Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Надходження свіжого повітря в холодний період часу призводить до необхідності його нагріву для забезпечення правильного мікроклімату приміщень. Для мінімізації витрат електроенергії може бути використана приточно-витяжна вентиляція з рекуперацією тепла.

Розуміння принципів її роботи дозволить максимально ефективно зменшити тепловтрати зі збереженням достатнього обсягу заміщає повітря. Давайте спробуємо розібратися в цьому питанні.

Енергозбереження в системах вентиляції

В осінньо-весняний період при вентиляції приміщень серйозною проблемою є велика різниця температур вступника і знаходиться всередині повітря. Холодний потік спрямовується вниз і створює несприятливий мікроклімат в житлових будинках, офісах і на виробництві або неприпустимий вертикальний градієнт температури в складі.

Поширеним рішенням проблеми є інтеграція в припливну вентиляцію калорифера, за допомогою якого відбувається нагрів потоку. Така система вимагає витрат електроенергії, в той час як значний обсяг виходить назовні теплого повітря веде до суттєвих втрат тепла.

Вихід повітря назовні з інтенсивним паром служить індикатором суттєвих втрат тепла, яке можна використовувати на обігрів вхідного потоку

Якщо канали припливу і відведення повітря розташовані поруч, то можна частково передати тепло виходить потоку хто входить. Це дозволить зменшити споживання електроенергії калорифером або зовсім відмовитися від нього. Пристрій для забезпечення теплообміну між різнотемпературними потоками газів називається рекуператором.

У теплу пору року, коли температура зовнішнього повітря значно перевищує кімнатну, можна використовувати рекуператор для охолодження вхідного потоку.

Пристрій блоку з рекуператором

Внутрішній устрій систем припливно-витяжної вентиляції з інтегрованим рекуператором досить просте, тому можлива їх самостійна поелементно покупка і установка. У тому випадку якщо збірка або самостійний монтаж викликає складності можна придбати готові рішення у вигляді типових моноблочних або індивідуальних збірних конструкцій під замовлення.

Типова схема пристрою припливно-витяжної вентиляційної системи з розміщеним в єдиному корпусі рекуператором може бути доповнена іншими вузлами на розсуд користувача

Основні елементи і їх параметри

Корпус з тепло- і звукоізоляцією виконують як правило з листової сталі. У разі стінового монтажу він повинен витримувати тиск, що виникає при запінення щілин навколо блоку, а також не допускати вібрацію від роботи вентиляторів.

У разі розподіленого забору і припливу повітря з різних приміщень до корпусу приєднують систему повітропроводів. Її оснащують клапанами і заслінками для розподілу потоків.

При відсутності повітропроводів на приточное отвір з боку приміщення встановлюють решітку або дифузор для розподілу потоку повітря. На приточное отвір з боку вулиці монтують повітрозабірні грати зовнішнього типу, щоб уникнути попадання в систему вентиляції птахів, великих комах і сміття.

Рух повітря забезпечують два вентилятори осьового або відцентрового типів дії. При наявності рекуператора природна циркуляція повітря в достатньому обсязі неможлива через створюваного цим вузлом аеродинамічного опору.

Наявність рекуператора передбачає установку фільтрів дрібної очищення на вході обох потоків. Це необхідно для зменшення інтенсивності засмічення пилом і жировими відкладеннями тонких каналів теплообмінника. В іншому випадку для повноцінного функціонування системи доведеться збільшити частоту проведення профілактичних робіт.

Фільтри дрібної очищення необхідно періодично міняти або чистити. В іншому випадку зросле опір потоку повітря стане причиною поломки вентиляторів

Один або кілька рекуператорів займають основний об'єм припливно-витяжної пристрою. Їх монтують по центру конструкції.

У разі типових для території сильних морозів і недостатнього ККД рекуператора для нагріву зовнішнього повітря можна додатково встановити калорифер. Також в разі потреби монтують зволожувач, іонізатор і інші пристрої для створення сприятливого мікроклімату в приміщенні.

Сучасні моделі передбачають наявність електронного блоку управління. Складні модифікації мають функції програмування режимів роботи в залежності від фізичних параметрів повітряного середовища. Зовнішні панелі мають привабливий вигляд, завдяки чому добре можуть бути вписані в будь-який інтер'єр приміщення.

Рішення проблеми виникнення конденсату

Охолодження надходить з приміщення повітря створює передумови для розвантаження вологи і утворення конденсату. У разі високої швидкості потоку більша його частина не встигає накопичуватися в рекуператорі і виходить назовні. При повільному русі повітря значна частина води залишається всередині пристрою. Тому необхідно забезпечити збір вологи і виведення її за межі корпусу припливно-витяжної системи.

Елементарним пристроєм для збору і відводу конденсату є піддон, розташований під рекуператором з ухилом в бік зливного отвору

Висновок вологи виробляють в закриту ємність. Її розміщують тільки всередині приміщення, щоб уникнути перемерзання каналів відтоку при мінусових температурах. Алгоритму надійного розрахунку обсягу одержуваної води при використанні систем з рекуператором немає, тому його визначають експериментальним шляхом.

Повторне використання конденсату для зволоження повітря небажано, так як вода вбирає багато забруднювачі, такі як людський піт, запахи і т.д.

Значно зменшити обсяг конденсату і уникнути пов'язаних з його появою проблем можна організувавши окрему витяжну систему з ванної кімнати і кухні. Саме в цих приміщеннях повітря має найбільшу вологість. При наявності декількох витяжних систем повітрообмін між технічної та житловою зоною необхідно обмежити за допомогою установки лічильників води.

У разі охолодження виходить потоку повітря до від'ємних температур всередині рекуператора відбувається перехід конденсату в полій, що викликає скорочення живого перетину потоку і, як наслідок, - зменшення обсягу або повне припинення вентиляції.

Для періодичного або разового розморожування рекуператора встановлюють байпас - обхідний канал для руху припливного повітря. При пропуску потоку в обхід пристрою відбувається припинення тепловіддачі, нагрів теплообмінника і перехід криги в рідкий стан. Вода стікає в ємність збору конденсату або відбувається її випаровування назовні.

Принцип пристрою байпаса нескладний, тому при ризику утворення полою доцільно передбачити таке рішення, так як відігрівання рекуператора іншими способами складний і тривалий

При проходженні потоку через байпас відсутня нагрів припливного повітря за допомогою рекуператора. Тому при активації даного режиму необхідно автоматичне включення калорифера.

Особливості різних типів рекуператорів

Існує кілька конструктивно розрізняються варіантів реалізації теплообміну між холодним і нагрітим повітряними потоками. Кожен з них має свої відмінні риси, які визначають основне призначення для кожного типу рекуператора.

Пластинчастий перекрестноточний рекуператор

В основі конструкції пластинчастого рекуператора лежать тонкостінні панелі, з'єднані по черзі таким чином, щоб чергувати пропуск між ними різнотемпературних потоків під кутом 90 градусів. Однією з модифікацій такої моделі є пристрій з оребренними каналами для проходу повітря. Воно володіє більш високим коефіцієнтом теплообміну.

Послідовний пропуск теплого і холодного потоку повітря через пластини реалізують за рахунок загину країв пластин і герметизацією з'єднань поліефірної смолою

Теплообмінні панелі можуть бути виконані з різного матеріалу:

  • мідь, латунь і сплави на основі алюмінію мають гарну теплопровідність і не схильні до іржі;
  • пластмаса з полімерного гидрофобного матеріалу з високим коефіцієнтом теплопровідності володіють малою вагою;
  • гігроскопічна целюлоза дозволяє проникати конденсату через пластину і потрапляти назад в приміщення.

Недоліком є можливість утворення конденсату при низьких температурах. Через невелику відстань між пластинами волога або полій істотно збільшують аеродинамічний опір. У випадку обмерзання необхідно перекриття вхідного потоку повітря для відігрівання пластин.

Переваги пластинчастих рекуператорів такі:

  • низька вартість;
  • довгий термін служби;
  • тривалий період між профілактичним обслуговуванням і простота його проведення;
  • невеликі габарити і маса.

Такий тип рекуператора найбільш поширений для житлових і офісних приміщень. Також його використовують і в деяких технологічних процесах, наприклад для оптимізації згоряння палива при роботі печей.

Барабанний або роторний тип

Принцип дії роторного рекуператора заснований на обертанні теплообмінника, всередині якого розташовані шари гофрованого металу, що володіє високою теплоємністю. В результаті взаємодії з виходять потоком відбувається нагрів сектора барабана, який згодом віддає тепло надходить повітрю.

Дрібнопористий теплообмінник роторного рекуператора схильний до засмічення, тому особливо уважно потрібно поставитися до якісної роботи фільтрів тонкого очищення

Перевага роторних рекуператорів такі:

  • досить високий ККД у порівнянні з конкуруючими типами;
  • повернення великої кількості вологи, яка у вигляді конденсату залишається на барабані і випаровується при контакті з вступникам сухим повітрям.

Цей тип рекуператора рідше використовують для житлових будівель при поквартирною або котеджної вентиляції. Часто його застосовують у великих котелень для повернення тепла до печей або для великих приміщень промислового або торгово-розважального призначення.

Однак у цього типу пристроїв є істотні недоліки:

  • щодо складна конструкція з наявністю рухомих частин, що включає електромотор, барабан і ремінний привід, що вимагає постійного обслуговування;
  • підвищений рівень шуму.

Іноді для пристроїв такого типу можна зустріти термін "регенеративний теплообмінник", що більш правильно ніж "рекуператор". Справа в тому, що незначна частина вихідного повітря потрапляє назад через нещільного прилягання барабана до корпусу конструкції.

Це накладає додаткові обмеження на можливість використання пристроїв такого типу. Наприклад, в якості теплоносія можна використовувати забруднене повітря від печей опалення.

Система на основі трубок і кожуха

Рекуператор трубчастого типу складається з розташованих в утепленому кожусі системи тонкостінних трубок невеликого діаметра, за якими відбувається приплив зовнішнього повітря. За кожуха виробляють висновок теплій повітряній маси з приміщення, що обігріває вхідний потік.

Висновок теплого повітря необхідно здійснювати саме по кожусі, а не через систему трубок, так як видалити конденсат з них неможливо

Основні переваги трубчастих рекуператорів такі:

  • високий ККД, завдяки протиточному принципом руху теплоносія і повітря, що поступає;
  • простота конструкції і відсутність рухомих частин забезпечує низький рівень шуму і рідко виникає необхідність в обслуговуванні;
  • довгий термін служби;
  • найменше перетин серед всіх типів пристроїв рекуперації.

Трубки для пристрою такого типу використовують або легкосплавні металеві або, що рідше, - полімерні. Ці матеріали не гігроскопічні, тому при значній різниці температур потоків можливо освіту інтенсивного конденсату в кожусі, що вимагає конструктивного рішення по його видаленню. Ще одним недоліком є те, що металева начинка володіє значною вагою, незважаючи на невеликі габарити.

Простота конструкції трубчастого рекуператора робить цей тип пристроїв популярним для самостійного виготовлення. В якості зовнішнього кожуха зазвичай використовують пластикові труби для повітроводів, утеплені пенополиуретановой шкаралупою.

Пристрій з проміжним теплоносієм

Іноді припливний і витяжний повітроводи розташовані на деякій відстані один від одного. Така ситуація може виникнути через технологічні особливості будівлі або санітарних вимог по надійному поділу повітряних потоків.

У цьому випадку використовують проміжний теплоносій, циркулює між повітроводами по ізольованому трубопроводу. Як середовище для передачі теплової енергії використовують воду або водно-гліколевий розчин, циркуляцію якого забезпечують роботою теплового насоса.

Рекуператор з проміжним теплоносієм є об'ємне і дорогий пристрій, чиє застосування економічно виправдано для приміщень з великим площами

У тому випадку, якщо є можливість використовувати інший тип рекуператора, то краще не застосовувати систему з проміжним теплоносієм, так як вона володіє наступними істотними недоліками:

  • низький ККД в порівнянні з іншими типами пристроїв, тому для невеликих приміщень з малою витратою повітря такі пристрою не застосовують;
  • значний обсяг і вага всієї системи;
  • необхідність додаткового електричного насоса для циркуляції рідини;
  • підвищений шум від роботи насоса.

Існує модифікація цієї системи, коли замість примусової циркуляції теплообмінної рідини використовують середу з низькою точкою кипіння, наприклад фреон. У цьому випадку рух по контуру можливо природним чином, але тільки в тому випадку якщо припливний повітропровід розташований над витяжним.

Така система не вимагає додаткових витрат електроенергії, але працює на обігрів тільки при значному перепаді температур. Крім того, необхідна точна настройка точки зміни агрегатного стану теплообмінної рідини, яка може бути реалізована шляхом створення потрібного тиску або певного хімічного складу.

Основні технічні параметри

Знаючи необхідну продуктивність системи вентиляції і ККД теплообміну рекуператора легко розрахувати економію на обігріві повітря для приміщення при конкретних кліматичних умовах. Порівнявши потенційну вигоду з витратами на покупку і обслуговування системи можна обґрунтовано зробити вибір на користь рекуператора або стандартного калорифера.

Часто виробники обладнання пропонують модельну лінійку, в якій вентиляційні блоки зі схожим функціоналом відрізняються обсягом повітрообміну. Для житлових приміщень цей параметр необхідно розраховувати згідно з таблицею 9.1. СП 54.13330.2016

Коефіцієнт корисної дії

Під коефіцієнтом корисної дії рекуператора розуміють ефективність теплопередачі, яку розраховують за такою формулою:

K = (Т п - Т н) / (Т в - Т н)

В якій:

  • Т п - температура повітря, що поступає всередину приміщення;
  • Т н - температура зовнішнього повітря;
  • Т в - температура повітря в приміщенні.

Максимальне значення ККД при штатній швидкості потоку повітря і певному температурному режимі вказують у технічній документації пристрою. Його реальний показник буде трохи менше.

У разі самостійного виготовлення пластинчастого або трубчастого рекуператора для досягнення максимальної ефективності теплопередачі необхідно дотримуватися наступних правил:

  • Найкращий теплообмін забезпечують протиточні пристрою, потім перекрестноточние, а найменшу - з односпрямованим рухом обох потоків.
  • Інтенсивність теплообміну залежить від матеріалу і товщини стінок, що розділяють потоки, а також від тривалості перебування повітря всередині пристрою.

Знаючи ККД рекуператора можна розрахувати його енергоефективність при різних температурах зовнішнього і внутрішнього повітря:

Е (Вт) = 0, 36 х Р х К х (Т в - Т н)

де Р (м 3 / год) - витрата повітря.

Розрахунок ефективності рекуператора в грошовому еквіваленті і порівняння з витратами на його придбання і монтаж для двоповерхового котеджу загальною площею 270 м2 показує доцільність встановлення такої системи

Вартість рекуператорів з високим ККД досить велика, вони мають складну конструкцію і значні розміри. Іноді можна обійти ці проблеми установкою декількох більш простих пристроїв таким чином, щоб вступник повітря послідовно проходив через них.

Продуктивність вентиляційної системи

Обсяг повітря, що пропускається визначається статичним тиском, яке залежить від потужності вентилятора і основних вузлів, що створюють аеродинамічний опір. Як правило, точний його розрахунок неможливий через складність математичної моделі, тому для типових моноблочних конструкцій проводять експериментальні дослідження, а для індивідуальних пристроїв здійснюють підбір компонентів.

Потужність вентилятора необхідно вибирати з урахуванням пропускної здатності встановлюються рекуператорів будь-яких типів, яка в технічній документації вказана як рекомендована швидкість потоку або обсяг пропускається пристроєм повітря за одиницю часу. Як правило, допустима швидкість повітря всередині пристрою не перевищує значення 2 м / с.

В іншому випадку на високих швидкостях в вузьких елементах рекуператора відбувається різке зростання аеродинамічного опору. Це призводить до зайвих витрат електроенергії, неефективному прогріванні зовнішнього повітря і скорочення терміну служби вентиляторів.

Графік залежності втрати тиску від швидкості потоку повітря для декількох моделей рекуператорів високої продуктивності показує нелінійний зростання опору, тому необхідно дотримуватися вимог за рекомендованим обсягом повітрообміну вказуються в технічній документації пристрою

Зміна напрямку потоку повітря створює додаткове аеродинамічний опір. Тому при моделюванні геометрії воздуховода всередині приміщення бажано мінімізувати кількість поворотів труб на величину 90 градусів. Дифузори для розсіювання повітря також збільшують опір, тому бажано не використовувати елементи зі складним малюнком.

Забруднені фільтри і решітки створюють значні перешкоди руху потоку, тому їх необхідно періодично прочищати або міняти. Одним з ефективних способів оцінки засміченості є установка датчиків, які відстежують перепад тиску на ділянках до фільтра і після нього.

Висновки і корисне відео по темі

Принцип роботи роторного і пластинчастого рекуператора:

Замір ККД рекуператора пластинчастого типу:

Побутові та промислові системи вентиляції з інтегрованим рекуператором довели свою енергетичну ефективність щодо збереження тепла всередині приміщень. Зараз існує безліч пропозицій з продажу та встановлення таких пристроїв як у вигляді готових і випробуваних моделей, так і за індивідуальним замовленням. Провести розрахунок необхідних параметрів і виконати монтаж можна самостійно.

Якщо при ознайомленні з інформацією з'явилися питання або ви знайшли неточності в нашому матеріалі, будь ласка, залишайте свої коментарі в розташованому нижче блоці.

Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Категорія: