Рекуперацией называют возвращение части энергии или вещества для их повторного использования. В вентиляционных системах — это процесс возвращения тепла в здание.
Воздух внутри обычно нагрет сильнее, чем снаружи. Поэтому с его выходом наружу через шахту часть тепловой энергии теряется. Вместо теплых потоков помещения наполняются холодными. Чтобы сохранить комфортные условия пребывания людей, нужно поддерживать прежний уровень температуры. Для этого помещения отапливают или устанавливают нагревательные устройства в приточный канал вентиляции.
Чтобы сохранить тепло, устанавливают принудительные системы вентиляции с рекуперацией. В их комплектацию входит рекуператор, его используют для обмена теплом между приточными и вытяжными потоками, не допуская их смешивания.
Принцип действия следующий: теплообменник принимает тепло от нагретого тела и отдает его холодному за счет высокой теплопроводности материала, из которого состоит. Когда через него проходят отработанные воздушные массы, он нагревается от него с одной стороны. Тепловая энергия равномерно распределяется по обменнику и доходит до другой стороны, с которой внутрь помещения поступают холодные приточные массы. Они забирают часть тепла и уже в нагретом виду перемещаются внутрь.
Преимущества:
Недостатки у системы тоже есть. Основной минус связан с высокой стоимостью теплообменного оборудования. Его включение в комплектацию существенно увеличивает расходы на организацию вентсистемы.
Монтаж принудительной вытяжной вентиляции с рекуперацией невозможен ровно так же, как и для устройств с механическим притоком. Установить рекуператор можно только при наличии единой приточно-вытяжной установки. Воздух нагнетается и удаляется механическим способом.
Установить нагревательный элемент в естественную систему невозможно, так как она не имеет каналов, которые можно было бы объединить в одном устройстве. Под действием естественной тяги воздух перемещается очень медленно.
Приточно-вытяжная установка с рекуператором устанавливается в зданиях, где предъявляют высокие требования к качеству воздуха. Особенно это касается медицинских организаций, лабораторий, общественных мест, в которых постоянно находятся люди.
Обычно температура строго регламентируется ГОСТами и СНиПами. Поэтому подаваемые через диффузоры и распределительные решетки воздушные массы предварительно нагреваются с помощью калориферов до установленной нормативным документом значения. Калориферы используют для нагрева приточного воздуха. Они бывают электрическими, водяными или газовыми. В первом случае прибор подключается к электросети, во втором случае — к отопительной системе, в третьем нагревание происходит за счет газовой горелки. В каждом из этих случаев они требуют повышенных расходов на электричество, газ или центральное отопление.
Чтобы система соответствовала всем требованиям, установка калориферов неизбежна. Но если их установить вместе с рекуператором, то ежемесячные расходы сократятся. В перспективе экономия на них превзойдет сумму, которая была потрачена на монтаж вентиляции с рекуперацией. Это выгодно не только для больших бизнес-центров, зданий административного и торгового назначения, торгово-развлекательных комплексов, но и для владельцев квартир, загородных домов.
Температура зависит от:
Сделаем пример расчета при следующих условиях:
Это означает, что воздух поступает в объеме 1000 кубометров за 1 час при температуре 0 оС, а выходит наружу 1100 кубометров за это же время при температуре +24 оС. Вследствие рекуперации 70% тепла возвращается назад. Если бы КПД был бы равен 100%, то получилась бы температура: 24*1100/2100 + 0*1000/2100 = 12,57 градуса. Но КПД равен 70%, поэтому температура будет равна разнице между температурой снаружи и нагретого воздуха, помноженной на 0,7: 12,57*0,7 = 8,8 оС.
Подогревать воздушные массы теперь нужно будет не на все 24 оС, а на 15-16 оС. Это на 33% меньше, чем без возврата. Поэтому расходы на нагрев холодных приточных масс с вентиляцией с рекуперацией сократятся примерно на треть.
Внимание! Некоторые модели могут возвращать до 80-90% тепла. Поэтому экономия на расходе энергии на обогрев может достигать 40-50%.
Если большая часть тепла остается в помещении, есть смысл устанавливать калориферы, которые потребляют много энергии? Разберемся в этом вопросе, сделав расчеты температуры воздуха после прохождения через рекуператор в разные времена года. Пусть средняя температура летом будет равна +20 оС, весной и осенью 0 оС, зимой -20 оС. КПД рекуператора, расход воздуха на притоке и вытяжке, а также дисбаланс между ними пусть будут теми же, как и температура внутри здания.
Расчеты:
Расчеты показали, что рекуперация помогает экономить на электричестве, центральном отоплении или газе, но полностью от калориферов отказаться не позволяет. Это связано с суровым климатом, снаружи воздушные массы большую часть времени намного холоднее, чем воздух внутри. Поэтому возвращенного тепла не хватает для нагрева до установленного нормативными документами температурного уровня.
Внимание! Избежать установки калориферов можно в частных квартирах и домах, не требующих строго соответствия санитарно-гигиеническим нормам на законодательном уровне. Но воздух, пришедший через приточное отверстие, будет не сильно отличаться от того, который бы вошел через окно. Ощутимая разница будет только в его чистоте.
Устройства отличаются по принципу действия, стоимости оборудования и КПД.
При организации приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией тепла чаще используют модели пластинчатого типа. Основной его элемент — пластинчатый теплообменник, который изготовлен из алюминия(система пластин толщиной около 0,2 мм, расположенных параллельно друг другу на определенном расстоянии).
Принцип действия: вытягиваемые воздушные массы проходят сквозь систему пластин и отдают им свое тепло. По ту сторону пластин идет приточный воздух, которые забирает это тепло. Впоследствии он подается внутрь помещений. По направлению движения воздушных потоков пластинчатые рекуператоры бывают:
Наиболее простой конструкцией обладает перекрёстный рекуператор. С его помощью можно вернуть до 80% тепла от отработанных масс. Кроме высокой производительности у пластинчатых устройств есть еще два плюса — это стоимость и энергонезависимость (для работы не нужна электроэнергия).
Недостатком этого теплообменника является обмерзание пластин, которое снижает эффективность его работы. Чтобы не было обмерзания, нужно вовремя удалять скапливаемый конденсат.
Роторный рекуператор имеет сложную конструкцию, но его КПД выше. Принцип работы основан на применении роторного теплообменника, который вращается внутри установки с некоторой скоростью. С одной стороны теплообменника выводится отработанный воздух, с другой — поступает внутрь приточные объемы. В месте контакта с теплым выводимым воздухом вал нагревается. По мере его поворачивания он начинает контактировать с холодными приточными массами, которым и отдает накопленное тепло. Вместе с ним ротор возвращает часть влаги, которая конденсируется в вытяжном блоке и испаряется в приточном.
Преимущества:
Недостатки: в приточный воздух попадает часть отработанного. Это некритично для жилых, торговых и офисных зданий, так как доля возврата незначительно. Но это может быть опасно на производстве с выбросом вредных веществ, часть которых вернется назад в производственный цех. Еще один минус — это питание от электросети: чтобы ротор вращался, ему нужна энергия.
Водяные рекуператоры используются редко в связи с недостаточной эффективностью и энергозависимостью. Основу конструкции составляет металлический теплообменник, полость которого заполнена водой. Вместо нее ипользуют антифриз. С теплообменником соседствуют два канала вентиляции: приточный и вытяжной. Когда массы выходят наружу, они отдают часть тепла теплоносителю внутри батареи. Когда приточный воздух заходит внутрь, он эту энергию забирает и уносит с собой.
Преимущества: возможность возврата доли тепла при отделенных друг от друга приточных и вытяжных установках, так как теплообменник может иметь любую форму и протяженность подобно трубам системы отопления. Но тогда для циркуляции теплоносителя внутри трубопровода потребуется монтаж теплового насоса. Он питается от электричества и требует дополнительных расходов.
Недостатки: невысокая эффективность, КПД обычно не превышает 50-65%. Конструкция этих приборов очень сложна, и она не предусматривает возврат влаги. Последний минус конструкции — это энергозависимость, так как насос питается от электросети.
Крышные, или кровельные модели имеют различную конструкцию и принцип действия. Общего у них то, что монтируются они на крыше здания. Это дает им следующие преимущества:
К отрицательным моментам относится невысокий КПД, который не превышает 55-68%.
При выборе рекуператора для вентиляционной системы учитывают:
На выбор также влияет тип здания/помещения, для которого приобретается теплообменное устройство. Для работы в промышленных масштабах выбирают модели соответствующей мощности любого из рассмотренных типов рекуператоров. Для рекуперации воздуха в небольших помещениях, квартирах и частных домах используют приборы пластинчатого типа.
