З розвитком технологій енергозбереження на ринку систем вентиляції та кондиціювання особливу популярність набули рекуператори повітря – пристрої для передачі теплової енергії від витяжного повітря до припливного. У рамках цієї статті ми розповімо про принцип роботи, види та влаштування рекуператорів, їх переваги і недоліки та критерії підбору.
Що таке рекуператор та які його функції
Рекуператор – це пристрій, який призначений для передачі теплової енергії від витяжного повітря, що викидається до припливного повітря, що подається в приміщення. Великий вибір рекуператорів ви можете знайти за посиланням https://ventbazar.ua/ventilyatsiya/ventilyatsionnye-ustanovki/bytovye-rekuperatory/. В даному випадку під тепловою енергією розуміється як теплова, так і холодильна, тобто витяжне повітря може віддавати припливному як своє тепло, так і свій холод, нагріваючи або охолоджуючи його.
Основною функцією рекуператора є отримання корисної енергії від повітря, що видаляється з приміщення. Ця функція доповнюється умовою: потоки не повинні змішуватись, тобто припливне повітря не повинно хоч скільки-небудь значно забруднюватися відпрацьованим витяжним повітрям. У системах вентиляції та кондиціювання таке отримання енергії актуальне як узимку, так і влітку.
У зимовий час завданням рекуператора є здійснення «безкоштовного» нагріву повітря припливу за рахунок витяжного. Для цього холодний потік повітря з вулиці та теплий витяжний потік повітря з приміщення подаються до теплообмінника, де витяжне повітря нагріває припливний. Так як витяжне повітря все одно було б викинуте на вулицю, можна говорити про те, що це нагрівання відбувається «безкоштовно».
Для вентиляційної установки такий нагрів дозволяє суттєво заощадити на потужності електричного або водяного калорифера. Припустимо, температура повітря, що подається в приміщення взимку, повинна становити +18 °С, а зовнішня температура становить -26 °С. Таким чином, потужність нагрівача в системі без рекуператора слід розраховувати виходячи з нагріву на 18-(26)=44°С.
При використанні рекуператора повітря може бути нагріте за рахунок витяжного повітря, наприклад, до температури +10 °С. У цьому випадку потужність нагрівача слід розраховувати виходячи з нагріву всього на 18-10=8 °С. Так як потужність нагрівача прямо пропорційна різниці температур, рекуператор дозволив би заощадити (44-8)100/44 = 82% потужності вентустановки.
Види, будову та принцип роботи рекуператорів
Якого б виду він не був, рекуператор за своєю суттю це теплообмінник. Це може бути один теплообмінник, в якому припливний та витяжний потоки повітря обмінюються теплом через тонкі стінки, або два теплообмінники. У другому випадку у першому теплообміннику витяжне повітря віддає своє тепло деякому проміжному теплоносію, а у другому теплообміннику цей проміжний теплоносій віддає своє тепло припливному повітрі.
Виділимо основні види рекуператорів та розглянемо кожен із них окремо:
- Роторний рекуператор
- Пластинчастий перехресно-точний рекуператор
- Рекуператор із проміжним теплоносієм
- Камерний рекуператор
- Фреоновий рекуператор
Роторний рекуператор
Роторні рекуператори DANTEX мають одні з найвищих показників ефективності ринку. Вони являють собою велике колесо (ротор), вісь обертання якого збігається з лініями руху повітря, а розташована між потоками таким чином, що половина ротора знаходиться в зоні витяжного повітря, а друга половина – в зоні припливного повітря.
Ротор не є суцільним і є набір з’єднаних між собою пластин. Повітря може вільно проходити між пластинами, буквально, крізь ротор.
Повільно обертаючись, деяка частина ротора спочатку контактує з витяжним повітрям, яке її нагріває. Через деякий час ця частина ротора переходить у зону повітря, де нагріває його, віддаючи накопичене раніше тепло. Відразу після цього вона знову переходить у зону витяжного повітря та нагрівається. Цикл замикається.
Під час переходу із зони витяжного повітря в зону припливного та назад, ротор між пластинами захоплює за собою деяку кількість повітря, тобто спостерігається змішування потоків. Однак на практиці змішування потоків у роторних рекуператорах настільки мало, що їм зазвичай нехтують (становить близько 5%).
Пластинчастий перехресно-точний рекуператор
Ще один вид рекуператорів, призначених для застосування в моноблочних припливно-витяжних установках – це перехресно-точні рекуператори на основі пластинчастого теплообмінника.
На відміну від роторних, дані апарати не мають частин, що рухаються. Вони являють собою пластинчастий теплообмінник, каналами якого рухається припливний і витяжний потоки повітря. Ці канали чергуються. Таким чином, кожен потік витяжного повітря через стінки контактує з двома потоками припливного повітря, а кожен потік припливного – з двома витяжними потоками.
Перехресно-точні рекуператори спроектовані так, щоб максимізувати площу контакту між потоками. Саме цим пояснюється висока ефективність теплообміну і, як наслідок, висока ефективність рекуперації тепла (до 70%).
Крім звичайних перехресно-точних, у вентустановках також застосовуються гексагональні рекуператори. Вони є сумішшю перехресно-точного і протиточного теплообмінників. Протиповітряні апарати мають більш високу ефективність, тому такий симбіоз йде на користь і ефективність рекуперації зростає до 77%.
Рекуператор із проміжним теплоносієм
Третій вид рекуператорів – апарати із проміжним теплоносієм. Такі установки мають дві ключові переваги. По-перше, вони дозволяють реалізувати принципи рекуперації для окремих і навіть віддалених один від одного припливних та витяжних установок. По-друге, ними можуть бути доповнені існуючі системи вентиляції, які не передбачали рекуперацію тепла.
Отже, рекуператор з проміжним теплоносієм являє собою два теплообмінники, що встановлюються, відповідно, у припливній та витяжній системах вентиляції, які з’єднані трубопроводами з теплоносієм.
Рекуператор із проміжним теплоносієм
Взимку витяжне повітря нагріває теплоносій. Далі він за допомогою насоса перекачується в теплообмінник установки припливу, де віддає своє тепло, нагріваючи припливне повітря. Після цього він знову прямує в теплообмінник витяжної установки.
Відстань, на яку може переміщатися теплоносій, практично не обмежена, тому вентустановки можуть знаходитися на значній відстані один від одного, наприклад, одна в підвалі будівлі, а друга – на покрівлі. Не варто забувати, що збільшення траси теплоносія вимагає встановлення потужнішого насоса, підвищує вартість трубопроводів та їх монтажу, а також підвищує втрати тепла. Таким чином, надмірне збільшення траси веде до подорожчання системи та зниження її ефективності. Проте, у межах будівлі такі системи досить поширені і окупають себе.
Камерний рекуператор
У рекуператорах камерного типу роль теплопередаючої поверхні грає стінка камери. За допомогою спеціальної заслінки траєкторія руху витяжного повітря регулюється таким чином, що воно проходить через половину камери і нагріває її, а припливне повітря – через іншу половину камери.
Незабаром заслінка повертається, і тепер припливне повітря проходить через першу (нагріту) половину камери, рахунок чого нагрівається сам. У свою чергу витяжне повітря проходить через другу половину камери, що остигнула, і нагріває її. Далі заслінка повертається у колишнє положення, і процеси повторюються.
Фреоновий рекуператор
У фреонових рекуператорах задіяні відразу два фізичні явища – зміна агрегатного стану речовини, і той факт, що рідина має більш високу щільність, ніж пара, внаслідок чого рідина завжди виявляється в нижній частині ємності. Розглянемо ці явища докладніше.
У фреоновому рекуператорі між потоками витяжного та припливного повітря розташовані кільцеподібні трубки з холодоагентом. Потік витяжного повітря завжди повинен бути нижчим від припливного і контактувати з нижньою частиною трубок. Вони накопичується рідкий холодоагент, який забирає тепло з витяжного повітря, википає і піднімається нагору, в зону припливного повітря. Там він віддає своє тепло, конденсується та опускається вниз.
Переваги та недоліки рекуператорів різних типів
Перевага рекуператорів очевидна – вони дозволяють суттєво заощадити на нагріванні припливного повітря взимку та охолодженні припливного повітря влітку.
Серед недоліків рекуператорів виділяють такі:
- Вони створюють додатковий аеродинамічний опір у мережі. Справді, як будь-який інший елемент у мережі вентиляції, рекуператори мають певний опір, який слід враховувати під час виборів вентилятора. Втім, цей опір невеликий (зазвичай не більше 100 Па), і до суттєвого збільшення потужності вентилятора не призводить.
- Рекуператори підвищують вартість вентиляційної установки, так і вартість її обслуговування. Як і будь-яке інше рішення, спрямоване на підвищення енергоефективності системи, рекуператори коштують певних грошей та потребують регулярного технічного обслуговування. Однак досвід багаторазово довів, що витрати на рекуперацію тепла набагато нижчі від отримуваної вигоди.
- Роторні, камерні і значно меншою мірою пластинчасті рекуператори мають один недолік, який може бути критичним на деяких об’єктах – в них можливі перетікання потоків повітря. У цьому випадку небезпека перетікає витяжне повітря в припливний. Такі перетікання небажані в системах вентиляції чистих приміщень і не допустимі, наприклад, в інфекційних відділеннях лікарень та операційних. Причиною є небезпека перетікання вірусів, які потрапили у витяжку з будь-якого приміщення, у припливний потік повітря з подальшим розповсюдженням по всіх приміщеннях об’єкта. Як результат, на таких об’єктах застосовують рекуператори із проміжним теплоносієм або фреонові рекуператори.
- Рекуператори підвищують габарити вентиляційної установки. У першу чергу це стосується пластинчастих рекуператорів, так як вони є повітряно-повітряними теплообмінниками і мають досить великі розміри. Крім того, це стосується рекуператорів із проміжним теплоносієм через наявність двох окремих теплообмінників, двох ліній трубопроводів та вузлів обв’язки біля кожного з теплообмінників.
Вибір типу рекуператора
Про вибір рекуператорів читайте за посиланням https://www.vgolos.zt.ua/yak-pravylno-vybraty-rekuperator-dlya-kvartyry/. При виборі типу рекуператора слід враховувати кілька факторів:
- Можливість суміщення припливної та витяжної установки в одному корпусі
- Габарити установки
- Бажана ефективність
- Можливість невеликих перетікань
- Ціна
У минулі роки велике поширення мали рекуператори із проміжним теплоносієм. Сьогодні їх все частіше замінюють на роторні. У невеликих припливно-витяжних установках (для квартири, котеджу чи маленького офісу чи магазину) застосовуються пластинчасті перехресно-точні рекуператори. Нарешті, на об’єктах, де перетікання витяжного повітря в зону припливу не припустимо, перевагу слід надавати рекуператорам з проміжним теплоносієм або фреоновим рекуператорам.