Создание энергоэффективного административного здания, которое будет максимально приближено к стандарту «PASSIVE HOUSE», невозможно без современной приточно-вытяжной установки (ПВУ) с рекуперацией тепла.
Под рекуперацией подразумевается процесс утилизации тепла внутреннего вытяжного воздуха с температурой t в, выбрасываемого в холодный период с высокой температурой на улицу, для нагрева приточного наружного воздуха. Процесс утилизации тепла происходит в специальных утилизаторах теплоты: пластинчатые рекуператоры, вращающиеся регенераторы, а также в теплообменных аппаратах, устанавливаемых отдельно в воздушных потоках с различной температурой (в вытяжных и приточных установках) и соединяемые промежуточным теплоносителем (гликолем, этиленгликолем).
Последний вариант наиболее актуален в случае, когда приток и вытяжка разнесены по высоте здания, например, приточная установка – в подвале, а вытяжная – в чердачном помещении, однако эффективность рекуперации таких систем будет значительно меньше (от 30 до 50% в сравнении с ПВУ в одном корпусе
Пластинчатые рекуператоры представляют собой кассету, в которой каналы приточного и вытяжного воздуха разделены между собой листами алюминия. Между приточным и вытяжным воздухом через листы алюминия происходит теплообмен. Внутренний вытяжной воздух через пластины рекуператора нагревает наружный приточный воздух. При этом процесса смешения воздуха не происходит.
В роторных рекуператорах
передача тепла от вытяжного воздуха приточному осуществляется через вращающийся цилиндрический ротор, состоящий из пакета тонких металлических пластин. В процессе работы роторного рекуператора вытяжной воздух нагревает пластины, а затем эти пластины перемещаются в поток холодного наружного воздуха и нагревают его. Однако в узлах разделения потоков из-за их негерметичности происходит переток вытяжного воздуха в приточный. Процент перетока может быть от 5 до 20% в зависимости от качества оборудования.
Для достижения поставленной цели – приблизить здание ФГАУ «НИИ ЦЭПП» к пассивному, в ходе долгих обсуждений и расчетов, было принято решение установить приточно-вытяжные вентиляционные установки с рекуператором Российского производителя энергосберегающих климатических систем – компании TURKOV .
Компания TURKOV
производит ПВУ для следующих регионов:
- Для Центрального региона (оборудование с двухступенчатой рекуперацией серии ZENIT , которое стабильно работает до -25 о С, и отлично подходит для климата Центрального региона России, КПД 65-75%);
- Для Сибири (оборудование с трехступенчатой рекуперацией серии Zenit HECO стабильно работает до -35 о С, и отлично подходит для климата Сибири, однако часто применяется и в центральном регионе, КПД 80-85%);
- Для Крайнего Севера (оборудование с четырехступенчатой рекуперацией серии CrioVent стабильно работает до -45 о С, отлично подходит для экстремально холодного климата и применяется в самых суровых регионах России, КПД до 90%).
Однако в ПВУ TURKOV используется энтальпийный пластинчатый рекуператор
, в котором вместе с переносом неявного тепла из вытяжного воздуха приточному также переносится влага.
Рабочая область энтальпийного рекуператора выполнена из полимерной мембраны, которая пропускает молекулы водяного пара из вытяжного (увлажненного) воздуха и передает приточному (сухому). Смешения вытяжного и приточного потоков в рекуператоре не происходит, так как влага пропускается через мембрану посредством диффузии из-за разницы концентрации пара с двух сторон мембраны.
Размеры ячеек мембраны таковы, что пройти через нее может только водяной пар, для пыли, загрязняющих веществ, капель воды, бактерий, вирусов и запахов мембрана является непреодолимой преградой (в силу соотношения размеров «ячеек» мембраны и остальных веществ).
Энтальпийный рекуператор
по сути - пластинчатый рекуператор, где вместо алюминия используется полимерная мембрана. Так как теплопроводность пластины мембраны меньше, чем у алюминия, то требуемая площадь энтальпийного рекуператора значительно больше площади аналогичного алюминиевого рекуператора. С одной стороны это увеличивает габариты оборудования, с другой позволяет передавать большой объем влаги, и именно благодаря этому получается добиться высокой морозостойкости рекуператора и стабильной работы оборудования при сверхнизких температурах.
В зимнее время (уличная температура ниже -5С), если влажность вытяжного воздуха превышает 30 % (при температуре вытяжного воздуха 22…24 о С), в рекуператоре вместе с процессом передачи влаги в приточный воздух происходит процесс накопления влаги на пластине рекуператора. Поэтому необходимо производить периодическое отключение приточного вентилятора и высушивание гигроскопического слоя рекуператора вытяжным воздухом. Длительность, периодичность и температура, ниже которой, требуется процесс просушки, зависит от ступенчатости рекуператора, температуры и влажности внутри помещения. Наиболее часто используемые настройки просушки рекуператора приведены в таблице 1.
Таблица 1. Наиболее часто используемые настройки просушки рекуператора
| Ступени рекуператора | Температура/Влажность | ||||
|
|
<20% | 20%-30% | 30%-35% | 35%-45% | |
| 2 ступени | не требуется | 3/45 мин | 3/30 мин | 4/30 мин | |
| 3 ступени | не требуется | 3/50 мин | 3/40 мин | 3/30 мин | |
| 4 ступени | не требуется | 3/50 мин | 3/40 мин | ||
Просушка рекуператора требуется только при установке систем увлажнения воздуха, или при работе оборудования с большими, систематичными влагопритоками.
- При стандартных параметрах внутреннего воздуха режим просушки не требуется.
В данной статье в качестве примера административного здания рассмотрено типичное пятиэтажное здание ФГАУ «НИИ ЦЭПП» после намечаемой реконструкции.
Для этого здания был определен расход приточного и вытяжного воздуха в соответствии с нормами воздухообмена в административных помещениях для каждого помещения здания .
Суммарные значения расходов приточного и вытяжного воздуха по этажам здания приведены в таблице 2.
Таблица 2. Расчетные расходы приточного/вытяжного воздуха по этажам здания
| Этаж | Расход приточного воздуха, м 3 /ч | Расход вытяжного воздуха, м 3 /ч | ПВУ TURKOV |
| Подвал | 1987 | 1987 | Zenit 2400 HECO SW |
| 1 этаж | 6517 | 6517 |
Zenit 1600 HECO SW Zenit 2400 HECO SW Zenit 3400 HECO SW |
| 2 этаж | 5010 | 5010 | Zenit 5000 HECO SW |
| 3 этаж | 6208 | 6208 |
Zenit 6000 HECO SW Zenit 350 HECO MW - 2 шт. |
| 4 этаж | 6957 | 6957 |
Zenit 6000 HECO SW
Zenit 350 HECO MW |
| 5 этаж | 4274 | 4274 |
Zenit 6000 HECO SW Zenit 350 HECO MW |
В лабораториях ПВУ работают по специальному алгоритму с компенсацией вытяжки из вытяжных шкафов, т.е при включении какого-либо вытяжного шкафа вытяжка ПВУ автоматически уменьшается на величину вытяжки шкафа. На основе расчетных расходов был произведен выбор приточно-вытяжных установок Turkov. Каждый этаж будет обслуживаться своей ПВУ Zenit HECO SW и Zenit HECO MW с трехступенчатой рекуперацией до 85 %.
Вентиляция первого этажа осуществляется ПВУ, которые установлены в подвале и на втором этаже. Вентиляция остальных этажей (кроме лабораторий на четвертом и третьем этаже) обеспечивается ПВУ, установленными на техническом этаже.
Внешний вид ПВУ установки Zenit Heco SW приведен на рисунке 6. В таблице 3 приведены технические данные для каждой ПВУ установки.
Установка Zenit Heco SW
включает в себя:- Корпус с тепло-шумоизоляцией;
- Приточный вентилятор;
- Вытяжной вентилятор;
- Приточный фильтр;
- Вытяжной фильтр;
- 3-x ступенчатый рекуператор;
- Водяной нагреватель;
- Смесительный узел;
- Автоматика с комплектом датчиков;
- Проводной пульт управления.
Важным плюсом является возможность монтажа оборудования как вертикально, так и горизонтально под потолком, что применяется в рассматриваемом здании. А так же возможность располагать оборудование в холодных зонах (чердаках, гаражах, техпомещениях и т.д.) и на улице, что весьма актуально при реставрациях и реконструкциях зданий.
ПВУ Zenit HECO MW – небольшие ПВУ с рекуперацией тепла и влаги с водяным нагревателем и смесительным узлом в легком и универсальном корпусе из вспененного полипропилена, предназначенные для поддержания климата в небольших помещениях, квартирах, домах.
Компания TURKOV самостоятельно разработала и производит в России автоматику Monocontroller для вентиляционного оборудования. Данная автоматика используется в ПВУ Zenit Heco SW
- Контроллер управляет электронно-коммутируемыми вентиляторами по линии MODBUS, что позволяет следить за работой каждого вентилятора.
- Управляет водяными нагревателями и охладителями, для точного поддержания температуры подаваемого воздуха как в зимний, так и в летний периоды.
- Для контроля CO 2 в конференц-зале и переговорных автоматика оснащается специальными датчиками CO 2 . Оборудование будет следить за концентрацией CO 2 и автоматически изменять расход воздуха подстраиваясь под количество людей в помещении, для поддержания требуемого качества воздуха, тем самым уменьшая теплопотребление оборудования.
- Комплектная система диспетчеризации позволяет максимально просто организовать диспетчерский пункт. А система удаленного мониторинга позволит следить за оборудованием из любой точки мира.
Возможности пульта управления:
- Часы, дата;
- Три скорости вентилятора;
- Отображение состояния фильтра в реальном времени;
- Недельный таймер;
- Установка температуры приточного воздуха;
- Отображение неисправностей на дисплее.
Оценка эффективности
Для оценки эффективности установки в рассматриваемом здании приточно-вытяжных установок Zenit Heco SW с рекуперацией определим расчетные, средние и годовые нагрузки на систему вентиляции, а также расходы в рублях за холодный период, теплый период и за весь год для трех вариантов ПВУ:
- ПВУ с рекуперацией Zenit Heco SW (КПД рекуператора 85 %);
- Прямоточная ПВУ (т.е без рекуператора);
- ПВУ с КПД возврата тепла 50 %.
Нагрузка на систему вентиляции – это нагрузка на воздухонагреватель, который догревает (в холодный период) или охлаждает (в теплый период) приточный воздух после рекуператора. В прямоточной ПВУ в нагревателе нагревается воздух от начальных параметров, соответствующих параметрам наружного воздуха в холодный период, а в теплый период охлаждается. Результаты расчета расчетной нагрузки на систему вентиляции в холодный период по этажам здания приведены в таблице 3. Результаты расчета расчетной нагрузки на систему вентиляции в теплый период для всего здания приведены в таблице 4.
Таблица 3. Расчетная нагрузка на систему вентиляции в холодный период по этажам, кВт
| Этаж | ПВУ Zenit HECO SW/MW | Прямоточная ПВУ | ПВУ с рекуперацией 50% |
| Подвал | 3,5 | 28,9 | 14,0 |
| 1 этаж | 11,5 | 94,8 | 45,8 |
| 2 этаж | 8,8 | 72,9 | 35,2 |
| 3 этаж | 10,9 | 90,4 | 43,6 |
| 4 этаж | 12,2 | 101,3 | 48,9 |
| 5 этаж | 7,5 | 62,2 | 30,0 |
| 54,4 | 450,6 | 217,5 |
Таблица 4. Расчетная нагрузка на систему вентиляции в теплый период по этажам, кВт
| Этаж | ПВУ Zenit HECO SW/MW | Прямоточная ПВУ | ПВУ с рекуперацией 50% |
| 20,2 | 33,1 | 31,1 |
Так как расчетные температуры наружного воздуха в холодный и теплый период – не постоянны во время отопительного периода и периода охлаждения, необходимо определить среднюю вентиляционную нагрузку при средней температуре наружного воздуха:
Результаты расчета годовой нагрузки на систему вентиляции в теплый период и холодный период для всего здания приведены в таблицах 5 и 6.
Таблица 5. Годовая нагрузка на систему вентиляции в холодный период по этажам, кВт
| Этаж | ПВУ Zenit HECO SW/MW | Прямоточная ПВУ | ПВУ с рекуперацией 50% |
| 66105 | 655733 | 264421 | |
| 66,1 | 655,7 | 264,4 |
Таблица 6. Годовая нагрузка на систему вентиляции в теплый период по этажам, кВт
| Этаж | ПВУ Zenit HECO SW/MW | Прямоточная ПВУ | ПВУ с рекуперацией 50% |
| 12362 | 20287 | 19019 | |
| 12,4 | 20,3 | 19,0 |
Определим расходы в рублях за год на догрев, охлаждение и работу вентиляторов.
Расход в рублях на догрев получается перемножением годовых значений вентиляционных нагрузок (в Гкал) в холодный период на стоимость 1 Гкал/час тепловой энергии от сети и на время работы ПВУ в режиме нагрева. Стоимость 1 Гкал/ч тепловой энергии от сети принимаем равной 2169 рублей.
Расходы в рублях на работу вентиляторов получены перемножением их мощности, времени работы и стоимости 1 кВт электричества. Стоимость 1 кВт∙ч электричества принимаем равной 5,57 руб.
Результаты расчетов расходов в рублях на работу ПВУ в холодный период приведены в таблице 7, а в тёплый период в таблице 8. В таблице 9 приведено сравнение всех вариантов ПВУ по всему зданию ФГАУ "НИИ ЦЭПП".
Таблица 7. Расходы в рублях за год на работу ПВУ в холодный период
| Этаж | ПВУ Zenit HECO SW/MW | Прямоточная ПВУ | ПВУ с рекуперацией 50% | |||
| На догрев | На вентиляторы | На догрев | На вентиляторы | На догрев | На вентиляторы | |
| Суммарные затраты | 368 206 | 337 568 | 3 652 433 | 337 568 | 1 472 827 | 337 568 |
Таблица 8. Расходы в рублях за год на работу ПВУ в теплый период
| Этаж | ПВУ Zenit HECO SW/MW | Прямоточная ПВУ | ПВУ с рекуперацией 50% | |||
| На охлаждение | На вентиляторы | На охлаждение | На вентиляторы | На охлаждение | На вентиляторы | |
| Суммарные затраты | 68 858 | 141 968 | 112 998 | 141 968 | 105 936 | 141 968 |
Таблица 9. Сравнение всех ПВУ
| Величина | ПВУ Zenit HECO SW/MW | Прямоточная ПВУ | ПВУ с рекуперацией 50% |
| , кВт | 54,4 | 450,6 | 217,5 |
| 20,2 | 33,1 | 31,1 | |
| 25,7 | 255,3 | 103,0 | |
| 11,4 | 18,8 | 17,6 | |
| 66 105 | 655 733 | 264 421 | |
| 12 362 | 20 287 | 19 019 | |
| 78 468 | 676 020 | 283 440 | |
| Затраты на догрев, руб | 122 539 | 1 223 178 | 493 240 |
| Затраты на охлаждение, руб | 68 858 | 112 998 | 105 936 |
| Затраты на вентиляторы зимой, руб | 337 568 | ||
| Затраты на вентиляторы летом, руб | 141 968 | ||
| Суммарные годовые затраты, руб | 670 933 | 1 815 712 | 1 078 712 |
Анализ таблицы 9 позволяет сделать однозначный вывод – приточно-вытяжные установки Zenit HECO SW и Zenit HECO MW с рекуперацией тепла и влаги фирмы Turkov очень энергоэффективные.
Суммарная годовая вентиляционная нагрузка ПВУ TURKOV меньше нагрузки в ПВУ с КПД 50% на 72%, а в сравнении с прямоточной ПВУ на 88%. ПВУ Turkov позволит сэкономить 1 млн 145 тыс.руб – в сравнении с прямоточной ПВУ или 408 тыс.руб – в сравнении с ПВУ, КПД которой 50%.
Где ещё экономия…
Основной причиной отказов применения систем с рекуперацией являются относительно высокие начальные капиталовложения, однако при более полном взгляде на затраты на застройку, такие системы не только быстро окупаются, но и позволяют уменьшить общие капиталовложения при застройке.В качестве примера возьмем наиболее массовую «типовую» застройку с применением жилых, офисных зданий и магазинов.
Среднее значение теплопотерь готовых зданий: 50 Вт/м 2 .
- Включено: Теплопотери через стены, окна, кровлю, фундамент, и т.д.
Включено:
- Вентиляцию квартир с расчетом по назначению помещений и кратности.
- Вентиляцию офисов с расчетом по количеству людей и компенсации CO2.
- Вентиляцию магазинов, коридоров, складских помещений и т.д.
- Соотношение площадей выбрано на основе нескольких существующих комплексов
Включено:
- Компенсация санузлов, ванных комнат, кухонь и т.д. Так как из данных помещений нельзя организовать втяжку в систему рекуперации, то в данный помещения организован приток, а вытяжка идет отдельными вентиляторами мимо рекуператора.
Разница между количеством приточного воздуха и количеством воздуха на компенсацию.
Именно данный объем вытяжного воздуха передает тепло приточному воздуху.
Итак, необходимо произвести застройку района стандартными зданиями с общей площадью 40000 м 2 с указанными характеристиками теплопотерь. Посмотрим на чем позволит сэкономить применение систем вентиляции с рекуперацией.
Эксплуатационные расходы
Основной целью выбора систем с рекуперацией, является снижение стоимости эксплуатации оборудования, за счет значительного сокращения требуемой тепловой мощности для нагрева приточного воздуха.
С применением приточных и вытяжных вентиляционных установок без рекуперации мы получим теплопотребление системы вентиляции одного здания 2410 кВт∙ч.
- Примем стоимость эксплуатации такой системы за 100%. Экономии при этом вообще нет – 0%.
С применением наборных приточно-вытяжных вентиляционных установок с рекуперацией тепла и средним КПД 50% мы получим теплопотребление системы вентиляции одного здания 1457 кВт∙ч.
- Стоимость эксплуатации 60%. Экономия c наборным оборудованием 40%
С применением моноблочных высокоэффективных приточно-вытяжных вентиляционных установок TURKOV с рекуперацией тепла и влаги и средним КПД 85% мы получим теплопотребление системы вентиляции одного здания 790 кВт∙ч.
- Стоимость эксплуатации 33%. Экономия с оборудованием TURKOV 67%
Как видно, системы вентиляции с высокоэффективным оборудованием имеют меньшее теплопотребление, что позволяет говорить об окупаемости оборудования в срок 3-7 лет при применении водяных нагревателей и 1-2 года с применением электрических нагревателей.
Расходы при застройке
Если производить застройку в городе, то необходимо выделение значительного количества тепловой энергии из существующей теплосети, что всегда требует значительных финансовых затрат. Чем больше тепла требуется – тем дороже будет стоимость подведения.
Застройка «в поле» зачастую не предполагает подведение тепла, обычно подводится газ и производится постройка собственной котельной или ТЭЦ. Стоимость данного сооружения соразмерена требуемой тепловой мощности: чем больше - тем дороже.
В качестве примера предположим, что построена котельная мощностью 50 МВт тепловой энергии.
Помимо вентиляции затраты на отопление типового здания площадью 40000 м 2 и теплопотерями 50 Вт/м 2 будут составлять около 2000 кВт∙ч.
С применением приточных и вытяжных вентиляционных установок без рекуперации получится построить 11 зданий.
С применением наборных приточно-вытяжных вентиляционных установок с рекуперацией тепла и средним КПД 50% удастся построить 14 зданий.
С применением моноблочных высокоэффективных приточно-вытяжных вентиляционных установок TURKOV с рекуперацией тепла и влаги и средним КПД 85% удастся построить 18 зданий.
Итоговая смета подведения большего количества тепловой энергии или постройка котельной большой мощности обходится существенно дороже, чем стоимость более энергоэффективного вентиляционного оборудования. С применением дополнительных средств снижения теплопотерь здания можно увеличить застройку без увеличения требуемой тепловой мощности. Например уменьшив теплопотери всего на 20%, до 40 Вт/м 2, построить получится уже 21 здание.
Особенности работы оборудования в северных широтах
Как правило оборудование с рекуперацией имеет ограничения по минимальной температуре уличного воздуха. Связанно это с возможностями рекуператора и ограничение составляет -25…-30 o С. Если температура будет понижаться – конденсат из вытяжного воздуха будет замерзать на рекуператоре, поэтому при сверхнизких температурах используется электрический преднагреватель или водяной преднагреватель с незамерзающей жидкостью. Например, в Якутии расчетная температура уличного воздуха -48 o С. Тогда классические системы с рекуперацией работают следующим образом:
- o С нагревается предварительным нагревателем до -25 o С (Затрачивается тепловая энергия).
- С -25 o С воздух нагревается в рекуператоре до -2,5 o С (при КПД 50%).
- С -2.5 o С воздух нагревается основным нагревателем до требуемой температуры (Затрачивается тепловая энергия).
При применении же специальной серии оборудования для крайнего севера с 4-х ступенчатой рекуперацией TURKOV CrioVent преднагрев не потребуется, так как 4 ступени, большая площадь рекуперации и возврат влаги позволяют не допускать обмерзания рекуператора. Оборудование работает седеющим образом:
- Уличный воздух с температурой -48 o С нагревается в рекуператоре до 11,5 o С (КПД 85%).
- С 11,5 o С воздух нагревается основным нагревателем до требуемой температуры. (Затрачивается тепловая энергия).
Отсутствие преднагрева и высокий КПД оборудования позволят значительно сократить теплопотребление и упростить конструктив оборудования.
Применение высокоэффективных систем рекуперации в северных широтах наиболее актуально, так как из-за низких температур уличного воздуха применение классических систем рекуперации затруднительно, а оборудование без рекуперации требует слишком большого количество тепловой энергии. Оборудование Turkov успешно работает в городах с самыми сложными климатическими условиями, в таких как: Улан-Уде, Иркутск, Енисейск, Якутск, Анадырь, Мурманск, а также во многих других городах с более мягким, в сравнении с этими городами, климатом.
Заключение
- Применение систем вентиляции с рекуперацией позволяет не только снизить эксплуатационные расходы, но в случае масштабной реконструкции или капитальной застройки случаев уменьшить начальные капиталовложения.
- Максимальной экономии можно добиться в средних и северных широтах, где оборудование работает в тяжелых условиях с продолжительными отрицательными температурами уличного воздуха.
- На примере здания ФГАУ «НИИ ЦЭПП» система вентиляции с высокоэффективным рекуператором позволит сэкономить 3 млн 33 тыс.руб в год – в сравнении с прямоточной ПВУ и 1 млн 40 тыс.руб в год – в сравнении с наборной ПВУ, КПД которой 50%.
Комфортный микроклимат в помещении невозможно организовать без хорошей вентиляционной системы. Пластиковые окна, двери и отделочные материалы делают дом настолько герметичным, что может привести к отсутствию естественной вентиляции, возникновению сырости и конденсата. А если учитывать общую загрязненность воздуха, то без эффективных воздушных фильтров просто не обойтись. В таких домах обязательно должна присутствовать система рекуперации воздуха для частных домов. Данное устройство приводится в действие приточно-вытяжной установкой, которая содержит рекуператор. Такой прибор не только обеспечит жилье свежим, очищенным воздухом, но и поможет снизить затраты на отопление.
Рекуператор для частного дома. Преимущества
Термин "рекуператор" в переводе с лат. означает возвращающий. Само устройство представляет собой теплообменник, который сохраняет тепло помещения и передает его входящему с улицы воздуху. Рекуперация - это метод вентиляции с минимальным расходом тепла. Такое устройство помогает сохранить до 70% тепла и возвратить его обратно в помещение.
Основные преимущества:
- Низкий уровень шума
- Отсутствие необходимости открывания окон
- Возможность установки в конструкцию подвесного потолка
- Экономия расходов на отопление и кондиционирование
- Удобство и наличие дополнительных функций
Автоматическая настройка интенсивности воздушных потоков делает использование устройств не только безопасным, но и комфортным.
Как выбрать рекуператор вентиляции?
Все современные вентустановки используют один и тот же принцип работы - обеспечивают приток воздуха в дом, очищая его от пыли и примесей. Такие системы могут отличаться: габаритами, классом очистки, производительностью, комплектацией и наличием дополнительных функций.
Установки с электрическим теплообменником имеют встроенный роторный рекуператор с КПД 80% и пульт ДУ. В устройствах с водяным нагревателем есть возможность управления скоростью и температурой входящего воздушного потока. Такие вентустановки более популярны, чем с электрическими теплообменниками.
Учитывая минимальное энергопотребление рекуператор для частного дома цена на который вполне доступна, расходы на установку системы вентиляции очень быстро окупятся. А если еще учесть несомненную пользу для здоровья и общего самочувствия, то выбор в пользу ПВУ с рекуператором становится очевидным.
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.
|
Датчик температуры приточного воздуха |
Теплообменник |
||
|
Датчик температуры вытяжного воздуха |
Воздушный клапан с электроприводом |
||
|
Датчик температуры наружного воздуха |
Байпас |
||
|
Датчик температуры удаляемого воздуха |
Байпасный клапан |
||
|
Воздухонагреватель |
Фильтр на притоке |
||
|
Термостат защиты от перегрева |
Фильтр на вытяжке |
||
|
Аварийный термостат |
Датчик фильтра приточного воздуха |
||
|
Датчик расхода приточного вентилятора |
Датчик фильтра вытяжного воздуха |
||
|
Термостат защиты от замораживания |
Клапан вытяжного воздуха |
||
|
Привод водяного клапана |
Клапан приточного воздуха |
||
|
Водяной клапан |
Приточный вентилятор |
||
|
Вытяжной вентилятор |
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:
- Нагрев приточного воздуха электрическим нагревателем;
- Нагрев приточного теплоносителя удаляемым через рекуператор, с дополнительным нагревом электрическим нагревателем;
- 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.
Комфортное загородное жильё невозможно себе представить без хорошей вентиляционной системы, поскольку именно она являются залогом здорового микроклимата. Тем не менее, многие с осторожностью и даже настороженностью относятся к вопросу реализации такой установки, опасаясь огромных счетов за электроэнергию. Если определенные сомнения «поселились» и в вашей голове, рекомендуем взглянуть на рекуператор для частного дома.
Речь идёт о небольшом агрегате, совмещаемом с приточно-вытяжной вентиляцией и исключающим перерасход электрической энергии в зимний период, когда воздуху требуется дополнительный подогрев. Существует несколько способ сокращения нежелательных расходов. Самый эффективный и доступный – сделать рекуператор воздуха своими руками.
Что это за устройство такое и как оно работает? Об этом и пойдёт речь в сегодняшней статье.
Особенности и принцип работы
Итак, что такое рекуперация тепла? – Рекуперация это процесс теплообмена, при котором холодный воздух с улицы нагревается за счёт выходящего потока с квартиры. Благодаря такой схеме организации установка с рекуперацией тепла экономит тепло в доме. В квартире за короткий промежуток времени и с минимальными затратами электричества формируется комфортный микроклимат.
На видео ниже представлена система рекуперации воздуха.
Что такое рекуператор. Общее понятие для обывателя.
Экономическая целесообразность рекуперативного теплообменника зависит и от других факторов:
- цен на энергоносители;
- стоимости установки агрегата;
- затрат, связанных с обслуживанием устройства;
- продолжительности эксплуатации такой системы.
Обратите внимание ! Рекуператор воздуха для квартиры – важный, но не единственный элемент, необходимый для эффективной вентиляции в жилом пространстве. Вентиляция с рекуперацией тепла – комплексная система, функционирующая исключительно при условии профессиональной «связки».
Рекуператор для дома
С понижением температуры окружающей среды эффективность агрегата падает. Как бы то ни было, а рекуператор для дома в этот период жизненно необходимо, поскольку существенная температурная разница «нагружает» систему отопления. Если за окном 0°C, то в жилое пространство подается воздушный поток, прогретый до +16°C. Бытовой рекуператор для квартиры с этой задачей справляется без каких-либо проблем.
Формула для подсчёта эффективности
Современные рекуператоры воздуха отличаются не только КПД, нюансами использования, но и конструкционно. Рассмотрим самые популярные решения и их особенности.
Основные типы конструкций
Специалисты акцентируют внимание на том, что тепла бывают нескольких типов:
- пластинчатыми;
- с отдельными теплоносителями;
- роторные;
- трубчатые.
Пластинчатый тип – включает в себя конструкцию на основе алюминиевых листов. Такая установка рекуператора считается самой сбалансированной с точки зрения стоимости материалов и значения теплопроводности (КПД варьируется от 40 до 70%). Агрегат отличается простотой исполнения, ценовой доступностью, отсутствием подвижных элементов. Для установки не требуется специализированной подготовки. Монтаж без каких-либо сложностей выполняется дома, своими руками.
Пластинчатый тип
Роторные – достаточно популярные среди потребителей решения. В их конструкции предусмотрен вал вращения, питающийся от электросети, а также 2 канала под воздухообмен с противотоками. Как работает такой механизм? – Один из участков ротора прогревается воздухом, после чего он поворачивается и тепло перенаправляется к холодным массам, сосредоточенным в соседнем канале.
Роторный тип
Несмотря на высокий КПД, установки имеют и ряд весомых недостатков:
- внушительные массогабаритные показатели;
- требовательность к регулярному техническому обслуживанию, ремонту;
- проблематично воспроизвести рекуператор своими руками, восстановить его работоспособность;
- смешивание воздушных масс;
- зависимость от электрической энергии.
О видах рекуператоров можете посмотреть видео ниже (начиная с 8-30 минуты)
Рекуператор: зачем он, их виды и мой выбор
Обратите внимание ! Вентиляционная установка с трубчатыми устройствами, а также отдельными теплоносителями практически не воспроизводится в домашних условиях, даже если под рукой есть все необходимые чертежи и схемы.
Устройство для воздухообмена своими руками
Самой простой с точки зрения реализации и последующего оборудования считается система рекуперации тепла пластинчатого типа. Эта модель может похвастаться как очевидными «плюсами», так и досадными «минусами». Если говорить о достоинствах решения, то даже самодельный рекуператор воздуха для дома может обеспечить:
- приличный КПД;
- отсутствие «привязки» к электросети;
- конструкционная надёжность и простота;
- доступность функциональных элементов и материалов;
- продолжительность эксплуатации.
Но перед тем как начать создавать рекуператор своими руками, следует уточнить и минусы данной модели. Главный из недостатков – образование оледенений при сильных морозах. На улице уровень влаги меньше, нежели в воздухе, который присутствует в комнате. Если не воздействовать на нее каким-либо образом она превращается в конденсат. При морозах высокий уровень влажности способствует формирования наледи.
На фото изображено как происходит воздухообмен
Существует несколько способов защиты устройства рекуператора от обмерзания. Это небольшие по размерам решения, отличающиеся эффективностью и способом реализации:
- термическое воздействие на конструкцию за счёт чего наледь не задерживается внутри системы (КПД падает в среднем на 20%);
- механический отвод воздушных масс от пластин, благодаря чему осуществляется принудительный отогрев льда;
- дополнение системы вентиляции с рекуператором целлюлозными кассетами, поглощающими избыточную влагу. Они перенаправляются в жильё, при этом не только устраняется конденсат, но и достигается эффект увлажнителя.
Предлагаем посмотреть видео - Рекуператор воздуха для дома своими руками .
Рекуператор - своими руками
Рекуператор - своими руками 2
Специалисты сходятся во мнении – целлюлозные кассеты на сегодняшний день являются оптимальным решением. Они функционируют вне зависимости от погоды за окном, при этом установки не потребляют электричества, им не требуется канализационного отвода, сборника под конденсат.
Материалы и компоненты
Какие решения и изделия следует подготовить, если необходимо собрать домашний агрегат пластинчатого типа? Специалисты настоятельно рекомендуют обратить первостепенное внимание на следующие материалы:
- 1. Алюминиевые листы (вполне подойдет текстолит и сотовый поликарбонат). Обратите внимание на то, что чем тоньше будет этот материал, тем эффективнее осуществится теплообмен. Приточная вентиляция в таком случае работает лучше.
- 2. Деревянные рейки (шириной порядка 10 мм и толщиной до 2 мм). Помещаются между соседними пластинками.
- 3. Минеральная вата (толщиной до 40 мм).
- 4. Металл или фанера для подготовки корпуса аппарата.
- 5. Клей.
- 6. Герметик.
- 7. Метизы.
- 8. Уголок.
- 9. 4 фланца (под сечение трубы).
- 10. Вентилятор.
Обратите внимание ! Диагональ корпуса рекуперативного теплообменника соответствует его ширине. Что касается высоты, то она корректируется под количество пластин и их толщину в связке с рейками.
Чертежи устройства
Металлические листы используются для нарезки квадратов, размеры каждой стороны могут варьироваться от 200 до 300 мм. В этом случае необходимо подбирать оптимальное значение, учитывая то, какая система вентиляции установлена в вашем доме. Листов должно быть не менее 70. Чтобы они получались ровнее, рекомендуем одновременно работать с 2-3 шт.
Схема пластичного устройства
Чтобы рекуперация энергии в системе осуществлялась полноценно, необходимо подготовить и деревянные рейки в соответствии с выбранными размерами стороны квадрата (от 200 до 300 мм). Затем их необходимо аккуратно обработать олифой. Каждый деревянный элемент приклеивается на 2-е стороны металлического квадрата. Один из квадратов необходимо оставить не оклеенным.
Чтобы рекуперация, а вместе с ней и вентиляция воздуха, проходили эффективнее, каждую верхнюю грань реек тщательно промазывают клеевым составом. Отдельные элементы собираются в квадратный «сэндвич». Очень важно! 2-й, 3-й и все последующие квадратные изделия следует поворачивать на 90° по отношению к предыдущему. В такой способ реализовывается чередование каналов, их перпендикулярное положение.
На клей фиксируется верхний квадрат, на котором рейки отсутствуют. Используя уголки, конструкцию аккуратно стягивают и крепят. Чтобы рекуперация тепла в системах вентиляции осуществлялась без потерь воздуха, щели заполняют герметиком. Формируются фланцевые крепления.
Вентиляционные решения (изготовленный агрегат) помещаются в корпус. Предварительно на стенах устройства необходимо подготовить несколько уголковых направляющих. Теплообменник располагают таким образом, чтобы его углы упирали в боковые стенки, при этом вся конструкция визуально напоминает ромб.
На фото самодельный вариант устройства
Остаточные продукты в виде конденсата остаются в нижней его части. Главная задача заключается в получении 2-х вытяжных каналов, изолированных друг от друга. Внутри конструкции из пластинчатых элементом осуществляется смешивание воздушных масс, и только там. Внизу проделывают небольшое отверстие для отвода конденсата через шланг. В конструкции проделывают 4 отверстия под фланцы.
Формула для расчёта мощности
Пример ! Для подогрева воздуха в комнате до 21 °С , для которой требуется 60 м3 воздуха в час: Q = 0.335х60х21 = 422 Вт.
Чтобы определить КПД агрегата достаточно определить температуры в 3-х ключевых точках его входа в систему:
Расчет окупаемости рекуператора
Теперь вам известно, что такое рекуператор и насколько он необходим современным вентиляционным системам. Данные устройства все чаще устанавливаются в загородных коттеджах, объектах социальной инфраструктуры. Рекуператоры для частного дома являются довольно востребованным товаром в наше время. При определенном уровне желания рекуператор можно собрать своими руками из подручных средств, как говорилось выше в нашей статье.
В связи с ростом тарифов на первичные энергоресурсы рекуперация становиться как никогда актуальна. В приточно-вытяжных установках с рекуперацией обычно применяются следующие типы рекуператоров:
- пластинчатый или перекрестно-точный рекуператор;
- роторный рекуператор;
- рекуператоры с промежуточным теплоносителем;
- тепловой насос;
- рекуператор камерного типа;
- рекуператор с тепловыми трубами.
Принцип работы
Принцип работы любого рекуператор в приточно-вытяжных установках заключается в следующем. Он обеспечивает теплообмен (в некоторых моделях - и холодообмен, а также влагообмен) между потоками приточного и вытяжного воздуха. Процесс теплообмена может происходить непрерывно – через стенки теплообменника, с помощью хладона или промежуточного теплоносителя. Может теплообмен быть и периодическим, как в роторном и камерном рекуператоре. В результате выбрасываемый вытяжной воздух охлаждается, нагревая тем самым свежий приточный воздух. Процесс холодообмена в отдельных моделях рекуператоров проходит в теплое время года и позволяет снизить энергозатраты на системы кондиционирования воздуха за счет некоторого охлаждения подаваемого в помещение приточного воздуха. Влагообмен идет между потоками вытяжного и приточного воздуха, позволяя поддерживать в помещении комфортную для человека влажность круглогодично, без использования каких либо дополнительных устройств – увлажнителей и других.
Пластинчатый или перекрестно-точный рекуператор.
Теплопроводящие пластины рекуперативной поверхности изготавливают из тонкой металлической (материал – алюминий, медь, нержавеющая сталь) фольги или из ультратонкого картона, пластика, гигроскопичной целлюлозы. Потоки приточного и вытяжного воздуха движутся по множеству небольших каналов, образованных этими теплопроводящими пластинами, по схеме противотока. Контакт и смешивание потоков, их загрязнение практически исключены. В конструкции рекуператора движущихся деталей нет. Коэффициент эффективности 50-80%. В рекуператора из металлической фольги из-за разницы температур потоков воздуха на поверхности пластин может конденсироваться влага. В теплое время года ее необходимо отвести в систему канализации здания по специально оборудованному дренажному трубопроводу. В холодное время есть опасность замерзания этой влаги в рекуператоре и его механического повреждения (разморозки). Кроме того, образовавшийся лед сильно снижает эффективность работы рекуператора. Поэтому рекуператоры с металлическими теплопроводящими пластинами требуют при эксплуатации в холодное время года периодической оттайки потоком теплого вытяжного воздуха или использования дополнительного водяного или электрического воздухонагревателя. При этом приточный воздух или совсем не подается, или подается в помещение в обход рекуператора через дополнительный клапан (байпас). Время оттайки составляет в среднем от 5 до 25 минут. Рекуператор с теплопроводящими пластинами из ультратонкого картона и пластика не подвержен обмерзанию, так как через эти материалы идет и влагообмен, но у него другой недостаток – его нельзя использовать для вентиляции помещений с высокой влажностью с целью их осушения. Пластинчатый рекуператор может устанавливаться в приточно-вытяжную систему как в вертикальном, так и в горизонтальном положении в зависимости от требований к размерам венткамеры. Пластинчатые рекуператоры самые распространенные из-за своей относительной простоты конструкции и дешевизны.
Роторный рекуператор.
Этот тип – второй по степени распространения после пластинчатого. Теплота от одного потока воздуха к другому передается через вращающийся между вытяжной и приточной секциями цилиндрический пустотелый барабан, называемый ротором. Внутренний объем ротора заполнен уложенной туда плотно металлической фольгой или проволокой, которая играет роль вращающейся теплопередающей поверхности. Материал фольги или проволоки тот же, что и у пластинчатого рекуператора - медь, алюминий или нержавеющая сталь. Ротор имеет горизонтальную ось вращения приводного вала, вращаемого электродвигателем с шаговым или инверторным регулированием. С помощью двигателя можно управлять процессом рекуперации. Коэффициент эффективности 75-90%. Эффективность рекуператора зависит от температур потоков, их скорости и частоты вращения ротора. Изменяя частоту вращения ротора, можно менять и эффективность работы. Замерзание влаги в роторе исключено, а вот смешивание потоков, их взаимное загрязнение и передачу запахов полностью исключить нельзя, так как потоки непосредственно контактируют друг с другом. Возможно смешивание до 3%. Роторные рекуператоры не требуют больших затрат электроэнергии, позволяют осушать воздух в помещениях с высокой влажностью. Конструкция роторных рекуператоров является более сложной, чем пластинчатых, а их стоимость и затраты на эксплуатацию более высокими. Тем не менее, приточно-вытяжные установки с роторными рекуператорами являются очень популярными благодаря их высокой эффективности.
Рекуператоры с промежуточным теплоносителем.
Теплоноситель чаще всего вода или водные растворы гликолей. Такой рекуператор состоит из двух теплообменников, соединенных между собой трубопроводами с насосом для циркуляции и арматурой. Один из теплообменников помещен в канал с потоком вытяжного воздуха и получает теплоту от него. Теплота через теплоноситель с помощью насоса и труб переносится в другой теплообменник, расположенный в канале приточного воздуха. Приточный воздух воспринимает это тепло и нагревается. Смешивание потоков в этом случае полностью исключено, но из-за наличия промежуточного теплоносителя коэффициент эффективности этого типа рекуператоров относительно низок и составляет 45-55%. На эффективность можно влиять с помощью насоса, воздействуя на скорость движения теплоносителя. Основное преимущество и отличие рекуператора с промежуточным теплоносителем от рекуператора с тепловой трубой в том, что теплообменники в вытяжной и приточной установках можно располагать на расстоянии друг от друга. Положение для монтажа теплообменников, насоса и трубопроводов может быть как вертикальным, так и горизонтальным.
Тепловой насос.
Относительно недавно появилась интересная разновидность рекуператора с промежуточным теплоносителем – т.н. термодинамический рекуператор, в котором роль жидкостных теплообменников, труб и насоса играет холодильная машина, работающая в режиме теплового насоса. Это своеобразная комбинация рекуператора и теплового насоса. Она состоит из двух хладоновых теплообменников – испарителя-воздухоохладителя и конденсатора, трубопроводов, терморегулирующего вентиля, компрессора и 4-х ходового клапана. Теплообменники размещены в приточном и вытяжном воздуховоде, компрессор необходим для обеспечения циркуляции хладона, а клапан переключает потоки хладагента в зависимости от сезона и позволяет переносить теплоту из вытяжного воздуха в приточный и наоборот. При этом приточно-вытяжная система может состоять из нескольких приточных и одной вытяжной установки большей производительности, объединенных одним холодильным контуром. При этом возможности системы позволяют нескольким приточным установкам работать в разных режимах (нагрев/охлаждение) одновременно. Коэффициент преобразования теплового насоса СОР может достигать значений 4,5-6,5.
Рекуператор с тепловыми трубами.
По принципу работы рекуператор с тепловыми трубами похож на рекуператор с промежуточным теплоносителем. Разница лишь в том, что в потоки воздуха помещают не теплообменники, а так называемые тепловые трубы или точнее термосифоны. Конструктивно это герметично закрытые отрезки медной оребренной трубы, заполненные внутри специально подобранным легкокипящим хладоном. Один конец трубы в вытяжном потоке нагревается, хладон в этом месте кипит и передает воспринятое от воздуха тепло на другой конец трубы, обдуваемый потоком приточного воздуха. Здесь хладон внутри трубы конденсируется и передает тепло воздуху, который нагревается. Полностью исключены взаимное смешивание потоков, их загрязнение и передача запахов. Подвижных элементов нет, трубы в потоки помещают только вертикально либо под небольшим уклоном, чтобы хладон двигался внутри труб от холодного конца к горячему за счет силы тяжести. Коэффициент эффективности 50-70%. Важное условие для обеспечения работы его работы: воздуховоды, в которые установлены термосифоны, должны располагаться вертикально друг над другом.
Рекуператор камерного типа.
Внутренний объем (камера) такого рекуператора разделена заслонкой на две половины. Заслонка время от времени движется, меняя тем самым направление движения потоков вытяжного и приточного воздуха. Вытяжной воздух нагревает одну половину камеры, затем заслонка направляет сюда поток приточного воздуха и он нагревается от нагретых стенок камеры. Этот процесс периодически повторяется. Коэффициент эффективности достигает 70-80%. Но в конструкции есть подвижные детали, в связи с чем существует большая вероятность взаимного смешивания, загрязнения потоков и передачи запахов.
Расчет эффективности рекуператора.
В технических характеристиках рекуперативных вентиляционных установок многих фирм-производителей приводят, как правило, два значения коэффициента рекуперации – по температуре воздуха и его энтальпии. Расчет эффективности работы рекуператора может быть произведен по температуре или по энтальпии воздуха. Расчет по температуре учитывает явное теплосодержание воздуха, а по энтальпии – учитывается еще и влагосодержание воздуха (его относительную влажность). Расчет по энтальпии считается более точным. Для расчета необходимы исходные данные. Их получают путем замера температуры и влажности воздуха в трех местах: в помещении (где вентиляционная установка обеспечивает воздухообмен), на улице и в сечении приточной воздухораспределительной решетки (откуда в помещение попадает обработанный наружный воздух). Формула для расчета эффективности рекуперации по температуре следующая:
Kt = (T4 – T1) / (T2 – T1) , где
- Kt – коэффициент эффективности рекуператора по температуре;
- T1 – температура наружного воздуха, oC;
- T2 – температура вытяжного воздуха (т.е. воздуха в помещении), оС;
- T4 – температура приточного воздуха, оС.
Энтальпия воздуха – это теплосодержание воздуха, т.е. количество теплоты, содержащейся в нем, отнесенное к 1 кг сухого воздуха. Энтальпию определяют с помощью i-d диаграммы состояния влажного воздуха, нанеся на нее точки, соответствующие замеренной температуре и влажности в помещении, на улице и приточного воздуха. Формула для расчета эффективности рекуперации по энтальпии следующая:
Kh = (H4 – H1) / (H2 – H1) , где
- Kh – коэффициент эффективности рекуператора по энтальпии;
- H1 – энтальпия наружного воздуха, кДж/кг;
- H2 –энтальпия вытяжного воздуха (т.е. воздуха в помещении), кДж/кг;
- H4 – энтальпия приточного воздуха, кДж/кг.
Экономическая целесообразность применения приточно-вытяжных установок с рекуперацией.
В качестве примера возьмем технико-экономическое обоснование применения вентиляционных установок с рекуперацией в системах приточно-вытяжной вентиляции помещений автосалона.
Исходные данные:
- объект – автосалон общей площадью 2000 м2;
- средняя высота помещений 3-6 м, состоит из двух выставочных залов, офисной зоны и станции технического обслуживания (СТО);
- для приточно-вытяжной вентиляции указанных помещений были выбраны вентиляционные установки канального типа: 1 единица с расходом воздуха 650 м3/час и потребляемой мощностью 0,4 кВт и 5 единиц с расходом воздуха 1500м3/час и потребляемой мощностью 0,83 кВт.
- гарантированный диапазон наружных температур воздуха для канальных установок составляет (-15…+40) оС.
Для сравнения энергопотребления произведем расчет мощности канального электрического воздухонагревателя, которая необходима для подогрева наружного воздуха в холодное время года в приточной установке традиционного типа (состоящей из обратного клапана, канального фильтра, вентилятора и электрического воздухонагревателя) с расходом воздуха 650 и 1500 м3/час соответственно. При этом стоимость электроэнергии принимаем 5 рублей за 1кВт*час.
Наружный воздух необходимо нагреть от -15 до +20оС.
Расчет мощности электрического воздухонагревателя произведен по уравнению теплового баланса:
Qн = G*Cp*T, Вт , где:
- Qн – мощность воздухонагревателя, Вт;
- G - массовый расход воздуха через воздухонагреватель, кг/сек;
- Ср – удельная изобарная теплоемкость воздуха. Ср = 1000кДж/кг*К;
- Т – разность температур воздуха на выходе из воздухонагревателя и входе.
T = 20 – (-15) = 35 оС.
1. 650 / 3600 = 0,181 м3/сек
р = 1, 2 кг/м3 – плотность воздуха.
G = 0, 181*1, 2 = 0,217 кг/сек
Qн = 0, 217*1000*35 = 7600 Вт.
2. 1500 / 3600 = 0, 417 м3/сек
G = 0, 417*1, 2 = 0, 5 кг/ сек
Qн = 0, 5*1000*35 = 17500 Вт.
Таким образом, применение в холодное время года канальных установок с рекуперацией тепла вместо традиционных с использованием электрических воздухонагревателей позволяет уменьшить затраты электроэнергии при одном и том же количестве подаваемого воздуха более чем в 20 раз и тем самым позволяет снизить затраты и соответственно увеличить прибыль автосалона. Кроме этого, применение установок с рекуперацией позволяет уменьшить финансовые затраты потребителя на энергоносители на отопление помещений в холодное время года и на их кондиционирование в теплое время примерно на 50%.
Для большей наглядности произведем сравнительный финансовый анализ энергопотребления систем приточно-вытяжной вентиляции помещений автосалона, укомплектованных установками с рекуперацией тепла канального типа и традиционных установок с электрическими воздухонагревателями.
Исходные данные:
Система 1.
Установки с рекуперацией тепла расходом 650 м3/час– 1ед. и 1500 м3/час – 5ед.
Суммарная электрическая потребляемая мощность составит: 0,4 + 5*0,83 = 4,55 кВт*час.
Система 2.
Традиционные канальные приточно-вытяжные вентиляционные установки -1ед. с расходом 650м3/час и 5ед. с расходом 1500м3/час.
Суммарная электрическая мощность установки на 650 м3/час составит:
- вентиляторы – 2*0,155 = 0,31 кВт*час;
- автоматика и приводы клапанов – 0,1кВт*час;
- электрический воздухонагреватель – 7,6 кВт*час;
Итого: 8,01 кВт*час.
Суммарная электрическая мощность установки на 1500м3/час составит:
- вентиляторы – 2*0,32 = 0,64кВт*час;
- автоматика и приводы клапанов – 0,1 кВт*час;
- электрический воздухонагреватель – 17,5 кВт*час.
Итого: (18,24 кВт*час)*5 = 91,2 кВт*час.
Всего: 91,2 + 8,01 = 99,21кВт*час.
Принимаем период использования подогрева в системах вентиляции 150 рабочих дней в год по 9 часов. Получаем 150*9 =1350 часов.
Энергопотребление установок с рекуперацией составит: 4,55*1350 = 6142,5 кВт
Эксплуатационные затраты составят: 5 руб.*6142,5 кВт = 30712,5 руб. или в относительном (к общей площади автосалона 2000 м2) выражении 30172,5 / 2000 = 15,1 руб./м2.
Энергопотребление традиционных систем составит: 99,21*1350 = 133933,5 кВт Эксплуатационные затраты составят: 5 руб.*133933,5 кВт = 669667,5 руб. или в относительном (к общей площади автосалона 2000 м2) выражении 669667,5 / 2000 = 334,8 руб./м2.
