Теплоутилизаторы в системах вентиляции

Содержание.

1.1 Рекуперативный пластинчатый теплоутилизатор………………… 11

1.2 Теплоутилизаторы с промежуточным теплонасителем. ………… 12

Глава 2.Утилизация теплоты в системах кондиционирования воздуха…… 14

2.1 Примеры применения……………………………………………… 17

Список использованной литературы………………………………………… 19

Ведение.

Использование вторичных энергоресурсов для теплоснабжения промышленных зданий приобретает все большее значение и масштабы. Экономически это вполне оправдано. Степень использования так называемых «горючих» вторичных энергоресурсов (конверторный газ, хвостовые газы, образующиеся при выработке многих продуктов, горючие газы легкой промышленности), тепловых выбросов из промышленных печей, теплоэнергетических установок, систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха превышает 90%.

Годовой объем «тепловых» вторичных энергоресурсов в нашей стране составляет более 4,5 млрд.ГДж; из них более половины относится к высокопотенциальным вторичным энергоресурсам- это теплота продуктов производства, теплота уходящих газов (t>300С), энергия избыточного давления газов и др.

Низкопотенциальные вторичные энергоресурсы- это теплота промышленных стоков, конденсата, уходящих газов (t>300C), оборотного водоснабжения, вентиляционных выбросов, биологическая теплота животных и др.

Во всех случаях экономическая задача заключается в том, чтобы, в первую очередь, использовать те источники вторичных энергоресурсов, при которых эффект будет наибольшим.

Предприятия с выходом вторичных энергоресурсов повышенного потенциала (стекольные, металлургические заводы и др.) целесообразно становятся дополнительными теплоисточниками своего города. Утилизационные установки предприятий отдают теплоту сетевой воде, возвращающейся к теплоисточнику, которая там доводится до требуемой температуры. Соблюдение такого принципа подключения заводских теплоисточников с возможностью изменения количества отдаваемой теплоты позволяет работать гибко при самых благоприятных условиях для технологического процесса.

Крупным потребителем низкопотенциальной теплоты могут стать заводские системы воздушного отопления. При этом в качестве теплоносителя для воздухоподогревателей используется обратная сетевая вода либо низкопотенциальный водяной поток от технологических установок. При наличии водяных потоков низкого потенциала и возможности использования воды с более высокой температурой следует рассмотреть вопрос о целесообразности установки тепловых насосов.

Среди множества тепловых вторичных энергоресурсов, образующихся при работе технологических установок и энергетического оборудования на промышленных предприятиях, в источниках теплоты можно выделить основные, для использование которых необходима установка теплоутилизационныого оборудования: теплота уходящих дымовых газов котлоагрегатов, печей и других топливоиспользующих установок; теплота сжатого воздуха компрессорных (нагнетательных) установок; теплота охлаждающей воды и других жидкостных потоков (в том числе загрязненных сточных вод) от технологического оборудования; теплота парогазовых потоков от сушильных установок; теплота вытяжного воздуха систем вентиляции и кондиционирования воздуха и некоторые другие.

Утилизация теплоты водяных, воздушных и парогазовых потоков может быть осуществлена как с помощью оборудования, выпускаемого серийно, так и разрабатываемого (нестандартизированного).

Теплоутилизатор.

Теплоутилизатор – это регенератор (рекуператор) с направленным движением теплоносителя, предполагающий наличие локальной системы вентиляции с одновременной утилизацией теплоты воздуха, удаляемого из помещения, в системах кондиционирования и вентиляции. Движение воздуха в теплоутилизаторе осуществляется сразу в двух направлениях, при этом скорость движения остается одинаковой. Также о теплоутилизаторах можно говорить, как об основной составляющей любой когенерационной систиемы — процесса совместной выработки электрической и тепловой энергии, т.е. термодинамического производства двух или более форм полезной энергии из единственного первичного источника энергии. Принцип его работы при этом основан на использовании энергии отходящих горячих газов двигателя электрогенератора (турбины или поршневого двигателя).

Говоря о множестве различных теплоутилизаторов можно рассмотреть наиболее распространенные виды оборудования:

· Теплоутилизаторы рекуперативные (пластинчатые или с промежуточным теплоносителем)

· Теплоутилизаторы регенеративные вращающиеся.

Регенеративный — теплообменный аппарат, в котором теплота передается поочередным соприкосновением нагретой и холодной среды с поверхностями одной и той же теплоаккумулирующей насадки. Регенеративные теплоутилизаторы бывают стационарные, переключающиеся и вращающиеся.

Первые выполняют в виде насадок из металлической стружки, гравия, щебня и др. материалов, которые попеременно переключаются вручную или автоматически в поток греющей или нагреваемой среды, т.е. с режима поглощения на режим отдачи теплоты. Эти регенеративные теплоутилизаторы не получили широкого распространения главным образом из-за громоздкости и трудности обеспечения необходимой герметичности переключаемых воздушных клапанов. Широко распространенные вращающиеся регенеративные теплоутилизаторы изготовляют в виде плоского цилиндра-насадки, разделенного на секторы, заполненные гладкими или гофрированными металлическими, или пластмассовыми листами, сетками или стружками. Вращающиеся регенеретивные теплоутилизаторы могут передавать только либо явную, либо полную (явную и скрытую) теплоту. В последнем случае теплообменники называются энтальпийными или сорбирующими. Их насадки выполняют из тонколистового асбеста, картона, бумаги, целлюлозы и т.п. сорбирующих материалов, обработанных в растворе хлористого лития.

Корпус воздухо-воздушных регенеративных теплоутилизаторов разделен на три сектора: через один проходит греющий вытяжной воздух, через другой — нагреваемый приточный воздух, третий небольшой сектор является продувочным шлюзом для удаления загрязненного вытяжного воздуха, увлекаемого насадкой. Движение теплообменивающихся потоков организуется по противоточной схеме. Насадка вращается с частотой 5-20 минут и теплоаккумулирующая масса, проходя через поток вытяжного воздуха, воспринимает теплоту, а затем, проходя через поток нагреваемого воздуха, отдает ее. Края ротора прилегают к уплотнениям в корпусе, которые разделяют воздушные потоки с различной температурой. По сравнению с рекуперативным теплоутилизатором вращающиеся регенеративные теплоутилизаторы обладают большой компактностью, меньшими аэродинамическим сопротивлением и металлоемкостью; кроме того, при их применении отпадает необходимость непрерывного удаления конденсата. Основные недостатки этих регенеративных теплоутилизаторов: перетекание загрязненного воздуха через уплотнения при вращении ротора (0,07—2%), вследствие чего они непригодны для применения в чистых и стерильных помещениях, помещениях категорий А и Б, а также для утилизации теплоты воздуха, содержащего вредные вещества 1-го класса опасности. Эффективность современных вращающихся регенеративных теплоутилизаторов зависит от скорости движения воздуха, частоты вращения и свойств теплоаккумулирующей насадки и достигает 0,9.

Основное назначение регенеративных теплоутилизаторов — утилизация теплоты отходящих газов и вытяжного воздуха. Технологическая схема утилизации теплоты вращающимися регенеративных теплоутилизаторов аналогична схеме с применением воздухо-воздушных рекуператоров, за исключением того, что регулирование температуры приточного воздуха и борьба с обледенением теплообменной поверхности здесь могут осуществляться путем изменения частоты вращения ротора. При удалении воздуха из верхней зоны с помощью вытяжных крышных вентиляторов выбрасывается большое количество теплоты, для утилизации которой целесообразно применять крышные приточно-вытяжные установки с теплоутилизаторами. Для этой цели применяются приточно-вытяжные камеры крышного типа со встроенными вращающимися теплоутилизаторами. Для этих камер разработано оборудование: регенеративные теплоутилизаторы. Вращающиеся в горизонтальной плоскости (с вертикальной осью вращения); приточные крышные осевые вентиляторы с выбросом воздуха вверх, создающие необходимые давления для преодоления сопротивления теплоутилизатора и фильтра, а также фильтры. Камеры устанавливают на кровле на железобетонном стакане прямоугольного сечения. В верхней части камеры расположен горизонтальный вращающийся регенеративный теплоутилизатор. Теплоутилизатор представляет собой барабан, образованный лентами из гофрированной и гладкой алюминиевой фольги, плотно навитыми на сердечник. Барабан имеет два канала (для приточного и вытяжного воздуха) и продувочный сектор.На летний период теплоутилизатор можно удалить из приточно-вытяжной камеры. Нижняя часть камеры разделена перегородкой на приточный и вытяжной отсеки, в каждо из которых расположен фильтр, выполненный в виде вынимающейся кассеты. Оба фильтра имеют одинаковые размеры и технические характеристики.

В верхней части камеры предусмотрены переходные короба, на флангах которых установлен приточный и вытяжной вентиляторы. Оба вентилятора осевые с колесом, вращающимся в горизонтальной плоскости.

К отверстию приточного канала камеры присоединяется воздуховод, расположенный в помещении. На горизонтальном участке его установлен воздухораспределитель.

При температкре удаляемого воздуха +20С и температуре наружного воздуха -20С установка обеспечивает, нагрев подаваемого воздуха +8С. Т.е. дополнительного подогрева не требуется. При этом происходит экономия теплоты для установки. Применение крышных приточно-вытяжных установок с утилизацией теплоты удаляемого воздуха позволит также уменьшить протяженность воздуховодов, вследствие чего сокращаются затраты мощности на преодоление сопротивления сети, уменьшается металлоемкость и, соответственно. Стоимость воздуховодов. Сокращаются также размеры занимаемой теплоутилизационной установкой производственной площади здания.

Эти установки предназначены в основном для гражданских и общественных зданий, а также промышленных помещений, в которых воздух не загрязнен вредными пожаро- и взрывоопасными примесями и не имеет запаха.

Их можно использовать в тех случаях, когда концентрация вредных веществ в местах размещения приточных вентиляторов не превышает 30%ПДК, установленных для воздуха рабочей зоны помещений (механические цеха, складские помещения, сельскохозяйственные здания, торговые и выставочные залы и т.п.).

Для автономной вентиляции помещений разработана конструкция регенеративного утилизатора, состоящего из реверсивного вентилятора и соединенного с ним диффузором теплоутилизатора- пористой вставки в наружной стене, выполненной из керамзитового гравия или иного материала с незамкнутами порами. При удалении воздуха через эту вставку последняя нагревается, а затем (в течение заданного и постоянного интервала времени) при работе вентилятора в помещении создается инфильтрационный режим, и наружный холодный воздух, проходящий через вставку, нагревается.

При проектировании такого теплоутилизатора толщина пористой вставки обычно принимается равной толщине стены, и расчет сводится к определению периода работы устройства в одном направлении- исходя из допустимой для данного помещения минимальной температуры приточного воздуха и средней его температуры.

Теплоутилизатор со слоем керамзитового гравия обеспечивает не только резкое снижение расхода металла, но и весьма значительную экономию теплоты.

В больших помещениях целесообразно монтировать две вентиляционные установки, работающие с одновременной подачей воздуха в противоположных направлениях, что обеспечивает непрерывность обмена воздуха в помещении.

Регенеративный теплоутилизатор с неподвижной насадкой, выполненный в виде секции, может быть (при установке на техническом этаже здания) использован и в центральной системе вентиляции. В таком случае осуществляется одновременная работа двух теплообменников; в одном наружный воздух нагревается, а в другом отдает часть своей теплоты удаляемый воздух. Через каждые две минуты направление воздушных потоков с помощью автоматически действующих клапанов изменяется на противоположное. Рекомендуется к применению для вентиляции сухих помещений.

Экономическая эффективность и область применения регенеративных вращающихся теплоутилизаторов может быть значительно расширена при использовании в них в качестве насадки новых прогрессивных материалов или в результате использования различных схем решений работы эксплуатируемых теплоутилизаторов.

Рекуперативный теплоутилизатор — теплообменнник, в котором теплота от одного теплоносителя к другому передается через разделительную стенку. По виду теплоносителя рекуперативные теплоутилизаторы бывают воздухо-воздушные и воздухо-жидкостные. Воздухо-воздушные рекуперативные теплоутилизаторы по конструктивным признакам разделяют на пластинчатые и кожухотрубные. Пластинчатые бывают с гладкими, треугольными, U-образными и П-образными каналами; кожухотрубные состоят из пучка труб, помещенных в кожух. По трубам проходит нагреваемый (приточный) воздух, в межтрубном пространстве — вытяжной. В нижней части корпуса предусматривают штуцер для удаления конденсата, образующегося при охлаждении вытяжного воздуха ниже температуры точки росы. В воздухо-жидкостных рекуперативных теплоутилизаторах теплообменные элементы для увеличения площади поверхности осеребрены со стороны воздушного потока.

В качестве рекуперативных теплоутилизаторов можно использовать калориферы общего назначения или специально выпускаемые теплообменные аппараты, если применяемые жидкости и вытяжной воздух не оказывают на них агрессивного воздействия. По направлению движения тепло-обменивающихся сред рекуперативные теплоутилизаторы могут быть противоточной и перекрестно-точной схемы. Несмотря на то, что первая эффективнее в теплотехническом отношении, широкое распространение, особенно в зарубежной практике, получила перекрестно-точная, допускающая простые конструктивные и компоновочные решения и высокую технологичность изготовления. Используют также многоходовые по одному из потоков схемы движения, например, многоходовые калориферы по потоку горячей воды. При числе ходов более двух такие теплообменники по теплотехнической эффективности близки к противоточным. Технологическую схему нагревания или охлаждения приточного воздуха в рекуперативных теплоутилизаторах за счет теплоты (холода) вытяжного воздуха применяют при наличии одной вытяжной и одной приточной установок с примерно одинаковым массовым расходом воздуха. При наличии нескольких вытяжных установок, работающих в одинаковом режиме, и одной приточной большой производительности возможно параллельное или полупараллельное включение рекуперативного теплоутилизатора.

Защиту рекуперативного теплоутилизатора от образования инея и наледи в канале вытяжного воздуха обеспечивают автоматическим регулированием, преимущественно путем снижения подачи наружного воздуха в теплоутилизатор, пропуская часть его через обводную линию. Команда на исполнительные механизмы регулирующих клапанов подается от датчиков перепада давления за и перед рекуперативным теплоутилизатором в потоке вытяжного воздуха. Температуру приточного воздуха при отсутствии необходимости дополнительного подогрева можно регулировать, изменяя расход приточного или вытяжного воздуха путем байпасирования. При необходимости дополнительного подогрева регулирование может осуществляться в дополнительном калорифере общепринятыми методами.

В инженерных тепловых расчетах рекуперативного теплоутилизатора различают конструкторский расчет — с целью получения конструктивных размеров нетиповых теплообменников и параметров приточного и вытяжного воздуха на выходе из них и, технологический — с целью подбора типовых серийно выпускаемых рекуперативноых теплоутилизаторов и определения параметров приточного и вытяжного воздуха после них. Инженерный тепловой расчет может выполняться приближенно для "сухого" режима и более точно с учетом возможной конденсации водяных паров вытяжного воздуха. Приблизительные методы, не учитывающие возможную конденсацию водяных паров, дают заниженное количество утилизуемой теплоты. Теплоутилизаторы применяют также в качестве калориферов (для нагревания воздуха), бойлеров (для нагревания воды), а также конденсаторов и испарителей тепловых насосов и холодильных установок.

Рекуперативный пластинчатый теплоутилизатор.

Рекуперативный пластинчатый теплоутилизатор состоит из корпуса с подводящими и отводящими патрубками и пакетами пластин. Теплообменная поверхность (пакет пластин) выполнена из непрерывной алюминиевой ленты толщиной 0,5 мм, сложенной в поперчном направлении «гармошкой» и образующей чередующиеся каналы для прохода воздушных потоков. Теплообменивающиеся среды движутся по раздельным каналам. Схема движения потоков воздуха может быть противоточной или прямоточной. Торцевые поверхности пакета пластин герметизируются. Конструкция аппарата практически полностью исключает возможность перетекания удаляемого воздуха в поток приточного.

Утилизация теплоты в рекуперативных пластинчатых теплоутилизаторах достигается в результате теплообмена между движущимися потоками воздуха. Передача теплоты осуществляется через стенки каналов: при противоточном направлении – максимальный теплообмен, при прямоточном- минимальный.

Таплотехнической характеристикой теплоутилизатора является относительный перепад температур (коэффициент эффективности). Для снижения металлоемкости разработаны пленочные рекуперативные теплоутилизаторы, состоящие из пакета отдельных деревянных рамок, на которых закреплена гибкая пленка так, чтобы можно было на ее поверхности создавать дискретные «волны», вызывающие ее вибрацию (под давлением движущегося воздуха), и этим увеличивать теплопередачу в утилизаторе.

Из-за почти полного отсутствия металла стоимость такого теплоутилизатора самая низкая по сравнению с другими типами рекуперативных и регенеративных теплоутилизаторов; кроме того, не требуется проводить ремонтов и межремонтного обслуживания. Интенсификация теплоотдачи в аппарате позволяет уменьшить его габариты на 35% по сравнению с обычным пластинчатыми теплоутилизаторами.

В настоящее время показатели теплозащиты многоэтажных жилых зданий достигли достаточно высоких значений, поэтому поиск резервов экономии тепловой энергии находится в области повышения энергоэффективности инженерных систем. Одно из ключевых энергосберегающих мероприятий с довольно высоким потенциалом экономии тепловой энергии – использование утилизаторов 1 теплоты вытяжного воздуха в системах вентиляции.

Приточно-вытяжные вентустановки с утилизацией теплоты вытяжного воздуха по сравнению с традиционными приточными системами вентиляции обладают рядом достоинств, к числу которых следует отнести существенную экономию тепловой энергии, расходуемой на нагрев вентиляционного воздуха (от 50 до 90 % в зависимости от типа применяемого утилизатора). Также нужно отметить высокий уровень воздушно-тепловой комфортности, обусловленный аэродинамической устойчивостью вентиляционной системы и сбалансированностью расходов приточного и удаляемого воздуха.

Типы утилизаторовв

Наиболее широко применяются:

1. Регенеративные утилизаторы теплоты. В регенераторах теплота вытяжного воздуха передается приточному воздуху через насадку, которая попеременно нагревается и охлаждается. Несмотря на высокую энергоэффективность, регенеративные утилизаторы теплоты обладают существенным недостатком – вероятностью смешивания определенной части удаляемого воздуха с приточным в корпусе аппарата. Это, в свою очередь, может привести к переносу неприятных запахов и болезнетворных бактерий. Поэтому их обычно применяют в пределах одной квартиры, коттеджа или одного помещения в общественных зданиях.

2. Рекуперативные утилизаторы теплоты. Данные утилизаторы, как правило, включают в свой состав два вентилятора (приточный и вытяжной), фильтры и пластинчатый теплообменник противоточного, перекрестного и полуперекрестного типов.

При поквартирной установке рекуперативных утилизаторов теплоты появляется возможность:

1. гибко регулировать воздушно-тепловой режим в зависимости от варианта эксплуатации квартиры, в том числе с использованием рециркуляционного воздуха;
2. защиты от городского, внешнего шума (при использовании герметичных светопрозрачных ограждений);
3. очистки приточного воздуха с помощью высокоэффективных фильтров.

3.Утилизаторы теплоты с промежуточным теплоносителем. По своим конструктивным особенностям эти утилизаторы малопригодны для индивидуальной (поквартирной) вентиляции, и поэтому на практике их используют для центральных систем.

4. Утилизаторы теплоты с теплообменником на тепловых трубах. Использование тепловых труб позволяет создавать компактные энергоэффективные теплообменные устройства. Однако в связи со сложностью конструкции и высокой стоимостью они не нашли применения в системах вентиляции для жилых зданий.

В базовых показателях распределение расходов тепловой энергии в типовой многоэтажной застройке осуществляется почти поровну между трансмиссионными теплопотерями (50–55 %) и вентиляцией (45–50 %).

Примерное распределение годового теплового баланса на отопление и вентиляцию:

• трансмиссионные теплопотери – 63–65 кВт•ч/м 2 год;
• нагрев вентиляционного воздуха – 58–60 кВт•ч/м 2 год;
• внутренние тепловыделения и инсоляция – 25–30 кВт•ч/м 2 год.

Повысить энергоэффективность многоквартирных домов позволяет введение в практику массового строительства:

• современных систем отопления с использованием комнатных термостатов, балансировочных клапанов и погодозависимой автоматики тепловых пунктов;
• механических систем вентиляции с утилизацией теплоты вытяжного воздуха.

При сходных массогабаритных показателях наилучший результат в жилых зданиях показывают регенеративные утилизаторы теплоты (80–95 %), далее следуют рекуперативные (до 65 %) и на последнем месте находятся утилизаторы теплоты с промежуточным теплоносителем (45–55 %).

Следует упомянуть утилизаторы теплоты, которые, помимо передачи тепловой энергии, переносят влагу от вытяжного к приточному воздуху. В зависимости от конструкции теплопередающей поверхности они подразделяются на энтальпийный и сорбционный типы и позволяют утилизировать 15–45 % влаги, удаляемой с вытяжным воздухом.

Один из первых проектов внедрения

В 2000 году для жилого дома по Красностуденческому пр., д. 6, была запроектирована одна из первых систем поквартирной механической приточно-вытяжной вентиляции с утилизацией теплоты вытяжного воздуха для подогрева приточного в перекрестноточном воздухо-воздушном пластинчатом теплообменнике.

Компактная малошумная квартирная приточно-вытяжная установка расположена в каждой квартире в пространстве подшивного потолка гостевого санузла, расположенного рядом с кухней. Максимальная производительность по приточному воздуху составляет 430 м 3 /ч. Для уменьшения энергопотребления забор наружного воздуха в большинстве квартир осуществляется не с улицы, а из пространства застекленной лоджии. В остальных квартирах, где нет технической возможности забора воздуха с лоджий, воздухозаборные решетки расположены непосредственно на фасаде.

Наружный воздух очищается, при необходимости предварительно подогревается, чтобы предупредить обмерзание теплообменника, затем нагревается или охлаждается в теплообменнике за счет удаляемого воздуха, далее, при необходимости, окончательно догревается до требуемой температуры электрокалорифером, после чего раздается по помещениям квартиры. Первый нагреватель номинальной мощностью 0,6 кВт предназначен для защиты вытяжного тракта от замораживания конденсата. Конденсат посредством специальной дренажной трубки через гидрозатвор отводится в канализацию. Второй нагреватель мощностью 1,5 кВт предназначен для догрева приточного воздуха до заданного комфортного значения. Для простоты монтажа он также выполнен электрическим.

Энергетическое обследование 2008–2009 годов систем теплопотребления жилого дома по Красностуденческому пр., оборудованного системой поквартирной механической приточно-вытяжной вентиляцией с утилизацией теплоты вытяжного воздуха, показало экономию теплоты на отопление и вентиляцию в размере 43 % по сравнению с аналогичными домами того же года постройки

Следует отметить, что, по расчетам проектировщиков, необходимость в догреве воздуха после теплообменника могла возникнуть только при очень низких температурах наружного воздуха. Тем не менее, учитывая, что через утилизатор приточно-вытяжного агрегата проходит в два раза больше приточного воздуха, чем вытяжного, электрокалорифер на притоке был установлен. Практика эксплуатации подтвердила эти предположения: дополнительный догрев практически никогда не используется, теплоты вытяжного воздуха вполне хватает для нагрева приточного до температуры, не вызывающей у жильцов дискомфорта.

Теплоутилизатор оборудован системой автоматики с контроллером и пультом управления. Система автоматики предусматривает включение первого нагревателя при достижении температуры стенки теплообменника ниже 1 °С, второй нагреватель может включаться и отключаться, обеспечивая постоянство заданной температуры приточного воздуха.

Предусмотрено три фиксированных скорости вращения приточного вентилятора. На первой скорости объем приточного воздуха составляет 120 м 3 /ч, эта величина удовлетворяет требованиям для одно- и двухкомнатной квартиры, а также трехкомнатной квартиры при небольшом числе жителей. На второй скорости объем приточного воздуха составляет 180 м 3 /ч, на третьей – 240 м 3 /ч. Второй и третьей скоростью жители пользуются очень редко.

Были проведены акустические замеры на всех скоростях вращения вентилятора, которые показали, что на первой скорости уровень шума не превышает 30–35 дБ (А), причем эта величина справедлива для необставленной квартиры. В квартире с мебелью и предметами интерьера уровень шума будет еще ниже. На второй и третей скорости уровень шума выше, но при закрытой двери гостевого санузла не вызывает дискомфорта у жильцов.

Вытяжной воздух забирается из санузлов, затем, после фильтрации, пропускается через теплообменник и выбрасывается через центральный сборный вытяжной воздуховод. Сборные вытяжные воздуховоды – металлические, выполнены из оцинкованной стали и проложены в выгороженных противопожарных шахтах. На верхнем техническом этаже сборные воздуховоды одной секции объединяются и выводятся за пределы здания.

На момент реализации проекта нормативами запрещалось объединять для утилизации вытяжки санузлов и кухонь, поэтому вытяжки кухонь обособлены. Утилизируется теплота примерно половины объема воздуха, удаляемого из квартиры. В настоящее время этот запрет отменен, что позволяет еще больше повысить энергоэффективность системы.

В отопительный сезон 2008–2009 годов в здании было проведено энергетическое обследование систем теплопотребления, показавшее экономию теплоты на отопление и вентиляцию в размере 43 % по сравнению с аналогичными домами того же года постройки.

Проект в Северном Измайлово

Еще один подобный проект реализован в 2011 году в Северном Измайлово. В 153 квартирном здании предусмотрена поквартирная вентиляция с механическим побуждением и утилизацией теплоты вытяжного воздуха для нагрева приточного. Приточно-вытяжные агрегаты установлены автономно в коридорах квартир и оснащены фильтрами, пластинчатым теплообменником и вентиляторами. В состав комплектации установки входят средства автоматизации и пульт управления, позволяющий регулировать воздухопроизводительность установки.

Проходя через вентиляционную установку с пластинчатым утилизатором, вытяжной воздух нагревает приточный до 4°С (при температуре наружного воздуха –28°С). Компенсация дефицита теплоты на нагрев приточного воздуха осуществляется нагревательными приборами отопления.

Наружный воздух забирается с лоджии квартиры, а вытяжной воздух из ванн, санузлов и кухонь (в пределах одной квартиры) после утилизатора выводится в выбросной канал через спутник и удаляется в пределах технического этажа. При необходимости отвод конденсата от утилизатора теплоты предусматривается в канализационный стояк, оборудованный капельной воронкой с запахозапирающим устройством. Стояк расположен в помещении санузлов.

Регулирование расхода приточного и вытяжного воздуха осуществляется посредством одного пульта управления. Агрегат может быть переключен с обычного режима работы с утилизацией теплоты на летний режим без утилизации. Вентиляция технического этажа происходит через дефлекторы.

Объем приточного воздуха принят для возмещения вытяжки из помещений санузла, ванны, кухни. В квартире нет вытяжного канала для подключения кухонного оборудования (вытяжной зонт от плиты работает на рециркуляцию). Приток разведен через звукопоглощающие воздуховоды по жилым комнатам. Предусмотрена зашивка вентиляционной установки в поквартирных коридорах строительной конструкцией с лючками для обслуживания и вытяжного воздуховода от вентиляционной установки до вытяжной шахты. На складе службы эксплуатации находятся четыре резервных вентилятора.

Испытания установки с утилизатором теплоты показали, что ее эффективность может достигать 67%.

Использование систем механической вентиляции с утилизацией теплоты вытяжного воздуха в мировой практике широко распространено. Энергетическая эффективность утилизаторов теплоты составляет до 65% для пластинчатых теплообменников и до 85% для роторных. При использовании этих систем в условиях Москвы снижение годового теплопотребления к базовому уровню может составить 38–50 кВт•ч/м 2 в год. Это позволяет снизить общий удельный показатель теплопотребления до 50–60 кВт•ч/м 2 в год без изменения базового уровня теплозащиты ограждений и обеспечить 40 процентное снижение энергоемкости систем отопления и вентиляции, предусмотренное с 2020 года.

Литература

1 Изначально эта технология получила распространение в Северной Европе и Скандинавии. Сегодня и у российских проектировщиков имеется значительный опыт применения данных систем в многоэтажных жилых зданиях.

В процессе вентилирования из помещения утилизируется не только отработанный воздух, но и часть тепловой энергии. Зимой это приводит к увеличению счетов на энергоресурсы.

Сократить неоправданные расходы, не в ущерб воздухообмену, позволит рекуперация тепла в системах вентиляции централизованного и локального типа. Для регенерации тепловой энергии используются разные виды теплообменников – рекуператоры.

В статье подробно описаны модели агрегатов, их конструктивные особенности, принципы работы, достоинства и недостатки. Изложенная информация поможет в выборе оптимального варианта для обустройства вентиляционной системы.

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.

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.

Целесообразность рекуператора в вентиляции

Говорить о целесообразности обустройства рекуперативной вентиляции можно, оценив эффективность системы и сопоставив ее достоинства с недостатками.

Необходимость использования рекуперации тепла наиболее актуальна в зданиях с принудительным выводом воздуха. Как правило, это малоинерционные строения, возведенные с использованием инновационных теплоизоляционных технологий (дома из сэндвич-панелей, газосиликатных плит, пеноблоков).

В таких постройках стены плохо аккумулируют тепло, а естественный воздухообмен малоэффективен.

Однако проблемы с циркуляцией воздуха характерны и для «традиционных» построек из кирпича и бетона. Наличие герметичных тепло-звукоизолирующих ПВХ-окон блокирует циркуляцию с естественным побуждением – приток свежего воздуха останавливается, а тяга в вентканале опрокидывается или стремится к нулю.

Решение проблемы «евроокон» – организация принудительной вентиляции. Система восстанавливает воздухообмен, но при этом теплопотери увеличиваются до 60%. И здесь уже не обойтись без тепловой рекуперации.

Показатель КПД вентиляционной рекуперации тепла:

• 0% – открытое окно – теплый воздух удаляется в атмосферу, а холодный попадает вовнутрь, понижая температуру в помещение;
• 100% – приточный воздух разогревается до температуры «отработки» – технически реализовать невозможно;
• 30-90% – допустимый параметр, хорошей считается рекуперация с эффективностью 60% и более, КПД свыше 80% – отличный теплообмен.

Эффективность системы зависит от типа рекуператора, габаритов помещения и расхода воздуха. В любом случае, использование рекуперационной вентиляции даже с КПД в 30% выгоднее, чем ее отсутствие. Кроме существенной экономии на энергоресурсы, «регенерация» тепла улучшает общий микроклимат в помещении.

Недостатки использования теплообменника:

1. Энергозависимость. Покупка климатического оборудования оправдана, если потребление электроэнергии будет значительно меньше, чем ее экономия после установки рекуператора.
2. Выпадение конденсата. Из-за разности температур на стенках теплообменника может конденсироваться влага. Зимой есть вероятность обледенения, что чревато стремительным снижением КПД или выходом рекуператора из строя.
3. Шумная работа. Некоторые модели в процессе эксплуатации издают гул. Если днем этот недостаток не особо ощутим, то ночью шум доставляет дискомфорт. Рекуператоры с улучшенной изоляцией работают тихо.

Высокие первоначальные инвестиции часто становятся главным аргументом против энергоэффективной вентиляции.

Особенности разных видов теплообменников

Конструкция рекуператора определяет схему движения теплоносителя, эффективность вентиляционной системы, класс энергопотребления и стоимость оборудования. Применяется пять вариантов теплообменников: пластинчатый, роторный, тепловые трубки, камерные устройства и модели с промежуточным теплоносителем.

Пластинчатый рекуператор – простота конструкции

Основа теплообменника – герметичная камера с множеством параллельных воздуховодов. Каналы разделены перегородками – теплопроводящими пластинами, изготовленными из стали или алюминия.

Потоки газов движутся навстречу друг друга, пересекаются в кассете рекуператора, но не перемешиваются. Тепловой обмен осуществляется за счет единовременного охлаждения и нагрева пластинок с разных сторон.

Достоинства перекрестного теплообменника:

• простота монтажа и настройки оборудования;
• исключение контакта воздушных масс;
• доступная стоимость и компактные габариты;
• отсутствие трущихся и подвижных деталей.

Показатель эффективности варьируется в диапазоне 40-70%.

Основной недостаток пластинчатой модели – оседание конденсата в вытяжном канале и образование наледи зимой. Для размораживания агрегата входящая струя перенаправляется в обход теплообменника, а теплый выходящий поток растапливает лед на пластинах.

Возможны два пути решения проблемы:

1. Предварительный подогрев поступающего воздухопотока до температуры, при которой образование наледи исключено.
2. Рекуператор с пластинами из гигроскопической целлюлозы. Материал впитывает влагу из отработанных воздушных масс и передает ее вновь поступающим потокам.

При выборе перекрестного теплообменника следует учесть эксплуатационные особенности пластин.

Их характеристики зависят от материала изготовления:

1. Алюминиевая фольга – доступная стоимость, но ограниченная производительность зимой. Кроме того, не рекомендовано для жилых помещений из-за просушивания воздуха. Модификации с алюминиевой «начинкой» – оптимальный вариант для бань и бассейнов.
2. Пластиковые перегородки – по цене аналогичны металлическим изделиям, но отличаются улучшенной эффективностью работы.
3. Целлюлозный теплообменник – препятствуют обмерзанию и поддерживают нормальное влагосодержание внутри помещения.

Гигроцеллюлозный рекуператор наиболее экономичен и оптимален для вентиляции жилых построек.

Роторный рекуператор – высокая эффективность системы

Теплообменник представлен в виде цилиндра, заполненного прослойками гофрированного металла. По мере вращения барабанной установки в каждый отсек поочередно поступают теплые или холодные струи воздуха.

КПД теплообмена определяется скоростью вращения ротора, эффективность работы можно регулировать.

Аргументы «за» роторный рекуператор:

• возврат тепла до 65-90%;
• экономичность расхода электроэнергии;
• частичное возмещение влаги – можно обойтись без увлажнителя;
• период окупаемости – до 4-х лет.

Несмотря на высокую эффективность, теплообменник барабанного типа не стал лидером среди аналогичных установок.

Минусы вентиляционной системы:

1. Подмес загрязненного воздуха в приток. Через микроканалы поочередно циркулируют вытяжные и приточные массы, поэтому около 3-8% «отработки» возвращаются обратно. Барабан часто передает запах исходящего воздуха.
2. Сложность конструкции. Вращающиеся части ротора нуждаются в регулярном обслуживании и периодической замене. Движущиеся элементы во время работы издают шум и вибрацию.
3. Высокая стоимость. Цена на роторные модели выше, чем на пластинчатые изделия. Это обусловлено использованием сложной механики в конструкции барабанного теплообменника.
4. Большие размеры. Монтаж осуществляется в просторной венткамере.

Из-за громоздкости роторные установки используются преимущественно на промышленных предприятиях.

Связанные теплообменники – гликолевая модель

Рекуперационную установку с промежуточным теплоносителем из-за конструктивных особенностей часто называют связанными теплообменниками или глеколевым агрегатом. Это одна из самых гибких систем теплоутилизации. Один теплообменник врезается в приточный канал, а второй – в вытяжку.

Принцип работы. Гликолиевый состав циркулирует между теплообменниками. Температура теплоносителя возрастает благодаря разогретому удаляемому потоку, а затем тепловая энергия передается свежему воздуху. Замкнутая система исключает смешивание встречных воздушных масс.

Особенности работы теплообменников с теплоносителем:

• КПД – 45-55%;
• регулировка эффективности с помощью насоса – выбирается скорость движения антифриза;
• возможность размещения приточно-вытяжных воздуховодов удаленно друг от друга (до 800 м);
• монтаж рекуператора осуществляется вертикально или горизонтально;
• в сильный мороз поверхность вытяжного теплообменника обмерзает – появляется лед; использование антифриза позволяет эксплуатировать рекуператор, не прибегая к разморозке;
• срок окупаемости системы – до 2-х лет;
• допустима комбинация 1 вытяжки и нескольких притоков или наоборот.

Объем удаляемого и поступаемого воздуха должен быть приблизительно равным. Такие рекуператоры обычно используются, если приток токсичен или сильно загрязнен, когда смешивание потоков недопустимо.

Камерный узел – универсальность применения

Конструктивно, камерный теплообменник – закрытый короб, разделенный внутри движущейся заслонкой. Открывающаяся перегородка определяет схему работы рекуператора.

В результате – приток движется вдоль теплых стенок первого воздуховода, а «отработка» нагревает поверхность второй камеры. В определенный момент перегородка становится обратно и цикл повторяется.

Преимущества камерного теплообменного узла:

• КПД – 80-90%;
• в тандеме с качественной теплоизоляцией расходы на отопление сводятся к минимуму;
• простота монтажа – помощь специалистов понадобится при выборе параметров вентустановки;
• сохранение уровня влажности;
• исключено обмерзание системы.

Камерный рекуператор – отличный вариант для регионов, где в течение года длительный период наблюдается существенный дисбаланс между температурой внутри помещения и на улице.

К недостаткам узла регенерации тепла относятся:

• необходимость регулярного техобслуживания подвижных элементов;
• встречные воздушные струи частично смешиваются – запахи и примеси могут поступать обратно в здание.

Для сокращения подмеса система комплектуется фильтрующим элементом. Воздух становится чище, но эффективность рекуператора падает.

Тепловые трубки – закрытая система теплообмена

Рекуператор состоит из множества медных или алюминиевых трубок, заполненных легкоиспаряющимся веществом, например, фреоном. Принцип функционирования трубчатого теплообменника базируется на физических процессах – изменении состояния вещества при нагревании.

Газ поднимается и отдает тепловую энергию притоку, после чего фреон конденсируется и стекает вниз рекуператора. Термический цикл повторяется по кругу.

Технико-эксплуатационные характеристики трубчатого теплообменника:

• эффективность устройства – до 65%;
• бесшумность работы благодаря отсутствию движущихся элементов;
• простота конструкции и неприхотливость в обслуживании;
• компактность – небольшие габариты и незначительный вес;
• энегронезависимость – теплоноситель циркулирует естественным путем;

Веское преимущество состоит в том, что воздушные потоки притока и обратки не перемешиваются.

Слабые стороны тепловых трубок:

• высокий уровень КПД достигается при узком температурном диапазоне – при резком перегреве весь фреон испаряется, а при недостаточном нагреве интенсивность парообразования замедляется;
• невысокая прочность трубок – изменение формы или разгерметизация снижает работоспособность оборудования.

Трубчатые рекуператоры применяются в частном строительстве, в административных, офисных зданиях и небольших промышленных площадях.

Способы организации рекуперативной вентиляции

Рекуперация обустраивается одним из способов: централизованно и децентрализовано. В первом случае через теплообменник проходят вентиляционные потоки со всего помещения, во втором – с одной комнаты.

Централизованный комплекс – приточно-вытяжная установка

Централизованная система обустраивается на этапе строительства или капитальной модернизации вентсистемы.

ПВУ с рекуператором обеспечивает достаточный воздухообмен даже в домах с герметичными окнами. При этом воздухопотоки распределяются равномерно, не создавая сквозняков.

Комплексные приточно-вытяжные установки моноблочного типа укомплектованы:

• вентиляторами – круглосуточная подача чистого воздуха и выброс струй, насыщенных углекислым газом;
• нагревателями – предварительный подогрев притока;
• фильтрами – задерживают пыль и микрочастицы;
• рекуператором – могут использоваться разные типы установок.

Функционал некоторых ПВУ расширен таймером отсрочки работы, регулятором мощности, датчиками уровня влажности и тд.

Хорошо зарекомендовали себя рекуперационные моноблочные ПВУ производства: «Вентс» (Украина), Dantherm (Дания), «Daikin» (Япония), «Dantex» (Англия).

Локальные агрегаты – дополнение к действующей вентсистеме

Для восстановления циркуляции воздушных масс в эксплуатируемом помещении подойдут децентрализованные приточники с рекуперацией тепла.

Они врезаются в фасад здания или монтируются через окно. Их основная задача – улучшение приточной вентиляции в доме.

Особенности децентрализованных вентсистем с рекуперацией:

• КПД – 60-96%;
• невысокая производительность – устройства рассчитаны на обеспечения воздухообмена в помещениях до 20-35 кв.м;
• доступная стоимость и широкий выбор агрегатов, начиная от обычных стеновых клапанов до автоматизированных моделей с многоступенчатой системой фильтрации и возможностью регулировки влажности;
• простота монтажа – для ввода в эксплуатацию не требуется прокладка воздуховодов, установить стеновой клапан можно самостоятельно.

Популярные производители локальных рекуператоров: Prana (Украина), O.Erre (Италия), Blizzard (Германия), Вентс (Украина), Aerovital (Германия).

Выводы и полезное видео по теме

Сравнение работы естественной вентиляции и принудительной системы с рекуперацией:

Принцип функционирования централизованного рекуператора, расчет КПД:

Устройство и порядок работы децентрализованного теплообменника на примере стенового клапана Prana:

Через вентсистему из помещения уходит порядка 25-35% тепла. Для сокращения потерь и эффективной теплоутилизации используются рекуператоры. Климатическое оборудование позволяет задействовать энергию отработанных масс для нагрева поступающего воздуха.

Есть, что дополнить, или возникли вопросы по работе разных вентиляционных рекуператоров? Оставляйте, пожалуйста, комментарии к публикации, делитесь опытом эксплуатации таких установок. Форма для связи находится в нижнем блоке.