В процесі вентилювання з приміщення утилізується не тільки відпрацьоване повітря, але і частина теплової енергії. Взимку це призводить до збільшення рахунків на енергоресурси.
Скоротити невиправдані витрати, не на шкоду повітрообміну, дозволить рекуперація тепла в системах вентиляції централізованого і локального типу. Для регенерації теплової енергії використовуються різні види теплообмінників - рекуператори.
У статті докладно описані моделі агрегатів, їх конструктивні особливості, принципи роботи, переваги і недоліки. Викладена інформація допоможе у виборі оптимального варіанту для облаштування вентиляційної системи.
Поняття рекуперації: принцип роботи теплообмінника
У перекладі з латинської, рекуперація означає відшкодування або зворотне отримання. Відносно теплообмінних реакцій, рекуперація характеризується як, часткове повернення енергії, витраченої на проведення технологічного дії з метою застосування в цьому ж процесі.
У вентиляційній системі принцип рекуперації використовується для економії теплової енергії.
За аналогією відбувається рекуперація охолодження в жарку погоду - теплі припливні маси нагрівають виведену «відпрацювання» і їх температура знижується.
Рекуперація тепла в вентиляційних системах дозволяє знижувати витрати на їх утримання, підтримуючи нормативний повітрообмін 
Установки для рекуперірованія є сенс застосовувати в організованих вентиляційних системах з механічним спонуканням руху повітря 
Рекуператори вентиляційних систем мають у своєму розпорядженні на горищі або в окремому підсобному приміщенні, щоб звук працюючого обладнання не заважав мешканцям будинків, відвідувачам спортивних комплексів і працівникам виробничих цехів 
Рекуперировать повітряний потік з подмешенной до нього порцією свіжого повітря подається в приміщення через вентиляційні решітки повітроводів 
При облаштуванні виробничих приміщень вентиляційними контурами зі збереженням отриманого тепла і підмішуванням свіжого повітря обладнання для обробки потоку встановлюється в горищному просторі, повітроводи підвішують під стелею 
Крім повторного використання тепла обладнання вентиляційних систем виробляє фільтрацію повітряної маси з видаленням з неї пилу і токсичних компонентів 
Випускаються в даний час рекуператори обладнані пристроями для скорочення енерговитрат, завдяки яким суттєво скорочується витрата електроенергії 
Рекуперація - економне рішення для примусових вентиляційних систем, але його використовують лише в якості доповнення. Основний обсяг повітря в холодні місяці все одно обробляє нагрівач
Процес регенерації енергії здійснюється в рекупераційних теплообміннику. Пристрій передбачає наявність теплообмінного елемента і вентиляторів для прокачування різноспрямованих Потік повітря. Для управління процесом і контролю якості подачі повітря використовується система автоматики.
Конструкція розроблена так, щоб припливні і витягує потоки перебували в окремих відсіках і не змішувалися - теплоутилізація здійснюється через стінки теплообмінника.
Розібратися і зрозуміти, що таке вентиляція з рекуперацією допоможе наочна схема циркуляції повітря.
Через витяжки у вологих приміщеннях (туалет, ванна, кухня) відбувається відтік відпрацьованого повітря. До того, як піти назовні, він проходить крізь рекуператор і залишає частину тепла. Подається повітря рухається в зустрічному напрямку, нагрівається і надходить в житлові кімнати (+)
Доцільність рекуператора в вентиляції
Говорити про доцільність облаштування рекуперативної вентиляції можна, оцінивши ефективність системи і зіставивши її гідності з вадами.
Від відпрацьованого витягається назовні повітря забирається частина тепла і передається нагнітається свіжим струменів, спрямованим всередину приміщення. Це дозволяє знизити тепловтрати до 70% (+)
Необхідність використання рекуперації тепла найбільш актуальна в будівлях з примусовим виведенням повітря. Як правило, це малоінерційні будівлі, зведені з використанням інноваційних теплоізоляційних технологій (будинки з сендвіч-панелей, газосилікатних плит, піноблоків).
У таких будівлях стіни погано акумулюють тепло, а природний повітрообмін малоефективний.
Однак проблеми з циркуляцією повітря характерні і для «традиційних» будівель з цегли і бетону. Наявність герметичних тепло-звукоізолюючих ПВХ-вікон блокує циркуляцію з природним спонуканням - приплив свіжого повітря зупиняється, а тяга в вентканалах перекидається або прагне до нуля.
Рішення проблеми «євровікон» - організація примусової вентиляції. Система відновлює повітрообмін, але при цьому тепловтрати збільшуються до 60%. І тут уже не обійтися без теплової рекуперації.
Ефективність обмінного процесу виражається у відсотках і показує кількість витраченого тепла від витяжного повітря на обігрів свіжої «пріточкі»
Показник ККД вентиляційної рекуперації тепла:
- 0% - відкрите вікно - тепле повітря видаляється в атмосферу, а холодний потрапляє всередину, знижуючи температуру в приміщення;
- 100% - припливне повітря розігрівається до температури «відпрацювання» - технічно реалізувати неможливо;
- 30-90% - допустимий параметр, хорошою вважається рекуперация з ефективністю 60% і більше, ККД понад 80% - відмінний теплообмін.
Ефективність системи залежить від типу рекуператора, габаритів приміщення і витрати повітря. У будь-якому випадку, використання рекупераційних вентиляції навіть з ККД в 30% вигідніше, ніж її відсутність. Крім істотної економії на енергоресурси, «регенерація» тепла покращує загальний мікроклімат в приміщенні.
Недоліки використання теплообмінника:
- Енергозалежність. Купівля кліматичного обладнання виправдана, якщо споживання електроенергії буде значно менше, ніж її економія після установки рекуператора.
- Випадання конденсату. Через різницю температур на стінках теплообмінника може утворитися конденсат. Взимку є ймовірність обмерзання, що загрожує стрімким зниженням ККД або виходом рекуператора з ладу.
- Гучна робота. Деякі моделі в процесі експлуатації видають гул. Якщо вдень цей недолік не особливо відчутний, то вночі шум викликає дискомфорт. Рекуператори з поліпшеною ізоляцією працюють тихо.
Високі початкові інвестиції часто стають головним аргументом проти енергоефективної вентиляції.
Доцільно вкладати гроші в ту систему, яка окупитися протягом 5-8 років. Треба врахувати, що для обслуговування комплексу доведеться нести додаткові витрати, наприклад, періодична заміна вентиляторів
Особливості різних видів теплообмінників
Конструкція рекуператора визначає схему руху теплоносія, ефективність вентиляційної системи, клас енергоспоживання і вартість обладнання. Застосовується п'ять варіантів теплообмінників: пластинчастий, роторний, теплові трубки, камерні пристрою і моделі з проміжним теплоносієм.
Пластинчастий рекуператор - простота конструкції
Основа теплообмінника - герметична камера з безліччю паралельних повітропроводів. Канали розділені перегородками - теплопровідними пластинами, виготовленими зі сталі або алюмінію.
Хвилеподібні пластини (60-70 штук) згруповані в одному блоці так, щоб утворені канали розташовувалися перехресно один до одного - створена турбулентність покращує теплообмін (+)
Потоки газів рухаються назустріч одна одній, перетинаються в касеті рекуператора, але не перемішуються. Тепловий обмін здійснюється за рахунок одноразової охолодження і нагріву пластинок з різних сторін.
Переваги перехресного теплообмінника:
- простота монтажу і налаштування обладнання;
- виключення контакту повітряних мас;
- доступна вартість і компактні габарити;
- відсутність тертьових і рухомих деталей.
Показник ефективності варіюється в діапазоні 40-70%.
Основний недолік пластинчастої моделі - осідання конденсату в витяжному каналі і утворення криги взимку. Для розморожування агрегату вхідний струмінь перенаправляється в обхід теплообмінника, а теплий виходить потік розтоплює лід на пластинах.
У режимі «розморожування» економія енергії не відбувається, для підігріву повітря, що поступає застосовуються калорифери потужністю до 5 кВт. Усереднене значення ККД падає на 20% (+)
Можливі два шляхи вирішення проблеми:
- Попередній підігрів що надходить Потік повітря до температури, при якій утворення криги виключено.
- Рекуператор з пластинами з гігроскопічної целюлози. Матеріал вбирає вологу з відпрацьованих повітряних мас і передає її знову надходять потокам.
При виборі перехресного теплообмінника слід врахувати експлуатаційні особливості пластин.
Їх характеристики залежать від матеріалу виготовлення:
- Алюмінієва фольга - доступна вартість, але обмежена продуктивність взимку. Крім того, не рекомендується для житлових приміщень через просушування повітря. Модифікації з алюмінієвої «начинкою» - оптимальний варіант для бань і басейнів.
- Пластикові перегородки - за ціною аналогічні металевим виробам, але відрізняються поліпшеною ефективністю роботи.
- Целюлозний теплообмінник - перешкоджають обмерзанню і підтримують нормальне влагосодержание всередині приміщення.
Гігроцеллюлозний рекуператор найбільш економічний і оптимальний для вентиляції житлових будівель.
Роторний рекуператор - висока ефективність системи
Теплообмінник представлений у вигляді циліндра, заповненого прошарками гофрованого металу. У міру обертання барабанної установки в кожен відсік по черзі надходять теплі або холодні струмені повітря.
Конструкція роторного рекуператора: вал обертання і два повітряних каналу. Одна ділянка ротора нагрівається «відпрацюванням», барабан прокручується і тепло перенаправляється холодним масам, зосередженим в сусідньому каналі (+)
ККД теплообміну визначається швидкістю обертання ротора, ефективність роботи можна регулювати.
Аргументи «за» роторний рекуператор:
- повернення тепла до 65-90%;
- економічність витрати електроенергії;
- часткове відшкодування вологи - можна обійтися без зволожувача;
- період окупності - до 4-х років.
Незважаючи на високу ефективність, теплообмінник барабанного типу не став лідером серед аналогічних установок.
Мінуси вентиляційної системи:
- Підмішування забрудненого повітря в приплив. Через мікроканали черзі циркулюють витяжні і припливні маси, тому близько 3-8% «відпрацювання» повертаються назад. Барабан часто передає запах вихідного повітря.
- Складність конструкції. Обертові частини ротора потребують регулярного обслуговування і періодичної заміни. Рухомі елементи під час роботи видають шум і вібрацію.
- Висока вартість. Ціна на роторні моделі вище, ніж на пластинчасті вироби. Це обумовлено використанням складної механіки в конструкції барабанного теплообмінника.
- Великі розміри. Монтаж здійснюється в просторій венткамере.
Через громіздкість роторні установки використовуються переважно на промислових підприємствах.
Для мінімізації змішування Потік повітря роторні рекуператори доповнюються проміжними секторами - тут мікроканали продуваються свіжим повітрям, який надходить назад в витяжку. Мінус схеми - зниження ККД (+)
Пов'язані теплообмінники - гліколева модель
Рекупераційних установку з проміжним теплоносієм через конструктивних особливостей часто називають пов'язаними теплообмінниками або глеколевим агрегатом. Це одна з найбільш гнучких систем теплоутілізаціі. Один теплообмінник врізається в припливне канал, а другий - в витяжку.
У схемі обв'язки присутні: циркуляційний насос, розширювальний бак, повітряний клапан, контролер, температурний датчик, запобіжний клапан, індикатор тиску (+)
Принцип роботи. Гліколіевий склад циркулює між теплообмінниками. Температура теплоносія зростає завдяки розігрітому удаляемому потоку, а потім теплова енергія передається свіжому повітрю. Замкнута система виключає змішування зустрічних повітряних мас.
Особливості роботи теплообмінників з теплоносієм:
- ККД - 45-55%;
- регулювання ефективності за допомогою насоса - вибирається швидкість руху антифризу;
- можливість розміщення припливно-витяжних повітропроводів віддалено один від одного (до 800 м);
- монтаж рекуператора здійснюється вертикально або горизонтально;
- в сильний мороз поверхню витяжного теплообмінника обмерзає - з'являється лід; використання антифризу дозволяє експлуатувати рекуператор, не вдаючись до розморожуванні;
- термін окупності системи - до 2-х років;
- допустима комбінація 1 витяжки та кількох приток або навпаки.
Обсяг видаляється і поступаемого повітря повинен бути приблизно рівним. Такі рекуператори зазвичай використовуються, якщо приплив токсичний або сильно забруднений, коли змішування потоків неприпустимо.
Камерний вузол - універсальність застосування
Конструктивно, камерний теплообмінник - закритий короб, розділений всередині рухомої заслінкою. Відкривається перегородка визначає схему роботи рекуператора.
Відтік проходить уздовж одного каналу, а приплив надходить у другу камеру. В теплообміннику теплі маси нагрівають стінки першого відсіку. Через час заслінка пересувається і воздухопоток змінює напрямок
В результаті - приплив рухається уздовж теплих стінок першого воздуховода, а «відпрацювання» нагріває поверхню другої камери. У певний момент перегородка стає назад і цикл повторюється.
Переваги камерного теплообмінного вузла:
- ККД - 80-90%;
- в тандемі з якісної теплоізоляцією витрати на опалення зводяться до мінімуму;
- простота монтажу - допомога фахівців знадобиться при виборі параметрів вентустановки;
- збереження рівня вологості;
- виключено обмерзання системи.
Камерний рекуператор - відмінний варіант для регіонів, де протягом року тривалий період спостерігається істотний дисбаланс між температурою всередині приміщення і на вулиці.
До недоліків вузла регенерації тепла відносяться:
- необхідність регулярного техобслуговування рухомих елементів;
- зустрічні повітряні струмені частково змішуються - запахи і домішки можуть надходити назад у будівлю.
Для скорочення підмішування система комплектується фільтруючим елементом. Повітря стає чистішим, але ефективність рекуператора падає.
Теплові трубки - закрита система теплообміну
Рекуператор складається з безлічі мідних або алюмінієвих трубок, заповнених легкоиспаряющихся речовиною, наприклад, фреоном. Принцип функціонування трубчастого теплообмінника базується на фізичних процесах - зміні стану речовини при нагріванні.
Термотрубкі розміщується вертикально - нижній кінець теплообмінника в витяжному каналі, а верх - в припливному повітроводі. Вихідні потоки огинають кінець трубки - фреон нагрівається, закипає і випаровується (+)
Газ піднімається і віддає теплову енергію припливу, після чого фреон конденсується і стікає вниз рекуператора. Термічний цикл повторюється по колу.
Техніко-експлуатаційні характеристики трубчастого теплообмінника:
- ефективність пристрою - до 65%;
- безшумність роботи завдяки відсутності рухомих елементів;
- простота конструкції і невибагливість в обслуговуванні;
- компактність - невеликі габарити і незначну вагу;
- енегронезавісімость - теплоносій циркулює природним шляхом;
Вагоме перевага полягає в тому, що повітряні потоки припливу і обратки не перемішується.
Слабкі сторони теплових трубок:
- високий рівень ККД досягається при вузькому температурному діапазоні - при різкому перегріванні весь фреон випаровується, а при недостатньому нагріванні інтенсивність пароутворення сповільнюється;
- невисока міцність трубок - зміна форми або розгерметизація знижує працездатність обладнання.
Трубчасті рекуператори застосовуються в приватному будівництві, в адміністративних, офісних будівлях і невеликих промислових площах.
Способи організації рекуперативної вентиляції
Рекуперація облаштовується одним із способів: централізовано і децентралізовано. У першому випадку через теплообмінник проходять вентиляційні потоки з усього приміщення, у другому - з однієї кімнати.
Централізований комплекс - припливно-витяжна установка
Централізована система облаштовується на етапі будівництва або капітальної модернізації вентсистеми.
Підбирається примусова приточно-витяжна установка (ПВУ) з вмонтованим рекуператором. Основний критерій вибору - загальна продуктивність комплексу з розрахунку на весь обсяг повітря в споруді (+)
ПВУ з рекуператором забезпечує достатній повітрообмін навіть в будинках з герметичними вікнами. При цьому Потік повітря розподіляються рівномірно, не створюючи протягів.
Комплексні припливно-витяжні установки моноблочного типу укомплектовані:
- 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
Висновки і корисне відео по темі
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 зв'язку знаходиться в нижньому блоці.