Водяное отопление. Супертихий! Двигатель EC, медно-алюминиевый теплообменник, воздушная заслонка и капиллярный термостат встроены в корпус.
Рекуператоры воздуха. Типы и принцип работы
С развитием энергоэффективных технологий на рынке систем вентиляции и кондиционирования большой популярностью стали пользоваться рекуператоры воздуха – устройства, передающие тепло от вытяжного воздуха к приточному. В этой статье мы расскажем о принципе работы, типах и конструкции рекуператоров, их преимуществах и недостатках, а также о критериях выбора.
Рекуператор – это устройство, используемое для передачи тепловой энергии от вытяжного воздуха к приточному. В данном случае тепловая энергия означает как нагрев, так и охлаждение, т.е. вытяжной воздух может отдавать как тепло, так и холод приточному воздуху, нагревая или охлаждая его соответственно.
Основной функцией рекуператора является получение полезной энергии из вытяжного воздуха помещения. Эта функция дополняется условием, что потоки не должны смешиваться, т.е. приточный воздух не должен загрязняться в значительной степени вытяжным воздухом. В системах вентиляции и кондиционирования воздуха рекуперация энергии так же важна зимой, как и летом.
Зимой задача рекуператора – обеспечить "бесплатный" нагрев приточного воздуха за счет вытяжного. Холодный наружный воздух и теплый вытяжной воздух из здания направляются в теплообменник, где теплый вытяжной воздух нагревает приточный воздух. Поскольку вытяжной воздух в любом случае удаляется наружу, можно сказать, что этот нагрев происходит "бесплатно".
В случае вентиляционной установки этот тип нагрева позволяет значительно сэкономить по сравнению с эффективностью электрического нагревателя или водонагревателя. Предположим, что температура приточного воздуха зимой составляет +18°C, а температура наружного воздуха -26°C. Таким образом, мощность нагревателя в системе без рекуператора должна быть основана на нагреве 18-(26)=44°C.
При использовании рекуператора приточный воздух может нагреваться вытяжным воздухом, например, до температуры +10 °C. В этом случае мощность калорифера должна рассчитываться исходя из нагрева только 18-10=8°C. Поскольку тепловая мощность нагревателя прямо пропорциональна разнице температур, рекуператор сэкономит (44-8)100/44 = 82% тепловой мощности вентиляционной установки.
Типы, конструкция и принцип работы рекуператоров
Независимо от типа, рекуператор – это, по сути, теплообменник. Это может быть один теплообменник, в котором потоки приточного и вытяжного воздуха обмениваются теплом через тонкие стенки, или два теплообменника. Во втором случае в первом теплообменнике вытяжной воздух отдает тепло промежуточному теплоносителю, а во втором теплообменнике этот промежуточный теплоноситель отдает тепло приточному воздуху.
Давайте разграничим основные типы рекуператоров и рассмотрим каждый из них в отдельности:
- Роторный рекуператор
- Перекрестноточный пластинчатый рекуператор
- Рекуператор с косвенным теплообменником
- Камерный рекуператор
- Фреоновый рекуператор
Роторный рекуператор
Роторные теплообменники DANTEX имеют один из самых высоких КПД на рынке. Они состоят из большого колеса (ротора), ось вращения которого совпадает с линиями движения воздуха и располагается между потоками так, что половина ротора находится в зоне вытяжного воздуха, а другая половина – в зоне приточного воздуха.
Ротор не сплошной и представляет собой набор соединенных между собой пластин. Воздух может свободно проходить между пластинами, буквально через крыльчатку.
Роторный рекуператор
Медленно вращаясь, часть ротора сначала вступает в контакт с отработанным воздухом, который нагревает его. Через некоторое время эта часть ротора перемещается в зону всасываемого воздуха, где нагревает воздух и высвобождает ранее накопленное тепло. За этим сразу же следует возврат в зону вытяжного воздуха и его нагрев. Цикл является замкнутым.
При движении воздуха из вытяжной зоны в приточную и обратно крыльчатка между пластинами перемещает определенное количество воздуха, т.е. происходит смешивание воздушных потоков. Однако на практике смешивание воздушных потоков в роторных теплообменниках DANTEX настолько мало, что обычно пренебрежимо мало (около 5%).
Принцип работы рекуператоров в бытовой приточной и вытяжной вентиляции
Рекуператор поддерживает температуру внутри помещения, независимо от того, положительная она или отрицательная.
Например, если температура в помещении +25°C, а наружная температура -25°C, то при эффективности рекуператора 80% подача воздуха будет составлять +15°C. С другой стороны, если температура в помещении составляет -25°C, а наружная температура +25°C, эффективность 80% приведет к подаче воздуха -15°C.
Таким образом, в холодное время года воздух можно подогревать без дополнительных затрат!
Летом, при использовании кондиционера, приточный воздух охлаждается таким же образом, снижая нагрузку на кондиционер и экономя ресурсы.
Реверсивная рекуперация тепла
Реверсивная работа устройства при низких температурах сродни дыханию через шарф в холодную погоду. Во время выдоха воздух нагревает шарф, а во время вдоха воздух нагревается через материал шарфа и уже не такой холодный.
Роль шарфа в реверсивных рекуператорах играет теплообменник – регенератор.
На рисунке показано, как в фазе 1 регенератор нагревается выходящим воздухом, а в фазе 3 входящий воздух нагревается, в то время как регенератор охлаждается.
Реверсивные регенераторы требуют только одного отверстия для выхода наружу.
В чем преимущества бытового рекуператора?
Преимущества вентиляции с рекуперацией многочисленны, наиболее важными из них являются возможность подачи как свежего, так и вытяжного воздуха, а также экономия затрат на отопление/охлаждение до 50%, нормализация влажности и снижение содержания вредных веществ в воздухе помещения. Установка способна обеспечить благоприятный микроклимат независимо от времени года и погоды на улице.
Каждый блок обеспечивает 70-90% рекуперации. Это зависит от внешних условий и режима работы. Если вся система вентиляции основана на рекуператорах, то можно сэкономить до 60% затрат на отопление/охлаждение.
Например, в климатической зоне Сибири использование рекуператора позволяет сэкономить до 50-55% электроэнергии (при использовании калорифера).
Существует ли риск возникновения сквозняков в рекуператоре?
Рекуператоры не вызывают сквозняков, но лучше выбрать место их установки, чтобы минимизировать возможный дискомфорт в холодные дни, и не размещать их непосредственно над рабочими или спящими.
Можно, но с некоторыми оговорками. Рекуператоры не следует устанавливать в помещениях с хорошо функционирующей системой общей вентиляции. Однако если оконные проемы закрыты герметичными стеклопакетами, а вытяжная система здания работает плохо. Это рекуперативная приточно-вытяжная система, которая является эффективным средством борьбы с духотой, повышенной влажностью, плесенью и неприятными запахами.
Измерение производительности и качества воздуха
"Воздух свежий", очевидно, слишком субъективно. Мне нужно было измерить качество воздуха, и после долгих поисков я остановился на портативном BLATN 128s.
Пыль всех размеров, CO2, формальдегид, летучие органические соединения.
Эти данные были получены зимой, когда в комнате находились один взрослый и один ребенок, а рекуператор работал на средней скорости. Не супер, конечно. На высокой скорости данные чуть лучше, CO2 около 850 ppm.
Туман, который вызывает смог.
Когда город окутан смогом от угольных котельных, за окном можно увидеть такую картину:
Звук пришлось выключить, потому что устройство безостановочно кричало тревогу. И значок противогаза в некоторой степени намекает на это.
Отнеся прибор своим родственникам, живущим в квартирах и частных домах, я пришел к неутешительному выводу: качество воздуха никого не волнует. CO2 ниже 1500-2000 ppm встречается изредка, где-то ламинат или новая мебель из ламинированного ДСП. В общем, грустно.
Для измерения эффективности рекуперации я взял термогигрометр UNI-T UT333 BT с возможностью построения графиков. Прибор медленный, а их мобильное приложение жутко глючное, я не смог нормально выгрузить графики, но общую картину можно увидеть:
В помещении +26, на улице -8, средняя скорость, пылевой фильтр удален, измерения в помещении
Короче говоря, производительность рекуперации меняется в течение цикла, в зависимости от разницы температур между проходящим воздухом и регенератором, который постоянно охлаждается/нагревается. Минимальная эффективность, в конце цикла "вдох", составила ~60% (было -8, стало +12, общая дельта 34), средняя за весь цикл – 75-80% (приблизительная, так как нет возможности загрузить данные, только графики, как этот). В целом, если вам интересно просмотреть данные, многие измерения с различными настройками и скоростями вентиляторов были опубликованы в соответствующей теме форума, но общие выводы таковы: рекуперация работает и в целом как и было заявлено.
Выводы
Система работает и выполняет свою работу. Воздух поступает, а рекуперация помогает не использовать дополнительное отопление. Да, она немного шумная, но для нас это определенно "меньшее из двух зол". Кто-то может подумать, что при центральном отоплении такая рекуперация нафиг не нужна и можно просто сделать подводку к радиатору, но в моем случае это не вариант – часть зимы радиаторы просто забиты (дом все равно уже перегрет).
Очевидные недостатки – отсутствие автоматизации и какого-то централизованного управления (сценарии для разных сезонов и жизненных ситуаций).
И самый главный вопрос – стал бы я делать такую систему не в квартире, а в своем (строящемся) доме? Конечно же, нет! Если есть возможность проложить воздуховоды и спланировать все с нуля, то централизованная ПВС с рекуператором, канальным увлажнителем и прочим будет вне конкуренции. Как по бесшумности, так и по комфорту.
Однако для многих квартир, где невозможно или нежелательно устанавливать централизованную систему ОВКВ, подобная распределенная система комнатных теплообменников может быть приемлемым вариантом.