Системы рекуперации тепла в вентиляции. Рекуперация тепла от торгового холодильного оборудования
Выстроить энергоэффективный дом — мечта каждого застройщика. Многие полагают, что для достижения этой цели достаточно утеплить периметр здания и снабдить его современными окнами. Но так ли просто решается этот вопрос? Оказывается, нет. Только утеплением ограждающих конструкций и установкой герметичных оконных блоков невозможно обеспечить комфортное проживание и полноценное энергосбережение здания. Почему то многие забывают принять в расчет еще необходимость использования вентиляции — приточно-вытяжных установок (ПВУ).
Для сохранения внутреннего тепла помещения необходимо приточно-вытяжную вентиляцию оснастить теплообменником — рекуператором воздуха , который будет утилизировать тепло исходящего из помещения потока воздуха, отдавая его приточному. Такие системы широко используются в Западной Европе, обеспечивая строительство зданий с уровнем теплопотерь в 5-10 раз меньшим по сравнению с обычным жилым фондом. За счет утилизации тепла вытяжного воздуха экономят до 70% затрат на отопление и таким образом окупаются в кратчайшие сроки, как правило, это 3-5 лет.
Малогабаритные приточно-вытяжные системы с рекуперацией тепла типа АВТУ, которые разработаны специально для использования в жилых и других небольших помещениях. Они подают в здание свежий, подогретый, очищенный от уличной пыли воздух.
Энергия вентиляционных выбросов в современных зданиях достигает 50% общего уровня теплопотерь, поэтому энергоэффективным называется здание, в котором помимо утепления ограждающих конструкций и установки герметичных оконных групп, используется энергия, возвращаемая в помещение путем утилизации тепла вентиляционных выбросов.
Длительность отопительного сезона в энергоэффективных зданиях можно сократить более чем на месяц.
Принцип действия ПВУ
Заключается в следующем. Нагретый воздух забирается посредством воздухозаборников в наиболее влажных помещениях (кухня, ванная, туалет, хозяйственное помещение и т. п.) и через воздуховоды удаляется наружу здания. Однако прежде чем покинуть здание, он проходит через теплообменник рекуператора, где оставляет часть тепла. Этим теплом нагревается забираемый снаружи холодный воздух (он также проходит через тот же теплообенник, но уже в другом направлении) и подается внутрь (гостиная, спальни, кабинеты и т. д.). Таким образом, внутри помещения происходит постоянная циркуляция воздуха.
Принцип действия приточно-вытяжной установки с рекуперацией тепла
Приточно-вытяжная установка с рекуператором может быть различной мощности и размеров — это зависит от объемов вентилируемых помещений и их функционального назначения. Самая простая установка представляет собой изолированный термически и акустически и заключенный в стальной корпус набор взаимосвязанных между собой элементов: теплообменник, два вентилятора, фильтры, иногда подогревающий элемент, система удаления конденсата (блок автоматики, элементы электросхемы и воздуховоды в данном контексте не рассматриваются).
Организация воздухообмена в помещениях жилого коттеджа
Через теплообменник в процессе работы установки проходят два потока воздуха — внутренний и наружный, которые при этом не смешиваются. В зависимости от конструкции теплообменника рекуператоры бывают нескольких типов.
Наиболее дальновидные домовладельцы проектируют в своих зданиях сразу две системы вентиляции: гравитационную (естественную) и механическую с рекуперацией тепла (принудительную). Система естественной вентиляции в этом случае является аварийной и служит на случай неполадок в работе приточно-вытяжной установки и используется в основном в неотапливаемый период. При этом следует помнить, что во время эксплуатации системы механической вентиляции воздуховоды гравитационной должны быть плотно закрыты. В противном случае эффективность принудительной вентиляции будет потеряна.
Пластинчатые рекуператоры
Удаляемый и приточный воздух проходят с обеих сторон ряда пластин. При этом в пластинчатых рекуператорах на пластинах может образовываться некоторое количество конденсата. Поэтому они должны быть оборудованы отводами для конденсата. Конденсатосборники должны иметь водяной затвор, не позволяющий вентилятору захватывать и подавать воду в канал.
Принцип действия приточно-вытяжной установки с рекуперацией тепла
Из-за выпадения конденсата существует серьезный риск образования льда, а потому необходима система размораживания. Рекуперация тепла может регулироваться посредством перепускного клапана, контролирующего расход проходящего через рекуператор воздуха. В пластинчатом рекуператоре отсутствуют подвижные части. Он характеризуется высокой эффективностью (50-90%).
Пластинчатый рекуператор
Хорошо зарекомендовали себя установки такого типа от производителя т.м. Naveka — Node1 . Они имеют алюминиевый рекуператор, дренажную систему для слива конденсата и систему защиты от обмерзания рекуператора. А так-же самые тихие в своём классе вентиляторы, электрический или водяной нагреватель, встроенную автоматику и пульт дистанционного управления с настройкой режимов и расписания работы.
Роторные рекуператоры
Тепло передается вращающимся между удаляемым и приточным каналами ротором. Это открытая система, а потому здесь велик риск того, что грязь и запахи могут перемещаться из удаляемого воздуха в приточный, чего в некоторой степени можно избежать, если правильно разместить вентиляторы. Уровень рекуперации тепла может регулироваться скоростью вращения ротора. В роторном рекуператоре риск обмерзания невысок. Роторные рекуператоры имеют подвижные части. Они также характеризуются высокой эффективностью (75-85%).
Роторный рекуператор
Данное решение удачно реализовано у производителя т.м. Naveka в установках серии Node3 . Установки имеют систему защиты от обмерзания, встроенную автоматику и пульт ДУ. В исполнении Vertical — установки имеют теплошумоизоляцию из минеральной не горючей ваты толщиной 50 мм, и возможность наружного (уличного) монтажа и эксплуатации.
Рекуператоры с промежуточным теплоносителем
В этой конструкции теплоноситель (вода или водно-гликолиевый раствор) циркулирует между двумя теплообменниками, один из которых расположен в вытяжном канале, а другой — в приточном. Теплоноситель нагревается удаляемым воздухом, а затем передает тепло приточному воздуху. Теплоноситель циркулирует в замкнутой системе, и не существует риска передачи загрязнений из удаляемого воздуха в приточный. Передача тепла может регулироваться изменением скорости циркуляции теплоносителя. Эти рекуператоры не содержат подвижных частей и имеют невысокую эффективность (45-60%).
Рекуператор с промежуточным теплоносителем
Камерные рекуператоры
В таком рекуператоре камера разделяется на две части заслонкой. Удаляемый воздух нагревает одну часть камеры, затем заслонка изменяет направление воздушного потока таким образом, что приточный воздух нагревается от нагретых стенок камеры. При этом загрязнение и запахи могут передаваться из удаляемого воздуха в приточный. Единственная подвижная часть рекуператора — заслонка. Агрегат характеризуется высокой эффективностью (80-90%).
Камерный рекуператор
Тепловые трубки
Данный рекуператор состоит из закрытой системы трубок, заполненных фреоном, который испаряется при нагревании удаляемым воздухом. Когда приточный воздух проходит вдоль трубок, пар конденсируется и вновь превращается в жидкость. Передача загрязнений в данной конструкции исключена. Рекуператор не имеет подвижных частей, но имеет сравнительно низкую эффективность (50-70%).
Рекуператор канального типа на основе тепловых трубок
Наибольшее распространение на практике получили пластинчатые и роторные рекуператоры. Причем существуют модели рекуператоров, в которых могут быть установлены последовательно два пластинчатых теплообменника. Они отличаются высокой эффективностью.
Двухступенчатая рекуперация двумя роторами
Объем тепла, забираемого посредством теплообменника, зависит от ряда факторов, в частности, температуры внутреннего и наружного воздуха, его влажности, скорости воздушного потока. Чем больше разница температур внутри и снаружи помещения, чем больше влажность, тем больше будет эффект от работы рекуператора. Кстати, большинство установок имеют возможность монтажа на летний период вместо обычного теплообменника так называемой летней кассеты , что позволяет обеспечивать приток воздуха без процесса рекуперации. Кроме того, в ряде случаев можно изменить направление потоков воздуха внутри установки, благодаря чему они минуют теплообменник.
Основные характеристики и особенности типов теплообменников
Вентиляторы
Движение воздуха обеспечивают вентиляторы — приточный и вытяжной, хотя можно встретить системы с интегрированным приточно-вытяжным вентилятором, который работает от одного двигателя. В простых моделях вентиляторы имеют три уровня оборотов: нормальный, пониженный (используется для работы ночью или в отсутствие жильцов, если это дом или квартира) и максимальный (используется, когда нужен самый высокий уровень воздухообмена). Некоторые современные модели вентиляторов имеют гораздо больше степеней скорости, что позволяет лучше удовлетворить потребности пользователей системы в разных степенях интенсивности вентиляции.
Работой вентиляторов можно управлять автоматически. Панели управления, как правило, устанавливаются внутри помещений в местах, удобных для пользования ими. Временные программаторы обеспечивают установление режима скорости вращения вентиляторов в течение дня или недели. Кроме того, некоторые продвинутые модели могут быть интегрированы в систему «умного дома» и управляться центральным компьютером. Работа рекуператора также может зависеть от уровня влажности в помещениях (для этого необходим монтаж соответствующих датчиков) и даже уровня углекислого газа.
Поскольку система вентиляции должна работать круглые сутки, высокое качество вентиляторов является чрезвычайно важной особенностью приточно-вытяжной установки.
Фильтры
Воздух, забираемый снаружи, обязательно должен подаваться в помещение, только пройдя через фильтр. Обычно в рекуператорах устанавливают фильтры, задерживающие частицы размером до 0,5 мкм. Такой фильтр соответствует классу EU7 по DIN или F7, согласно евростандартам. Таким образом, фильтр задерживает пыль, споры грибов, пыльцу растений, сажу.
Эта особенность приточно-вытяжной установки должна быть оценена по достоинству аллергиками. Одновременно в вытяжной системе также установлен фильтр перед теплообменником. Правда, его класс несколько ниже — EU3 (G3). Он защищает теплообменник от загрязнений, которые вместе с воздухом удаляются из помещений. Фильтры производятся из синтетических материалов, они могут быть как одно-, так и многоразовыми. Материал последних должен быть легким в чистке. Такие фильтры можно вытряхивать и стирать. Некоторые модели рекуперационных установок имеют датчики загрязнения фильтров, которые в определенный момент сигнализируют о необходимости замены или чистки фильтра.
Нагревательные элементы
Конечно, ситуация, когда приточный воздух нагревается за счет удаляемого тепла, была бы идеальной. Но в ряде случаев достичь этого нельзя. К примеру, если за окном -25°С, то температуры удаляемого воздуха, какой бы ни была эффективность теплообменника, будет недостаточно, чтобы согреть приточный воздух до комфортной температуры. В этой связи рекуператоры оборудуются электрической системой дополнительного подогрева подаваемого в помещения воздуха. Как показывает практика, подогрев приточного воздуха нужен уже в том случае, если снаружи температура менее -10’С.
Нагревательный элемент также управляется автоматически и включается в зависимости от программы, если отобранного тепла недостаточно для подогрева приточного воздуха в соответствии с заданными параметрами. Он монтируется обычно вместе с теплообменником. Мощность и размеры нагревательных элементов зависят от мощности всей установки.
Случается, что при большой влажности воздуха и сильном морозе на теплообменнике образуется конденсат, который может замерзать . Чтобы избежать данного явления, существует несколько технических решений.
Например, приточный вентилятор может работать с перерывами (включаться каждые полчаса на пять минут), и работает тогда вытяжной вентилятор, а теплый воздух, проходя через теплообменник, защищает его от образования наледи.
Второе, довольно распространенное решение, заключается в направление части потока холодного воздуха мимо теплообменника. Существует ряд других способов, вплоть до использования электрического нагревателя, который частично подогревает поступающий снаружи воздух перед теплообменником. Образующийся конденсат должен не собираться внутри агрегата, а удаляться через систему трубопроводов либо непосредственно в канализацию, либо в иное предусмотренное проектом место.
При строительстве индивидуальных домов возможно применение конструктивной схемы устройства системы принудительной вентиляции с забором воздуха на определенном расстоянии от дома и доставкой его к приточно-вытяжной установке посредством воздуховодов, находящихся в земле, ниже уровня промерзания грунта. За время прохождения по такому каналу температура воздуха будет увеличиваться, что снижает риск образования конденсата и наледи на теплообменнике и в целом повышает эффективность работы рекуператора.
Воздуховоды
Как мы уже отметили, монтаж приточно-вытяжной вентиляции гораздо легче выполнить в строящемся здании, чем в уже эксплуатирующемся . Следовательно, ее проектирование должно быть элементом всего строительного проекта. Обычно установка размещается на неиспользуемых чердаках (так легче обеспечить забор более чистого воздуха), в подвалах, котельных, хозяйственных и подсобных помещениях. Важно, чтобы это было сухое помещение с положительными температурами. Воздуховоды в неотапливаемое помещение должны быть теплоизолированными. Внутри помещений они обычно монтируются за подвесными потолками.
Алюминиевые или пластиковые гибкие воздуховоды
На практике используются различные типы воздуховодов. Наиболее удобные в монтаже — алюминиевые или пластиковые гибкие воздуховоды в виде трубы , армированные стальной проволокой. Трубы также могут быть утеплены минеральной ватой. Используются и воздуховоды прямоугольного или квадратного сечения. Вентиляционные решетки обычно монтируются в стенах или потолке. Специалисты рекомендуют в качестве наиболее удобного варианта использовать для притока воздуха анемостаты с регулируемым потоком, хотя наиболее часто для этих целей все же используются обычные решетки. Забор приточного воздуха должен производиться в местах, где он наименее подвержен загрязнениям.
В заключении несколько видео по применению приточно-вытяжных установок с рекуперацией тепла:
Устройство и принцип работы пластинчатого рекуператора воздуха.
Использование рекуператора воздуха, как основного средства для борьбы с образованием плесени и грибков в жилом помещении.
Системы вентиляции в последних версиях уже не ограничиваются стандартным набором функций, главная из которых заключается в обновлении воздушной среды. Например, за счет применения технологичных фильтров оборудование минимизирует содержание вредных частиц в помещении, а также предотвращает поступление запахов. Совершенствуются и в показателях регуляции микроклимата, что особенно выгодно, с точки зрения энергосбережения. Для обеспечения этой возможности применяются приточно-вытяжные установки с рекуперацией воздушных потоков. Действие подобных систем основано на обработке тепловых потоков, которые проходят через элементы вентиляционной установки. В итоге пользователь получает не только свежий, но и нагретый естественным путем воздух.
В чем состоит принцип рекуперации?
Процесс рекуперации происходит на фоне взаимодействия воздушных потоков с разной температурой. То есть нагретые потоки отдают свое тепло холодным, таким образом, формируя оптимальный температурный баланс. В рекуперация - это передача тепла свежему воздуху, которая осуществляется в специальном теплообменнике. При этом существуют разные уровни эффективности данного процесса. К примеру, открытое окно показывает нулевую эффективность. В этом случае приточные потоки не нагреваются, а понижают температуру воздуха в самом помещении. Можно сказать, что это процесс, который противоположен рекуперации.
Средний же уровень эффективности варьируется в диапазоне 30-90 %. Оптимальный показатель достигает 60 %, а системы, которые демонстрируют показатель выше 80% считаются наиболее производительными. Самая же эффективная рекуперация - это процесс теплообмена, при котором нагрев приточных потоков достигнет уровня, соответствующего удаляемому воздуху. Но даже современные технологии не позволяют достичь 100-процентного КПД.
Рекуператор в системе вентиляции
Принцип рекуперации реализуется в системе вентиляции в виде поверхностного теплообменника. Сам процесс распределения тепла осуществляется с помощью стенки, которая разделяет два противоположно направленных потока. Схожим устройством обладают регенераторы, однако система рекуперации отличается тем, что каналы работы с воздухом остаются прежними на протяжении всего периода эксплуатации. Надо сказать, что климатическое оборудование может обслуживать не только воздушные среды. Так и рекуперация применяется также в работе с газом, жидкостями и т. д. Существуют и разные схемы конструкционного исполнения. Наиболее распространенными считаются ребристые, трубчатые и пластинчатые модели. В то же время предусматриваются разные подходы к проектированию каналов движения потоков - к примеру, можно выделить прямоточные, противоточные и перекрестные устройства.
Перекрестный пластинчатый рекуператор
В таких установках обычно используют мембранные перегородки, за счет которых обеспечивается эффективная рекуперация. Особенностью системы является то, что по мере удаления воздуха на улицу выходит и лишняя влага. Система приточно-вытяжная с рекуперацией также отличается стойкостью к обмерзанию, которая достигается без специальных нагревателей. Это преимущество позволяет использовать оборудование с перекрестно-мембранной конструкцией в условиях температурного режима до -35 °С.
Используют такие установки и в обеспечении жилых домов, и в складских помещениях, где предполагается обслуживание больших площадей. Также они получили распространение в сельском хозяйстве - например, в обустройстве птичников, овощехранилищ и животноводческих ферм. Поскольку рекуперация тепла в перекрестных конструкциях с мембранами позволяет также обеспечивать эффективное сохранение прохлады летом, данная система имеет спрос и в производственной отрасли.
Оребренные пластинчатые системы
Устройство такого рекуператора предусматривает наличие оребренных тонкостенных пластин, выполненных путем высокочастотной сварки. Металлические панели формируют конструкцию с поочередным расположением перегородок, повернутых на 90 градусов. За счет такой схемы достигается высокая температура греющей среды, минимальный уровень сопротивления, а также оптимальное отношение площади телепередающей поверхности к весу теплообменника. Кроме этого, приточные установки с рекуперацией тепла с обребренными пластинами отличаются долговечностью и невысокой ценой. Практикой использования подтверждается, что подобные системы позволяют экономить порядка 40 % То есть, минимизируются расходы на отопление, поскольку свежий воздух эффективно прогревается удаляемыми потоками.
Роторные модели
К особенностям таких установок относят низкую стоимость и довольно высокую производительность. Хотя, в плане показателей нагрева свежего воздуха данный вариант уступает пластинчатой конструкции с двойной кассетой. Несмотря на простую конфигурацию рабочих элементов, роторная установка рекуперации грешит неидеальным распределением воздушных потоков. Есть определенный риск, что чистый воздух смешается с удаляемым и в итоге пострадает качество вентиляции как таковой. К недостаткам подобных систем относится и необходимость частого техобслуживания, что особенно невыгодно при эксплуатации в жилых помещениях. Однако сам процесс нагрева достаточно эффективен.
Прямоточно-противоточные системы
Особенностью рекуператоров этого типа является трубчатая конструкция, элементы которой представлены тонкостенными сварными элементами. В процессе работы установки этого типа формируется пристенный вихрь, который повышает теплообмен, но при этом разрушается по мере роста сопротивления в воздушном канале. Чаще всего такие системы применяются в промышленности, где нужен деликатный нагрев одной из рабочих сред. Также прямоточно-противоточное оборудование используют в машиностроении для рассеивания и утилизации тепла. Востребована и бытовая приточная установка с рекуперацией этого типа - ее рекомендуют устанавливать в комнатах с герметичными металлопластиковыми окнами, а также в экологических домах.
Такие рекуператоры, как правило, интегрируют в единый воздуховодный кожух, что в процессе эксплуатации обеспечивает низкое энергопотребление, компактные размеры с возможностью скрытого монтажа, высокую производительность и надежность оборудования.
Рекуператоры для энергоэффективных домов
Сама концепция вентиляционных систем, в которых обеспечивается пассивный нагрев свежего воздуха, ориентирована на снижение платы за отопление. Но в плане оснащения рекуперация - это и экологически чистый способ нормализации микроклимата. Производители выпускают специальные линейки, в которых используются безопасные и эффективные в плане рекуперации материалы. В частности, последние модели получают трехступенчатые теплообменники, выполненные из непористых ультратонких мембран. Такое устройство позволяет отказаться от электрических воздушных нагревателей.
Кроме равномерной передачи тепла подобные устройства также эффективно работают и с влажностью. Они обеспечивают полный возврат влаги в помещение с полным исключением конденсаторов. В результате вентиляция с рекуперацией избавляется и от необходимости установки дренажных водоотводов.
Автоматика для рекуператоров
Развиваются приточно-вытяжные и в направлении электронной начинки. С целью оптимального распределения потоков производители снабжают установки возможностью автоматической регулировки положения межканальных перегородок. В более совершенных моделях предусматривается также настройка скоростных режимов, индикация температурных показателей и контроль степени загрязненности фильтров с сигнализацией. Кроме этого, современная вентиляция с рекуперацией предоставляет возможность управления внешним канальным нагревателем без подключения к процессу сторонних устройств. То есть в этом случае обеспечивается дополнительный нагрев воздуха до оптимального показателя.
Фильтры в рекуператорах
Как и все современные системы вентиляции, модели с рекуперацией предполагают включение в конструкцию очистительных устройств. Так как теплообмен предполагает максимальное сведение исходящего и нагнетаемого воздушных потоков, фильтры в данном случае играют особенно важную роль. Чаще всего в самих воздуховодах применяются фильтры типа F7, которые исключают прохождение частиц размером в 0,5 мкм. Менее распространены G3, но в зависимости от конструкции может потребоваться и такое дополнение. Для удобства в обслуживании система рекуперации чаще снабжается фильтрами, изготовленными из пластиков и специальных волокон - такие элементы легко мыть и вытряхивать. Как уже отмечалось, современные модели также оснащаются индикаторами, которые определяют момент для произведения замены фильтра.
Преимущества рекуператоров
Технологии, которые используются в приточно-вытяжных системах рекуперации, минимизируют энергопотребление и повышают эргономику климатического оборудования. На практике пользователь такой установки может почувствовать и улучшение показателей микроклимата. Конечно, рекуперация тепла не так эффективна, с точки зрения отопительной функции, как специальные нагревательные агрегаты, но ее работа не требует дополнительного потребления энергоресурсов. Включение в системы вспомогательных средств нагрева позволяет сбалансировать и повышение температурного режима, и экономию в расходах энергии. В целом же по расчетам специалистов использование рекуперации позволяет на 10-15 % снижать затраты на отопление.
Недостатки рекуператоров
У таких систем есть два серьезных недостатка. В первую очередь это обледенение теплообменников зимой. По этой причине многие пользователи жалуются на выход из строя оборудования уже в первые недели эксплуатации в условиях мороза. Однако производители стремятся улучшать защитные качества оборудования, снабжая установки и прочными вентиляторами. Второй недостаток, которым обладают приточно-вытяжные установки с рекуперацией, относится к их шумной работе. Особенно это проявляется у роторных моделей. При этом разработчики стремятся обеспечивать новые модели улучшенными средствами изоляции, поэтому на рынке можно встретить и малошумные варианты.
Что учесть в выборе установки с рекуператором?
Потребителю, который решил установить такую систему в своем доме, следует ориентироваться на производительность системы, конструкционное исполнение и функциональность. Так, показатель производительности определяет возможность работы вентиляции в помещении конкретной площади. Не менее важна и конструкция, в которой выполнено оборудование. Например, установка рекуперации тепла с трубчатыми элементами позволяет удобно выполнять монтаж с минимальными требованиями к свободному месту. Что касается функциональности, то она влияет и на способности регуляции показателей микроклимата в помещении, и на эргономические характеристики системы.
Заключение
Эксплуатация традиционных систем вентиляции не дает и намека на энергосберегающую функцию. Как правило, это прожорливые массивные установки, которые вносят существенный вклад в повышение расходов на содержание дома. На этом фоне рекуперация - это почти революционный подход к производству климатического оборудования, предполагающий рациональное использование уже отработанной тепловой энергии. Если в типовой системе реализуется нагрев воздуха по мере его поступления в помещение с помощью отопительного оборудования, то рекуперация позволяет изначально повышать температуру входящих потоков без подключения специальных нагревателей. Конечно, такие установки имеют свои недостатки, но с ними производители ведут плодотворную борьбу, совершенствуя конструкции рекуператоров.
Рекуперацией тепла называют возвращение части тепловой энергии, и ее повторное использование в системе отопления дома.
Процесс вентиляции жилых помещений аналогичен процессу проветривания: в помещение подается свежий воздух извне, а отработанные воздушные массы с низким содержанием кислорода, удаляются и выбрасываются в окружающее пространство. Вместе с отработанным воздухом из помещения удаляется тепловая энергия. Задачей рекуперации тепла при вентиляции является охлаждение теплого воздуха перед его выбросом наружу и использование полученного тепла на подогрев воздушных масс, поступающих снаружи. Вопрос рекуперации тепла в системах вентиляции особенно остро стоит в зимнее время года.
Решается он в зависимости от способа вентилирования дома.
Два способа вентилирования – два подхода к рекуперации
В современных жилых домах широко используются два вида вентиляции: естественная и принудительная.
Естественная вентиляция эффективна в домах с высокой тепловой инерцией. Это дома, построенные из камня, кирпича, бетона и железобетона. Как правило, для их возведения используют тяжелые прочные фундаменты-подушки.
В домах с высокой инерцией тепло накапливается в массе дома и запас его может быть достаточным для поддержания комфортных условий в помещении при отключении отопления на протяжении нескольких часов, а то и нескольких суток.
Вентиляционные каналы для удаления отработанного воздуха в инерционных домах располагают в массиве стен, делая их вертикальными с выходом в чердачное помещение. Поступая в вентиляционный канал, теплый воздух движется вверх, нагревая при этом стены канала, а значит, и стены дома, отдавая при этом запас своей тепловой энергии. Затем воздух попадает в подкровельное пространство, подогревая его оставшимся теплом.
Сохраненное в стенах вентиляционного канала тепло в дальнейшем используется для поддержания температуры стен и обогрев дома.
В домах с естественной вентиляцией рекуперация тепла также носит естественный характер и в дополнительном регулировании не нуждается.
Вентиляция в малоинерционных домах
Необходимость управления рекуперацией тепла возникает в домах, оборудованных принудительными вентиляционными системами. Как правило, речь идет о малоинерционных строениях, в конструкции которых присутствуют современные теплоизоляционные материалы.
Это могут быть каркасные дома со стенами из сэндвич панелей , дома из пеноблоков или газосиликатных блоков, а также щитовые строения с внутренним слоем из современного высокоэффективного теплоизоляционного материала. Малоинерционные дома имеют небольшой вес по сравнению с традиционными строениями из кирпича или бетона, для их возведения обычно используют облегченные варианты фундамента, отдавая предпочтение ленточному или свайному фундаменту.
Тепловых потерь теплопроводностью через поверхность стен в малоинерционных домах практически нет, однако, в них стены не аккумулируют тепло, а системы естественной вентиляции не эффективны. Для отопления малоинерционного строения достаточно нагревать воздух в помещении. Именно по этой причине одним из наиболее востребованных и экономичных способов отопления в таком доме является воздушная система отопления, в которой в помещение через приточные отверстия подается теплый воздух, а остывшие воздушные массы забираются и после подогрева, вновь подаются в приточные каналы.
Воздухообмен в помещении напрямую зависит от эффективности работы вентиляционной системы и ее конструктивных особенностей. Естественная вентиляция в малоинерционных домах малоэффективна. Для лучшего воздухообмена необходимо использовать системы принудительной вентиляции, обеспечивающие подачу свежего воздуха и удаление отработанных воздушных масс.
Постоянный приток свежего (холодного) воздуха и удаление отработанных (нагретых) воздушных масс приводит к увеличению расходов на отопление. Можно смело сказать, что в малоинерционных домах с вентиляцией могут вылететь в трубу все деньги, затраченные на обогрев жилища, если, конечно, не использовать систему рекуперации тепловой энергии.
При рекуперации тепла в системе вентиляции стоит задача подогреть поступающий в помещение воздух за счет тепловой энергии уходящих воздушных масс. Подогрев может быть
- центральным, рассчитанным сразу на все здание и устанавливаемым на центральную вентиляционную систему
- локальным, обеспечивающим только одно отдельно взятое помещение и устанавливаемый на местную вентиляционную систему
Для этого вентиляционная система дополняется теплотехническим блоком, предназначенным для теплообмена между холодным и теплым воздухом. Теплообменники могут иметь различное устройство и технические характеристики.
Пластинчатые рекуператоры
Самым простым воздушным рекуператором является пластинчатый теплообменник, представляющий собой камеру с параллельными воздуховодами, разделенными металлической перегородкой, играющей роль теплопроводной пластины. Нагретый воздух при соприкосновении с перегородкой с одной стороны, нагревает ее, а холодный воздух, движущийся с противоположной стороны, забирает тепло.
Несмотря на примитивную конструкцию, пластинчатые рекуператоры имеют высокий КПД, величина которого может составлять 90%. Еще одним плюсом пластинчатого рекуператора является отсутствие движущихся частей.
Есть у пластинчатого рекуператора и существенный недостаток: при охлаждении воздуха на пластине образуется конденсат, что при отрицательной температуре наружного воздуха может привести к обледенению рекуператора.
Этого недостатка лишен роторный рекуператор, представляющий собой вращающуюся пластину, установленную между приточным и вытяжным воздуховодом. Одна половина пластины находится в зоне нагрева и контактирует с теплым воздухом, а вторая половина пластины, наоборот, находится в подающем воздуховоде и контактирует с холодным воздухом, затем происходит поворот на 180 градусов и положение меняется, нагретая пластина попадает в холодный воздуховод, а охлажденная пластина попадает в зону нагрева. Интенсивность теплообмена зависит от скорости вращения ротора и разницы температур холодного и нагретого воздуха. КПД роторного рекуператора может составлять 75-85%.
Вращение роторного рекуператора сопровождается шумом, что является его недостатком. К тому же устройство постоянно нуждается в техническом обслуживании.
Рекуператоры с промежуточным теплоносителем могут иметь различное устройство, но общим для них является использование теплоносителя (фреон, вода) для передачи тепла от одного воздушного потока другому воздушному потоку. Так, к примеру, в устройстве воздушных рекуператоров большое распространение получили тепловые трубки.
Подведем итоги
Рекуператор тепла является опциональной частью приточно вытяжной вентиляционной системы, использование которой в значительной мере сокращает расходы на отопление и позволяет поддерживать комфортные условия в доме с меньшими расходами.
Общеизвестно, что существует несколько типов систем вентиляции помещений. Наибольшее распространение имеет естественная вентиляция, когда приток и отток воздуха осуществляется через вентиляционные шахты, открытые форточки и окна, а также сквозь щели и неплотности в конструкциях.
Конечно, естественная вентиляция нужна, однако ее эксплуатация связана с массой неудобств, к тому же экономии средств с ее устройством добиться почти невозможно. Да и назвать вентиляцией движение воздуха через приоткрытые окна и двери можно с большой натяжкой – скорее всего, это будет обычное проветривание. Для достижения необходимой интенсивности циркуляции воздушных масс окна должны быть открыты круглосуточно, что недостижимо в холодное время года.
Именно поэтому более правильным и рациональным подходом считается устройство принудительной либо механической вентиляции. Иногда без принудительной вентиляции просто невозможно обойтись, чаще всего прибегают к ее устройству в производственных помещениях с ухудшенными условиями труда. Оставим в стороне промышленников и производственником и обратим свое внимание на жилые дома и квартиры.
Нередко в погоне за экономией владельцы коттеджей, загородных домов или квартир вкладывают массу средств в утепление и герметизацию жилья и только потом понимают, что из-за недостатка кислорода трудно находиться в помещении.
Решение проблемы является очевидным – нужно устраивать вентиляцию. Подсознание подсказывает, что оптимальным вариантом будет устройство энергосберегающей вентиляции. Отсутствие правильно спроектированной вентиляции может стать причиной превращения жилья в настоящую газовую камеру. Не допустить этого можно выбрав наиболее рациональное решение – устройство принудительно-вытяжной вентиляции с рекуперацией тепла и влаги.
Под рекуперацией понимают его сохранение. Выходящий поток воздуха изменяет температуру (нагревает, охлаждает) подаваемого воздуха приточно-вытяжной установкой.
Конструкция полагает разделение воздушных потоков для предотвращения их смешивания. Однако при использовании роторного теплообменника не исключается вероятность попадания отводимого воздушного потока в поступающий.
Сам по себе «Рекуператор воздуха» представляет собой устройство, обеспечивающее утилизацию тепла отводимых газов. Сквозь разделяющую стенку между теплоносителями производится теплообмен, при этом направление движения воздушных масс остается неизменным.
Важнейшая характеристика рекуператора определяется эффективностью рекуперации или КПД. Его расчет определяется из отношения максимально возможного получения тепла и фактически полученного тепла за теплообменником.
Коэффициент полезного действия рекуператоров может колебаться в широком диапазоне – от 36 до 95%. Этот показатель определяется видом используемого рекуператора, скоростью движения воздушного потока сквозь теплообменник и разницей температур отводимого и поступающего воздуха.
Виды рекуператоров и их преимущества и недостатки
Известно 5 основных видов рекуператоров воздуха:
- Пластинчатый;
- Роторный;
- С промежуточным теплоносителем;
- Камерный;
- Тепловые трубки.
Пластинчатый
Пластинчатый рекуператор характеризуется наличием пластиковых или металлических пластин. Отводимый и поступающий потоки проходят по разные стороны теплопроводящих пластин, не контактируя между собой.
В среднем КПД таких устройств составляет 55-75%. Положительной характеристикой можно считать отсутствие подвижных деталей. К недостаткам можно отнести образование конденсата, что нередко приводит к обмерзанию рекуперативного устройства.
Существуют пластинчатые рекуператоры с влагопроницаемыми пластинами, обеспечивающими отсутствие конденсата. КПД и принцип работы остаются неизменными, устранена вероятность обмерзания рекуператора, однако вместе с тем исключена и возможность использовать устройство для снижения уровня влажности в помещении.
Роторный
В роторном рекуператоре передача тепла осуществляется при помощи ротора, который вращается, находясь между приточным и вытяжным каналами. Данное устройство характеризуется высоким уровнем КПД (70-85%) и сниженным потреблением электроэнергии.
К недостаткам можно отнести незначительное смешивание потоков и, как результат, распространение запахов, большое количество сложной механики, что затрудняет процесс обслуживания. Роторные рекуператоры эффективно используются для осушения помещений, поэтому являются идеальным вариантом для установки в бассейнах.
Рекуператоры с промежуточным теплоносителем
В рекуператорах с промежуточным теплоносителем за передачу тепла отвечает вода или водно-гликолиевый раствор.
Отводимый воздух обеспечивает нагрев теплоносителя, который, в свою очередь, передает тепло поступающему воздушному потоку. Воздушные потоки не смешиваются, устройство характеризуется относительно невысоким КПД (40-55%), обычно, используется в производственных помещениях с большой площадью.
Камерные рекуператоры
Отличительной особенностью камерных рекуператоров является наличие заслонки, разделяющей камеру на две части. Высокий КПД (70-80%) достигается благодаря возможности изменения направления воздушного потока путем движения заслонки.
К недостаткам можно отнести небольшое смешивание потоков, передачу запахов и наличие подвижных деталей.
Тепловые трубки представляют собой, целую систему наполненных фреоном трубок, который испаряется при повышении температуры. В иной части трубок фреон охлаждается с образованием конденсата.
К достоинствам можно отнести исключение смешивания потоков и отсутствие подвижных частей. КПД достигает 65-70%.
Нужно отметить, что раньше рекуперативные установки в силу своих значительных габаритов использовались исключительно на производстве, сейчас на строительном рынке представлены рекуператоры с небольшими размерами, которые можно успешно использовать даже в небольших домах и квартирах.
Главным достоинством рекуператоров является отсутствие потребности в устройстве воздуховодов. Однако этот фактор можно рассматривать и как недостаток, так как для эффективной работы требуется достаточное удаление между отводимым и приточным воздухом, в противном случае свежий воздух тут же вытягивается из помещения. Минимально допустимое расстояние между противоположными воздушными потоками должно составлять не менее 1,5-1,7 м.
Для чего нужна рекуперация влаги
Рекуперация влаги необходима для достижения комфортного соотношения влажности и температуры помещения. Лучше всего человек чувствует себя при уровне влажности в 50-65%.
В период работы отопления и без того сухой зимний воздух теряет еще больше влаги из-за контакта с горячим теплоносителем, нередко уровень влажности снижается до 25-30%. При таком показателе человек не только ощущает дискомфорт, но и наносит существенный вред своему здоровью.
Кроме того, что пересушенный воздух оказывает негативное влияние на самочувствие и здоровье человека, он еще и наносит непоправимый урон мебели и столярным изделиям из натурального дерева, а также картинам и музыкальным инструментам. Кто-то может сказать, что сухой воздух помогает избавиться от сырости и плесени, но это далеко не так. С подобными недостатками можно справиться путем утепления стен и устройства качественной приточно-вытяжной вентиляции с сохранением комфортного уровня влажности.
