Для повышения энергоэффективности зданий большую проблему представляет уравновешивание процесса вентилирования и отопления. Особенно это важно в домах, где смонтирована принудительная система вентиляции, которая зимой, помимо нормативного обеспечения притока свежего воздуха, выносит из помещения большое количество тепла. Уменьшить потери помогает установка рекуператора – устройства, которое возвращает более половины тепловой энергии. В статье рассмотрим принцип, как работает рекуператор, насколько он эффективен и как устроены разные виды приборов.
Что такое рекуператор и каковы его функции
В переводе с латинского, рекуперация (recuperatio) это возврат чего-либо обратно. Такое название получили теплообменники, в которых выходящий тёплый поток частично нагревает холодный приточный воздух. В жару, когда температура снаружи выше, чем в кондиционируемом помещении, востребован обратный процесс.
Рекуператоры воздуха – это часть климатического оборудования, которое работает как приточная и вытяжная вентиляция одновременно. Проходя через прибор, противоположные потоки воздуха обмениваются энергией, частично уравнивая свою температуру.
Без дополнительного расхода энергии рекуператор обеспечивает:
- зимой - постоянный приток подогретого уличного воздуха;
- летом – предварительное охлаждение горячего входящего потока;
- эффективный вывод «спёртой атмосферы» и запахов;
- экономию на отоплении и кондиционировании помещений.
В нашей климатической зоне основная функция это нагревание поступающих холодных воздушных масс без использования дополнительного источника энергии. Теплообмен между противоположными потоками происходит без смешивания. Выходящий воздух отдаёт тепло перегородкам, которые другой стороной нагревают свежий приток.
Рекуператор в центральной вентиляции экономит мощности отопительной системы и кондиционера. Например, если на улице мороз 25 градусов, а температура в помещении +20, то нагреть входящий поток из открытой форточки нужно на 45 градусов. При прохождении притока через рекуперационный теплообменник, он нагревается за счёт встречного воздуха до плюсовых значений. При этом требуемая мощность внутренних радиаторов падает больше чем вполовину. Настолько же уменьшается и сумма в платёжке за месяц.
Как работает рекуператор
Конструкция рекуператора такова, что встречные потоки в теплообменнике двигаются в отдельных отсеках, стенки которых одной стороной служат аккумулятором энергии, а другой отдают её.
Схема работы рекуператора включает два разнонаправленных процесса:
- застойный воздух из помещения нагревает теплообменник и удаляется наружу;
- входящий поток фильтруется, забирает тепло, приближаясь к комнатной температуре, отправляется в комнату.
КПД процесса, в зависимости от конструкции рекуператора, составляет от 30% до 96%. Это помогает экономить электроэнергию и топливо, обеспечивая комфортный микроклимат. Эффективность работы рекуператора обеспечивают вентиляторы, которые включаются автоматически при достаточном нагреве стенок теплообменника.
Целесообразность рекуператора в вентиляции
Аргументы в пользу установки рекуператора появляются при рассмотрении преимуществ и недостатков его использования. Наибольшая потребность в теплообменнике возникает в зданиях с принудительной системой вентиляции, обязательной в следующих случаях:
- в домах, где установлены современные стеклопакеты; евроокна полностью отсекают естественный приток свежего воздуха, который раньше обеспечивали неизбежные щели в старых деревянных рамах;
- в зданиях, построенных по каркасной технологии или из вспененных материалов; стены здесь хорошо сохраняют тепло, но не способны его аккумулировать, а естественный воздухообмен крайне ограничен.
Монтаж принудительной вентиляции увеличивает теплопотери более чем наполовину. Для восполнения приходится повышать градус теплоносителя, увеличивая расходы на отопление. В многоквартирных домах с центральной системой вентиляции установка рекуператора также улучшает микроклимат, не давая «включаться» обратной тяге.
Хорошим показателем теплосбережения является показатель в 60%. Для сравнения:
- при открытой форточке энергосбережение равно 0.
- ликвидировать разницу температур на 100% невозможно без использования водяного или электрического тэна.
Рекуператор – это бесплатный обогреватель воздуха для принудительного вентилирования помещений. Даже если его эффективность будет всего 30%, это лучший показатель, чем ничего.
Целесообразно установить рекуператор не только из соображений экономии. В морозы его работа предотвратит сквозняки и пересушивание воздуха. Оба фактора способствуют возникновению простудных заболеваний, возникновению головных болей, общему ухудшению состояния пожилых людей, детей, животных.
Есть у рекуператора и относительные минусы:
- шум вентиляторов, уровень которого тем больше, чем интенсивнее работает система вентиляции;
- энергозависимость - теплообменники, работающие на естественной тяге, менее эффективны, чем на принудительной; установка последних оправдана там, где экономия точно превзойдёт расходы на оборудование, монтаж и оплату потребляемого вентиляторами электричества;
- образование конденсата - в сильные морозы разница температуры встречных потоков может вызвать обледенение теплообменника; если прибор вовремя не выключить, то он поломается; для регионов с холодными зимами есть модели с принудительным подогревом входящего потока;
- монтаж теплообменников в центральные воздуховоды лучше проводить на этапе строительства дома, его реконструкции или во время капитального ремонта; локальные рекуператоры тоже придётся врезать в стену, что вызовет определённые неудобства.
Главный аргумент против установки рекуператора это необходимость инвестиций и трудозатрат, которые «неизвестно когда окупятся». Такой подход нельзя назвать дальновидным, поскольку даже с минимальной экономией на отоплении качество воздуха в помещениях возрастает в разы.
Размещение и методы установки
В зависимости от конструкции и назначения рекуператора, приборы бывают локальные, для приточной вентиляции в одной комнате, напольные и потолочные, интегрируемые в вентиляционные воздуховоды. Последний вариант чаще используется в больших зданиях – частных особняках, больницах, торговых центрах, офисах, промышленных предприятиях.
Механизм потолочного рекуператора удобно скрывают навесные или натяжные потолки. Для стандартной квартиры это будет немного шумный и громоздкий вариант. Монтаж предусматривает установку дополнительных вентканалов для вывода в вентиляционную систему. Однако для частного дома такая система подойдёт хорошо.
Для предотвращения обмерзания рекомендуется установить два равных по мощности настенных рекуператора, синхронизировав их работу так, чтобы когда один будет работать на вытяжку, второй включался в приточном режиме. Такой принцип позволяет керамическому теплообменнику лучше прогреваться, а конденсату успевать высохнуть. В целом принцип диалоговой работы показывает больший КПД.
Настенный прибор точечной рекуперации устанавливают в отверстие, диаметр которого чуть больше размера цилиндрического защитного корпуса. Дополнительный объём нужен для укладки теплоизоляционного материала и герметизации стыка. Устройство фиксируют в стене крепежами изнутри и снаружи.
Общие рекомендации по установке точечного настенного рекуператора:
- один прибор обслуживает не более 30 кв. м;
- для диалогового режима расстояние между модулями не более 10 м;
- расстояние от потолка 30 см.
Так обеспечивается наибольший КПД, поскольку забор нагретого воздуха происходит на высоте его накопления, а приточный поток на принципе естественной конвекции лучше расходится. Допускается монтаж в оконный проём или в стену на уровне подоконника.
Установка канального рекуператора требует разработки проекта, поскольку для каждой жилой комнаты нужно проложить дополнительные приточно-вытяжные воздуховоды. Кухню, санузлы и другие помещения с повышенной влажностью и загрязнённостью воздуха либо исключают из системы рекуперации, либо воздуховоды оборудуют жироуловителями и дополнительными фильтрами. Можно установить дополнительный рекуператор для бытовых и технических помещений, который не будет связан с системой в жилых комнатах.
Способы организации рекуперативной вентиляции
Есть два принципа организации рекуперативного воздухообмена – централизованный (для всего здания) и локальный (для одной комнаты). Немного об этом выше мы уже сказали, теперь рассмотрим каждый подробнее.
Централизованная система рекуперации
Установку рекуператоров в систему принудительной вентиляции здания проводят на этапе её монтажа или капитального ремонта с модернизацией. Приточно-вытяжная система с теплообменниками не охлаждает помещения, обеспечивает достаточный приток свежего воздуха в любое время года. Насколько эффективно она будет работать, зависит от предварительного просчёта проекта с учётом технических характеристик канального рекуператора и климатических условий региона.
Производительность системы и расположение вентотверстий должны обеспечить интенсивность воздухообмена, соответствующую санитарным нормам.
Централизованная система состоит из:
- рекуператора;
- магистральных воздуховодов;
- вентиляторов;
- фильтров грубой очистки;
- нагревателей.
Дополнительно вентиляция оснащается датчиками давления, температуры, влажности, регулятором мощности, таймером и электроникой для автоматической настройки и управления.
Локальные рекуператоры
Точечная рекуперация работает как источник чистого воздуха в комнате с герметичными окнами. Локальные агрегаты для приточной вентиляции бывают в виде:
- простого рекуператора с вентилятором и входным фильтром;
- моноблочной настенной приточно-вытяжной установки.
Последняя обладает более широкими возможностями. Есть системы оборудованные фильтрами тонкой очистки, ионизаторами, противообледенителем (работают при температуре -20), WiFi управлением, которым можно пользоваться со смартфона.
Особенности локальных рекуператоров:
- КПД от 30 до 96 процентов;
- низкий уровень шума;
- небольшая цена (это не относится к моноблочным системам);
- простая установка.
Популярные марки: немецкие бренды Blauberg, Marley, Blizzard; итальянские Royal, Clima, Aspira; японский Funai, болгарский MMotors.
Эффективность рекуператора
Основной характеристикой рекуператора, вокруг которой не утихают споры, является эффективность обогрева входящего потока. Показатель выражается в процентах. За отправные точки берут 0% (воздух поступает без изменения температуры) и 100% (воздух нагревается до температуры помещения). Последний показатель недостижим без дополнительного обогрева, но взят для расчёта как теоретическое значение идеального КПД.
Формула расчёта эффективности выглядит как отношение разности температур входящего потока после рекуперации и до неё, к разности температур вытяжного потока и наружного воздуха.
K= (tп-tн)/(tв-tн)
где:
- tп – тем-ра притока после рекуператора;
- tн – тем-ра наружного воздуха;
- tв – тем-ра воздуха в помещении;
В данном расчёте не учтено влияние влажности воздуха на эффективность его обогрева. Для более точного значения КПД рекуператора используют аналогичное математическое уравнение, но вместо значения t °С подставляют показатели энтальпии (теплосодержания) воздуха в кДж/кг.
Виды рекуператоров воздуха и чем они отличаются
Основной рабочий узел в рекуператоре это теплообменник. От его конструкции зависит энергоэффективность прибора, его цена, чистота поступающего с улицы воздуха, площадь вентилируемого помещения.
Всего есть пять конструктивно разных вида:
- пластинчатые – отличаются простотой конструкции и надёжностью;
- роторные – самые эффективные, но громоздкие и шумные рекуператоры, есть подмес;
- гликолевые – модели для приточно-вытяжной вентиляции с двумя теплообменниками;
- камерные – устройства с теплообменником из двух камер, разделённых подвижной заслонкой; при работе есть риск подмеса загрязнённого воздуха в чистый поток.
Каждый вид имеет свои недостатки и преимущества. Чтобы оценить разницу в устройстве и характеристиках, рассмотрим особенности конструкции и принцип работы.
Пластинчатый или перекрёстный рекуператор
Короб теплообменника разделён на множество небольших герметичных каналов, поочерёдно перемежающихся в противоположном направлении. Стенками воздуховодов служат металлические или пластиковые пластины, которые одновременно аккумулируют тепло выходящего потока и отдают приточному.
Преимущества:
- нет подвижных деталей, которые могли бы быстро выйти из строя:
- эффективность средняя или выше средней (40-70%);
- энергонезависимость.
Недостатки – замерзание конденсата и отсутствие регулировки влажности.
Роторные агрегаты
Вращающийся теплообменник работает от электрической энергии. Внутри барабан заполнен гофрированным металлом, сквозь который поочерёдно проходят входной поток и выводимый воздух. Скорость вращения теплообменника зависит от разницы температур и регулируется автоматически.
Преимущества: высокая степень теплоотдачи и частичное увлажнение входящего потока.
Недостатки: высокая цена, сложность обслуживания, постоянный подмес загрязнённого воздуха 3-8%.
Устанавливают роторный рекуператор в вентиляционную камеру. Работает он чаще на промышленных объектах и в общественных зданиях.
Гликолевые рекуператоры
Устройство состоит из двух теплообменников, связанных замкнутым контуром с теплоносителем. Циркуляцию обеспечивает электрический насос. Каждая камера устанавливается в «свой» воздуховод – одна (утилизатор) на приточный, вторая (нагреватель) на вытяжной.
Благодаря строгому разделению потоков и простому управлению рекуператор работает в медицинских учреждениях, на вредных и опасных производствах и других объектах, где недопустимо смешивание вытяжки с притоком.
Преимущества:
- гибкость системы – теплообменники можно разместить на значительном удалении (до 800 м);
- возможность «врезаться» в действующую двухконтурную вентиляцию без её демонтажа;
- одну вытяжку можно совместить с несколькими приточными каналами;
- система не перемерзает, поскольку промежуточным теплоносителем является антифриз.
Эффективность гликолевого рекуператора около 40-50%.
Камерный рекуператор
Устройство теплообменника крайне простое – это камера с теплопроводящими стенками, разделённая подвижной заслонкой. Принцип работы основан на цикличном, поочерёдном протекании разнонаправленных потоков через разные половины камеры.
Преимущества:
- высокая 80-90% энергоэффективность;
- простой монтаж и конструкция;
- нет обмерзания;
- сохраняет влажность в помещении.
Недостаток один – частый подмес загрязнённого воздуха. Устранить его можно установкой фильтра тонкой очистки, но эффективность работы агрегата упадёт.
Как выбрать рекуператор правильно
Первое, чту нужно сделать при выборе рекуператора, это отбросить модели, которые неэффективны в вашем климате. Далее оцениваем следующие рабочие параметры.
- Мощность воздухообмена. Интенсивность вентиляции должна быть достаточной для здорового микроклимата с учётом размера помещения и количества человек. Санитарные нормы предписывают 60 м3/ч на одного человека. Примерные расчёты показывают, что на семью из трёх человек нужна модель, мощность которой около 2300 Вт. В деревянный дом можно купить более «слабый» прибор, чем в каркасный или монолитный.
- КПД теплообмена. Этим показателем можно немного пожертвовать, если у нужной модели «перевешивают» другие достоинства. Например, простота монтажа или отсутствие шума у рекуператора для детской комнаты.
- Уровень электропотребления. Если ваша цель снизить суммы в платёжках за отопление, то этот параметр приобретает особую значимость. Важно найти приемлемый баланс между производительностью и питанием самого прибора.
- Уровень шума. Чем тише работает рекуператор, тем выше его цена. Если бюджет ограничен, то в дневную зону можно поставить любую модель, а спальни лучше оборудовать системой с хорошим шумопоглощением и ночным режимом.
Удобны в использовании модели с несколькими автоматическими режимами. Рекуператор с доочисткой воздуха подойдёт аллергикам и детям.
Заключение
В вентиляционную трубу утекает от 25 до 35 процентов тепла, за которое мы регулярно и немало платим. Установкой рекуператора можно эти потери снизить более чем наполовину, значительно улучшив микроклимат в доме. Главное – взвешенно подойти к выбору модели.
