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
К числу
таких устройств относятся и
рекуператоры тепла
Действительно,
применение современных,
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
Применение
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.
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
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
ξпотрН=tH2-tH1/tBH-tH1
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
Перед тем,
как обратиться к анализу
- 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
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 количест
Даже поверхностный
анализ таблицы позволяет
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
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
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, «
3. 2005г, «С.О.К.», Киев, №3, стр.60-64, Барон В.Г., «Рекуперация тепла в современных системах вентиляции».
4. Диагностика технического
состояния судовых

- Релаксационная гимнастика
- Релаксационный метод решения систем линейных уравнений
- Релегиозные обьядинения в России
- Реле железнодорожной автоматики
- Релейная защита
- Релейная защита блока
- Релейная защита, её назначение и выполняемые функции. Основные элементы устройств релейной защиты
- Рекультивация земель, нарушенных геологическими и горными работами
- Рекультивация земель, нарушенных геологическими и горными работами
- Рекультивация земельных отвалов
- Рекультивация земель при строительстве
- Рекультивация карьерных комплексов
- Рекультивация несанкционированных свалок и полигонов ТБО
- Рекультивація та охорона земель