Рекуперация тепла в системах вентиляции: что это, принцип действия + схемы

Рекуперация и вентиляция

Данные системы эффективно применяется на больших производствах и в крупных цехах, поскольку, чтобы обеспечить оптимальную температуру для таких помещений зимой необходимо подвергнуть себя большим затратам. Данные установки же позволяют значительно компенсировать такие потери и сократить затраты.

Даже в частном доме вентиляционные установки с рекуперацией тепла сегодня будут достаточно актуальны. Даже в индивидуальном доме всегда выполняется вентиляция и при циркулировании воздуха тепло точно также уходит из любого помещения. Согласитесь, что загерметезировать здание полностью и тем самым избежать всяких потерь тепла просто невозможно.

Процесс рекуперации

Сегодня данные системы стоит применять даже в частном доме по следующим причинам:

Для быстрого удаления воздуха с большой примесью углекислого газа;
Для притока необходимого количества свежего воздуха в жилые помещения;
Для устранения повышенной влажности в комнатах, а также устранения неприятных запахов;
Для экономии тепла;
А также для удаления пыли и вредных микроорганизмов, которые могут в ней содержаться.

Схема управления

Все составляющие элементы приточно-вытяжной установки должны быть правильно интегрированы в систему работы установки, и выполнять свои функции в должном объеме. Задачу управления работой всех компонентов решает автоматизированная система управления технологическим процессом. В комплект установки включены датчики, анализируя их данные, система управления корректирует работу нужных элементов. Система управления позволяет плавно и грамотно выполнять цели и задачи приточно-вытяжной установки, решая сложные проблемы взаимодействия всех элементов установки между собой.

Пульт управления вентиляциейНесмотря на сложность системы управления технологическим процессом, развитие технологий позволяет предоставить обычному человеку пульт управления от установки в таком виде, чтобы с первого прикосновения было понятно и приятно пользоваться установкой на всем протяжении ее службы.

Пример. Расчет эффективности рекуперации тепла:Расчет эффективности применения рекуперативного теплообменника в сравнении с использованием только электрического или только водяного нагревателя.

Рассмотрим систему вентиляции, с расходом 500 м3/ч. Расчеты будут проводиться для отопительного периода в г. Москва. Из СНиПа 23-01-99 «Строительная климатологи и геофизика» известно, что продолжительность периода со средней суточной температурой воздуха ниже +8°С составляет 214 суток, средняя температура периода со среднесуточной температурой ниже +8°С составляет -3,1°С.

Рассчитаем необходимую среднюю тепловую мощность: Для того, чтобы нагреть воздух с улицы до комфортной температуры в 20°С, потребуется:

N = G * C_p* ρ₍_в-ха)* (t_вн-t_ср )= 500/3600 * 1,005 * 1,247 * = 4,021 кВт

Данное количество теплоты за единицу времени можно передать приточному воздуху несколькими способами:

Нагрев приточного воздуха электрическим нагревателем;
Нагрев приточного теплоносителя удаляемым через рекуператор, с дополнительным нагревом электрическим нагревателем;
Нагрев уличного воздуха в водяном теплообменном аппарате и др.

Расчет 1: Теплоту к приточному воздуху передаем посредством электрического нагревателя. Стоимость электроэнергии в г. Москва S=5,2 руб/(кВт*ч). Вентиляция работает круглосуточно, на протяжении 214 суток отопительного периода, сумма денежных средств, в этом случае будет равна:Ц₁=S * 24 * N * n = 5,2 * 24 * 4,021 * 214 =107 389,6 руб/(отоп.период)

Расчет 2: Современные рекуператоры осуществляют передачу теплоты с высокой эффективностью. Пусть рекуператор нагрел воздух на 60% от требуемой теплоты в единицу времени. Тогда электрическому нагревателю необходимо затратить следующее количество мощности:N_{(эл.нагр)}= Q – Q_рек= 4,021 – 0,6 * 4,021 = 1,61 кВт

При условии, что вентиляция будет работать на всем промежутке отопительного периода, получаем сумму за электроэнергию:Ц₂= S * 24 * N_{(эл.нагр)}* n = 5,2 * 24 * 1,61 * 214 = 42 998,6 руб/(отоп.период) Расчет 3: Для нагрева уличного воздуха используется водяной нагреватель. Ориентировочная стоимость тепла от технической горячей воды за 1 гкал в городе Москва:S_г.в .= 1500 руб./гкал. Ккал=4,184 кДжДля нагрева нам потребуется следующее количество тепла:Q_(г.в.) = N * 214 * 24 * 3600 / (4,184 * 106)= 4,021 * 214 * 24 * 3600 / (4,184 * 106) = 17,75 ГкалВ работе вентиляции и теплообменного аппарата на всем холодном периоде года сумма денежных средств за теплоту технической воды:Ц₃ = S_(г.в.) * Q_(г.в.) = 1500 * 17,75 = 26 625 руб/(отоп.период)

Результаты расчетов затрат на подогрев приточного воздуха за отопительный период года:

Электрический нагреватель	Электрический нагреватель+ рекуператор	Водяной нагреватель
107 389,6 руб	42 998,6 руб	26 625 руб

Из приведенных расчетов видно, что самый экономичный вариант это использование контура горячей технической воды. Помимо этого сумма денежных средств, необходимая для нагрева приточного воздуха значительно снижается при использовании рекуперативного теплообменника в системе приточно-вытяжной вентиляции в сравнении с использованием электрического нагревателя.В заключении хотелось бы отметить, что применение в системах вентиляции установок с рекуперацией или рециркуляцией позволяет использовать энергию удаляемого воздуха, что позволяет снижать затраты энергии на нагрев приточного воздуха, следовательно снижаются денежные расходы на эксплуатацию системы вентиляции. Использование теплоты удаляемого воздуха является современной энергосберегающей технологией и позволяет приблизиться к модели «умного дома», в котором максимально полно и полезно используется любой доступный вид энергии.

Получить бесплатную консультацию инженера по вентиляции с рекуперацией

Получить!

Что представляет собой рекуперация влаги?

В любом помещении должен всегда поддерживаться определенный уровень влажности, при котором каждый человек чувствует себя наиболее комфортно. Данная норма имеет величину от 45 до 65%. Зимой большинство людей сталкиваются с излишне сухим воздухом в помещении. Особенно в квартирах, когда отопление включают на полную и воздух становится очень сухим имеющим влажность около 25%.

Кроме того, часто получается и так, что с такими перепадами влажности страдает не только человек. Но и полы с мебелью, как известно дерево имеет высокую гигроскопичность. Очень часто мебель и полы от слишком сухого воздуха пересыхают, и в дальнейшем получается, что полы начинают скрипеть, а мебель разваливаться. Данные установки в первую очередь будут поддерживать и необходимый уровень влажности в любом помещении, независимо от времени года.

Рекуператор

Принцип действия и особенности агрегата

Понятие процесса

За счет такой схемы организации установка будет экономить тепло в доме. За короткий промежуток времени и с небольшими затратами электрической энергии будет сформирован идеальный микроклимат в доме.

Экономическая целесообразность теплообменника рекуперативного типа зависит и от остальных факторов:

Цены на энергоносители.
Цена установки устройства.
Затраты, которые связаны с обслуживанием устройства.
Продолжительность использования системы.

Обратите внимание, рекуператор воздуха для дома является важным, но далеко не единственным элементом, который требуется для эффективной вентиляции в жилом помещении. Вентиляция вместе с рекуперацией является комплексной системой, которая функционирует лишь при условии работы в профессиональной «связке»

Эффективность устройства

При понижении температуры окружающей среды эффективность агрегата уменьшается, но все же сделать рекуператор воздуха для частного дома своими руками важно, так как при существенной разнице система отопления будет перегружена. Если за окном лишь 0 градусов, то в жом будет попадать воздух с температурой в +16 градусов

Бытовые агрегаты с легкостью справляются со своей задачей. Эффективность устройства рассчитать несложно, если использовать следующую формулу:

Ƞ=(t_пост – t_улицы)/(t_комн – t_улицы)

t_пост– это температура поступившего воздуха (после рекуперации).
t_улицы – температура на улице.
t_комн – температура в доме по рекуперации.

Основные разновидности конструкции

Специалисты уделяют особое внимание тому, что системы рекуперации с вентиляцией для тепла есть нескольких разновидностей:

Пластинчатые.
Роторные.
С отдельными теплоносителями.
Трубчатые.

Конструкция	КПД	Особенности
Теплообменник пластинчатого вида с перекрестным током	От 60 до 80%	Средний КПД, небольшие потери давления, конструкция компактная, удобно подключать.
Комбинированное устройство из двух пластинчатых теплообменников с перекрестным током	От 70 до 80%	Высокий КПД, но из-за этого потери давления выше, удобно подключать.
Теплообменник противоточный на пластиках	От 80 до (!) 90%	Высокий КПД при умеренных потерях давления, требуется место для установки, конструкция дороже вышеописанных.
Теплообменник противоточный канального типа	От 85 до 95%	Самый высокий КПД, относительно большие потери давления, потребуется дополнительно пространство для установки.
Роторный теплообменник	От 75 до 85%	Из-за риска переноса запахов подойдет только для вентиляции, которая рассчитана на одну квартиру, имеет небольшое сопротивление потоку.

Итак, давайте рассмотрим их подробнее.

Пластинчатый вид отличается от остальных видов тем, что в его конструкции есть алюминиевые листы. Такая установка считается наиболее сбалансированной даже с точки зрения стоимости и значения теплопроводности (КПД от 45% до 72%). Устройство отличается также простотой выполнения, доступной ценой и отсутствием каких-либо подвижных элементов. Для установки не потребуется специальная подготовка. Вы сможете провести ее без сложностей дома, собственноручно.

Роторные устройства являются самыми популярными. В их конструкции обязательно присутствует вал вращения, который питается от электричества, а еще 2 канала для воздухообмена с противотоками. Как именно работает подобный механизм? Один из участков ротора начинает прогреваться от воздуха, а после он поворачивается и тепло переходит к холодным массам, которые сосредоточены в соседнем канале. Но, несмотря на высокий уровень КПД у такой установки есть ряд весьма ощутимых недостатков:

Большой вес.
Требуется регулярный ремонт и техническое обслуживание.
Сложно починить устройство своими руками, сделать его вновь работоспособным.
Воздушные массы смешиваются.
Зависимость от электроэнергии.

На что стоит обратить внимание при выборе?

При этом учитывается местный климат

Например, противоточные пластинчатые агрегаты больше подходят для умеренной климатической зоны; Для дома важно выбрать модель с наименьшим потреблением энергии. Вентиляторы используют большую часть потребляемой ими энергии
При выборе необходимо обратить внимание на мощность устройства; Необходимо обратить внимание на площадь поверхности фильтрующего материала

Благодаря большой площади поверхности, более длительный срок службы и меньшее потребление энергии
Загрязненный фильтр увеличивает потребление энергии; Необходимо обратить внимание на фильтры. Самые простые фильтры G3 очищают только крупную грязь. Более качественные фильтры M5 могут задерживать крупную пыль. Высший класс F7: удаляет все, включая мелкую пыль; Мощность установки должна соответствовать потребностям и размерам помещения. Интенсивность зависит от количества и частоты изменения воздушного потока. Мощность приблизительно равна объему помещения; Контроль системы рекуперации имеет важное значение при выборе. Автоматизация предлагает широкий спектр возможностей. Он работает в соответствии с требованиями: легко запрограммировать нужный режим. Уровень интенсивности может быть изменен в любое время с помощью недельной программы.

Основные советы помогут вам выбрать лучший и наиболее подходящий рекуператор. Производительность также зависит от качества установки и правильной эксплуатации.

Какая система вентиляции выгоднее?

Действующие нормативные акты предусматривают тщательное утепление дома, что означает, что в общей потребности в энергии для его отопления большая доля (более 30%) имеет энергию, необходимую для обогрева вентиляционного воздуха.Использование рекуператора, восстанавливающего 85% тепла из вентиляционного воздуха, позволяет снизить общее количество энергии, подаваемой в здание, примерно на 20% (после учета энергии, необходимой для работы вентиляторов).Подготовленная оценка показывает, что система вентиляции с рекуператором и наземным теплообменником, позволяющая экономить энергию на вентиляции на уровне 85%, обходится дороже, чем естественная, почти на 11 000 рублей.

Для отопления среднего односемейного дома, построенного в соответствии с действующими нормами, требуется около 15 МВтч энергии (так называемая окончательная) в год. Его стоимость с ценами на топливо и энергоносители с начала 2020 года составляет примерно 3 500 рублей в случае отопления с помощью теплового насоса или котла на твердом топливе, 5 700 тыс

рублей в случае газового котла, 7 000 рублей, если вы используете мазут или пропан, и даже 11 000 рублей при обогреве обеспечивается электрическими обогревателями.20% экономии в результате восстановления означает, что мы будем экономить более или менее каждый год (если цены не меняются):– 500 рублей в случае теплового насоса или котла на твердом топливе,– 740 рублей за котел на природном газе,– 1000 рублей в случае котла для подогрева масла или пропана,– 1800 рублей за электронагреватели.Разница в цене естественной и принудительной вентиляции с рекуператором и наземным теплообменником составляет более 10 000 рублей, поэтому, если кто-то обращает внимание только на расходы, можно считать, что дома с дешевым отоплением в эксплуатации не стоит вкладывать средства в установку рекуперации тепла

На данный момент обязательные требования технических условий для домов на одну семью могут быть выполнены без каких-либо серьезных проблем при использовании естественной вентиляции. Если как в Европе начнут применяться индикаторы минимального строительного спроса на невозобновляемую первичную энергию, то проект дома с естественной вентиляцией и отоплением, отличным от биомассы, станет головокружительной задачей.

Кратко о самостоятельной сборке

В большинстве фото и видеоинструкций по самостоятельному изготовлению рекуператоров рассматриваются пластинчатые модели. Это самый простой и доступный вариант для домашнего мастера.

Главная часть конструкции – теплообменник. Его делают из оцинкованной стали, нарезая ее в виде пластин размером 30х30 см. Для создания каналов на краях и посередине каждой секции с помощью силикона наклеивают пластиковые полосы толщиной 4 мм и шириной 2-3 см.

Собирают теплообменник, накладывая и поочередно поворачивая пластины на угол в 90 градусов относительно друг друга. Так получают изолированные каналы для встречного движения холодного и теплого воздуха.

После этого под размеры теплообменника изготавливают корпус из металла, ДСП или пластика. В нем делают четыре отверстия для подачи воздуха. В два из них ставят вентиляторы. Теплообменник разворачивают под углом в 45 градусов и закрепляют его в корпусе.

Завершает работу тщательная герметизация всех монтажных стыков силиконом.

В этой статье мы рассмотрим такую характеристику теплообмена, как коэффициент рекуперации. Он показывает степень использования одним носителем тепла другого при теплообмене. Коэффициент рекуперации может называться коэффициентом регенерации тепла, эффективности теплообмена или термической эффективности.

В первой части статьи мы попробуем найти универсальные соотношения для теплообмена. Они могут быть получены из самых общих физических принципов и не требуют проведения каких-либо измерений. Во второй части представим зависимости реальных коэффициентов рекуперации от основных характеристик теплообмена для реальных воздушных завес или отдельно для теплообменных блоков «вода – воздух», которые уже были рассмотрены в статьях «Мощность тепловой завесы при произвольных расходах теплоносителя и воздуха. Интерпретация опытных данных» и «Мощность тепловой завесы при произвольных расходах теплоносителя и воздуха. Инварианты процесса теплопередачи», опубликованных журналом «Мир климата» в номерах 80 и 83 соответственно. Будет показано, как коэффициенты зависят от характеристик теплообменника, а также то, какое влияние на них оказывают расходы теплоносителей. Будут объяснены некоторые парадоксы теплообмена, в частности парадокс высокого значения коэффициента рекуперации при большой разнице в расходах теплоносителей. Для упрощения само понятие рекуперации и смысл ее количественного определения (коэффициент) рассмотрим на примере теплообменников «воздух – воздух». Это позволит определить подход к смыслу явления, который затем можно расширить и на любой обмен, в том числе «вода – воздух». Отметим, что в теплообменных блоках «воздух – воздух» могут быть организованы как перекрестные, принципиально близкие теплообменникам «вода – воздух», так и встречные токи обменивающихся теплом сред. В случае встречных токов, которые определяют высокие значения коэффициентов рекуперации, практические закономерности теплообмена могут несколько отличаться от разобранных ранее

Важно, что универсальные закономерности теплообмена справедливы вообще для любых типов теплообменного блока. В рассуждениях статьи будем считать, что энергия при теплопередаче сохраняется

Это равносильно утверждению, что мощность излучения и конвекция тепла от корпуса теплового оборудования, обусловленные значением температуры корпуса, малы по сравнению с мощностью полезной теплопередачи. Будем также считать, что теплоемкость носителей не зависит от их температур.

Основные виды рекуператоров

В зависимости от конструктивных особенностей выделяют несколько видов рекуператоров, которые чаще всего устанавливают в жилых помещениях, например, в загородных и частных домах. Каждый из них описан ниже.

Пластинчатый рекуператор

Сразу выделим важное преимущество теплообменного аппарата данного типа – низкая стоимость. При этом инженерам удается «выжимать» максимум эффективности из таких систем

Максимальной энергоэффективности удается добиться в том случае, если в качестве материала изготовления был выбран алюминий. В свою очередь устройства, изготовленные из пластика, могут обеспечить более эффективную вентиляция, но стоят немного дороже. Наилучшим образом себя зарекомендовали целлюлозные рекуператоры. Но их нельзя эксплуатировать в условиях повышенной влажности воздушной среды.

Рекуператор роторного типа

Ввиду принципа работы пластинчатого теплообменника, ему свойственен один важный недостаток – обмерзание в холодное время года. Что касается роторной системы, пластины расположены внутри и перемещаются вместе с воздухом. Производительность системы увеличивается за счет возможности влияния на скорость вращения ротора. Однако, есть и серьезный недостаток роторных систем – необходимость в частой замене фильтров, что в целом повышает эксплуатационные затраты.

Крышный

Эти системы чаще всего устанавливают на объекты хозяйственного назначения: склады, гаражи, ангары и прочие. К ключевым преимуществам систем данного типа относят простоту монтажа и высокую эффективность работы. Использовать в домашних условиях такие рекуперационные системы нецелесообразно с экономической точки зрения, так. Как они являются дорогостоящими.

Гликолевый

Эти системы позволяют объединять два контура, по которым движется воздушная среда, – всасывающий и вытяжной. При этом удается подключать даже воздушные каналы, находящиеся на довольно большом расстоянии друг от друга. Для теплообмена используют специальное вещество – гликолевую жидкость, которая выполняет роль теплоносителя. Поскольку чистое вещество используют крайне редко, чаще всего в системе циркулирует водно-гликолевый состав. Монтаж теплообменных аппаратов осуществляют в противоточном ходе относительно потока воздушной среды. Прямым способом могут подключить только непрофессионалы, поскольку такой вид монтажа приводит к существенному снижению эффективности работы системы. В зимнее время дополнительно используют конденсатосборники с каплеуловителями. Поскольку воздух засасывается из окружающей среды практически напрямую, систему дополнительно комплектуют фильтрами грубой очистки.

Чертежи устройства

Металлические листы используются для нарезки квадратов, размеры каждой стороны могут варьироваться от 200 до 300 мм. В этом случае необходимо подбирать оптимальное значение, учитывая то, какая система вентиляции установлена в вашем доме. Листов должно быть не менее 70. Чтобы они получались ровнее, рекомендуем одновременно работать с 2-3 шт.

Схема пластичного устройства

Чтобы рекуперация энергии в системе осуществлялась полноценно, необходимо подготовить и деревянные рейки в соответствии с выбранными размерами стороны квадрата (от 200 до 300 мм). Затем их необходимо аккуратно обработать олифой. Каждый деревянный элемент приклеивается на 2-е стороны металлического квадрата. Один из квадратов необходимо оставить не оклеенным.

Пластины и деревянные бруски

Чтобы рекуперация, а вместе с ней и вентиляция воздуха, проходили эффективнее, каждую верхнюю грань реек тщательно промазывают клеевым составом. Отдельные элементы собираются в квадратный «сэндвич»

Очень важно! 2-й, 3-й и все последующие квадратные изделия следует поворачивать на 90° по отношению к предыдущему. В такой способ реализовывается чередование каналов, их перпендикулярное положение.

Чередование пластин в агрегате

На клей фиксируется верхний квадрат, на котором рейки отсутствуют. Используя уголки, конструкцию аккуратно стягивают и крепят. Чтобы рекуперация тепла в системах вентиляции осуществлялась без потерь воздуха, щели заполняют герметиком. Формируются фланцевые крепления.

Вентиляционные решения (изготовленный агрегат) помещаются в корпус. Предварительно на стенах устройства необходимо подготовить несколько уголковых направляющих. Теплообменник располагают таким образом, чтобы его углы упирали в боковые стенки, при этом вся конструкция визуально напоминает ромб.

На фото самодельный вариант устройства

Остаточные продукты в виде конденсата остаются в нижней его части. Главная задача заключается в получении 2-х вытяжных каналов, изолированных друг от друга. Внутри конструкции из пластинчатых элементом осуществляется смешивание воздушных масс, и только там. Внизу проделывают небольшое отверстие для отвода конденсата через шланг. В конструкции проделывают 4 отверстия под фланцы.

Схема монтажа вентиляции с рекуперацией

Оптимально на входе установки предусмотреть место под фильтры. Конструкция покрывается минватой. На этом этапе устанавливается вентилятор, а сам агрегат совмещается с вентиляционной системой.

Самодельный рекуператор воздуха на видео ниже.

Расчёт аппарата

Для определения мощности рекуператора под конкретное пространство используют следующую формулу:

Формула для расчёта мощности

Пример! Для подогрева воздуха в комнате до 21°С, для которой требуется 60 м3 воздуха в час: Q = 0.335х60х21 = 422 Вт.

Чтобы определить КПД агрегата достаточно определить температуры в 3-х ключевых точках его входа в систему:

Расчёт КПД

Расчет окупаемости на видео ниже.

Теперь вам известно, что такое рекуператор и насколько он необходим современным вентиляционным системам. Данные устройства все чаще устанавливаются в загородных коттеджах, объектах социальной инфраструктуры. Рекуператоры для частного дома являются довольно востребованным товаром в наше время. При определенном уровне желания рекуператор можно собрать своими руками из подручных средств, как говорилось выше в нашей статье.

Понятие рекуперации: принцип работы теплообменника

В переводе с латинского, рекуперация означает возмещение или обратное получение. В отношении теплообменных реакций, рекуперация характеризуется как, частичный возврат энергии, затраченной на проведение технологического действия с целью применения в этом же процессе.

В вентиляционной системе принцип рекуперации используется для экономии тепловой энергии.

По аналогии происходит рекуперация охлаждения в жаркую погоду – теплые приточные массы нагревают выводимую «отработку» и их температура понижается.

Рекуператор для вентиляционной системы

Воздуховоды канальной вентиляционной системы

Расположение рекуператора в чердачном пространстве

Поставка обработанного воздуха через вентиляционную решетку

Вентиляционная система в производственном помещении

Рекуперационная вентиляция СПА салона

Энергосберегающие устройства установок

Обогреватель воздушного потока в системах

Процесс регенерации энергии осуществляется в рекуперационном теплообменнике. Устройство предусматривает наличие теплообменного элемента и вентиляторов для прокачивания разнонаправленных воздухопотоков. Для управления процессом и контроля качества подачи воздуха используется система автоматики.

Конструкция разработана так, чтобы приточные и вытягиваемые потоки находились в отдельных отсеках и не смешивались – теплоутилизация осуществляется через стенки теплообменника.

Разобраться и понять, что такое вентиляция с рекуперацией поможет наглядная схема циркуляции воздуха.

Через вытяжки во влажных помещениях (туалет, ванная, кухня) происходит отток отработанного воздуха. До того, как удалиться наружу, он проходит сквозь рекуператор и оставляет часть тепла. Подаваемый воздух движется во встречном направлении, нагревается и поступает в жилые комнаты (+)

Рекуперация тепла в системах вентиляции: принцип работы и варианты исполнения

Рекуперация и вентиляция

Рекомендации по установке рекуператора

Схема управления

Что представляет собой рекуперация влаги?