Рекуператоры воздуха. Вентиляция с рекуперацией Оконный клапан с рекуперацией тепла

Многие здания, которые строятся в настоящее время, как промышленные, так и жилые, имеют очень сложную инфраструктуру и проектируются с максимальным упором на энергосбережение. Поэтому безустановок таких систем, как систем общеобменной вентиляции воздуха, систем дымозащиты и систем кондиционирования воздуха, обойтись невозможно. Для обеспечения эффективной и продолжительной службы вентиляционных систем, необходимо качественно запроектировать и установить систему общеобменной вентиляции воздуха, систему дымозащиты и систему кондиционирования воздуха. Монтаж такого оборудования любого типа должен производиться с обязательным соблюдением определенных правил. А по техническим характеристикам она должна соответствовать объему и типу помещения, в котором будет эксплуатироваться (жилое здание, общественное, промышленное).

Большое значение имеет правильная эксплуатация систем: соблюдение сроков и правил проведения профилактических осмотров, планово-предупредительных ремонтов, а также правильная икачественная наладка вентиляционного оборудования.

На каждую систему вентиляции в Москве, принятую в эксплуатацию, составляется паспорт и эксплуатационный журнал. Паспорт составляется в двух экземплярах, один из которых хранится на предприятии, а другой в службе технадзора. В паспорт вносятся все технические характеристики системы, сведения о проведенных ремонтных работах, к нему прилагаются копии исполнительных чертежей вентиляционного оборудования. Кроме того, в паспорте отражается перечень условий эксплуатации всех узлов и деталей вентиляционных систем.

По установленному графику проводятся плановые осмотры вентиляционных систем. В ходе плановых осмотров:

• Выявляются дефекты, которые устраняются при текущем ремонте;
• Определяется техническое состояние;
• Проводятся частичная очистка и смазка отдельных узлов и деталей.

Все данные планового осмотра вентиляционных систем, в обязательном порядке указываются в журнале эксплуатации.

Также, в течении рабочей смены, дежурной эксплуатационной бригадой, предусматривается плановой межремонтное обслуживание систем вентиляции. В такое обслуживание входит:

• Пуск, регулирование и выключение вентиляционного оборудования;
• Надзор за работой вентиляционных систем;
• Контроль соответствия параметров воздушной среды и температуры приточного воздуха;
• Устранение мелких дефектов.

Пусконаладочные работы систем общеобменной вентиляции воздуха, систем дымозащиты и систем кондиционирования воздуха

Этап пусконаладочных работ является очень важным этапом, ведь от пусконаладочных работ зависит качественная работа вентиляции и кондиционирования.

При пуско-наладке, видно работу монтажной команды, и параметры, указанные в проекте, происходят проверка и сравнение показателей оборудования с показателями, указанных в проектной документации. В ходе обследования осуществляется полная проверка технического состояния смонтированного оборудования, распределение и бесперебойность устройств регулировки, установка контрольно-диагностирующих приборов, выявление ошибок при работе оборудования. Если выявляются отклонения, которые в пределах нормы, то переналадка не происходит, и объект подготавливается к сдаче заказчику, с оформлением всех документов.

Все мастера нашей компании имеют профильное образование, аттестаты по ОТ и ТБ, богатый опыт работы и имеют все необходимые документы и свидетельства.

На этапе пусконаладочных работ мы осуществляем измерение скорости потока воздуха в воздуховодах, уровень шума, апробацию качества монтажа оборудования, регулировку инженерных систем в соответствии с параметрами проекта, паспортизацию.

Пусковые испытания и регулировка систем вентиляции и кондиционирования воздуха обязательно должны производиться строительно-монтажной или специализированной пусконаладочной организацией.

Паспортизация систем

Технический документ, составленный на основании проверки рабочего состояния систем вентиляции и оборудования, проведенной при помощи аэродинамических испытаний, называется паспортизацией вентиляционной системы.

СП 73.13330.2012 «Внутренние санитарно-технические системы зданий», актуализированная редакция СНИП 3.05.01-85 «Внутренние санитарно-технические системы» регламентируют форму и содержание паспорта вентиляционной системы.

Получение паспорта вентиляционной системы, в соответствии с требованиями, вышеуказанных документа, является обязательным.

В завершении работ по монтажу заказчик получает паспорт системы вентиляции.

Паспорт необходимо получить на каждую систему вентиляцией.

Паспорт незаменим для регистрации закупленного оборудования, для правильной эксплуатации, такого оборудования, с целью достижения необходимых санитарно-гигиенических параметров воздуха.

В установленный законодательством период, данный документ предоставляется контрольно-надзорным органом. Получение данного документа – это неоспоримое доказательство в решении спорных вопросов с соответствующими инстанциями.

Получение паспорта системы вентиляции может проводиться как отдельный вид работ, состоящий из комплекса аэродинамических испытаний. Проведение таких мероприятий регламентировано следующими нормативными актами:

• СП 73.13330.2012;
• СТО НОСТРОЙ 2.24.2-2011;
• Р НОСТРОЙ 2.15.3-2011;
• ГОСТ 12.3.018-79. «Системы вентиляционные. Методы аэродинамических испытаний»;
• ГОСТ Р 53300-2009;
• СП 4425-87.«Санитарно-гигиенический контроль производственных помещений»;
• СанПиН 2.1.3.2630-10.

Приточно – вытяжная вентиляция с рекуперацией тепла – система, позволяющая наладить надежную смену отработанного воздуха в помещении. Установка оборудования позволяет подогревать поступающий в помещение воздух, с помощью температуры выходящего потока. Затраты на приобретение и установку системы быстро окупаются.

Важно знать основные моменты при подборе и установке оборудования.

Что такое рекуперация тепла?

В рекуператоре воздуха производится отдача тепла отработанных газов. Два потока, разделены стенкой, через которую происходит теплообмен между двигающимися потоками воздуха в постоянном направлении. Важная характеристика оборудования – это уровень КПД рекуператора. Это значение для разных видов оборудования, находится в промежутке 30-95%. Это значение находится в прямой зависимости от:

• конструкции и разновидностей рекуператора;
• разности температур нагретого выходящего воздуха и температуры носителя за устройством теплообменника;
• ускорения продвижения потока по теплообменнику.

Достоинства и недостатки системы вентиляции с теплообменником

Такое оборудование позволяет:

• производить постоянную смену воздушных масс в помещении различных по площади;
• при потребности жильцов, возможна подача подогретого потока;
• происходит постоянная очистка поступающего кислорода;
• по желанию, возможна установка оборудования с возможностью увлажнения воздуха в помещениях, в таких системах предусмотрен канал, для удаления конденсата;
• при рекуперации тепла и подборе достаточного по мощности оборудования, возможно значительное сокращение затрат на оплату за электроэнергию.

Среди недостатков системы можно выделить несколько пунктов:

• повышенный уровень шума при работе вентиляторов;
• при установке дешевой техники, отсутствует возможность охлаждать поступающий воздух в жаркий период;
• требуется постоянно контролировать и отводить конденсат.

Принцип работы системы вентиляции

Такая вентиляция с рекуперацией тепла позволяет, понизить нагрузку на систему кондиционирования зданий в жаркий период года. Кондиционированный воздух из помещения, при прохождении через теплообменник понижает температуру атмосферного потока с улицы. В зимний период, по такой схеме проходит нагрев забортного потока.

Особенно актуальна установка в зданиях с большой площадью и общей системой кондиционирования. В таких местах уровень воздухообмена может превышать 700-800 м 3 /ч. Такие установки имеют внушительные габариты, поэтому потребуется подготовить отдельное помещение в подвале, на цокольном этаже или чердачном помещении. Если необходима установка на чердаке, его потребуется сделать дополнительную звукоизоляцию и предотвратить потери тепла и образование конденсата в воздуховодах.

Система вентиляции с рекуперацией изготавливается нескольких видов, разберем достоинства и недостатки каждого из них.

Типы устройств с рекуперацией воздуха

Для лучшего сравнения представим виды рекуператоров в отдельной таблице.

Выпускается рекуперационная установка с тепловыми трубками, для отдельных небольших помещений в здании. Для них не требуется проводить систему воздуховодов. Но в этом случае, при недостаточном расстоянии между потоками, возможно удаление поступающих потоков и отсутствие циркуляции воздушных масс.

Перечень возможных проблем после установки системы

Критических проблем, если в здании установлена рекуперативная вентиляция не возникает. Основные неисправности устраняются производителями систем по гарантии, но несколько «неприятностей» смогут омрачить радость у собственников зданий и помещений, после установки оборудования приточно – вытяжной системы вентилирования воздуха. К ним относятся:

1. Возможность образования конденсата. При прохождении потоков воздушных масс с высокой температурой нагрева и соприкосновении их с холодным атмосферным воздухом, в замкнутой камере происходит выпадение капель воды на стенках камеры. При минусовой температуре на улице происходит обмерзание ребер теплообменника, и движение потоков нарушается, понижается эффективность работы системы. При полном обмерзании каналов, работа устройства может прекратиться.
2. Уровень энергоэффективности системы. Приточно – вытяжные системы, оснащенные дополнительным теплообменником различных видов, требуют для работы поступления электричества. Поэтому требуется проводить точные расчеты оборудования разного типа именно для помещения, которое будет обслуживаться системой.

Следует не экономить средства при покупке, и приобретать устройство, в котором уровень экономии энергии, будет превышать затраты на работу оборудования.

1. Срок полной окупаемости системы вентилирования воздуха. Период полного возврата затраченных средств на покупку и установку оборудования напрямую зависит от предыдущего пункта. Для потребителя важно, чтобы эти затраты окупились за 10-ти летний период. В противном случае, оснащение помещения или здания дорогостоящей системой вентиляции не рентабельна.

За этот срок потребуется произвести ремонт и возможную замену деталей системы и дополнительных затрат на их покупку и оплаты за их замену.

Способы предотвращения обмерзания рекуператора

Некоторые виды устройств изготовлены с учетом предупреждения сильного обмерзания поверхностей теплообменника. При низкой температуре на улице, наросты льда могут полностью перекрыть доступ свежего воздуха в помещение. Некоторые системы начинают зарастать коркой льда при опускании уличной температуры ниже 0 0 .

В этом случае, выходящий из помещения поток охлаждается до температуры менее точки росы и поверхности начинают обмерзать. Для возобновления работы устройства потребуется поднять температуру поступающего потока до плюсовых значений. Ледовая корка разрушится, оборудование сможет продолжить работу.
Во избежание таких ситуаций приточно – вытяжные установки с вмонтированным рекуператором тепла можно защитить от такой поломки при помощи нескольких способов:

• для защиты устройства может потребоваться дополнительное оснащение установки электрическим подогревателем воздуха. Он не позволяет охлаждаться выходящим воздушным массам ниже точки росы и препятствует появлению капель воды и образованию льда;
• самый надежный метод, исключающий вероятность обмерзания ребер рекуператора – это оборудование устройства электронной системой управления схемой для разморозки, включение которой происходит с учетом нескольких параметров. Для этого может потребоваться установить дату включения в работу электрических нагревателей поступающего воздуха, при первых минусовых температурах.
  Можно установить датчик, реагирующий на холодный воздух, и включающий в системе вентиляции воздушные тэны. В любом случае работа подогревающих воздух устройств в вентиляции носит циклический характер, только в холодное время года. При включении приточной вентиляции, нагревается входящий поток и отработанные газы, выводимые из помещения.

Через определенный промежуток времени, происходит отключение приточного вентилятора. В это время в рекуператоре поступающий поток нагревается за счет температуры выходящего воздуха, который вытесняется с помощью вытяжного вентилятора. Этот принцип работы схемы подогрева, работает в автоматическом режиме весь холодный период года.

Для недопущения образования наледи на устройстве, советуем приобрести пластинчатый вид рекуператора с пластиковыми ребрами.

Способ самостоятельного расчета мощности приточно – вытяжной вентиляции

В первую очередь необходимо определить величину объема всех воздушных потоков, необходимого для создания комфортных условий. Это можно сделать несколькими способами:

1. Можно произвести расчет, исходя из общей площади здания, не учитывая проживающих жильцов. Здесь применяется такая схема расчета – в течение часа, для каждого м 2 общей площади должно поступить 3 м 3 воздуха.
2. Исходя из санитарных нормативов, для комфортного проживания, для каждого проживающего в помещении должно поступать в течение часа не менее 60 м 3 , для приходящих гостей необходимо добавить еще 20 м 3 .
3. Исходя из строительных нормативов 2.08.01-89 года разработаны нормы кратности замены воздуха в помещении определенной площади в течение часа. Здесь расчет производится с учетов назначения зданий. Для этого необходимо определить произведение частоты полных замен воздушных масс и объема всего помещения или здания.

В заключение отметим.

Независимо от произношения слова вентиляция, по английски или других языках, главная задача приточно – вытяжной системы с рекуператором тепла – создание для находящихся в помещении людей комфортных условий. Поэтому, определившись с расчетом необходимой мощности и видом теплообменника, можно смело приступать к оснащению дома надежной системой вентиляции.

Для увеличения срока службы, в схему можно добавить фильтры для очищения воздуха. Но следует помнить – легче не допустить поломки, проводя своевременное обслуживание и уход, чем тратить средства на ремонт или покупку нового оборудования.

Вентиляция с рекуперацией – это оборудование, предназначенное для обработки воздуха до таких параметров, при которых человек мог бы себя чувствовать комфортно и безопасно. Такие параметры регламентированы нормами и лежат в пределах: температура 23÷26 С, влажность 30÷60%, скорость движение воздуха 0,1÷0,15 м/с.

Существует еще один показатель, который напрямую связан с безопасностью нахождения человека в закрытых помещениях – это наличие кислорода или точнее сказать процентное содержание углекислого газа в воздухе. Углекислый газ вытесняет кислород и при содержании от 2 до 3% углекислого газа в воздухе может привести человека к потере сознания или летальному исходу.

Именно для поддержания этих четырех параметров и служат вентиляционные установки с рекуперацией. Особенно актуально это для современных бизнес центров, где полностью отсутствует естественный приток свежего воздуха. Промышленные, административные, торговые, жилые, и другие помещения не могут обойтись без современного вентиляционного оборудования. При сегодняшней загрязненности воздуха вопрос установки вентиляционных установок с рекуперацией наиболее актуален.

Возможна установка в вентиляции с рекуперацией дополнительных фильтров и других приспособлений, которые позволяют еще лучше очистить и обработать воздух до заданных параметров.

Все это можно сделать при помощи вентиляционных установок Dantex.

Принцип действия приточно-вытяжной системы вентиляции с рекуперацией тепла

Благодаря приточно-вытяжной системы вентиляции в помещение нагнетается чистый воздух, а отработанный прогретый воздух выводится наружу. Проходя через теплообменник, прогретый воздух оставляет часть тепла стенкам конструкции, вследствие чего холодный воздух, поступающий с улицы, прогревается от теплообменника, не затрачивая дополнительной энергии на прогрев. Эта система наиболее эффективна и менее энергозатратна, чем система вентиляции без рекуперации тепла.

Эффективность рекуператора меняется от температуры наружного воздуха, ее можно рассчитать по общей формуле:

S = (T1 – T2) : (T3 – T2)
где:

S – эффективность рекуперации;
T1 – температура воздуха поступающего в помещение;
T2 – температура воздуха на улице;
T3 – температура воздуха в помещении.

Виды рекуператоров

Пластинчатые рекуператоры

Данный вид теплообменника состоит из набора тонких пластин из алюминия или любого другого материала желательно с хорошими теплопередающими характеристиками). Это самый недорогой и наиболее популярный тип прибора (рекуператора). КПД пластинчатого рекуператора может составлять от 50% до 90%, а срок службы, благодаря отсутствию движущихся частей, очень долгий.

Главный минус таких рекуператоров – образование наледи из-за разницы температур. Предлагается три варианта решения данной проблемы:

• Не использовать рекуперацию при экстремально низких температурах
• Использовать модели автоматизированным процессом рекуперации. В данном случае холодный воздух обходит пластины, а теплый – отогревает наледь. Но стоит учесть, что КПД у таких моделей в холода снизится на 20%.

Роторные рекуператоры

В теплообменнике предусмотрена подвижная деталь – цилиндрический ротор (рекуператор) , которая состоит из профилированных пластин. Передача тепла происходит при вращении ротора. КПД составляет от 75 до 90%. В данном случае скорость вращения влияет на уровень рекуперации. Скорость можно регулировать самостоятельно.

Наледь на роторных рекуператорах не образуется, но в обслуживании они является более сложными, в отличие от пластинчатых рекуператоров.

С промежуточном теплоносителем

В случае с промежуточным теплоносителем, как и в пластинчатых рекуператорах, предусмотрено два канала для чистого и отработанного воздуха, но теплообмен происходит через водно-гликолевый раствор или воду. КПД такого устройства ниже 50%.

Камерные рекуператоры

В данном виде воздух проходит через специальную камеру (рекуператор), в которой предусмотрена подвижная заслонка. Именно заслонка имеет возможность перенаправлять потоки холодного и горячего воздуха. За счет такого периодического переключения потоков воздуха происходит рекуперация. Однако в такой системе происходит частичное смешение выходящих и входящих воздушных потоков, что приводит к попаданию посторонних запахов обратно в помещение но, в свою очередь, такая конструкция обладает высоким КПД – 80%.

Тепловые трубки

Такой механизм имеет множество трубок, которые собраны в единый герметичный блок, а внутри трубки заполнены специальным легкоконденсирующимся и испаряющемся веществом, чаще всего это фреон. Теплый воздух, проходя через определенную часть трубок, нагревает и испаряет его. Он перемещается в область трубок, через которую проходит холодный воздух и своим теплом нагревает его, а фреон при этом охлаждается и это может привести к образованию конденсата. Плюс такой конструкции в том, что в помещение не попадает загрязненный воздух. Оптимальное применение тепловых трубок возможно в небольших помещениях в климатических зонах с небольшой разницей межу внутренними и внешними температурами.

Иногда рекуперации не достаточно, чтобы обогреть помещение при низких наружных температурах, поэтому зачастую в дополнение к рекуперации используются электрические или водяные нагреватели. В некоторых моделях обогреватели выполняют функцию защиты теплообменника от обледенения.

Рециркуляция воздуха в системах вентиляции представляет собой смешение некоторого количества отработанного (вытяжного) воздуха, к приточному потоку. Благодаря этому достигается снижение затрат энергии на нагрев свежего воздуха в зимний период года.

Схема приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией и рециркуляцией,
где L - расход воздуха, T - температура.

Рекуперация тепла в вентиляции - это способ передачи тепловой энергии от потока отработанного воздуха, к потоку приточного. Рекуперация применяется при наличии разности температур между удаляемым и приточным воздухом, для повышения температуры свежего воздуха. Данный процесс не подразумевает смешения воздушных потоков, процесс передачи теплоты происходит через какой-либо материал.

Температура и движение воздуха в рекуператоре

Устройствами, которые осуществляют рекуперацию теплоты, носят название рекуператоры теплоты. Они бывают двух видов:

Теплообменники-рекуператоры - они передают тепловой поток через стенку. Они чаще всего встречаются в установках систем приточно-вытяжной вентиляции.

В первом цикле, которые нагреваются от уходящего воздуха, во втором охлаждаются, отдавая тепло приточному.

Система приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией является наиболее распространенным способом использования рекуперации теплоты. Основным элементом данной системы является приточно-вытяжная установка, в составе которой установлен рекуператор. Устройство приточной установки с рекуператором, позволяет передать нагреваемому воздуху до 80-90% теплоты, что значительно снижает мощность калорифера, в котором происходит подогрев приточного воздуха, в случае нехватки теплового потока от рекуператора.

Особенности применения рециркуляции и рекуперации

Основным отличием рекуперации от рециркуляции является отсутствием подмешивания воздуха из помещения к наружному. Рекуперация тепла применима для большинства случаев, в то время как рециркуляция имеет ряд ограничений, которые указаны в нормативных документах.

СНиП 41-01-2003 не допускает повторную подачу воздуха (рециркуляция) в следующих ситуациях:

• В помещениях, расход воздуха в которых определяется из расчета выделяемых вредных веществ;
• В помещениях, в которых имеются болезнетворные бактерии и грибки в повышенных концентрациях;
• В помещениях, с наличием вредных веществ, возгоняемые при контакте с нагретыми поверхностями;
• В помещениях категории Б и А;
• В помещениях, в которых производятся работы с вредными или горючими газами, парами;
• В помещениях категории В1-В2, в которых могут выделяться горючи пыли и аэрозоли;
• Из систем, с наличием в них местных отсосов вредных веществ и взрывоопасных смесей с воздухом;
• Из тамбуров-шлюзов.

Рециркуляция:
Рециркуляция в приточно-вытяжных установках активно применяется чаще при большой производительности систем, когда воздухообмен может быть от 1000-1500 м 3 /ч до 10000-15000 м 3 /ч. Удаляемый воздух несет в себе большой запас тепловой энергии, подмешивание его в поток наружного, позволяет повысить температуру приточного воздуха, тем самым снизится требуемая мощность нагревательного элемента. Но в подобных случаях перед повторной подачей в помещение, воздух должен пройти систему фильтрации.

Вентиляция с рециркуляцией позволяет повысить энергоэффективность, решить проблему энергосбережения в случае, когда 70-80% удаляемого воздуха поступает в систему вентиляции повторно.

Рекуперация:
Приточно-вытяжные установки с рекуперацией возможно устанавливать практически при любых расходах воздуха (от 200 м 3 /ч и до нескольких тысяч м 3 /ч), как при маленьких так и при больших. Рекуперация так же позволяет передавать тепло от вытяжного воздуха к приточному, тем самым снижая потребность энергии на нагревательном элементе.

Относительно небольшие установки применяют в системах вентиляции квартир, коттеджей. В практике приточно-вытяжные установки монтируют под потолком (например, между перекрытием и навесным потолком). Данное решение требует от установки некоторых специфических требований, а именно: незначительные габаритные размеры, низкий уровень шума, простое обслуживание.

Приточно-вытяжная установка с рекуперацией требует обслуживания, что обязывает сделать в потолке люк для обслуживания рекуператора, фильтров, нагнетателей (вентиляторов).

Основные элементы приточно-вытяжных установок

Приточно-вытяжная установка с рекуперацией или с рециркуляцией, имеющая в своем арсенале и первый, и второй процесс, всегда сложный организм, требующий высокоорганизованного управления. Приточно-вытяжная установка скрывает за своим защитным коробом такие основные компоненты как:

• Два вентилятора различного типа, которые определяют производительность установки по расходу.
• Теплообменник рекуператор - нагревает приточный воздух путем передачи тепла от удаляемого воздуха.
• Электрический нагреватель - нагревает приточный воздух до нужных параметров, в случае нехватки теплового потока от вытяжного воздуха.
• Воздушный фильтр - благодаря нему производится контроль и очистка наружного воздуха, а также обработка вытяжного перед рекуператором, для защиты теплообменника.
• Воздушные клапана с электроприводами - могут быть установлены перед выходными воздуховодами для дополнительного регулирования воздушным потоком и перекрытия канала при выключенном оборудования.
• Байпас - благодаря которому воздушный поток можно направить мимо рекуператора в теплый период года, тем самым не нагревать приточный воздух, а подавать его напрямую в помещение.
• Камера рециркуляции - обеспечивающая подмес удаляемого воздуха в приточный, тем самым обеспечивая рециркуляцию воздушного потока.
  
  

Помимо основных составляющих приточно-вытяжной установки в нее также входит большое количество мелких комплектующих, таких как датчики, система автоматики для управления и защиты и т.д.

Схема управления

Все составляющие элементы приточно-вытяжной установки должны быть правильно интегрированы в систему работы установки, и выполнять свои функции в должном объеме. Задачу управления работой всех компонентов решает автоматизированная система управления технологическим процессом. В комплект установки включены датчики, анализируя их данные, система управления корректирует работу нужных элементов. Система управления позволяет плавно и грамотно выполнять цели и задачи приточно-вытяжной установки, решая сложные проблемы взаимодействия всех элементов установки между собой.

Пульт управления вентиляцией

Несмотря на сложность системы управления технологическим процессом, развитие технологий позволяет предоставить обычному человеку пульт управления от установки в таком виде, чтобы с первого прикосновения было понятно и приятно пользоваться установкой на всем протяжении ее службы.

Пример. Расчет эффективности рекуперации тепла:
Расчет эффективности применения рекуперативного теплообменника в сравнении с использованием только электрического или только водяного нагревателя.

Рассмотрим систему вентиляции, с расходом 500 м 3 /ч. Расчеты будут проводиться для отопительного периода в г. Москва. Из СНиПа 23-01-99 «Строительная климатологи и геофизика» известно, что продолжительность периода со средней суточной температурой воздуха ниже +8°С составляет 214 суток, средняя температура периода со среднесуточной температурой ниже +8°С составляет -3,1°С.

Рассчитаем необходимую среднюю тепловую мощность:
Для того, чтобы нагреть воздух с улицы до комфортной температуры в 20°С, потребуется:

N = G * C p * ρ ( в-ха) * (t вн -t ср)= 500/3600 * 1,005 * 1,247 * = 4,021 кВт

Данное количество теплоты за единицу времени можно передать приточному воздуху несколькими способами:

1. Нагрев приточного воздуха электрическим нагревателем;
2. Нагрев приточного теплоносителя удаляемым через рекуператор, с дополнительным нагревом электрическим нагревателем;
3. Нагрев уличного воздуха в водяном теплообменном аппарате и др.

Расчет 1: Теплоту к приточному воздуху передаем посредством электрического нагревателя. Стоимость электроэнергии в г. Москва S=5,2 руб/(кВт*ч). Вентиляция работает круглосуточно, на протяжении 214 суток отопительного периода, сумма денежных средств, в этом случае будет равна:
Ц 1 =S * 24 * N * n = 5,2 * 24 * 4,021 * 214 =107 389,6 руб/(отоп.период)

Расчет 2: Современные рекуператоры осуществляют передачу теплоты с высокой эффективностью. Пусть рекуператор нагрел воздух на 60% от требуемой теплоты в единицу времени. Тогда электрическому нагревателю необходимо затратить следующее количество мощности:
N (эл.нагр) = Q - Q рек = 4,021 - 0,6 * 4,021 = 1,61 кВт

При условии, что вентиляция будет работать на всем промежутке отопительного периода, получаем сумму за электроэнергию:
Ц 2 = S * 24 * N (эл.нагр) * n = 5,2 * 24 * 1,61 * 214 = 42 998,6 руб/(отоп.период)

Расчет 3: Для нагрева уличного воздуха используется водяной нагреватель. Ориентировочная стоимость тепла от технической горячей воды за 1 гкал в городе Москва:
S г.в. = 1500 руб./гкал. Ккал=4,184 кДж

Для нагрева нам потребуется следующее количество тепла:
Q (г.в.) = N * 214 * 24 * 3600 / (4,184 * 106)= 4,021 * 214 * 24 * 3600 / (4,184 * 106) = 17,75 Гкал

В работе вентиляции и теплообменного аппарата на всем холодном периоде года сумма денежных средств за теплоту технической воды:
Ц 3 = S (г.в.) * Q (г.в.) = 1500 * 17,75 = 26 625 руб/(отоп.период)

Результаты расчетов затрат на подогрев приточного воздуха за отопительный
период года:

Из приведенных расчетов видно, что самый экономичный вариант это использование контура горячей технической воды. Помимо этого сумма денежных средств, необходимая для нагрева приточного воздуха значительно снижается при использовании рекуперативного теплообменника в системе приточно-вытяжной вентиляции в сравнении с использованием электрического нагревателя.

В заключении хотелось бы отметить, что применение в системах вентиляции установок с рекуперацией или рециркуляцией позволяет использовать энергию удаляемого воздуха, что позволяет снижать затраты энергии на нагрев приточного воздуха, следовательно снижаются денежные расходы на эксплуатацию системы вентиляции. Использование теплоты удаляемого воздуха является современной энергосберегающей технологией и позволяет приблизиться к модели «умного дома», в котором максимально полно и полезно используется любой доступный вид энергии.

Поступление свежего воздуха в холодный период времени приводит к необходимости его нагрева для обеспечения правильного микроклимата помещений. Для минимизации затрат электроэнергии может быть использована приточно-вытяжная вентиляция с рекуперацией тепла.

Понимание принципов ее работы позволит максимально эффективно уменьшить теплопотери с сохранением достаточного объема замещаемого воздуха. Давайте попробуем разобраться в этом вопросе.

В осенне-весенний период при вентиляции помещений серьезной проблемой является большая разность температур поступающего и находящегося внутри воздуха. Холодный поток устремляется вниз и создает неблагоприятный микроклимат в жилых домах, офисах и на производстве или недопустимый вертикальный градиент температуры в складе.

Распространенным решением проблемы является интеграция в приточную вентиляцию , с помощью которого происходит нагрев потока. Такая система требует затрат электроэнергии, в то время как значительный объем выходящего наружу теплого воздуха ведет к существенным потерям тепла.

Выход воздуха наружу с интенсивным паром служит индикатором существенных потерь тепла, которое можно использовать на обогрев входящего потока

Если каналы притока и отвода воздуха расположены рядом, то можно частично передать тепло выходящего потока входящему. Это позволит уменьшить потребление электроэнергии калорифером или вовсе отказаться от него. Устройство для обеспечения теплообмена между разнотемпературными потоками газов называется рекуператором.

В теплое время года, когда температура наружного воздуха значительно превышает комнатную, можно использовать рекуператор для охлаждения входящего потока.

Устройство блока с рекуператором

Внутреннее устройство систем приточно-вытяжной вентиляции с достаточно простое, поэтому возможна их самостоятельная поэлементная покупка и установка. В том случае если сборка или самостоятельный монтаж вызывает сложности можно приобрести готовые решения в виде типовых моноблочных или индивидуальных сборных конструкций под заказ.

Элементарным устройством для сбора и отвода конденсата является поддон, расположенный под рекуператором с уклоном в сторону сливного отверстия

Вывод влаги производят в закрытую емкость. Ее размещают только внутри помещения во избежание перемерзания каналов оттока при минусовых температурах. Алгоритма надежного расчета объема получаемой воды при использовании систем с рекуператором нет, поэтому его определяют экспериментальным путем.

Повторное использование конденсата для увлажнения воздуха нежелательно, так как вода впитывает многие загрязнители, такие как человеческий пот, запахи и т.д.

Значительно уменьшить объем конденсата и избежать связанных с его появлением проблем можно организовав отдельную вытяжную систему из ванной комнаты и кухни. Именно в этих помещениях воздух имеет наибольшую влажность. При наличии нескольких вытяжных систем воздухообмен между технической и жилой зоной необходимо ограничить с помощью установки обратных клапанов.

В случае охлаждения выходящего потока воздуха до отрицательных температур внутри рекуператора происходит переход конденсата в наледь, что вызывает сокращение живого сечения потока и, как следствие, – уменьшение объема или полное прекращения вентиляции.

Для периодического или разового размораживания рекуператора устанавливают байпас – обходной канал для движения приточного воздуха. При пропуске потока в обход устройства происходит прекращение теплоотдачи, нагрев теплообменника и переход наледи в жидкое состояние. Вода стекает в емкость сбора конденсата или происходит ее испарение наружу.

Принцип устройства байпаса несложен, поэтому при риске образования наледи целесообразно предусмотреть такое решение, так как отогрев рекуператора другими способами сложен и длителен

При прохождении потока через байпас отсутствует нагрев приточного воздуха посредством рекуператора. Поэтому при активации данного режима необходимо автоматическое включение калорифера.

Особенности различных типов рекуператоров

Существует несколько конструктивно различающихся вариантов реализации теплообмена между холодным и нагретым воздушными потоками. Каждый из них имеет свои отличительные особенности, которые определяют основное предназначение для каждого типа рекуператора.

В основе конструкции пластинчатого рекуператора лежат тонкостенные панели, соединенные поочередно таким образом, чтобы чередовать пропуск между ними разнотемпературных потоков под углом 90 градусов. Одной из модификаций такой модели является устройство с оребренными каналами для прохода воздуха. Оно обладает более высоким коэффициентом теплообмена.

Поочередный пропуск теплого и холодного потока воздуха через пластины реализуют за счет загиба краев пластин и герметизацией соединений полиэфирной смолой

Теплообменные панели могут быть выполнены из различного материала:

• медь, латунь и сплавы на основе алюминия обладают хорошей теплопроводностью и не подвержены ржавчине;
• пластмасса из полимерного гидрофобного материала с высоким коэффициентом теплопроводности обладают малым весом;
• гигроскопическая целлюлоза позволяет проникать конденсату через пластину и попадать обратно в помещение.

Недостатком является возможность образования конденсата при низких температурах. По причине небольшого расстояния между пластинами влага или наледь существенно увеличивают аэродинамическое сопротивление. В случае обмерзания необходимо перекрытие входящего потока воздуха для отогрева пластин.

Преимущества пластинчатых рекуператоров следующие:

• низкая стоимость;
• долгий срок службы;
• длительный период между профилактическим обслуживанием и простота его проведения;
• небольшие габариты и масса.

Такой тип рекуператора наиболее распространен для жилых и офисных помещений. Также его используют и в некоторых технологических процессах, например для оптимизации сгорания топлива при работе печей.

Барабанный или роторный тип

Принцип действия роторного рекуператора основан на вращении теплообменника, внутри которого расположены слои гофрированного металла, обладающего высокой теплоемкостью. В результате взаимодействия с выходящим потоком происходит нагрев сектора барабана, который впоследствии отдает тепло поступающему воздуху.

Мелкоячеистый теплообменник роторного рекуператора подвержен засорению, поэтому особенно внимательно нужно отнестись к качественной работе фильтров тонкой очистки

Преимущество роторных рекуператоров следующие:

• достаточно высокий КПД по сравнению с конкурирующими типами;
• возврат большого количества влаги, которая в виде конденсата остается на барабане и испаряется при контакте с поступающим сухим воздухом.

Этот тип рекуператора реже используют для жилых зданий при поквартирной или коттеджной вентиляции. Часто его применяют в крупных котельных для возврата тепла к печам или для обширных помещений промышленного или торгово-развлекательного назначения.

Однако у этого типа устройств есть существенные недостатки:

• относительно сложная конструкция с наличием подвижных частей, включающая электромотор, барабан и ременной привод, что требует постоянного обслуживания;
• повышенный уровень шума.

Иногда для устройств такого типа можно встретить термин “регенеративный теплообменник”, что более правильно чем “рекуператор”. Дело в том, что незначительная часть выходящего воздуха попадает обратно по причине неплотного прилегания барабана к корпусу конструкции.

Это накладывает дополнительные ограничения на возможность использования устройств такого типа. Например, в качестве теплоносителя нельзя использовать загрязненный воздух от печей отопления.

Система на основе трубок и кожуха

Рекуператор трубчатого типа состоит из расположенных в утепленном кожухе системы тонкостенных трубок небольшого диаметра, по которым происходит приток наружного воздуха. По кожуху производят вывод теплой воздушной массы из помещения, которая обогревает входящий поток.

Вывод теплого воздуха необходимо осуществлять именно по кожуху, а не через систему трубок, так как удалить конденсат из них невозможно

Основные преимущества трубчатых рекуператоров следующие:

• высокий КПД, благодаря противоточному принципу движения теплоносителя и поступающего воздуха;
• простота конструкции и отсутствие подвижных частей обеспечивает низкий уровень шума и редко возникающую необходимость в обслуживании;
• долгий срок службы;
• наименьшее сечение среди всех типов устройств рекуперации.

Трубки для устройства такого типа используют или легкосплавные металлические или, что реже, – полимерные. Эти материалы не гигроскопичны, поэтому при значительной разнице температур потоков возможно образовании интенсивного конденсата в кожухе, что требует конструктивного решения по его удалению. Еще одним недостатком является то, что металлическая начинка обладает значительным весом, несмотря на небольшие габариты.

Простота конструкции трубчатого рекуператора делает этот тип устройств популярным для самостоятельного изготовления. В качестве внешнего кожуха обычно используют пластиковые трубы для воздуховодов, утепленные пенополиуретановой скорлупой.

Устройство с промежуточным теплоносителем

Иногда приточный и вытяжной воздуховоды расположены на некотором расстоянии друг от друга. Такая ситуация может возникнуть по причине технологических особенностей здания или санитарных требований по надежному разделению воздушных потоков.

В этом случае используют промежуточный теплоноситель, циркулирующий между воздуховодами по изолированному трубопроводу. В качестве среды для передачи тепловой энергии используют воду или водно-гликолевый раствор, циркуляцию которого обеспечивают работой .

Рекуператор с промежуточным теплоносителем представляет собой объемное и дорогое устройство, чье применение экономически оправдано для помещений с большим площадями

В том случае, если есть возможность использовать другой тип рекуператора, то лучше не применять систему с промежуточным теплоносителем, так как она обладает следующими существенными недостатками:

• низкий КПД по сравнению с другими типами устройств, поэтому для небольших помещений с малым расходом воздуха такие устройства не применяют;
• значительный объем и вес всей системы;
• необходимость дополнительного электрического насоса для циркуляции жидкости;
• повышенный шум от работы насоса.

Существует модификация этой системы, когда вместо принудительной циркуляции теплообменной жидкости используют среду с низкой точкой кипения, например фреон. В этом случае движение по контуру возможно естественным образом, но только в том случае если приточный воздуховод расположен над вытяжным.

Такая система не требует дополнительных затрат электроэнергии, но работает на обогрев только при значительном перепаде температур. Кроме того, необходима точная настройка точки изменения агрегатного состояния теплообменной жидкости, которая может быть реализована методом создания нужного давления или определенного химического состава.

Основные технические параметры

Зная требуемую производительность системы вентиляции и КПД теплообмена рекуператора легко рассчитать экономию на обогреве воздуха для помещения при конкретных климатических условиях. Сравнив потенциальную выгоду с затратами на покупку и обслуживание системы можно обоснованно сделать выбор в пользу рекуператора или стандартного калорифера.

Часто производители оборудования предлагают модельную линейку, в которой вентиляционные блоки с похожим функционалом отличаются объемом воздухообмена. Для жилых помещений этот параметр необходимо рассчитывать согласно таблице 9.1. СП 54.13330.2016

Коэффициент полезного действия

Под коэффициентом полезного действия рекуператора понимают эффективность теплопередачи, которую рассчитывают по следующей формуле:

K = (Т п – Т н) / (Т в – Т н)

В которой:

• Т п – температура поступающего воздуха внутрь помещения;
• Т н – температура наружного воздуха;
• Т в – температура воздуха в помещении.

Максимальное значение КПД при штатной и определенном температурном режиме указывают в технической документации устройства. Его реальный показатель будет немного меньше.

В случае самостоятельного изготовления пластинчатого или трубчатого рекуператора для достижения максимальной эффективности теплопередачи необходимо придерживаться следующих правил:

• Наилучший теплообмен обеспечивают противоточные устройства, затем перекрестноточные, а наименьшую – с однонаправленным движением обоих потоков.
• Интенсивность теплообмена зависит от материала и толщины стенок, разделяющих потоки, а также от длительности нахождения воздуха внутри устройства.

Е (Вт) = 0,36 х Р х К х (Т в – Т н)

где Р (м 3 /час) – расход воздуха.

Расчет эффективности рекуператора в денежном эквиваленте и сравнение с затратами на его приобретение и монтаж для двухэтажного коттеджа общей площадью 270 м2 показывает целесообразность установки такой системы

Стоимость рекуператоров с высоким КПД достаточно велика, они имеют сложную конструкцию и значительные размеры. Иногда можно обойти эти проблемы установкой нескольких более простых устройств таким образом, чтобы поступающий воздух последовательно проходил через них.

Производительность вентиляционной системы

Объем пропускаемого воздуха определяется статическим давлением, которое зависит от мощности вентилятора и основных узлов, создающих аэродинамическое сопротивление. Как правило, точный его расчет невозможен ввиду сложности математической модели, поэтому для типовых моноблочных конструкций проводят экспериментальные исследования, а для индивидуальных устройств осуществляют подбор компонентов.

Мощность вентилятора необходимо выбирать с учетом пропускной способности устанавливаемых рекуператоров любых типов, которая в технической документации указана как рекомендуемая скорость потока или объем пропускаемого устройством воздуха за единицу времени. Как правило, допустимая скорость воздуха внутри устройства не превышает значения 2 м/с.

В противном случае на высоких скоростях в узких элементах рекуператора происходит резкий рост аэродинамического сопротивления. Это приводит к лишним затратам электроэнергии, неэффективном прогреве наружного воздуха и сокращения срока службы вентиляторов.

График зависимости потери давления от скорости потока воздуха для нескольких моделей рекуператоров высокой производительности показывает нелинейный рост сопротивления, поэтому необходимо придерживаться требований по рекомендуемому объему воздухообмена указываемых в технической документации устройства

Изменение направления потока воздуха создает дополнительное аэродинамическое сопротивление. Поэтому при моделировании геометрии воздуховода внутри помещения желательно минимизировать количество поворотов труб на величину 90 градусов. Диффузоры для рассеивания воздуха также увеличивают сопротивление, поэтому желательно не использовать элементы со сложным рисунком.

Загрязненные фильтры и решетки создают значительные помехи движению потока, поэтому их необходимо периодически прочищать или менять. Одним из эффективных способов оценки засоренности является установка датчиков, отслеживающих перепад давления на участках до фильтра и после него.

Выводы и полезное видео по теме

Принцип работы роторного и пластинчатого рекуператора:

Замер КПД рекуператора пластинчатого типа:

Бытовые и промышленные системы вентиляции с интегрированным рекуператором доказали свою энергетическую эффективность по сохранению тепла внутри помещений. Сейчас существует множество предложений по продаже и установке таких устройств как в виде готовых и опробованных моделей, так и по индивидуальному заказу. Провести расчет необходимых параметров и выполнить монтаж можно самостоятельно.

Если при ознакомлении с информацией появились вопросы или вы нашли неточности в нашем материале, пожалуйста, оставляйте свои комментарии в расположенном ниже блоке.