незначительный вес;
• энегронезависимость – теплоноситель циркулирует естественным путем;

Веское преимущество состоит в том, что воздушные потоки притока и обратки не перемешиваются.

Слабые стороны тепловых трубок:

• высокий уровень КПД достигается при узком температурном диапазоне – при резком перегреве весь фреон испаряется, а при недостаточном нагреве интенсивность парообразования замедляется;
• невысокая прочность трубок – изменение формы или разгерметизация снижает работоспособность оборудования.

Трубчатые рекуператоры применяются в частном строительстве, в административных, офисных зданиях и небольших промышленных площадях.

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 приточно-вытяжные установки моноблочного типа укомплектованы:

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

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. Их основная задача — улучшение приточной вентиляции в доме.

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, установить стеновой клапан можно самостоятельно.

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

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.

Есть, что дополнить, или возникли вопросы по работе разных вентиляционных рекуператоров? Оставляйте, пожалуйста, комментарии к публикации, делитесь опытом эксплуатации таких установок. Форма для связи находится в нижнем блоке.

Рекуператоры воздуха. Виды и принцип работы

С развитием технологий энергосбережения на рынке систем вентиляции и кондиционирования особую популярность получили рекуператоры воздуха – устройства для передачи тепловой энергии от вытяжного воздуха к приточному. В рамках данной статьи мы расскажем о принципе работы, видах и устройстве рекуператоров, их преимуществах и недостатках и критериях подбора.

Что такое рекуператор и каковы его функции

Рекуператор – это устройство, которое предназначено для передачи тепловой энергии от вытяжного выбрасываемого воздуха к приточному воздуху, подаваемому в помещение. В данном случае под тепловой энергией понимается как тепловая, так и холодильная, то есть вытяжной воздух может отдавать приточному как своё тепло, так и свой холод, соответственно, нагревая или охлаждая его.

Основной функцией рекуператора является получение полезной энергии от удаляемого воздуха из помещения. Эта функция дополняется условием: потоки не должны смешиваться, то есть приточный воздух не должен хоть сколько-нибудь значительно загрязняться отработанным вытяжным воздухом. В системах вентиляции и кондиционирования такое получение энергии актуально как зимой, так и летом.

В зимнее время задачей рекуператора является осуществление «бесплатного» нагрева приточного воздуха за счёт вытяжного. Для этого холодный поток воздуха с улицы и тёплый вытяжной поток воздуха из помещения подаются в теплообменник, где вытяжной воздух нагревает приточный. Так как вытяжной воздух всё равно был бы выброшен на улицу, можно говорить о том, что данный нагрев происходит «бесплатно».

Для вентиляционной установки такой нагрев позволяет существенно сэкономить на мощности электрического или водяного калорифера. Предположим, температура подаваемого в помещение воздуха зимой должна составлять +18 °С, а наружная температура составляет -26 °С. Таким образом, мощность нагревателя в системе без рекуператора следовало бы рассчитывать исходя из нагрева на 18-(26)=44°С.

При использовании рекуператора приточный воздух может быть нагрет за счёт вытяжного воздуха, например, до температуры +10 °С. В этом случае мощность нагревателя следовало бы рассчитывать исходя из нагрева всего на 18-10=8 °С. Так как мощность нагревателя прямо пропорциональна разнице температур, то рекуператор позволил бы сэкономить (44-8)100/44 = 82% мощности вентустановки.

Виды, устройство и принцип работы рекуператоров

Какого бы вида он ни был, рекуператор по своей сути – это теплообменник. Это может быть один теплообменник, в котором приточный и вытяжной потоки воздуха обмениваются теплом через тонкие стенки, или два теплообменника. Во втором случае в первом теплообменнике вытяжной воздух отдаёт своё тепло некоторому промежуточному теплоносителю, а во втором теплообменнике этот промежуточный теплоноситель отдаёт своё тепло приточному воздуху.

• Роторный рекуператор
• Пластинчатый перекрестно-точный рекуператор
• Рекуператор с промежуточным теплоносителем
• Камерный рекуператор
• Фреоновый рекуператор

Роторный рекуператор

Роторные рекуператоры DANTEX имеют одни из самых высоких показателей эффективности на рынке. Они представляют собой большое колесо (ротор), ось вращения которого совпадает с линиями движения воздуха, а расположена она между потоками таким образом, что половина ротора находится в зоне вытяжного воздуха, а вторая половина – в зоне приточного воздуха.

Ротор не является сплошным и представляет собой набор соединенных между собой пластин. Воздух может свободно проходить между пластинами, в буквальном смысле, сквозь ротор.

Роторный рекуператор

Медленно вращаясь, некоторая часть ротора сначала контактирует с вытяжным воздухом, который её нагревает. Спустя некоторое время эта часть ротора переходит в зону приточного воздуха, где нагревает его, отдавая накопленное ранее тепло. Сразу после этого она вновь переходит в зону вытяжного воздуха и нагревается. Цикл замыкается.

Во время перехода из зоны вытяжного воздуха в зону приточного и обратно, ротор между пластинами увлекает за собой некоторое количество воздуха, то есть, наблюдается смешивание потоков. Однако на практике смешивание потоков в роторных рекуператорах DANTEX настолько мало, что им обычно пренебрегают (составляет около 5%).

Пластинчатый перекрестно-точный рекуператор

Ещё один вид рекуператоров, предназначенных для применения в моноблочных приточно-вытяжных установках – это перекрестно-точные рекуператоры на базе пластинчатого теплообменника.

В отличие от роторных, данные аппараты не имеют движущихся частей. Они представляют собой пластинчатый теплообменник, по каналам которого движется приточный и вытяжной потоки воздуха. Эти каналы чередуются. Таким образом, каждый поток вытяжного воздуха через стенки контактирует с двумя потоками приточного воздуха, а каждый поток приточного – с двумя потоками вытяжного.

Перекрестно-точные рекуператоры DANTEX спроектированы таким образом, чтобы максимизировать площадь контакта между потоками. Именно этим и объясняется высокая эффективность теплообмена и, как следствие, высокая эффективность рекуперации тепла (до 70%).

Помимо обычных перекрестно-точных, в вентустановках DANTEX также применяются гексагональные рекуператоры. Они представляют собой смесь перекрестно-точного и противоточного теплообменников. Противоточные аппараты имеют более высокую эффективность, поэтому такой симбиоз идёт на пользу, и эффективность рекуперации вырастает до 77%.

Рекуператор с промежуточным теплоносителем

Третий вид рекуператоров – аппараты с промежуточным теплоносителем. Такие установки имеют два ключевых преимущества. Во-первых, они позволяют реализовать принципы рекуперации для раздельных и даже удалённых друг от друга приточных и вытяжных установок. Во-вторых, ими могут быть дополнены существующие системы вентиляции, которые изначально не предполагали рекуперацию тепла.

Итак, рекуператор с промежуточным теплоносителем представляет собой два теплообменника, устанавливаемых, соответственно, в приточной и вытяжной системах вентиляции, которые соединены трубопроводами с теплоносителем.

Рекуператор с промежуточным теплоносителем

Рекуператор с промежуточным теплоносителем

Зимой вытяжной воздух нагревает теплоноситель. Далее он при помощи насоса перекачивается в теплообменник приточной установки, где отдаёт своё тепло, нагревая приточный воздух. После этого он вновь направляется в теплообменник вытяжной установки.

Расстояние, на которое может перемещаться теплоноситель, практически не ограничено, поэтому вентустановки могут находиться на значительном удалении друг от друга, например, одна в подвале здания, а вторая – на кровле. Не стоит забывать, что увеличение трассы теплоносителя требует установки более мощного насоса, повышает стоимость трубопроводов и их монтажа, а также повышает потери тепла. Таким образом, чрезмерное увеличение трассы ведёт к удорожанию системы и снижению её эффективности. Тем не менее, в рамках здания такие системы достаточно широко распространены и окупают себя.

Камерный рекуператор

В рекуператорах камерного типа роль теплопередающей поверхности играет стенка камеры. При помощи специальной заслонки траектория движения вытяжного воздуха регулируется таким образом, что он проходит через одну половину камеры и нагревает её, а приточный воздух – через другую половину камеры.

Вскоре заслонка поворачивается, и теперь приточный воздух проходит через первую (нагретую) половину камеры, за счёт чего нагревается сам. В свою очередь вытяжной воздух проходит через вторую (остывшую) половину камеры и нагревает её. Далее заслонка возвращается в прежнее положение, и процессы повторяются.

Фреоновый рекуператор

Во фреоновых рекуператорах задействованы сразу два физических явления – смена агрегатного состояния вещества, и тот факт, что жидкость имеет более высокую плотность, нежели пар, вследствие чего жидкость всегда оказывается в нижней части ёмкости. Рассмотрим эти явления более подробно.

Во фреоновом рекуператоре между потоками вытяжного и приточного воздуха расположены кольцеобразные трубки с хладагентом. Поток вытяжного воздуха всегда должен быть ниже приточного и контактировать с нижней частью трубок. В них накапливается жидкий хладагент, который забирает тепло из вытяжного воздуха, выкипает и поднимается наверх, в зону приточного воздуха. Там он отдаёт своё тепло, конденсируется и опускается вниз.

Эффективность рекуператора

Важнейшей характеристикой рекуператора является его эффективность. Она показывает, как сильно рекуператор смог нагреть приточный воздух относительно идеального варианта. За идеальный вариант при этом принимается случай, когда приточный воздух нагрет до температуры вытяжного воздуха. На практике такой вариант недостижим, и нагрев происходит до некой промежуточной температуры Tп. Формула эффективности выглядит следующим образом:

• ТП – температура приточного воздуха после рекуператора, °С,
• ТН – температура наружного воздуха (приточный воздух до рекуператора), °С,
• ТВ – температура вытяжного воздуха до рекуператора, °С.

Данная формула учитывает изменение явного тепла в потоках воздуха. Однако у потоков может меняться и относительная влажность, и тогда лучше прибегать к расчёту эффективности рекуператора по полному теплу. Формула схожа по виду с предыдущей, но отталкивается от энтальпий потоков воздуха:

• IП – энтальпия приточного воздуха после рекуператора, °С,
• IН – энтальпия наружного воздуха (приточный воздух до рекуператора), °С,
• IВ – энтальпия вытяжного воздуха до рекуператора, °С.

Первая формула позволяет быстро оценить эффективность рекуперации. Для более точных результатов следует использовать вторую формулу.

Преимущества и недостатки рекуператоров разных типов

Преимущество рекуператоров очевидно – они позволяют существенно сэкономить на нагреве приточного воздуха зимой и охлаждении приточного воздуха летом.

• Они создают дополнительное аэродинамическое сопротивление в сети. Действительно, как любой другой элемент в сети вентиляции, рекуператоры имеют некоторое сопротивление, которое следует учитывать при выборе вентилятора. Впрочем, это сопротивление не велико (обычно не более 100 Па), и к существенному увеличению мощности вентилятора не приводит.
• Рекуператоры повышают как стоимость вентиляционной установки, так и стоимость её обслуживания. Как и любое другое решение, направленное на повышение энергоэффективности системы, рекуператоры стоят определенных денег и требуют регулярного технического обслуживания. Однако опыт многократно доказал, что затраты на рекуперацию тепла гораздо ниже получаемой выгоды.
• Роторные, камерные и в гораздо меньшей степени пластинчатые рекуператоры имеют один недостаток, который может быть критичным на некоторых объектах – в них возможны перетечки потоков воздуха. В этом случае опасность представляет перетекание вытяжного воздуха в приточный. Такие перетечки нежелательны в системах вентиляции чистых помещений и не допустимы, например, в инфекционных отделениях больниц и операционных. Причиной служит опасность перетекания вирусов, которые попали в вытяжку из какого-либо помещения, в приточный поток воздуха с последующим распространением по всем помещениям объекта. Как результат, на таких объектах применяют рекуператоры с промежуточным теплоносителем или фреоновые рекуператоры.
• Рекуператоры увеличивают габариты вентиляционной установки. В первую очередь это касается пластинчатых рекуператоров, так как они представляют собой воздухо-воздушные теплообменники и имеют достаточно крупные размеры. Кроме того, это касается рекуператоров с промежуточным теплоносителем ввиду наличия двух отдельных теплообменников, двух линий трубопроводов и узлов обвязки возле каждого из теплообменников.

Выбор типа рекуператора

• Возможность совмещения приточной и вытяжной установки в одном корпусе
• Габариты установки
• Желаемая эффективность
• Возможность небольших перетечек
• Цена

В прежние годы большое распространение имели рекуператоры с промежуточным теплоносителем. Сегодня их всё чаще заменяют роторными. В небольших приточно-вытяжных установках (для квартиры, коттеджа или маленького офиса или магазина) применяются пластинчатые перекрестно-точные рекуператоры. Наконец, на объектах, где перетекание вытяжного воздуха в зону притока не допустимо, предпочтение следует отдавать рекуператорам с промежуточным теплоносителем или фреоновым рекуператорам.

Вентиляция с рекуперацией в квартире. Без воздуховодов и СМС

Написать этот пост меня подтолкнула недавняя статья о приточной вентиляции в квартире. Я было хотел оставить развёрнутый комментарий, но понял что правильнее будет написать статью, т.к. мой опыт использования комнатных рекуператоров в качестве основной системы вентиляции может быть интересен многим.

Это КДПВ блок рекуперации/регенерации. Надеюсь, ни у кого нет трипофобии?

Итак, всё началось с духоты. Точнее, с утепления квартиры слоем экструзионного пенополистирола по всему периметру (панельная 9-этажка родом из 80-х, с кучей сквозящих углов). В результате чего, квартира стала условно герметичной и вопрос свежего воздуха встал в полный рост.

Поиск решения

Вводные данные были такие: 5-комнатная квартира со сложной планировкой, площадью 91 м2 с потолками 2.55 и несущими железобетонными стенами. Домовые вент.стояки работают чуть лучше чем никак. Куда тянуть и как размещать воздуховоды — вообще не понятно, прятать их особо некуда, да и начинать новый ремонт желания никакого нет.

Двое маленьких детей играют на полу, что исключает приоткрытые форточки. Но свежий воздух нужен прямо сейчас, т.к. залповые проветривания каждые полчаса совсем не спасают, да и постоянно перемещать всю семью из комнаты в комнату — то ещё удовольствие.

Изучая варианты, наткнулся на концепцию комнатных рекуператоров: по сути тот же бризер, но с блоком рекуперации/регенерации тепла и возможностью работы вентилятора как на приток, так и на вытяжку. Суть идеи в том, что устройство работает в циклическом режиме, некоторое время (30-60 сек у разных производителей) продувая воздух в одну сторону, а затем в другую (например, разворачивая блок с вентилятором). Получается аналог работы лёгких с «вдохом» и «выдохом». Центральное ядро из теплоёмкого материала (пластик или керамика) при этом является и теплообменником и временным накопителем тепла — регенератором:

Регенераторы разных моделей, для размещения внутри стены (снизу) или на наружной стене дома (сверху)

Отзывы на такие устройства были противоречивые, но пообщавшись на форуме с одним из создателей подобного девайса, всё-таки решил установить пару штук и посмотреть, какой будет эффект. Выбор пал на простую модель от Vakio. За вполне вменяемые деньги производитель обещал работу при суровом морозе (у нас -40 бывает), до 60 м3*ч с рекуперацией (и до 120 м3*ч — без) и эффективность возврата тепла не менее 80%.

Что ж, заманчиво.

Установка и первые впечатления

Специалисты по алмазному бурению за пол дня наделали красивых дырок отверстий в наружных стенах (требуется 132 диаметр под гильзу 125 мм) и первые три прибора заняли свои места (по одному в спальне, детской и гостиной). И здесь обнаружилась моя ошибка — толщины стен немного не хватило, в результате оголовки гильз торчали снаружи на 5-7 см. Пришлось утеплять пеной — не очень эстетично, ну да ладно.

Внутренний блок. Фильтр устанавливается сверху.

Обратная сторона. Место прижима к гильзе окружено резиновым уплотнителем. Есть заслонка для ручного перекрытия канала — достаточно герметичная.

Шумоглушитель. Не супер, но вполне работает.

Фильтр F6 и крышка. К сожалению, что-то серьёзное туда не поставить, но для лета, вместо блока регенератора, можно поставить модуль с HEPA от пыльцы и пыли.

Поворотный блок с мощным «серверным» вентилятором, производительность — 101 CFM ~171 м3*ч. Вот страница завода, если кому интересны характеристики.

Главный вопрос, который интересовал — насколько лучше станет качество воздуха? Стало сильно лучше. Собственно, в тех комнатах, где поселились приборы, мы просто перестали открывать форточки и как-либо ещё проветривать. В остальных комнатах — духота ощущалась сразу, свежий воздух туда не доходил.

Второй вопрос — рекуперация. По сравнению с приоткрытой форточкой — небо и земля. Зимой никаких проблем с холодными сквозняками, очень комфортно. Насколько хорошо работает рекуперация? Я решил это проверить и заморочился с измерениями (об этом — ниже), но в целом — думаю вполне в районе обещанных 80%.

Ну и третий вопрос — шум. Здесь всё немного грустнее. Шумят. На 2-3 скорости (из 7) — примерно как кондиционер, на 5-7 — слышно очень хорошо, особенно моменты разворота вентилятора. Но мне здесь повезло, никто в семье не испытывает проблем с этим шумом, спокойно спим даже при максимальной мощности приборов. Как выяснилось — на свежий воздух быстро «подсаживаешься», в итоге хочется ещё больше свежего воздуха. Так что у нас приборы почти всегда работают на максимуме (только в морозы ставим среднюю скорость).

Нужно больше воздуха!

Через год после установки первых приборов, взяли ещё три, в итоге теперь в квартире по одному в каждой комнате, включая кухню. И вот здесь выяснился неприятный момент: для нормальной работы нескольких приборов, они должны работать в противофазе. Т.е. когда половина из них работает на приток, вторая половина — на вытяжку. И каждые 40 секунд они меняются ролями, разворачивая вентиляторы. Проблема здесь в том, что приборы «глупые» и не умеют синхронизироваться (у производителя есть более дорогие модификации с заявленной возможностью синхронизации, но насколько это хорошо работает — сказать не могу). В общем, каждый раз, когда нужно переключить систему в режим рекуперации, приходится проходить по комнатам с секундомером в руках и каждые 40 секунд переводить один из приборов в нужный режим. И ещё повторять эту процедуру в случае если пропало электропитание (авария на подстанции или ещё что). Не удобно, наличие умных функций здесь бы очень пригодилось.

Но в целом, система работает и радует. Окна в квартире практически никогда не открываются, воздух всегда свежий. Настолько привык к работе вентиляции, что однажды проснулся ночью с неприятным ощущением, что что-то не так. Не сразу понял, что проблема была в духоте — сбой на подстанции обесточил несколько домов и у нас вырубилась вентиляция. Результат прям сразу стал ощутим. Что сказать — к хорошему быстро привыкаешь.

Ещё из важных моментов — необходимость работы увлажнителей в зимний период. Возможно конструкция регенераторов и позволяет вернуть часть влаги обратно, но этот эффект явно минимален и без увлажнителей воздух очень сухой (20-25%). Используем пару ультразвуковых, заливаем воду из осмоса, проблем нет.

Эксплуатация зимой и летом

Для эксплуатации приборов при температуре ниже -10С, предусмотрен так называемый «Зимний режим». При его включении, каждый час запускается пятиминутная усиленная продувка регенератора в режиме вытяжки. Для его отогрева и оттаивания конденсата (который таки намерзает). Это шумно, но терпимо. Больше раздражает необходимость учитывания этой продувки при синхронизации работы приборов зимой. Ведь если они включат продувку одновременно, то в квартире возникнет вакуум пониженное давление, начнётся подсос грязного воздуха из вент.стояков и подъезда. Да и эффективность такой продувки будет минимальной.

Что в итоге приходится делать? Верно, брать в руки секундомер и проходить по всем комнатам, переключая настройки, теперь уже каждые 6 минут (больше 5 минут и кратно циклам по 40 сек в которых работают приборы). Это меня сильно печалит, так что зимний режим я ставлю один раз, когда на улице начинаются лёгкие минуса и выключаю только весной. Да, этим приборам очень сильно не хватает автоматизации и привязки к различным системам умного дома.

Рекуперация зимой работает, даже в морозы. На удивление, проблем за два года эксплуатации особо не было. Так, один раз намертво замёрз регенератор, когда супруга совсем отключила прибор, но не перекрыла задвижку воздуховода — в результате за пол дня медленно уходящий воздух забил блок регенератора намёрзшим конденсатом. Но это скорее авария по вине пользователя. При обычной работе конденсат тоже намерзает, но проблем не создаёт:

Выглядит колхозно, но это моя вина: толщина стены меньше чем надо, гильза подрезана не по размеру и декоративная решётка успешно отвалилась.

С весны до осени всё вообще замечательно. Блоки регенераторов вынимаются, часть приборов переводится в режим притока (в комнатах, выходящих на северную сторону), часть приборов — в режим вытяжки (обычно делаю соотношение 4-2, чтобы создать небольшое избыточное давление).

Пыль и фильтры

Квартира находится на 5 этаже, крупных дорог рядом нет, но есть частный сектор. А топят у нас углём. Это реально проблема, зимой иногда над городом бывает «морозный смог» с дымом от угольных ТЭЦ и котелен. Фильтры в приборе стоят F6, моются раз в месяц. Вода при этом такая, как будто чернильницу опрокинули. Ну и в сухом виде это тоже не очень приятно:

Грязный и чистый фильтр.

Фильтры нужно промывать регулярно, иначе производительность приборов падает очень заметно. Мытый несколько раз фильтр субъективно не отличается по проницаемости от нового. Но здесь я могу ошибаться.

Измеряем КПД и качество воздуха

«Воздух стал свежий» — это конечно слишком субъективно. Нужно было чем-то измерить его качество и, после долгих поисков, остановился на портативном BLATN 128s

Пыль разного размера, CO2, формальдегид, летучие органические.

Такие данные были получены зимой, с одним взрослым и одним ребёнком в комнате и рекуператоре на средней скорости. Не супер, конечно. На высокой скорости показатели чуть лучше, СО2 в районе 850 ppm.

Когда город накрывает смогом от угольных котелен, за окном можно увидеть вот такую картину:

Звук пришлось отключить. т.к. прибор безостановочно вопил тревогу. Ну и значок противогаза как бы намекает.

Прогулявшись с прибором по родственникам, живущим как в квартирах, так и в частных домах, сделал неутешительные выводы: никто не заморачивается с качеством воздуха. CO2 под 1500-2000 ppm встречается через раз, где-то фонит ламинат или новая мебель из ЛДСП. Грустно, в общем.

Для измерения КПД рекуперации взял термогигрометр UNI-T UT333 BT с возможностью построения графика измерений. Прибор тормознутый и у них страшно глючное мобильное приложение, нормально выгрузить графики так и не смог, но общую картину увидеть можно:

В квартире +26, на улице -8, средняя скорость, пылевой фильтр снят, измерения внутри помещения

Если кратко, КПД рекуперации меняется в течении всего цикла, в зависимости от дельты температур между проходящим воздухом и регенератором, который постоянно остывает/нагревается. Минимальный КПД, в конце цикла «вдоха» я насчитал ~60% (было -8, стало +12, общая дельта 34), средний за весь цикл — 75-80% (примерно, т.к. нет возможности выгрузить данные, есть только такие графики). Вообще, кому интересно покопаться в данных, множество измерений с разными настройками и скоростью вентилятора я выкладывал в соответствующей теме на Форумхаусе, но общие выводы такие: рекуперация работает и в целом соответствует заявленной.

Выводы

Система работает и свою задачу выполняет. Воздух поступает, рекуперация помогает не использовать дополнительный преднагрев. Да, немного шумно, но для нас это явно «меньшее зло». Кто-то может подумать, что при наличии центрального отопления, эта рекуперация нафиг не нужна и можно просто сделать приток над батареей, но в моём случае это не вариант — т.к. часть зимы батареи у нас просто перекрыты (дом и так перегрет).

Из явных минусов — отсутствие автоматизации и некого централизованного управления (сценарии под разные времена года и жизненные ситуации).

Ну и самый важный вопрос — делал бы я такую систему не в квартире а в своём (строящемся) доме? Нет, конечно! При возможности разместить воздуховоды и изначально всё спланировать — централизованная ПВУ с рекуператором, канальным увлажнителем и прочими ништяками будет вне конкуренции. Как по тишине, так и по комфорту.

Однако для многих квартир, где нет возможности/желания устанавливать централизованные ПВУ, подобная распределённая система из комнатных рекуператоров вполне может стать приемлемым вариантом.

Источник https://sovet-ingenera.com/vent/raschety/rekuperaciya-tepla-v-sistemax-ventilyacii.html

Источник https://dantex.ru/articles/rekuperatory-vozdukha-vidy-i-printsip-raboty/

Источник https://habr.com/ru/post/482778/