Рекуператор тепла вентиляционного воздуха

По принципу действия рекуператоры тепла бывают регенеративного и рекуперативного типа (смешивающего типа здесь не рассматриваются, как в наименьшей степени удовлетворяющие санитарно-гигиеническим требованиям). Аппараты регенеративного типа, как правило, имеют более высокую степень энергосбережения, доходящую у наиболее совершенных моделей до 85% (т.е. до 85% тепла, которое могло быть потеряно с вытяжным воздухом, возвращается обратно в помещение). Однако эти аппараты характеризуются повышенным удельным энергопотреблением, конструктивно не способны обеспечить исключение подмеса удаляемого воздуха в поступающий (или, по крайней мере, влияние свойств удаляемого воздуха на поступающий), имеют большие удельный объем и удельную стоимость и, что основное, автору не известны децентрализованные аппараты регенеративного типа, т.е. аппараты, рассчитанные на относительно небольшие потоки воздуха, например, в диапазоне 20-100м3/ч.

Как определить, какой же из существующих на рынке  децентрализованных рекуператоров наиболее полно отвечает пожеланиям конкретного потребителя? Очевидно, что однозначный и формализованный ответ дать невозможно, т.к. на то это и есть «конкретный потребитель», что его пристрастия и приоритеты всегда специфичны и порой в основном субъективны. Но все же основные объективные критерия обозначить.

Во-первых, степень  рекуперации, т.е. фактически степень  энергосбережения. Этот показатель колеблется в зависимости от производителя и даже от  конкретной модели в очень широких пределах – от 40% до более, чем 70%. Конечно, этот показатель один из основных.

Во-вторых, энергетическая эффективность, характеризующая собственное  удельное энергопотребление. Эта величина показывает, как много энергии потребляет рекуператор для улавливания и возврата единицы энергии от удаляемого воздуха.

В третьих, приемлемые ценовые характеристики. Этот показатель хоть и оказался оттеснен на третье место, в рыночных условиях является одним из основных и, к сожалению, может оказаться иногда решающим.

В четвертых, (а  может быть «во-первых») – санитарно-гигиенические  показатели. Дело в том, что рекуператор - это устройство, через которое проходит воздух, поступающий в помещение и которым люди впоследствии дышат. Таким образом, рекуператор должен создавать как можно меньше предпосылок для загрязнения проходящего через него воздуха, а также быть максимально приспособлен для осуществления операций по контролю его состояния и очистке.

В пятых, ресурсные  характеристики. Аппарат должен иметь  длительный срок службы в штатных  условиях эксплуатации, в том числе  учитывая необходимые периодические очистки (промывки), требовать минимального обслуживания и иметь хорошую ремонтопригодность.

Наконец (если говорить о перечне основных показателей), это массо-габаритные показатели. Рекуператор  должен занимать по возможности меньше места и удобно компоноваться на объекте.

Существуют  еще ряд второстепенных показателей, таких, например, как степень автоматизации (обеспечивающая, например, включение-выключение по какому-то наперед заданному показателю), оснащенность дополнительными функциями (например, озонация воздуха), дизайн корпуса и пр. Объективный анализ этих показателей весьма затруднен да и является неблагодарным занятием, т.к. значимость каждого из них глубоко субъективна (для кого-то, например, внешний вид может оказаться решающим).

Насколько эффективны рекуператоры тепла, как энергосберегающая техника?

 

Эффективность рекуператоров тепла вентиляционного  воздуха с точки зрения энергосбережения определяется двумя параметрами (а  точнее, их соотношением) – степенью энергосбережения рекуператора и его удельным энергопотребление. Ниже будет дана количественная  оценка степени рекуперации (энергосбережения) рекуператоров ТеФо, а также приведены абсолютные значения, характеризующие количество сбереженной энергии на нескольких режимах. Рассмотрение энергетической эффективности, характеризуемой удельным энергопотреблением, явится предметом следующей публикации.

Необходимо  обратить внимание на то, что первая из этих величин (степень энергосбережения) неоднозначно определена терминологически, а обе они не имеют зафиксированного значения для данного рекуператора и меняются в очень широких пределах в зависимости от соотношения температур наружного и внутреннего воздуха.

Терминологическая неоднозначность легко устраняется  после введения некоторых пояснений. Дело в том, что всех (кроме проектанта-расчетчика рекуператоров) интересует потребительская, так сказать «видимая», степень рекуперации. Т.е. интересует изменение температуры поступающего воздуха (на сколько градусов зимой воздух нагрелся в рекуператоре) по отношению к предельно теоретически возможному изменению его температуры, которое равно, с учетом некоторых допущений и упрощений (в части возможного изменения относительной влажности воздуха и отклонения от равенства массовых расходов двух потоков) разности температур наружного и внутреннего воздуха на входе в рекуператор. Т.о. эту, потребительскую степень рекуперации можно обозначить в виде отношения:

 

           ξ_потр^Н=t_H2-t_H1/t_BH-t_H1

 

 Однако в действительности за счет собственно рекуперации произойдет другое, не видимое потребителю, изменение температур. Дело в том, что, как было отмечено выше, каждый децентрализованный рекуператор снабжен двумя (возможно, одним) вентиляторами, электрическая мощность, расходуемая на привод которых, в конечном счете переходит в тепловую и как-то влияет на температуры потоков воздуха. Если осуществить корректный учет этой особенности и откорректировать входную температуру внутреннего воздуха на экспериментально определенную (и очень хорошо корреспондирующуюся с расчетной, исходя из мощности вентилятора и определенного на испытаниях расхода воздуха) величину догрева потока, то можно достаточно точно определить истинную степень именно рекуперации, исключив маскирующее влияние работы вентиляторов, что крайне важно для обширного и всестороннего анализа показателей работы рекуператора. Дело в том, что рекуператор может работать на бесконечно большом числе режимов, определяемых произвольным и взаимонезависимым изменением входных температур потоков воздуха. Очевидно, что провести испытания рекуператора на бесчисленном количестве режимов невозможно, а вот иметь возможность определять его характеристики на любом, наугад заданном режиме, весьма целесообразно, т.к. это позволит не только объективно сравнивать между собой изделия различных производителей, но и рассчитать реальную эффективность рекуператора, а также определить температурные границы, как термодинамически, так и потребительски целесообразного его применения. Это появляется возможным сделать, если учесть практическую инвариантность степени рекуперации (не «видимой», а истинной, теплотехнической рекуперации) от входных температур рабочих сред |4|. Тогда, располагая результатами испытаний рекуператора на любом одном режиме, можно, получив истинную, теплотехническая степень рекуперации теплопередающего элемента этого рекуператора, достаточно точно определить, решая обратную задачу, его характеристики (в первую очередь «видимую» или потребительскую степень рекуперации), для любого режима, характеризующегося произвольным сочетанием входных температур обоих потоков воздуха (при тех же расходах). Располагая же этой величиной, легко получить и другие энергетические характеристики рекуператора для любого режима.

 Опуская  выполнение этих несложных математических  операций и опираясь на реальные экспериментальные характеристики, оформленные протоколами аккредитованного испытательного центра, ниже в таблице приведены полученные результаты.

 Перед тем,  как обратиться к анализу таблицы,  необходимо заострить внимание  на следующих моментах:

- анализ выполнен для двух режимов работы рекуператора – нагрев поступающего воздуха (зимний режим) и охлаждение поступающего воздуха (летний режим). Уместно напомнить, что рекуператор летом автоматически начинает не нагревать, а охлаждать поступающий воздух (правда, в случае если помещение оборудовано кондиционером);

- температура  внутреннего воздуха для определенности  принята постоянной на уровне  следующих значений – для зимнего режима принято 20оС, а для летнего режима принято 21оС.

 

Таблица 1

 

Тип  рекуператора	Возвращенная тепловая мощность, вт	Мощность одного вентилятора, вт	Полная («видимая») тепловая мощность, вт	Изменение температуры наружного воздуха, оС	Потребительская («видимая») степень рекуперации, %
Зимний режим.  tн1 = -20 оС
ТеФо 1	274	14	288	30,5	76,3
ТеФо 2	335	14	349	30,1	75
ТеФо 3	823	16	839	28,9	72,2
ТеФо 4	1134	24	1158	29,0	72,5
Зимний режим.  tн1 = -20 оС
ТеФо 1	274	14	288	30,5	76,3
ТеФо 2	335	14	349	30,1	75,0
ТеФо 3	823	16	839	28,9	72,2
ТеФо 4	1134	24	1158	29,0	72,5
Зимний режим.  tн1 = -6 оС
ТеФо 1	182	14	196	20,7	79,7
ТеФо 2	222	14	236	20,3	78,1
ТеФо 3	539	16	555	19,1	73,5
ТеФо 4	743	24	767	19,2	73,9
Летний режим.  tн1 = 40 оС
ТеФо 1	116	14	102	10,8	56,7
ТеФо 2	144	14	130	11,2	59,0
ТеФо 3	376	16	360	12,4	65,0
ТеФо 4	514	24	490	12,3	64,7
Летний режим.  tн1 = 24 оС
ТеФо 1	10	14	-4	-0,4	-14,0
ТеФо 2	14	14	0	0,0	0,0
ТеФо 3	51	16	35	1,2	40,0
ТеФо 4	67	24	43	1,1	37,0

 

 Рассмотрение  данных, приведенных в таблице,  позволяет осуществить количественную оценку энергосберегающего эффекта от применения рекуператоров ТеФо. Отдельно оговоримся, что речь идет именно и только о рекуператорах ТеФо, обладающих более чем 70%-й степенью эффективности, подтвержденной в ходе проведенных в аттестованном испытательном центре сначала исследовательских испытаний экспериментальных образцов, а затем и периодических испытаний изделий опытно-промышленной партии. Распространение этих результатов на рекуператоры иных производителей будет глубоко ошибочным, т.к. на сегодня нам не известны иные, помимо ТеФо, децентрализованные рекуператоры тепла со степенью эффективности хотя бы близкой к 70%.

 Даже поверхностный  анализ таблицы позволяет составить  суждение об энергетической эффективности рекуператоров ТеФо. В частности, в зимнем режиме минимальный типоразмер (ТеФо 1) способен при температуре наружного воздуха (-20)оС сообщать потоку поступающего воздуха 288 вт тепла, из которых 260 вт это возвращенное тепло (при затрачиваемых на это 28 вт), в то время как для максимального типоразмера (ТеФо 4) эти значения соответственно равны 1,16 кВт и 1,11 кВт (при затрачиваемых 48 вт). Как видно, сбереженная энергия многократно превосходит энергию, затраченную на эти цели (т.е. на привод вентиляторов). При этом работа рекуператоров обеспечивает нагрев потока поступающего в помещение морозного воздуха в первом случае на 30,5оС, а во втором на 29,0оС, т.е. в обоих случаях в помещение будет поступать воздух, уже нагретый примерно до 10оС. Если же взять в качестве преобладающей температуры за отопительной сезон температуру наружного воздуха на уровне (-6)оС, то каждый час работы ТеФо 1 на протяжении сезона будет экономить 168 вт, сообщая потоку в сумме 196 вт, а применительно к ТеФо 4 эти показатели составят соответственно 0.72 кВт и 0,77 кВт, обеспечивая при этом поступление в помещение воздуха с температурой около 15оС.

Анализ таблицы  в части летних режимов показывает, что не зря рекуператор был  назван по первым буквам слов «теплая  форточка». Его основное назначение все же – это экономия тепла  зимой, а летом рекуператор хоть и экономит холод, но менее эффективно, чем тепло зимой. И тем не менее, летом ТеФо, т.е. «теплая форточка», автоматически становится «холодной форточкой» и обеспечиваемая экономия холода объективно служит тем же целям энергосбережения. Напомним, что, например (см. таблицу), при температуре наружного воздуха 40оС рекуператор ТеФо 1 будет сообщать поступающему воздуху 102 вт холода, а ТеФо 4 – 490,4 вт холода, что также многократно превосходит энергию, затраченную в рекуператорах на эти цели. При этом температура поступающего воздуха будет понижаться в первом случае почти на 11оС, а во втором случае более, чем на 12оС. Приведенные в той же таблице для летнего режима данные показывают, что рекуператоры ТеФо будут охлаждать поступающий воздух вплоть до температуры наружного воздуха 24 оС.

 Очевидно, что  работа рекуператоров ТеФо даже  в летнем, менее эффективном режиме функционирования, является целесообразным, как с точки зрения энергосбережения, так и с точки зрения поддержания комфортных температурных условий, мероприятием. И уж конечно функционирование в зимнем режиме, обеспечивающее предотвращение потери и возврат для отопления тепловой энергии на уровне 260 Вт для ТеФо 1 и тем более на уровне 1,11 кВт для ТеФо 4 (при пренебрежимо малом собственном энергопотреблении) в наиболее морозные дни зимы, когда особенно остро встает вопрос энергосбережения и дефицита энергии, является одним из наиболее эффективных энергосберегающих мероприятий.

 

Выводы

 

Установки с  рекуперацией тепла позволяют снизить  расходы энергии на отопление помещений в два раза. Их установка часто окупается в первый же отопительный сезон. Установка рекуператоров при строительстве и реконструкции позволяет частично снизить нагрузку на систему отопления всего здания и отказаться от значительной части традиционного отопительного оборудования.

Расходы на установку  рекуператоров - это инвестиции не только в снижение затрат на отопление, но и в обеспечение оптимальных  климатических условий в помещениях и, в конечном счете, в здоровье людей.

Приборы, способные экономить тепловую и прочие виды энергии, становятся все более важными, так как постоянно растут цены на энергоресурсы. Также мы давно не сомневаемся в необходимости дышать свежим чистым воздухом в помещениях. Отрицательную роль в строительстве сыграла установка популярных пластиковых окон и герметичных дверей. Они нарушают воздухообмен и приводят к нежелательным последствиям. На фоне всех этих факторов, на помощь к нам приходят системы вентиляции с рекуперацией тепла. Они не только экономят наши деньги, но и охраняют наше здоровье.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  использованной литературы.

1. 2001г, «Энергосбережение  в зданиях», Киев, №1, стр. 14-16, Гершкович  В.Ф., «Плесень на окнах. Германский урок».

2. 2004г, «Теплоэнергоэффективные  технологии», Санкт-Петербург, № 2, стр.44-45, Барон В.Г., «Комнатный воздухотеплообменник».

3. 2005г, «С.О.К.», Киев, №3, стр.60-64, Барон В.Г., «Рекуперация  тепла в современных системах  вентиляции».

4. Диагностика технического  состояния судовых теплообменных  аппаратов., Киев, «Знание», 1980, Барон В.Г., Софийский И.Ю.