Рекуператор воздуха. Виды, принцип работы, способ установки.

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 возьмём наиболее массовую «типовую» застройку с применением жилых, офисных зданий и магазинов. Среднее значение теплопотерь готовых зданий — 50 Вт/м². Сюда включены теплопотери через стены, окна, кровлю, фундамент и т.д.

Среднее значение общеобменной приточной вентиляции — 4,34 м³/м². Сюда включены: вентиляция квартир с расчётом по назначению помещений и кратности; вентиляция офисов с расчётом по количеству людей и компенсации содержания углекислого газа; вентиляция магазинов, коридоров, складских помещений и т.д. Соотношение площадей выбрано на основе нескольких существующих комплексов.

Среднее значение вентиляции для компенсации санузлов, ванных, кухонь и пр. — 0,36 м³/м². Сюда включена компенсация санузлов, ванных комнат, кухонь и т.д. (поскольку из данных помещений нельзя организовать втяжку в систему рекуперации, то в эти помещения организован приток, а вытяжка производится отдельными вентиляторами минуя рекуператор). Среднее значение общеобменной вытяжной вентиляции — 3,98 м³/м². Сюда включена разница между количеством приточного воздуха и количеством воздуха на компенсацию (именно данный объём вытяжного воздуха передаёт тепло приточному воздуху).

Итак, необходимо произвести застройку района стандартными зданиями с общей площадью 40 тыс. м² с указанными характеристиками теплопотерь. Посмотрим, на чём и в каких объёмах позволит сэкономить применение систем вентиляции с рекуперацией.

Расходы при застройке

1. 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 %.

2. С применением наборных приточновытяжных вентиляционных установок с рекуперацией тепла и средним КПД, равным 50 %, мы получим теплопотребление системы вентиляции одного здания 1457 кВт·ч. Стоимость эксплуатации составит 60 %. Экономия c наборным оборудованием — 40 %.

3. 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 за три-семь лет при применении водяных нагревателей или один-два года в случае применения электронагревателей.

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 соразмерна требуемой тепловой мощности: то есть чем больше, тем дороже.

В качестве примера предположим, что построена котельная мощностью 50 МВт тепловой энергии.

Помимо вентиляции затраты на отопление типового здания площадью около 40 тыс. м² и теплопотерями 50 Вт/м² будут составлять примерно 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.

А 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/м²), получится построить уже 21 здание.

Особенности работы оборудования в северных широтах

Как правило, оборудование с рекуперацией имеет ограничения по минимальной температуре уличного воздуха. Связано это с возможностями рекуператора, и данное ограничение составляет от –25 до –30 °C. 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.

1. Уличный воздух с температурой –48 °C нагревается предварительным нагревателем до –25 °C (затрачивается тепловая энергия).

2. С –25 °C воздух нагревается в рекуператоре до –2,5 °C (при КПД = 50 %).

3. С –2,5 °C воздух нагревается основным нагревателем до требуемой температуры (затрачивается тепловая энергия).

При применении же специальной серии оборудования для Крайнего Севера с четырёхступенчатой рекуперацией Turkov CrioVent преднагрев не потребуется, так как четыре ступени, большая площадь рекуперации и возврат влаги позволяют не допускать обмерзания рекуператора.

1. Уличный воздух с температурой –48 °C нагревается в рекуператоре до 11,5 °C (КПД = 85 %).

2. С 11,5 °C воздух нагревается основным нагревателем до требуемой температуры (затрачивается тепловая энергия).

Отсутствие преднагрева и высокий КПД оборудования позволяют значительно сократить теплопотребление и упростить конструктив оборудования.

Применение высокоэффективных систем рекуперации в северных широтах наиболее актуально, поскольку 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, 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

1. Применение систем вентиляции с рекуперацией позволяет не только снизить эксплуатационные расходы, но в случае масштабной реконструкции или капитальной застройки уменьшить начальные капиталовложения.

2. Максимальной экономии можно добиться в средних и северных широтах, где оборудование работает в тяжёлых условиях с продолжительными отрицательными температурами уличного воздуха.

3. 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 %.

Технологические решения

Рекуператоры тепла имеют множество технических реализаций, среди которых есть как локальные приточно-вытяжные установки, так и оборудование для монтажа в централизованные системы. В любой отдельно взятой модели разработчики стремятся продумать каждую мелочь, ведь для таких устройств прирост по одному из показателей неизбежно вызывает ухудшение других параметров.

Например, чтобы успеть отдать максимум тепла вытяжной воздух должен проходить по как можно большему пути, что неизбежно увеличивает общее аэродинамическое сопротивление системы вентиляции. Получается, что для корректной работы высокоэффективного рекуператора необходим либо разгонный участок очень большой протяжённости, либо принудительное перемещение воздуха с вытекающей из этого зависимостью от электроснабжения.

В соответствии с устройством и принципом действия различают пластинчатые, трубчатые и роторные рекуператоры — это три наиболее популярных типа, которые пригодны к использованию в гражданской сфере благодаря простоте конструкции.

Пластинчатые рекуператоры — это ёмкости со сложным лабиринтом перегородок, по которым во встречных направлениях перемещаются два потока воздуха. Это наиболее простой тип конструкции, получивший наибольшее распространение в бытовых рекуператорах. Главный недостаток — увеличение аэродинамического сопротивления в точке установки.

Определение производительности

Для рекуператора как части вентиляции наиболее важными являются три параметра: приведённое аэродинамическое сопротивление, допустимый проток и эффективность, выраженная в отношении возвращённого тепла к общему количеству энергии, содержащейся в воздухе при действующей дельте температур. Это отношение непостоянно: чем холоднее приточной воздух, тем в целом эффективнее работает рекуператор, причём зависимость этих изменений не линейная. Поэтому так важно обращать внимание на диаграммы изменения основных характеристик в зависимости от прочих условий.

Q = S · v · 3600

• Q — пропускная способность вентканала, м³/ч;
• S — площадь сечения канала, в м²;
• v — скорость потока, м/с.

Kt = (T3 – T1) / (T2 – T1)

• K_t — коэффициент эффективности рекуператора по температуре;
• T₁ — температура наружного воздуха, °C;
• T₂ — температура воздуха в помещении, °С;
• T₃ — температура приточного воздуха, °С.

Первоначальный критерий — допустимая величина протока — определяется параметрами системы вентиляции. Разумеется, воздухообмен не может быть ниже норм, установленных СНиП: 3 м3/ч·м2 или 30 м3/ч на каждого человека при норме обеспеченности пространством менее 20 м3/чел. При этом общая кратность воздухообмена за час должна составлять не менее 0,35. Если параметры системы вентиляции на данный момент не соответствуют норме, рекуператор выбирается по нормативным требованиям, а система вентиляции впоследствии дорабатывается.

Если производительность рекуператора с принудительным движением воздуха превышает пропускную способность системы вентиляции более чем на 50%, избыточный шум устраняется установкой глушителя. Также нужно помнить, что производительность вентилятора на приточном канале выше, чем на вытяжном, разницу нужно выбирать в соответствии с количеством дополнительных точек естественного удаления воздуха.

Управление рекуператором

Как правило, рекуператоры служат активным элементом принудительной системы вентиляции или как минимум подразумевают возможность регулировать интенсивность воздухообмена. Можно назвать несколько способов наладить взаимодействие между рекуператором и остальными компонентами.

В самом простом случае рекуператор не имеет устройств принуждения потока, но при этом оснащается регулируемой заслонкой. Она необходима, чтобы обеспечивать корректное соотношение между пропускной способностью теплообменника и текущей мощностью вентилятора в зависимости от места расположения последнего. В одном случае встроенный в рекуператоре блок управления регулирует скорость вращения вентилятора, но также возможен вариант, где используется ПЛК со встроенным пропорциональным регулятором, настройка которого проводится опытным путём.

ПЛК для управления вентиляцией

В другом случае рекуператор служит единственным устройством принуждения потока и, соответственно, только скорость работы его вентиляторов определяет интенсивность воздухообмена. Для таких устройств предусмотрено ручное переключение режимов, а также внутренние алгоритмы управления, оптимизирующие теплообмен в зависимости от текущей разницы температуры. Самые совершенные в плане эргономики установки подключаются к системе общедомовой автоматизации и самостоятельно подстраивают производительность в зависимости от количества людей или опираясь на данные комнатных газоанализаторов.

Место и способ установки

Рекуператоры бывают напольной и подвесной потолочной установки. Есть и третий вариант — точечные стеновые рекуператоры, которые монтируются в каждом помещении, соседствующим с улицей, и не требуют прокладки дополнительных коммуникаций.

Варианты потолочной установки интересны возможностью спрятать техническое оснащение дома в полости подвесных или натяжных потолков. Такие устройства немного дороже из-за требований к компактности, в то же время для их подключения не требуются дополнительные обводные каналы. Очевидный минус такого типа размещения — повышенная шумность, обусловленная малым удалением работающих двигателей от вентиляционных решёток.

Монтаж рекуператора

Сама установка и подключение рекуператора ограничиваются его механическим креплением к капитальной поверхности и стыковкой с общим вытяжным и приточным каналами. После этого места соединений герметизируются, а сам рекуператор облачается в специальный корпус, выполняющий одновременно функцию теплозащиты и шумопоглощения.

Гораздо сложнее дело обстоит с проектированием систем вентиляции, если в них предусмотрена установка рекуператора. Для канальных рекуператоров требуется прокладка двух воздуховодов в каждую жилую комнату для забора и подачи воздуха. При этом важно рассчитать живое сечение вентиляционных решёток и правильно подобрать раструбы, чтобы избежать возникновения дополнительных шумов.