Рекуперация тепла в системах вентиляции: принцип работы и варианты исполнения

В процессе вентилирования из помещения утилизируется не только воздух который уже отработан, но и часть энергии тепла. В зимний период это ведет к повышению счётов на энергетические ресурсы.

Уменьшить неоправданные затраты, не в урон обмену воздуха, даст возможность рекуперация тепла в вентиляционных системах централизованного и локального типа. Для регенерации энергии тепла применяются различные виды теплообменных аппаратов – рекуператоры.

Понятие рекуперации: рабочий принцип трубного змеевика

Если перевести с латинского, рекуперация значит возмещение или обратное получение. В отношении теплообменных реакций, рекуперация отличается как, выборочный возврат энергии, затраченной на проведение инновационного действия с целью использования в этом же процессе. В вентсистеме принцип рекуперации применяется для экономии энергии тепла.

По аналогичности происходит рекуперация охлаждения в жару – тёплые приточные массы греют выводимую «отработку» и их температура становится меньше.

рекуперация, тепло, вентиляция, исполнение

От отработанного вытягиваемого наружу воздуха забирается часть тепла и подается нагнетаемым свежим струям, направленным внутрь помещения. Это дает возможность уменьшить потери тепла до 70%

Процесс регенерации энергии выполняется в рекуперационном теплообменнике. Приспособление учитывает наличие теплообменного элемента и вентиляторов для прокачивания разнонаправленных воздухопотоков. Для управления процессом и контроля качества воздушной подачи применяется система автоматики.

Конструкция разработана таким образом, чтобы приточные и вытягиваемые потоки пребывали в индивидуальных отсеках и не смешивались – теплоутилизация выполняется через стенки трубного змеевика.

Разобраться и осознать, Что такое система вентиляции с рекуперацией поможет наглядная схема воздушной циркуляции.

рекуперация, тепло, вентиляция, исполнение

Через вытяжки в мокрых помещениях (санузел, ванная, кухня) происходит вывод отработанного воздуха. До того, как уйти наружу, он проходит сквозь рекуператор и оставляет часть тепла. Подаваемый воздух двигается во встречном направлении, нагревается и поступает в комнаты для проживания

Правильность рекуператора в вентиляции

Говорить о полезности благоустройства рекуперативной вентиляции можно, оценив результативность системы и сравнив ее положительные качества с минусами.

Надобность применения рекуперации тепла более актуальна в зданиях с принудительным выводом воздуха. В основном, это малоинерционные сооружения, построенные с применением технологических теплоизоляционых технологий (каркасные дома, газосиликатных плит, пенобетонных блоков). В подобных постройках стены плохо аккумулируют тепло, а природный обмен воздуха практически не эффективен.

Однако проблемы с циркуляцией воздуха свойственны и для «классических» кирпичных построек и бетона. Наличие герметичных тепло-звукоизолирующих Пластиковых окон блокирует циркуляцию с настоящим побуждением – приток чистого воздуха останавливается, а тяга в вентканале стремится до нуля или «опрокидывается».

Решение проблемы «евроокон» — организация механической вентиляции. Система восстанавливает обмен воздуха, однако при этом потери тепла становятся больше до 60%. И тут уже вряд ли можно обойтись без тепловой рекуперации.

рекуперация, тепло, вентиляция, исполнение

Результативность обменного процесса выражается в процентах и демонстрирует кол-во затраченного тепла от вытяжного воздуха на обогрев свежей «приточки»

Показатель КПД вентиляционной рекуперации тепла:

  • 0% — открытое окно – тёплый воздух убирается в атмосферу, а холодный проникает внутрь, понижая температуру в помещение;
  • 100% — приточный воздух разогревается до температуры «отработки» — технически осуществить нереально;
  • 30-90% — возможный параметр, хорошей считается рекуперация с эффективностью 60% и более, КПД более 80% — замечательный теплообмен.

Результативность системы зависит от типа рекуператора, размеров помещения и расхода воздуха. При любых обстоятельствах, применение рекуперационной вентиляции даже с КПД в 30% выгодно, чем ее отсутствие. Помимо большой экономии на энергетические ресурсы, «восстановление» тепла делает лучше общий климат в помещении.

Недостатки применения трубного змеевика:

  1. Энергозависимость. Покупка климатического оборудования оправдана, если электропотребление будет намного меньше, чем ее экономия после того как произошла установка рекуператора.
  2. Выпадение конденсата. Из-за разности температур на стенках трубного змеевика может конденсироваться влага. В зимний период вероятная возможность обледенения, что опасно стремительным снижением КПД или выходом рекуператора из строя.
  3. Шумная работа. Многие модели во время эксплуатации издают шум. Если днем данный минус не особо ощутим, то ночью шумовой фон доставляет дискомфорт. Рекуператоры с усовершенствованной изоляцией работают тихо.

Высокие первоначальные вложения нередко становятся основным доводом против энергоэффективной вентиляции.

рекуперация, тепло, вентиляция, исполнение

Лучше вкладывать деньги в ту систему, которая окупиться на протяжении 5-8 лет. Нужно предусмотреть, что для обслуживания комплекса придется нести лишние траты, к примеру, периодическая замена вентиляторов

Специфики различных вариантов теплообменных аппаратов

Конструкция рекуператора определяет схему движения теплового носителя, результативность системы вентиляции, класс потребления энергии и стоимость оборудования. Применяется пять вариантов теплообменных аппаратов: пластинчатый, роторный, тепловые трубки, камерные устройства и модели с промежуточным тепловым носителем.

Пластинчатый рекуператор – конструкционная простота

База трубного змеевика – герметическая камера с большим количеством параллельных воздушных каналов. Каналы разделены перегородками – теплопроводящими пластинами, сделанными из стали или алюминия.

рекуперация, тепло, вентиляция, исполнение

Волнообразные пластины (60-70 штук) сгруппированы в одном блоке таким образом, чтобы получившиеся каналы расположились перекрестно друг к другу – созданная турбулентность делает лучше теплообмен

Потоки газов двигаются навстречу друг друга, пересечены в кассете рекуператора, однако не мешаются между собой. Тепловой обмен выполняется за счёт единовременного охлаждения и нагрева пластинок с каждой стороны.

Положительные качества перекрестного трубного змеевика:

  • легкость монтажа и настройки оборудования;
  • исключение контакта масс воздуха;
  • хорошая цена и небольшие размеры;
  • отсутствие трущихся и подвижных деталей.

Показатель эффективности меняется в диапазоне 40-70%.

Главный минус пластинчатой модели – оседание конденсата в вытяжном канале и появление наледи в зимний период. Для размораживания агрегата входящая струйка перенаправляется в обход трубного змеевика, а тёплый выходящий поток растапливает лед на пластинах.

рекуперация, тепло, вентиляция, исполнение

В режиме «разморозки» энергоэкономия не случается, для подогрева поступающего воздуха используются калориферы мощностью до 5 кВт. Среднее значение КПД падает на 20%

Возможны два пути решения проблемы:

  1. Заблаговременный разогрев поступающего воздухопотока до температуры, при которой появление наледи исключается.
  2. Рекуператор с пластинами из гигроскопической целлюлозы. Материал поглощает влажность из отработанных масс воздуха и передает ее вновь поступающим потокам.

Во время выбора перекрестного трубного змеевика нужно учитывать особенности эксплуатации пластин. Их характеристики зависят от самого материала:

  1. Фольга из алюминия – хорошая цена, но ограниченная продуктивность в зимний период. Более того, не рекомендуют для помещений жилого фонда из-за просушивания воздуха. Вариации с алюминиевой «начинкой» — идеальный вариант для бань и бассейнов.
  2. Пластиковые перегородки – по стоимости сходственны изделиям из металла, но выделяются усовершенствованной рабочей эффективностью.
  3. Целлюлозный трубный змеевик – мешают обмерзанию и поддерживают обычное влагосодержание в середине помещения.

Гигроцеллюлозный рекуператор намного более экономичный и оптимален для проветривания построек жилого назначения.

Роторный рекуператор – большая эффективность системы

Трубный змеевик предоставлен в виде цилиндра, заполненного прослойками волнистого металла. По мере вращения барабанной установки в каждый отсек по очереди поступают тёплые или холодные воздушной струи.

рекуперация, тепло, вентиляция, исполнение

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

КПД теплопередачи устанавливается частотой вращения ротора, продуктивность работы можно настраивать.

Доводы «за» роторный рекуператор:

  • возврат тепла до 65-90%;
  • экономное электропотребление;
  • выборочное возмещение влаги – можно обойтись без увлажнителя;
  • период окупаемости – до 4-х лет.

Не обращая внимания на большую эффективность, трубный змеевик барабанного типа не стал лидером среди подобных установок. Минусы системы вентиляции:

  1. Подмес грязного воздуха в приток. Через микроканалы по очереди двигаются вытяжные и приточные массы, благодаря этому около 3-8% «отработки» возвращаются обратно. Барабан нередко передает аромат исходящего воздуха.
  2. Трудность конструкции. Крутящиеся части ротора нуждаются в постоянном обслуживании и периодической замене. Двигающиеся детали в ходе работы издают шумовой фон и вибрацию.
  3. Большая цена. Стоимость на роторные модели больше, чем на пластинчатые изделия. Обусловлено это применением трудной механики в конструкции барабанного трубного змеевика.
  4. Просторные размеры. Монтаж выполняется в просторной венткамере.

Из-за массивности роторные установки применяются в основном на предприятиях промышленности.

рекуперация, тепло, вентиляция, исполнение

Для минимизации смешивания воздухопотоков роторные рекуператоры восполняются переходными секторами – тут микроканалы продуваются чистым воздухом, который поступает назад в вытяжную систему. Минус схемы – снижение КПД

Связанные трубные змеевики – гликолевая модель

Рекуперационную установку с промежуточным тепловым носителем из-за конструктивных свойств иногда называют связанными трубными змеевиками или глеколевым агрегатом. Это одна из наиболее эластичных систем теплоутилизации. Один трубный змеевик врезается в приточный канал, а второй – в вытяжную систему.

рекуперация, тепло, вентиляция, исполнение

Схема обвязки: 1 – трубный змеевик вытяжки, 2 – расширительный резервуар, 3 – элемент фильтра, 4 – насос для подачи этиленгликоля (антифриза), 5 – трубный змеевик притока

Рабочий принцип. Гликолиевый состав двигается между трубными змеевиками. Температура теплового носителя увеличивается благодаря разогретому удаляемому потоку, а потом тепловая энергия подается чистому воздуху. Закрытая система исключает перемешивание встречных масс воздуха.

Специфики работы теплообменных аппаратов с тепловым носителем:

  • КПД – 45-55%;
  • регулировка эффективности с применением насоса – подбирается скорость движения антифриза;
  • возможность локации приточно-вытяжных воздушных каналов на расстоянии один от одного (до 800 м);
  • монтаж рекуператора выполняется вертикально или в горизонтальном положении;
  • в большой мороз поверхность вытяжного трубного змеевика обмерзает – появляется лед; применение антифриза дает возможность применять рекуператор, не прибегая к разморозке;
  • срок окупаемости системы – до двух лет;
  • допускается комбинация 1 вытяжки и нескольких притоков либо наоборот.

Объем удаляемого и поступаемого воздуха обязан быть примерно равным. Такие рекуператоры в большинстве случаев применяются, если приток токсичный или сильно загрязнен, когда перемешивание потоков непозволительно.

Камерный узел – многофункциональность использования

Конструктивно, камерный трубный змеевик – закрытый короб, разделенный в середине двигающейся заслонкой. Открывающаяся перегородка определяет схему работы рекуператора.

рекуперация, тепло, вентиляция, исполнение

Вывод проходит вдоль одного канала, а приток поступает во вторую камеру. В трубном змеевике тёплые массы греют стенки первого отсека. Спустя какой то период времени заслонка передвигается и воздухопоток изменяет направление

В результате – приток двигается вдоль тёплых стенок первого воздушного канала, а «отработка» нагревает поверхность второй камеры. В нужный момент перегородка становится обратно и цикл повторяется.

Плюсы камерного теплообменного узла:

  • КПД – 80-90%;
  • в паре с высококачественной тепловой изоляцией затраты на теплоснабжение сведены к минимуму;
  • легкость монтажа – помощь экспертов потребуется во время выбора показателей вентустановки;
  • сохранение уровня влаги;
  • исключается обмерзание системы.

Камерный рекуператор – превосходный вариант для регионов, где на протяжении года длительный срок встречается значительный неуравновешенность между температурой в середине помещения и на улице.

К минусам узла регенерации тепла относятся:

  • надобность постоянного технического обслуживания подвижных компонентов;
  • встречные воздушные струйки отчасти перемешиваются – запахи и примеси могут поступать назад в здание.

Для сокращения подмеса система укомплектовывается фильтром. Воздух становится чище, но результативность рекуператора падает.

Тепловые трубки – закрытая система теплопередачи

Рекуператор складывается из большого количества медных или металлических трубок, заполненных легкоиспаряющимся веществом, к примеру, фреоном. Принцип функционирования трубчатого трубного змеевика основывается на физических процедурах – изменении состояния вещества при нагреве.

рекуперация, тепло, вентиляция, исполнение

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

Газ подымается и отдает энергию тепла притоку, после этого фреон конденсируется и течет вниз рекуператора. Термический цикл повторяется по кругу.

Технико-эксплуатационные характеристики трубчатого трубного змеевика:

  • результативность устройства – до 65%;
  • бесшумность работы благодаря отсутствию двигающихся компонентов;
  • конструкционная простота и неприхотливость в обслуживании;
  • небольшие размеры и маленький вес;
  • энегронезависимость – тепловой носитель двигается настоящим путем;

Значительное преимущество заключается в том, что потоки воздуха притока и обратки не мешаются между собой.

Слабые стороны тепловых трубок:

  • большой уровень КПД достигается при узком диапазоне температур – при резком перегреве весь фреон выветривается, а при недостаточном нагреве интенсивность парообразования замедляется;
  • небольшая прочность трубок – изменение формы или разгерметизация уменьшает трудоспособность оборудования.

Трубчатые рекуператоры используются в частном строительстве, в административных, зданиях для офисов и маленьких промышленных площадях.

Способы организации рекуперативной вентиляции

Рекуперация подготавливается одним из вариантов: централизованно и децентрализовано. В первом варианте через трубный змеевик проходят вентиляционные потоки со всего помещения, в другом – с одной комнаты.

Централизованный комплекс – приточно-вытяжная установка

Централизованная система подготавливается на строительном этапе или настоящей реконструкции вентсистемы.

рекуперация, тепло, вентиляция, исполнение

Выбирается понудительная приточно-вытяжная установка (ПВУ) со встроенным рекуператором. Главный параметр выбора – общая продуктивность комплекса в расчете на весь объем воздуха в сооружении

ПВУ с рекуператором обеспечивает достаточный обмен воздуха даже в домах с герметичными окнами. При этом воздухопотоки делятся одинаково, не создавая сквозняков.

Комплексные моноблочные установки оснащены:

  • вентиляторами – круглосуточная подача свежего воздуха и выброс струй, сочных углекислым газом;
  • нагревателями – заблаговременный разогрев притока;
  • фильтрами – задерживают пыль и очень мелкие частицы;
  • рекуператором.

Функционал отдельных ПВУ расширен таймером отсрочки работы, регулятором мощности, датчиками уровня влаги и тд.

рекуперация, тепло, вентиляция, исполнение

Корпус моноблочных моделей покрыт звукоизолирующим материалом, из-за чего работа ПВУ становится очень тихой. Возможны вертикальные, горизонтальные и подвесные варианты выполнения вентиляционных систем

Отлично себя зарекомендовали рекуперационные моноблочные ПВУ производства: «Вентс» (Украина), Dantherm (Дания), «Daikin» (Япония), «Dantex» (Британия).

Местные агрегаты – добавление к работающей вентсистеме

Для восстановления циркуляции масс воздуха в эксплуатируемом помещении подходят децентрализованные приточники с рекуперацией тепла.

Они врезаются в фасад дома или устанавливаются через окно.

рекуперация, тепло, вентиляция, исполнение

В местных рекуператорах предполагается вентилятор и пластинчатый трубный змеевик. «Рукав» приточника изолирован звукоизолирующим материалом. Блок управления небольших вентиляционных систем располагается на межкомнатной перегородке

Специфики децентрализованных вентсистем с рекуперацией:

  • КПД – 60-96%;
  • низкая продуктивность – устройства рассчитаны на оснащения обмена воздуха в помещениях до 20-35 кв.м;
  • хорошая цена и большой выбор агрегатов, начиная от обыкновенных стеновых клапанов до автоматических моделей с многоступенчатой фильтрационной системой и возможностью регулировки влаги;
  • легкость монтажа – для эксплуатационного ввода не требуется прокладка воздушных каналов.

Востребованные изготовители местных рекуператоров: Prana (Украина), O.Erre (Италия), Blizzard (Германия), Вентс (Украина), Aerovital (Германия).

рекуперация, тепло, вентиляция, исполнение

Важные показатели выбора стенового приточника: допустимая стеновая толщина, продуктивность, КПД рекуператора, диаметр воздуховода и температура перекачиваемой среды

Нужное видео по теме

Сопоставление работы природной вентиляции и принудительной системы с рекуперацией:

Принцип функционирования централизованного рекуператора, расчет КПД:

Приспособление и порядок работы децентрализованного трубного змеевика на примере стенового клапана Prana:

Через вентсистему из помещения уходит порядка 25-35% тепла. Для сокращения потерь и эффектной теплоутилизации применяются рекуператоры. Климатическое оборудование позволяет использовать энергию отработанных масс для нагревания поступающего воздуха.

Оставить комментарий

Яндекс.Метрика