Разновидности установок для вентиляции с рекуперацией тепла

Содержание:

Значительная часть энергоносителей, затрачиваемых в холодное время года на обогрев зданий любого назначения, используется для нагрева вентиляционного воздуха. При часто применяется прямоточная схема работы, при которой наружный воздух перед подачей в помещения нагревается до нужной температуры, а вытяжной просто выбрасывается наружу вместе с теплом. Это очень неэкономично, правильное современное решение по энергосбережению — это вентиляция с рекуперацией тепла.

Что такое рекуперация и зачем она нужна?

Устройство рекуператора

Устройство рекуператора

При обогреве частных домов или квартир в зимний период энергоносители затрачиваются на такие цели:

  • Отопление помещений. Через ограждающие конструкции здания: кровлю, полы, наружные стены, окна, постоянно теряется тепло. Задача системы отопления – их компенсировать, на это затрачивается первая часть тепла котельной установки.
  • В каждом помещении происходит определенный воздухообмен, его интенсивность зависит от назначения этого помещения. Приточный воздух с улицы не может подаваться холодным, его требуется нагреть, на что и уходит вторая, иногда более значительная часть тепловой энергии.

В зданиях с естественной вентиляцией нагрузка по нагреву притока ложится на систему отопления. В случае принудительной вентиляции применяются агрегаты с подогревом воздуха, которые для этого используют электричество или горячую воду – теплоноситель, нагреваемый котельной установкой.

Принудительная вентиляция с рекуперацией

Пример работы принудительной вентиляции

Количество тепла на подогрев воздуха посчитать нетрудно, для примера представим расчет расхода энергии на нагрев 1 м3 воздушной смеси от температуры -20 ºС до +20 ºС:

Q = cm Δt, где:

  • Q – количество теплоты, кДж;
  • с – теплоемкость воздуха удельная, равна 1.03 кДж / кг ºС;
  • m – вес 1 м3 воздушной смеси, при температуре -20 ºС равен 1.396 кг;
  •  Δt– разница температур, в нашем примере равна 40 ºС.

Q = 1.03 х 1.396 х 40 = 57.52 кДж или 20 Вт.

Учитывая, что на 1 газовую плиту по нормативным документам требуется расход 100 м3/ч воздуха, то тепла на его нагрев понадобится 2 кВт. Общий итог по всем помещениям дома часто превышает затраты на отопление, при этом нагретый воздух просто выбрасывается на улицу вытяжной вентиляционной системой. Такое неэкономное использование энергоносителей приводит к повышенным финансовым затратам.  Чтобы отбирать тепло у вытяжного воздуха, существует специальный теплообменник – рекуператор, также называемый утилизатором тепла.

Принцип действия и виды утилизаторов тепла

Независимо от вида рекуператора принцип работы остается неизменным: нагретые воздушные массы, удаляемые из помещений, встречаются с потоком холодного наружного воздуха и отдают ему свое тепло.

Схема работы рекуператора

Схема работы рекуператора

Эффективность передачи теплоты зависит от конструкции теплообменника и материалов, из которых он изготовлен. Как правило, самый недорогой рекуператор обладает эффективностью порядка 50%. Для прямого обмена теплом утилизаторы типа «воздух — воздух» бывают двух видов:

  1. Наиболее распространенные – рекуператоры пластинчатого типа, в которых потоки идут под углом в 90º друг к другу, при этом они абсолютно разделены.
  2. Вращающиеся роторные утилизаторы тепла.

Изделия первого типа наиболее часто применяются для вентиляции с рекуперацией тепла, поскольку могут изготавливаться разных размеров под различные расходы воздуха. Обычно представляют собой прямоугольник или куб, каждая сторона которого служит для входа или выхода потока.

Пластинчатый рекуператор

Пластинчатый рекуператор

Некоторые модели перекрестных рекуператоров имеют обводной канал для работы в летнее время, когда подогрев не требуется. Тогда поток с помощью заслонки направляется в этот канал и не протекает через соты аппарата. Такая функция полезна в переходный и летний период, когда температура на улице выше, чем в помещениях, и дополнительный нагрев наружного воздуха не требуется.

При наличии в доме кондиционера или секции охлаждения приточные установки с рекуператором приносят значительную экономию и летом. Тогда происходит обратный процесс: холодный поток из помещения отбирает тепло горячего приточного воздуха и затраты энергии на его дальнейшее охлаждение значительно снижаются.

Недостатками этого вида изделий являются их немалая стоимость, а также обязательное обслуживание (чистка) для сохранения требуемой теплопроводности. Воздушные потоки, проходящие через перекрестный утилизатор тепла, должны обязательно очищаться в фильтрах, попадание пыли и грязи внутрь изделия надо свести к минимуму.

Производители роторных рекуператоров декларируют их эффективность на уровне до 90%. В действительности она все же выше, чем у пластинчатых и составляет 70—75%.

Роторный рекуператор

Роторный рекуператор

Изделие имеет цилиндрическую форму и постоянно вращается. Принцип действия такой: горячий поток, проходя сквозь цилиндрический утилизатор, нагревает его. Из-за вращения нагретая часть тут же попадает в струю холодного воздуха, отдавая ему полученное тепло, после чего процесс повторяется и происходит непрерывно.

Подобные приточно-вытяжные установки с рекуперацией тепла редко применяются в частных домах, так как в силу своей конструкции теплообменник имеет приличные размеры. Чаще роторный утилизатор находит применение на промышленных объектах, поскольку способен эффективно работать с большими расходами воздуха. Стоимость его выше, чем у пластинчатого рекуператора, кроме этого, вращающийся утилизатор не сможет функционировать без электроэнергии. Еще один недостаток — неполное разделение потоков из-за наличия вращающейся части в зоне воздушных потоков. В результате свежий приток может содержать до 5% загрязненного вытяжного воздуха.

Заключение

Современная приточно-вытяжная вентиляция зданий должна соответствовать требованиям к экономному использованию энергоносителей. Обогревать атмосферу вытяжным воздухом становится невыгодно, поэтому рекуперация тепла становится все более актуальной. Помогает она и летом, поскольку производство холода – процесс еще более дорогой.