Принцип действия и монтаж приточно-вытяжных установок с рекуперацией тепла

Приточно-вытяжные вентиляционные установки с рекуперацией тепла появились сравнительно недавно, однако быстро обрели популярность и стали достаточно востребованной системой. Устройства способны полноценно вентилировать помещение в холодный период, сохраняя при этом оптимальный температурный режим поступающего воздуха.

При использовании приточно-вытяжной вентиляции в осенне-зимний период нередко встаёт вопрос сохранения тепла в помещении. Поток холодного воздуха, идущий из вентиляции, устремляется к полу и способствует созданию неблагоприятного микроклимата. Наиболее распространённым способом решения этой проблемы является установка калорифера, нагревающего потоки холодного уличного воздуха перед подачей их в помещение. Однако данный способ является достаточно энергозатратным и не предотвращает тепловых потерь помещения.

Оптимальным вариантом решения проблемы является оборудование вентиляционной системы рекуператором. Рекуператор представляет собой устройство, в котором каналы оттока и подачи воздуха находятся в непосредственной близости друг от друга. Рекуперационная установка позволяет частично передавать тепло от выходящего из помещения воздуха входящему. Благодаря технологии теплового обмена между разнонаправленными воздушными потоками удаётся сэкономить до 90% электроэнергии, кроме того, в летний период прибор может использоваться для охлаждения входящих воздушных масс.

Рекуператор тепла состоит из корпуса, который покрыт тепло- и шумоизоляционными материалами и выполнен из листовой стали. Корпус прибора является достаточно прочным и способен выдерживать весовые и вибрационные нагрузки. На корпусе имеются отверстия притока и оттока, а продвижение воздуха по прибору обеспечивается двумя вентиляторами, как правило, осевого или центробежного типа. Необходимость их установки обусловлена значительным замедлением естественной циркуляции воздуха, что вызвано высоким аэродинамическим сопротивлением рекуператора. Во избежание всасывания опавших листьев, мелких птиц или механического мусора на приточное отверстие, расположенное со стороны улицы, устанавливается воздухозаборная решётка. Такое же отверстие, но со стороны помещения, также оснащается решёткой или диффузором, равномерно распределяющим воздушные потоки. При монтаже разветвлённых систем к отверстиям монтируются воздуховоды.

Кроме того, входные отверстия обоих потоков оборудуются фильтрами мелкой очистки, предохраняющими систему от попадания пыли и жировых капель. Это предохраняет каналы теплообменника от засорения и значительно продлевает срок службы оборудования. Однако установка фильтров осложняется необходимостью постоянного контроля за их состоянием, чисткой, а при необходимости их заменой. В противном случае забившийся фильтр будет выступать в качестве естественной преграды воздушным потокам, ввиду чего сопротивление им возрастёт и вентилятор сломается.

Помимо вентиляторов и фильтров, в состав рекуператоров входят нагревательные элементы, которые могут быть водяными и электрическими. Каждый нагреватель оснащён температурным реле и способен автоматически включаться, если тепло, выходящее из дома, не справляется с подогревом входящего воздуха. Мощность нагревателей выбирается в строгом соответствии с объёмом помещения и рабочей производительностью вентиляционной системы. Однако в некоторых приборах нагревательные элементы лишь защищают теплообменник от промерзания и на температуру входящего воздуха влияния не оказывают.

Водяные элементы нагревателя более экономичны. Это объясняется тем, что теплоноситель, который двигается по медному змеевику, поступает в него из системы отопления дома. От змеевика происходит нагрев пластин, которые, в свою очередь, отдают тепло воздушному потоку. Система регуляции водяного нагревателя представлена трёхходовым клапаном, открывающим и закрывающим подачу воды, дроссельным клапаном, уменьшающим или увеличивающим её скорость, и смесительным узлом, регулирующим температуру. Водные нагреватели устанавливаются в систему воздуховодов с прямоугольным или квадратным сечением.

Электрические нагреватели чаще устанавливают на воздуховоды с круглым сечением, а в качестве тэна у них выступает спираль. Для корректной и эффективной работы спирального нагревателя скорость воздушного потока должна быть больше либо равна 2 м/с, температура воздуха составлять 0-30 градусов, а влажность проходящих масс не превышать 80%. Все электронагреватели оснащены таймером работы и термореле, отключающим прибор в случае его перегрева.

Помимо стандартного набора элементов, по желанию потребителя в рекуператоры устанавливают ионизаторы воздуха и увлажнители, а наиболее современные образцы оборудованы электронным блоком управления и функцией программирования режима работы, в зависимости от внешних и внутренних условий. Панели приборов имеют эстетичный внешний вид, позволяя рекуператорам органично вписываться в систему вентиляции и не нарушать гармонию помещения.

Для того чтобы лучше понять, как работает рекуперативная система, следует обратиться к переводу слова «рекуператор». Дословно оно обозначает «возврат использованного», в данном контексте – теплообмен. В вентиляционных системах рекуператор забирает тепло у выходящего из помещения воздуха и отдаёт его входящим потокам. Разница температур разнонаправленных воздушных струй может достигать 50 градусов. В летнее время прибор работает наоборот и охлаждает идущий с улицы воздух до температуры выходящего. В среднем, КПД приборов составляет 65%, что позволяет рационально использовать энергетические ресурсы и существенно экономить на электричестве.

На практике теплообмен в рекуператоре выглядит следующим образом: принудительная вентиляция загоняет в помещение избыточный объём воздуха, в результате чего загрязнённые массы вынуждены покидать помещение по вытяжному каналу. Выходящий тёплый воздух проходит через теплообменник, нагревая при этом стенки конструкции. В это же время навстречу ему движется поток холодного воздуха, который забирает полученное теплообменником тепло, не перемешиваясь при этом с отработанными потоками.

Однако охлаждение выходящего из помещения воздуха приводит к образованию конденсата. При хорошей работе вентиляторов, придающих воздушным массам высокую скорость, конденсат не успевает выпадать на стенки прибора и выходит на улицу вместе с воздушной струёй. Но если скорость движения воздуха была недостаточно высокой, то вода начинает скапливаться внутри прибора. Для этих целей в конструкцию рекуператора включён поддон, который расположен под небольшим наклоном в сторону отверстия слива.

Через сливное отверстие вода попадает в закрытый бачок, который устанавливают со стороны помещения. Это продиктовано тем, что скопившаяся вода может переморозить каналы оттока и конденсату некуда будет отводиться. Использовать собранную воду для увлажнителей не рекомендуется: жидкость может содержать большое количество патогенных микроорганизмов, а потому должна быть вылита в систему канализации.

Однако если наледь от конденсата всё же образуется, рекомендуется установка дополнительного оборудования – байпаса. Данное приспособление выполнено в виде обходного канала, по которому приточный воздух будет попадать в помещение. В результате чего теплообменник не нагревает входящие потоки, а расходует своё тепло исключительно на растапливание льда. Входящий воздух, в свою очередь, нагревается при помощи калорифера, который включается синхронно с байпасом. После того как вся наледь растоплена, а вода выведена в накопительный резервуар, байпас отключается и рекуператор начинает работать в штатном режиме.

Помимо установки байпаса, для борьбы с обледенением используют гигроскопическую целлюлозу. Материал находится в специальных кассетах и поглощает влагу раньше, чем она успевает выпасть в конденсат. Пары влаги проходят через целлюлозный слой и с входящим потоком вновь возвращаются в помещение. Плюсами таких приборов является простой монтаж, необязательность установки сборника для конденсата и накопительной ёмкости. К тому же эффективность работы кассет целлюлозных рекуператоров не зависит от внешних условий, а КПД составляет более 80%. К минусам относят невозможность использования в помещениях с избыточной влажностью и высокую стоимость некоторых моделей.

Современный рынок вентиляционного оборудования представляет широкий выбор рекуператоров разных типов, отличающихся между собой как по конструкции, так и по способу теплообмена между потоками.

• Пластинчатые модели являются самым простым и распространённым видом рекуператоров, отличаются низкой стоимостью и долгим сроком службы. Теплообменник моделей состоит из тонких алюминиевых пластинок, которые обладают высокой теплопроводностью и значительно повышают КПД приборов, который в пластинчатых моделях может достигать 90%. Высокие показатели эффективности обусловлены особенностью строения теплообменника, пластины в котором расположены таким образом, что оба потока, чередуясь, проходят между ними под углом 90 градусов друг к другу. Очерёдность пропуска тёплых и холодных струй стала возможна благодаря загибу краёв на пластинах и герметизации соединений с помощью полиэфирных смол. Помимо алюминия, для производства пластин используют сплавы меди и латуни, а также полимерные гидрофобные пластмассы. Однако кроме преимуществ, пластинчатые рекуператоры имеют и свои слабые стороны. Минусом моделей считают высокий риск появления конденсата и образования наледи, что обусловлено слишком близким расположением пластин друг к другу.

• Роторные модели состоят из корпуса, внутри которого вращается ротор цилиндрического типа, состоящий из профилированных пластинок. Во время вращения ротора тепло передаётся от выходящих потоков входящим, в результате чего наблюдается небольшое перемешивание масс. И хотя показатель смешивания не является критичным и обычно не превышает 7%, в детских и медицинских учреждениях такие модели не используются. Уровень рекуперации воздушных масс целиком зависит от скорости вращения ротора, которая выставляется в ручном режиме. КПД роторных моделей составляет 75-90%, риск образования наледи минимален. Последнее обусловлено тем, что большая часть влаги задерживается в барабане, после чего испаряется. К минусам относят сложность в обслуживании, высокую шумовую нагрузку, которая обусловлена наличием движущихся механизмов, а также габаритность прибора, невозможность установки на стену и вероятность распространения запахов и пыли во время работы.

• Камерные модели состоят из двух камер, между которыми располагается общая заслонка. После прогрева она начинает поворачиваться и запускать холодный воздух в тёплую камеру. Далее нагретый воздух уходит в помещение, заслонка закрывается и процесс повторяется вновь. Однако камерный рекуператор не получил широкой популярности. Это обусловлено тем, что заслонка не в состоянии обеспечить полную герметичность камер, поэтому воздушные потоки перемешиваются.

• Трубчатые модели состоят из большого количества трубок, в которых содержится фреон. В процессе нагрева от исходящих потоков газ поднимается в верхние участки трубок и нагревает входящие потоки. После того как происходит отдача тепла, фреон приобретает жидкую форму и стекает в нижние участки трубок. К преимуществам трубчатых рекуператоров относят достаточно высокий КПД, достигающий 70%, отсутствие подвижных элементов, отсутствие гула при работе, небольшие размеры и долгий срок службы. Недостатками считают большой вес моделей, что обусловлено присутствием в конструкции металлических труб.

• Модели с промежуточным теплоносителем состоят из двух отдельных воздуховодов, проходящих через теплообменник, наполненный водно-гликолевым раствором. В результате прохождения через тепловой узел отработанный воздух отдаёт тепло теплоносителю, а тот, в свою очередь, нагревает входящий поток. К плюсам модели относят её износоустойчивость, обусловленную отсутствием движущихся деталей, а среди минусов отмечают низкий КПД, достигающий всего 60%, и предрасположенность к образованию конденсата.

Благодаря большому разнообразию рекуператоров, представленных потребителям, выбрать нужную модель не составит труда. Тем более что каждый вид прибора имеет свою узкую специализацию и рекомендованное место установки. Так, при покупке устройства для квартиры или частного дома лучше выбрать классическую пластинчатую модель с алюминиевыми пластинами. Такие приборы не нуждаются в обслуживании, не требуют регулярного ухода и отличаются продолжительным сроком службы.

Такая модель отлично подойдёт и для использования в многоквартирном доме. Это обусловлено низким уровнем шума при её работе и компактными размерами. Трубчатые типовые модели также неплохо зарекомендовали себя для частного использования: они имеют небольшие размеры и не гудят. Однако стоимость таких рекуператоров несколько превышает стоимость пластинчатых изделий, поэтому выбор прибора зависит от финансовых возможностей и личных предпочтений хозяев.

При выборе модели для производственного цеха, непродовольственного склада или подземной автостоянки следует остановиться на роторных приборах. Такие устройства обладают большой мощностью и высокой производительностью, что является одним из главных критериев работы на больших площадях. Хорошо зарекомендовали себя и рекуператоры с промежуточным теплоносителем, однако из-за низкого КПД они не столь востребованы, как барабанные установки.

Чтобы не ошибиться с выбором рекуператора, следует рассчитать КПД и эффективность работы прибора. Для расчёта КПД используют следующую формулу: K= (Тп – Тн) / (Тв – Тн), где Тп обозначает температуру входящего потока, Тн – уличную температуру, а Тв – температуру в помещении. Далее нужно сопоставить своё значение с максимально возможным показателем КПД приобретаемого прибора. Обычно это значение указывается в техническом паспорте модели либо другой сопроводительной документации. Однако при сравнении желаемого КПД и указанного в паспорте следует помнить, что по факту данный коэффициент будет несколько ниже, чем прописан в документе.

Зная КПД той или иной модели, можно рассчитать его эффективность. Сделать это можно по следующей формуле: Е (Вт) =0,36хРхКх (Тв – Тн), где Р будет обозначать расход воздуха и измеряться в м3/ч. После проведения всех расчётов следует сопоставить затраты на покупку рекуператора с его эффективностью, переведённой в денежный эквивалент. Если покупка будет себя оправдывать, прибор можно смело приобретать. В противном случае стоит подумать над альтернативными методами обогрева входящего воздуха либо установить ряд более простых устройств.

При самостоятельном проектировании прибора следует учитывать, что максимальной эффективностью теплообмена обладают противоточные устройства. За ними следуют перекрёстно-точные, и на последнем месте расположились однонаправленные воздуховоды. Кроме того, насколько интенсивным будет теплообмен, напрямую зависит от качества материала, толщины разделительных перегородок, а также от того, насколько длительным будет нахождение воздушных масс внутри прибора.

Сборка и монтаж рекуперационного блока могут быть проведены самостоятельно. Самым простым видом самодельного прибора является коаксиальный рекуператор. Для его изготовления берут двухметровую пластиковую трубу для канализации сечением 16 см и воздушную гофру из алюминия длиной 4 м, диаметр которой должен составлять 100 мм. На торцы большой трубы надевают переходники-разветвители, при помощи которых устройство будет соединяться с воздуховодом, а внутрь вкладывают гофру, закручивая её при этом по спирали. Рекуператор подключают к вентиляционной системе таким образом, чтобы тёплый воздух гнался сквозь гофру, а холодный шёл через пластиковую трубу.

В результате такой конструкции смешивания потоков не происходит, а уличный воздух успевает согреться, двигаясь внутри трубы. Для повышения рабочих качеств прибора можно совместить его с грунтовым теплообменником. В процессе испытаний такой рекуператор даёт неплохие результаты. Так, при наружной температуре в -7 градусов и внутренней в 24 градуса, производительность прибора составила около 270 кубометров в час, а температура входящего воздуха соответствовала 19 градусам. Средняя стоимость самодельной модели – 5 тысяч рублей.

При самостоятельном изготовлении и монтаже рекуператора следует помнить, что чем больше будет длина теплообменника, тем более высоким КПД будет обладать установка. Поэтому опытные мастера рекомендуют собирать рекуператор из четырёх отрезков по 2 м каждый, проведя предварительную теплоизоляцию всех труб. Проблему отвода конденсата можно решить установкой штуцера для слива воды, а сам прибор разместить чуть под наклоном.

В целом потребители очень хорошо отзываются о рекуператорах. Отмечается эффективный подогрев входящего воздуха и возможность существенно сэкономить на счетах за электроэнергию. Из минусов отмечают высокую стоимость приборов, образование наледи от конденсата и шум при работе некоторых моделей.

О том, как установить приточно-вытяжную вентиляцию своими руками, смотрите в следующем видео.