Рекуператор тепла вентиляционного воздуха

Рекуператор тепла вентиляционного воздуха

 

Наши климатические  условия требуют значительных затрат энергии на отопление жилья. Если рассматривать здание традиционной конструкции, то тепловая энергия убывает у него по трем основным каналам:

- через такие  поверхности, как стены, крыша и т.д.;

- через проемы, такие как окна, двери и другие;

- через систему  вентиляции.

В связи с  постоянным ростом цен на коммунальные услуги, а в частности отопление жилья, мы часто задумываемся о том, как можно на этом сэкономить. Не открывать окна, заклеить все щели, утеплить помещение. Однако есть и другая сторона вопроса. Наше с Вами здоровье. Задумывались ли вы, что при отсутствии должной вентиляции в воздухе снижается содержание кислорода, возрастает концентрация углекислого газа и радона, увеличивается содержание вредных для человека микробов и бактерий, возрастает влажность? Все это ведет к повышенной утомляемости людей, головным болям, снижению способности концентрировать внимание, к респираторным заболеваниям и некоторым другим специфическим проявлениям недомогания. Есть еще и отсроченные негативные явления - повышенная влажность. Она приводит к возникновению плесени, радикально искоренить которую впоследствии очень и очень трудно, притом, что некоторые разновидности плесневых грибков смертельно опасны для человека.

Одним из самых  эффективных мероприятий по снижению расходов на отопление, а также лечению  простуд и мигрени, может стать  внедрение вентиляционных систем с  рекуперацией тепла.

Проблема энергосбережения и энергоэффективности из разряда умозрительной, лежащей в области интересов узкого круга профессионалов, в последнее время решительно и безоговорочно перешла в область интересов не только широких масс общественности, но и вышла на самый высокий межгосударственный, более того, планетарный уровень. Подтверждением тому служит включение вопросов энергообеспечения в повестку дня саммита Большой Восьмерки летом 2006г. Главы ведущих мировых держав будут обсуждать вопросы, связанные с очевидной дилеммой – наблюдающимся стремительным ростом потребностей человечества в энергетических ресурсах, с одной стороны, и встречным процессом не менее стремительного оскудения запасов этих самых ресурсов (по крайней мере, их традиционной составляющей, наиболее широко востребованной на сегодня в мире).

 Острота  проблемы не могла не интенсифицировать  работы по внедрению в практику отопления и кондиционирования зданий и сооружений ранее почти не применявшихся на территории СНГ машин и устройств, способных обеспечить снижение необходимого уровня энергопотребления при сохранении современных требований к тепловому комфорту.

 К числу  таких устройств относятся и  рекуператоры тепла вентиляционного  воздуха. Но если центральные рекуператоры, пусть и в ограниченных количествах, применялись еще с советских времен и на сегодня более-менее известны, то децентрализованные рекуператоры еще совсем недавно промышленностью не выпускались, т.к. по объективным причинам не были востребованы, а потому были не известны не только потребителям, но и специалистам, работающим в соответствующих областях техники. Ситуация радикально изменилась с появлением современных, высококачественных окон с высокоплотными притворами и стеклопакетами, а в последнее время, на наш взгляд, резко обостряется и вопрос использования децентрализованных рекуператоров может выйти на уровень вопросов, требующих первоочередного решения.

 Действительно,  применение современных, энергосберегающих  окон, как это ни прискорбно  признавать и что все еще  продолжает замалчиваться их  производителями, несет с собой и существенные проблемы. Причем это многоплановые проблемы, лежащие как в области охраны здоровья людей, находящихся в помещениях, оборудованных такими окнами, так и области сохранности самих зданий, помещения в которых имеют такие окна |1|. Кратко можно напомнить, что применение таких окон без сопряженных специальных мер по обеспечению контролируемой принудительной вентиляции ведет к изменению качественного состава воздуха в помещениях (снижается уровень кислорода, повышается содержание углекислого газа, радона и пр.), что отрицательно сказывается и на текущем самочувствии, и на общем состоянии здоровья людей. Кроме того, применение таких окон приводит, как правило, к росту влажности в помещениях, обуславливающей появление и развитие (в дальнейшем очень трудно удаляемой) плесени, т.е. колоний грибков, что имеет двояко проявляющиеся, отсроченные негативные последствия - во-первых, некоторые виды плесневых грибков смертельно опасны для человека и, во-вторых, все виды плесневых грибков оказывают разрушительное воздействие на строительные конструкции зданий и сооружений. В Европе в связи с начавшимся, после замены ранее установленных окон на современные энергосберегающие, ускоренным процессом разрушения зданий, стоявших до этого столетия, даже сформировался термин «синдром больного здания» и в настоящее время запрещена установка таких окон без выполнения специальных мер, обеспечивающих необходимую вентиляцию.

 

 

Рекуперация тепла и рекуператор

 

Рекуперация тепла  или обратное получение тепла - это  процесс, при котором тепло забирается от вытягиваемого воздуха и передается нагнетаемому воздуху, который нагревается. Процесс проходит в рекуперационном теплообменнике таким образом, что выбрасываемый и свежий воздух максимально отделены друг от друга, чтобы не произошло их смешивание.

Рекуператор (от лат. recuperator - получающий обратно, возвращающий) - устройство, в котором используется теплота отходящих газов. Теплообмен между теплоносителями осуществляется непрерывно через разделяющую их стенку, а направления воздуха в нем не меняется, в отличие от регенератора.

 

 Рис. 1. Принципиальная схема работы рекуператора

где: 3 и 4 – температуры  соответственно входа и выхода наружного, поступающего в помещение воздуха;

5 и 6 – температуры  соответственно входа и выхода внутреннего, удаляемого из помещения воздуха.

Таким образом, рекуператор выполняет по сути роль обычной форточки, которая столетия успешно справлялась с задачей  воздухообмена в помещениях, но только рекуператор – это, образно говоря, теплая форточка (применительно к зимнему, основному режиму функционирования), т.к. воздух, проходя через рекуператор в помещение, одновременно подвергается тепловой обработке.

Одной из наиболее важных характеристик рекуператоров  является коэффициент эффективности рекуперации. Он представляет собой соотношение между максимально возможным полученным теплом и теплом, полученным в действительности. Эффективность рекуператоров колеблется в пределах от 30 до 90 %. Данный коэффициент зависит напрямую от вида рекуператора.

 

Виды  рекуператоров

 

Сегодня известны пять основных видов рекуператоров  тепла в вентиляционной индустрии: роторный, пластинчатый, рекуператор с промежуточным теплоносителем, камерный рекуператор и тепловые трубки. Данные рекуператоры различаются по типам конструкций, применению и КПД.

 

Пластинчатые  рекуператоры

 

Удаляемый и  приточный воздух проходят с обеих  сторон большого количества металлических теплопроводящих платин. Удаляемый и приточный воздух не контактируют друг с другом, что является большим плюсом этих установок. Подвижные части в данном теплообменнике отсутствуют. Рекуперация тепла можно регулировать при помощи перепускного клапана. Он контролирует расход проходящего через рекуператор воздуха. Пластинчатый рекуператор обладает средней эффективностью (50--75%). Минус пластинчатых рекуператоров - это их большие размеры по сравнению с роторными, а также меньшая эффективность.

 

Роторные рекуператоры

 

Тепло передается вращающимся между вытяжным и  приточным каналами ротором, покрытым металлической фольгой. Скорость вращения ротора регулирует уровень рекуперации тепла. У роторного рекуператора есть подвижные части. Он характеризуется высокой эффективностью (75-85%). Минусом данных рекуператоров является возможность смешивания воздуха, что влияет на запах в помещении. До 3% вытяжного воздуха может попасть в приточный. Несомненные плюсы - высокий КПД и небольшой размер.

 

Рекуператоры  с промежуточным теплоносителем

 

Данные теплообменник  состоит из двух частей. Одна часть  находится в вытяжном канале, другая - в приточном. Между ними циркулирует вода или водно-гликолиевый раствор. Удаляемый воздух нагревает теплоноситель, а тот, в свою очередь, передает тепло приточному воздуху. В данном рекуператоре не существует риска передачи загрязнений из удаляемого воздуха в приточный. Изменение скорости циркуляции теплоносителя может регулировать передачу тепла. У этих рекуператоров нет подвижных частей, но они обладают низкой эффективностью (45-60%). В основном применяются для промышленных объектов.

 

Камерные рекуператоры

 

Заслонка разделяет камеру на две части заслонкой. Одна часть нагревается удаляемым воздухом, затем заслонка изменяет направление воздушного потока. Благодаря этому, приточный воздух нагревается от теплых стенок камеры. Загрязнение и запахи могут передаваться из удаляемого воздуха в приточный. Заслонка - единственная подвижная часть этого теплообменника. Его эффективность достаточно высока (70-80%).

 

 

Тепловые трубки

 

Данный рекуператор состоит  из герметичной системы трубок. Они  заполнены фреоном или другим легко испаряющимся компонентом. Эти вещества испаряются от нагревания удаляемым воздухом. Пары конденсируются в другой части трубки и вновь переходят в жидкое состояние. В данном теплообменнике исключена передача загрязнений, нет подвижных частей, эффективность достаточно низкая (50-70%).

 

Фото 1. Общий вид базовых исполнений 4-х типоразмеров ТеФо (первые буквы слов «теплая форточка» дали имя выпускаемому ООО «Теплообмен» рекуператору – он называется ТеФо).

В принципе, как  было отмечено выше, рекуператоры тепла вентиляционного воздуха использовались и раньше, но в весьма ограниченных количествах и исключительно для тепловой обработки общего потока воздуха, поступающего-удаляемого из здания целиком (т.н. центральные рекуператоры). Необходимость применения децентрализованных рекуператоров возникла относительно недавно и полностью обусловлена применением в зданиях современных энергосберегающих окон. Дело в том, что применение таких окон, особенно в ранее построенных зданиях (впрочем, и в строящихся в настоящее время зданиях зачастую возникают те же проблемы), приводит к полному нарушению вентиляции помещений, а центральной вентиляции, обеспечивающей возможность применения центральных рекуператоров, такие здания либо не имеют, либо ею по ряду причин не целесообразно пользоваться. Столкнувшись с этим, люди, порой даже не осознавая причин повышенной утомляемости, снижения работоспособности и других симптомов недомогания, формулируют свое видение проблемы очень просто – «в помещении душно», и открывают (приоткрывают) окна, тем самым сводя практически на нет их энергосберегающую функцию. Единственный выход из положения, который видится на сегодня, состоит в применении децентрализованных рекуператоров тепла вентиляционного воздуха. Такие рекуператоры, будучи установлены в каждом помещении, позволяют, во первых, вентилировать только те помещения, которые в этом объективно нуждаются, т.е., например, те, в которых находятся люди (что уже является энергосберегающим мероприятием), во-вторых, вентилировать контролированно, т.к. речь идет все же о принудительной вентиляции, и, самое главное, при таком вентилировании удается сохранить почти в полном объеме энергосбережение современных окон. Правда, все же «почти в полном», т.к. часть тепловой энергии неизбежно будет уходить с вытяжным воздухом ввиду того, что на сегодня не существует (да и не может быть создано в принципе) устройство, обеспечивающее 100% рекуперацию.

Применение децентрализованного  рекуператора, в отличие от центрального, доступно каждому отдельно взятому владельцу помещения. Причем его применение не сопряжено ни с какими более-менее значимыми строительными или ремонтными работами. Достаточно принять принципиальное решение, приобрести подходящий рекуператор и установить его в помещении. Причем даже установку на месте, в принципе, под силу выполнить самостоятельно любому владельцу помещения (другое дело, что, конечно, не каждый будет самостоятельно выполнять эти работы). Установка рекуператора на месте сводится к образованию в наружных стенах двух отверстий (оговоримся сразу – небольшого размера), закреплению рекуператора в выбранном месте и подключению его к источнику электропитания (весьма и весьма маломощному).

Применение децентрализованного  рекуператора целесообразно всегда, если помещение оборудовано современными энергосберегающими окнами и не имеет центральной принудительной вентиляции. Иначе возникает дилемма: что важнее - здоровье и сохранность здания или энергосбережение. И только применение децентрализованного рекуператора удовлетворительно решает эту дилемму.

Решение указанной дилеммы таким путем не только позволяет добиться энергосбережения на высоком уровне, обеспечивая при этом помещение свежим воздухом, необходимым для дыхания находящихся там людей и исключающим образование колоний плесневых грибков, но и имеет некоторые иные, менее значимые положительные стороны. В частности, такую, как подача воздуха в помещение с температурой, близкой к той, которую находящийся в помещении человек считает для себя комфортной. Действительно, если бы мы в вышеобозначенной дилемме выбрали в качестве приоритета здоровье (сознательно жертвуя энергосбережением), то это предполагало бы частичное приоткрытие окон для обеспечения воздухообмена в помещении. Но такое приоткрытие, почти не заметное при положительной температуре наружного воздуха, будет восприниматься как крайне не желательное и создающее тепловой дискомфорт при глубоко отрицательной температуре наружного воздуха, например, при (-20)оС, что все же вынудит человека закрыть окно. Кроме того, применение рекуператора позволяет сразу же при поступлении воздуха в помещение распределять его более равномерно, чем это имеет место при частичном приоткрытии окна, когда создается острая струя наружного воздуха (кстати, известны случаи, когда такая струя приводила к размораживанию стояков). Таким образом, применение рекуператоров – это одновременно инвестиции в здоровье, в энергосбережение и в обеспечение теплового комфорта.

Однако неоднократно уже приходилось сталкиваться и с негативным отношением к самой идее использования рекуператоров, особенно децентрализованных. Во всех этих случаях, при отсутствии каких-либо подкрепляющих такое мнение аргументов, высказывалось голословное утверждение о том, что это экономически не выгодно, т.к. и само изделие не из дешевых, да и кроме того, для его работы требуется электроэнергия. Такие заявления нельзя просто игнорировать. Напротив, раз существуют такие сомнения, то они должны быть либо признаны, либо аргументировано опровергнуты. Ничто не может служить лучшим опровержением, чем конкретные цифры, причем цифры, позволяющие каждому желающему самостоятельно  выполнить их анализ и сделать свои выводы. Приводимые в настоящей статье цифры и соображения должны послужить такой доказательной основой.