Приточно вытяжные установки с рекуперацией бытовые

Приточно-вытяжная вентиляция с рекуперацией тепла: принцип действия, обзор достоинств и недостатков

Поступление свежего воздуха в холодный период времени приводит к необходимости его нагрева для обеспечения правильного микроклимата помещений. Для минимизации затрат электроэнергии может быть использована приточно-вытяжная вентиляция с рекуперацией тепла.

Понимание принципов ее работы позволит максимально эффективно уменьшить теплопотери с сохранением достаточного объема замещаемого воздуха. Давайте попробуем разобраться в этом вопросе.

Энергосбережение в системах вентиляции

В осенне-весенний период при вентиляции помещений серьезной проблемой является большая разность температур поступающего и находящегося внутри воздуха. Холодный поток устремляется вниз и создает неблагоприятный микроклимат в жилых домах, офисах и на производстве или недопустимый вертикальный градиент температуры в складе.

Распространенным решением проблемы является интеграция в приточную вентиляцию калорифера, с помощью которого происходит нагрев потока. Такая система требует затрат электроэнергии, в то время как значительный объем выходящего наружу теплого воздуха ведет к существенным потерям тепла.

Если каналы притока и отвода воздуха расположены рядом, то можно частично передать тепло выходящего потока входящему. Это позволит уменьшить потребление электроэнергии калорифером или вовсе отказаться от него. Устройство для обеспечения теплообмена между разнотемпературными потоками газов называется рекуператором.

В теплое время года, когда температура наружного воздуха значительно превышает комнатную, можно использовать рекуператор для охлаждения входящего потока.

Устройство блока с рекуператором

Внутреннее устройство систем приточно-вытяжной вентиляции с интегрированным рекуператором достаточно простое, поэтому возможна их самостоятельная поэлементная покупка и установка. В том случае если сборка или самостоятельный монтаж вызывает сложности можно приобрести готовые решения в виде типовых моноблочных или индивидуальных сборных конструкций под заказ.

Основные элементы и их параметры

Корпус с тепло- и шумоизоляцией выполняют как правило из листовой стали. В случае стенового монтажа он должен выдерживать давление, которое возникает при запенивании щелей вокруг блока, а также не допускать вибрацию от работы вентиляторов.

В случае распределенного забора и притока воздуха по различным помещениям к корпусу присоединяют систему воздуховодов. Ее оснащают клапанами и заслонками для распределения потоков.

При отсутствии воздуховодов на приточное отверстие со стороны помещения устанавливают решетку или диффузор для распределения потока воздуха. На приточное отверстие со стороны улицы монтируют воздухозаборную решетку наружного типа во избежание попадания в систему вентиляции птиц, крупных насекомых и сора.

Движение воздуха обеспечивают два вентилятора осевого или центробежного типов действия. При наличии рекуператора естественная циркуляция воздуха в достаточном объеме невозможна по причине создаваемого этим узлом аэродинамического сопротивления.

Наличие рекуператора предполагает установку фильтров мелкой очистки на входе обоих потоков. Это необходимо для уменьшения интенсивности засорения пылью и жировыми отложениями тонких каналов теплообменника. В противном случае для полноценного функционирования системы придется увеличить частоту проведения профилактических работ.

Один или несколько рекуператоров занимают основной объем приточно-вытяжного устройства. Их монтируют по центру конструкции.

В случае типичных для территории сильных морозов и недостаточного КПД рекуператора для нагрева наружного воздуха можно дополнительно установить калорифер. Также по необходимости монтируют увлажнитель, ионизатор и другие устройства для создания благоприятного микроклимата в помещении.

Современные модели предусматривают наличие электронного блока управления. Сложные модификации имеют функции программирования режимов работы в зависимости от физических параметров воздушной среды. Внешние панели имеют привлекательный вид, благодаря чему хорошо могут быть вписаны в любой интерьер помещения.

Решение проблемы возникновения конденсата

Охлаждение поступающего из помещения воздуха создает предпосылки для разгрузки влаги и образования конденсата. В случае высокой скорости потока большая его часть не успевает скапливаться в рекуператоре и выходит наружу. При медленном движении воздуха значительная часть воды остается внутри устройства. Поэтому необходимо обеспечить сбор влаги и вывод ее за пределы корпуса приточно-вытяжной системы.

Вывод влаги производят в закрытую емкость. Ее размещают только внутри помещения во избежание перемерзания каналов оттока при минусовых температурах. Алгоритма надежного расчета объема получаемой воды при использовании систем с рекуператором нет, поэтому его определяют экспериментальным путем.

Повторное использование конденсата для увлажнения воздуха нежелательно, так как вода впитывает многие загрязнители, такие как человеческий пот, запахи и т.д.

Значительно уменьшить объем конденсата и избежать связанных с его появлением проблем можно организовав отдельную вытяжную систему из ванной комнаты и кухни. Именно в этих помещениях воздух имеет наибольшую влажность. При наличии нескольких вытяжных систем воздухообмен между технической и жилой зоной необходимо ограничить с помощью установки обратных клапанов.

В случае охлаждения выходящего потока воздуха до отрицательных температур внутри рекуператора происходит переход конденсата в наледь, что вызывает сокращение живого сечения потока и, как следствие, – уменьшение объема или полное прекращения вентиляции.

Для периодического или разового размораживания рекуператора устанавливают байпас – обходной канал для движения приточного воздуха. При пропуске потока в обход устройства происходит прекращение теплоотдачи, нагрев теплообменника и переход наледи в жидкое состояние. Вода стекает в емкость сбора конденсата или происходит ее испарение наружу.

При прохождении потока через байпас отсутствует нагрев приточного воздуха посредством рекуператора. Поэтому при активации данного режима необходимо автоматическое включение калорифера.

Особенности различных типов рекуператоров

Существует несколько конструктивно различающихся вариантов реализации теплообмена между холодным и нагретым воздушными потоками. Каждый из них имеет свои отличительные особенности, которые определяют основное предназначение для каждого типа рекуператора.

Пластинчатый перекрестноточный рекуператор

В основе конструкции пластинчатого рекуператора лежат тонкостенные панели, соединенные поочередно таким образом, чтобы чередовать пропуск между ними разнотемпературных потоков под углом 90 градусов. Одной из модификаций такой модели является устройство с оребренными каналами для прохода воздуха. Оно обладает более высоким коэффициентом теплообмена.

Теплообменные панели могут быть выполнены из различного материала:

• медь, латунь и сплавы на основе алюминия обладают хорошей теплопроводностью и не подвержены ржавчине;
• пластмасса из полимерного гидрофобного материала с высоким коэффициентом теплопроводности обладают малым весом;
• гигроскопическая целлюлоза позволяет проникать конденсату через пластину и попадать обратно в помещение.

Недостатком является возможность образования конденсата при низких температурах. По причине небольшого расстояния между пластинами влага или наледь существенно увеличивают аэродинамическое сопротивление. В случае обмерзания необходимо перекрытие входящего потока воздуха для отогрева пластин.

Преимущества пластинчатых рекуператоров следующие:

• низкая стоимость;
• долгий срок службы;
• длительный период между профилактическим обслуживанием и простота его проведения;
• небольшие габариты и масса.

Такой тип рекуператора наиболее распространен для жилых и офисных помещений. Также его используют и в некоторых технологических процессах, например для оптимизации сгорания топлива при работе печей.

Барабанный или роторный тип

Принцип действия роторного рекуператора основан на вращении теплообменника, внутри которого расположены слои гофрированного металла, обладающего высокой теплоемкостью. В результате взаимодействия с выходящим потоком происходит нагрев сектора барабана, который впоследствии отдает тепло поступающему воздуху.

Преимущество роторных рекуператоров следующие:

• достаточно высокий КПД по сравнению с конкурирующими типами;
• возврат большого количества влаги, которая в виде конденсата остается на барабане и испаряется при контакте с поступающим сухим воздухом.

Этот тип рекуператора реже используют для жилых зданий при поквартирной или коттеджной вентиляции. Часто его применяют в крупных котельных для возврата тепла к печам или для обширных помещений промышленного или торгово-развлекательного назначения.

Однако у этого типа устройств есть существенные недостатки:

• относительно сложная конструкция с наличием подвижных частей, включающая электромотор, барабан и ременной привод, что требует постоянного обслуживания;
• повышенный уровень шума.

Иногда для устройств такого типа можно встретить термин “регенеративный теплообменник”, что более правильно чем “рекуператор”. Дело в том, что незначительная часть выходящего воздуха попадает обратно по причине неплотного прилегания барабана к корпусу конструкции.

Это накладывает дополнительные ограничения на возможность использования устройств такого типа. Например, в качестве теплоносителя нельзя использовать загрязненный воздух от печей отопления.

Система на основе трубок и кожуха

Рекуператор трубчатого типа состоит из расположенных в утепленном кожухе системы тонкостенных трубок небольшого диаметра, по которым происходит приток наружного воздуха. По кожуху производят вывод теплой воздушной массы из помещения, которая обогревает входящий поток.

Основные преимущества трубчатых рекуператоров следующие:

• высокий КПД, благодаря противоточному принципу движения теплоносителя и поступающего воздуха;
• простота конструкции и отсутствие подвижных частей обеспечивает низкий уровень шума и редко возникающую необходимость в обслуживании;
• долгий срок службы;
• наименьшее сечение среди всех типов устройств рекуперации.

Трубки для устройства такого типа используют или легкосплавные металлические или, что реже, – полимерные. Эти материалы не гигроскопичны, поэтому при значительной разнице температур потоков возможно образовании интенсивного конденсата в кожухе, что требует конструктивного решения по его удалению. Еще одним недостатком является то, что металлическая начинка обладает значительным весом, несмотря на небольшие габариты.

Простота конструкции трубчатого рекуператора делает этот тип устройств популярным для самостоятельного изготовления. В качестве внешнего кожуха обычно используют пластиковые трубы для воздуховодов, утепленные пенополиуретановой скорлупой.

Устройство с промежуточным теплоносителем

Иногда приточный и вытяжной воздуховоды расположены на некотором расстоянии друг от друга. Такая ситуация может возникнуть по причине технологических особенностей здания или санитарных требований по надежному разделению воздушных потоков.

В этом случае используют промежуточный теплоноситель, циркулирующий между воздуховодами по изолированному трубопроводу. В качестве среды для передачи тепловой энергии используют воду или водно-гликолевый раствор, циркуляцию которого обеспечивают работой теплового насоса.

В том случае, если есть возможность использовать другой тип рекуператора, то лучше не применять систему с промежуточным теплоносителем, так как она обладает следующими существенными недостатками:

• низкий КПД по сравнению с другими типами устройств, поэтому для небольших помещений с малым расходом воздуха такие устройства не применяют;
• значительный объем и вес всей системы;
• необходимость дополнительного электрического насоса для циркуляции жидкости;
• повышенный шум от работы насоса.

Существует модификация этой системы, когда вместо принудительной циркуляции теплообменной жидкости используют среду с низкой точкой кипения, например фреон. В этом случае движение по контуру возможно естественным образом, но только в том случае если приточный воздуховод расположен над вытяжным.

Такая система не требует дополнительных затрат электроэнергии, но работает на обогрев только при значительном перепаде температур. Кроме того, необходима точная настройка точки изменения агрегатного состояния теплообменной жидкости, которая может быть реализована методом создания нужного давления или определенного химического состава.

Основные технические параметры

Зная требуемую производительность системы вентиляции и КПД теплообмена рекуператора легко рассчитать экономию на обогреве воздуха для помещения при конкретных климатических условиях. Сравнив потенциальную выгоду с затратами на покупку и обслуживание системы можно обоснованно сделать выбор в пользу рекуператора или стандартного калорифера.

Коэффициент полезного действия

Под коэффициентом полезного действия рекуператора понимают эффективность теплопередачи, которую рассчитывают по следующей формуле:

• Т_п – температура поступающего воздуха внутрь помещения;
• Т_н – температура наружного воздуха;
• Т_в – температура воздуха в помещении.

Максимальное значение КПД при штатной скорости потока воздуха и определенном температурном режиме указывают в технической документации устройства. Его реальный показатель будет немного меньше.

В случае самостоятельного изготовления пластинчатого или трубчатого рекуператора для достижения максимальной эффективности теплопередачи необходимо придерживаться следующих правил:

• Наилучший теплообмен обеспечивают противоточные устройства, затем перекрестноточные, а наименьшую – с однонаправленным движением обоих потоков.
• Интенсивность теплообмена зависит от материала и толщины стенок, разделяющих потоки, а также от длительности нахождения воздуха внутри устройства.

Зная КПД рекуператора можно рассчитать его энергоэффективность при различных температурах наружного и внутреннего воздуха:

Е (Вт) = 0,36 х Р х К х (Т_в – Т_н)

где Р (м 3 /час) – расход воздуха.

Стоимость рекуператоров с высоким КПД достаточно велика, они имеют сложную конструкцию и значительные размеры. Иногда можно обойти эти проблемы установкой нескольких более простых устройств таким образом, чтобы поступающий воздух последовательно проходил через них.

Производительность вентиляционной системы

Объем пропускаемого воздуха определяется статическим давлением, которое зависит от мощности вентилятора и основных узлов, создающих аэродинамическое сопротивление. Как правило, точный его расчет невозможен ввиду сложности математической модели, поэтому для типовых моноблочных конструкций проводят экспериментальные исследования, а для индивидуальных устройств осуществляют подбор компонентов.

Мощность вентилятора необходимо выбирать с учетом пропускной способности устанавливаемых рекуператоров любых типов, которая в технической документации указана как рекомендуемая скорость потока или объем пропускаемого устройством воздуха за единицу времени. Как правило, допустимая скорость воздуха внутри устройства не превышает значения 2 м/с.

В противном случае на высоких скоростях в узких элементах рекуператора происходит резкий рост аэродинамического сопротивления. Это приводит к лишним затратам электроэнергии, неэффективном прогреве наружного воздуха и сокращения срока службы вентиляторов.

Изменение направления потока воздуха создает дополнительное аэродинамическое сопротивление. Поэтому при моделировании геометрии воздуховода внутри помещения желательно минимизировать количество поворотов труб на величину 90 градусов. Диффузоры для рассеивания воздуха также увеличивают сопротивление, поэтому желательно не использовать элементы со сложным рисунком.

Загрязненные фильтры и решетки создают значительные помехи движению потока, поэтому их необходимо периодически прочищать или менять. Одним из эффективных способов оценки засоренности является установка датчиков, отслеживающих перепад давления на участках до фильтра и после него.

Выводы и полезное видео по теме

Принцип работы роторного и пластинчатого рекуператора:

Замер КПД рекуператора пластинчатого типа:

Бытовые и промышленные системы вентиляции с интегрированным рекуператором доказали свою энергетическую эффективность по сохранению тепла внутри помещений. Сейчас существует множество предложений по продаже и установке таких устройств как в виде готовых и опробованных моделей, так и по индивидуальному заказу. Провести расчет необходимых параметров и выполнить монтаж можно самостоятельно.

Если при ознакомлении с информацией появились вопросы или вы нашли неточности в нашем материале, пожалуйста, оставляйте свои комментарии в расположенном ниже блоке.

источник

Приточно-вытяжная вентиляция с рекуперацией тепла и влаги в загородном доме

Современное энергоэффективное строительство невозможно без использования высокоэффективных вентиляционных систем, которые позволяют сократить теплопотери через вентиляцию и одновременно обеспечить высочайшее качество воздуха.

Предлагаю вместе рассмотреть одну из таких систем на примере пассивного дома, построенного в Подмосковье.

Этот дом расположен на севере Московской области (Ашукино). В нём применены самые передовые инженерные решения по снижению расходов на обеспечение дома тепловой энергией. Дом не имеет подключения к газовым коммуникациям. В перспективе планируется переход на автономное существование, без присоединения к внешним сетям.

Это частный двухэтажный дом, общей площадью 160 м2, с подвальным помещением 40 м2. Форма дома спроектирована по внешним размерам, близким к кубу для снижения теплопотерь здания через ограждающие конструкции.

Теплозащита стеновых, кровельных и оконных конструкций соответствует требованиям, которые предъявляются к пассивым домам. Обратите внимание на общую толщину внешних стен (термическое сопротивление стен равно 10 м2·К/Вт). Несущие стены выполнены из газобетона, а затем утеплены теплоизоляцией толщиной 250 мм.

В качестве внешней защиты стен используются фиброцементные панели, со сроком службы более 50 лет. Окна и стеклянные двери имеют утепленный профиль и двукамерный стеклопакет, заполненный аргоном. Окна имеют два напыления: энергосберегающее и мультифункциональное (для защиты от перегрева летом и утепления зимой). Коэффициент термического сопротивления стеклопакетов составил 1,67 м2·К/Вт, а профиля – 1,05 м2·К/Вт.

Инженерные системы дома ещё интереснее. Здесь используется геотермальный тепловой насос BUDERUS Logatherm WPS 11, Тепловой аккумулятор JASPI GTV Teknik RD с функцией проточного приготовления горячей воды и подключения солнечных коллекторов, Солнечные коллекторы российского производства «ЯSolar», которые выполняют функцию нагрева горячего водоснабжения и поддержку отопления, а также, прогрева грунта через геотермальные скважины (система хранения солнечной энергии в грунте).

Также в доме установлен теплоаккумулирующий камин Tulikivi KTU1010/92.

Одной из самых важных инженерных систем, без которой невозможно построить энергоэффективный ЖИЛОЙ дом, является система приточно-вытяжной вентиляции в рекуперацией тепла и влаги.

Потери тепловой энергии через вентиляцию составляют не менее 1/3 от всех теплопотерь здания. Если здание нежилое, то в принципе можно обойтись и без вентиляции, тем самым сократив потери, но если дом предполагается для проживания людей, то без приточно-вытяжной системы не обойтись.

Здесь используется высокоэффективный энтальпийный рекуператор Turkov Zenit HECO 550 с производительностью 550 м3/час и канальный водяной теплообменник ZWS-W. Общий КПД установки составляет не менее 85%.

Подача свежего и выброс грязного воздуха организованы через воздуховоды выведенные на улицу из подвального помещения. Они разнесены в разные стороны, чтобы исключить перемешивание воздушных потоков.

Энтальпийный рекуператор установлен горизонтально в подвальном помещении. На воздуховодах подачи и выброса воздуха также установлены шумоглушители. Все воздуховоды подачи теплоизолированы.

На магистрали подачи после рекуператора установлен канальный водяной теплообменник, который позволяет при необходимости догревать (или охлаждать) свежий приточный воздух до нужной температуры.

Пульт управления приточно-вытяжной установкой.

Подача и возврат воздуха организованы с помощью двух вертикальных шахт, с ответвлениями на каждом этаже. Вентиляционная сеть состоит из стальных воздуховодов, отводов, тройников, дроссель-клапанов, анемостатов и специальных адаптеров под вентиляционные решетки.

На первом этаже подача свежего воздуха реализуется в жилые комнаты через потолочные анемостаты.

А «грязный» воздух забирается через накладную решётку рядом с лестничным холлом и из санузла (на позапрошлой фотографии).

Из-за конструктивных особенностей дома подача свежего воздуха на втором этаже осуществуется через напольные решётки расположенные вдоль внешних стен.

Вытяжка организована аналогично первому этажу — из санузла и лестничного пролёта.

Вот так выглядит общая схема прокладки воздуховодов в этом доме. Синие воздуховоды — подача, красные — вытяжка.

Три отдельных теплоообменника в рекуператоре позволяют снизить перепад температуры между приточным и вытяжным воздухом на каждом из теплообменников, и тем самым, снизить вероятность обмерзания теплообменника рекуператора вследствие выпадения конденсата.

В чём основное преимущество рекуператора по сравнению с обычной приточной вентиляцией без рекуперации?

В случае обычной приточной вентиляции возникает две проблемы:
1) Расход тепловой энергии на подогрев приточного воздуха, которая безвозвратно выбрасывается вытяжкой за пределы теплового контура дома.
2) Низкая влажность воздуха внутри жилого дома в холодное время дома.

Рекуператор решает обе задачи наиболее эффективно (КПД по возврату тепла не менее 85%).

Есть ещё один интересный нюанс. Если у вас обычная приточная вентиляция без рекуператора, то для того, чтобы сэкономить тепловую (электрическую) энергию затрачиваемую на подогрев приточного воздуха вы будете стараться подавать в дом минимально комфортное количество свежего воздуха (условно 30 м3/час на каждого человека) и при этом не сможете регулировать количественное распределение этого воздуха между отдельными помещениями. Это возможно реализовать только с помощью дорогостоящей VAV-системы (Variable Air Volume). Таким образом у вас в каждую комнату будет подаваться строго определённое количество воздуха. Если в этой комнате никого не будет, воздух будет подаваться зря. А если в эту комнату придёт больше людей, чем спроектировано, то в комнате будет душно.

Но эта задача элементарно решается с помощью рекуператора! Вы подаёте в дом не минимально комфортное количество воздуха исходя из количества человек в доме, а максимально возможный объём свежего воздуха исходя из производительности приточной установки (например, 300+ м3/час на весь дом). В таком случае вы получаете во-первых, высочайшее качество воздуха в доме (по концентрации углекислого газа СО2 практически неотличимое от улицы), а во-вторых, вас перестаёт беспокоить расход тепловой энергии на подогрев приточного воздуха, потому что 85% энергии рекуператор возвращает обратно внутрь теплового контура дома. И, самое главное, вам не нужна VAV-система для регулировки распределения свежего воздуха по отдельным помещениям. А ещё вам не потребуется дополнительное увлажнение воздуха т.к. рекуператор возвращает не только тепло, но и влагу из вытяжного воздуха.

Самое интересное заключается в том, что приточно-вытяжная установка сопоставима по стоимостью отдельно приточной и вытяжной установок (естественно ПВУ с рекуперацией стоит дороже). Но снижение затрат на подогрев приточного воздуха позволяют сэкономить за 1,5-2 года эксплуатации полную стоимость всей приточно-вытяжной установки с рекуператором.

Поэтому в любом современном доме обязательно должна быть приточно-вытяжная вентиляционная система.

Строить дом без вентиляции просто нет смысла

Остались вопросы? Задавайте их в комментариях!

источник