Приточно-вытяжная вентиляция с рекуперацией тепла: устройство и работа

Содержание

Рекуператоры с промежуточным теплоносителем

В этой конструкции теплоноситель (вода или водно-гликолиевый раствор) циркулирует между двумя теплообменниками, один из которых расположен в вытяжном канале, а другой — в приточном. Теплоноситель нагревается удаляемым воздухом, а затем передает тепло приточному воздуху. Теплоноситель циркулирует в замкнутой системе, и не существует риска передачи загрязнений из удаляемого воздуха в приточный. Передача тепла может регулироваться изменением скорости циркуляции теплоносителя. Эти рекуператоры не содержат подвижных частей и имеют невысокую эффективность (45-60%).

Рекуператор с промежуточным теплоносителем

Как сделать своими руками рекуператор воздуха для дома

Для собственноручного изготовления воздушного теплообменника потребуются:

Оцинкованное железо, 2 листа.
Фанерный кроб для корпуса рекуператора.
Пробковый материал толщиной 20 мм для прокладки между листами.
Силиконовый герметик.
Датчик давления.
Пластиковые фланцы.
Электролобзик и метизы.
Металлический уголок.
Теплоизолятор (минвата).

Схема воздухообменника

Оцинковку режут на квадратные куски с краями в 30 и 20 сантиметров. Для изготовления рекуператора для частного дома придётся вырезать 70 пластин. Металл режут электролобзиком, стараясь, чтобы края были совершенно ровными.
К одной стороне каждой пластины, за исключением последней, приклеивается пробковое покрытие. Можно использовать пробку с готовым клейким слоем.
Все пластины собираются в единую систему, при этом каждая из них укладывается под прямым углом с предыдущей. Завершает укладку пластина без пробкового покрытия.
Полученную конструкцию закрепляют при помощи металлического уголка.

Для закрепления фланцев на стенках кассет потребуется установить крепежи. В нижней части оставляется дренажное отверстие для удаления конденсата через трубку.
На поверхности стенок устанавливаются направляющие их металлического уголка. При необходимости кассету можно будет вынуть из корпуса и почистить.
Внутри корпуса крепится минвата толщиной в 4 сантиметра. На места прохождения тёплого воздуха закрепляется датчик давления. Он поможет своевременно бороться с обледенением.

Основной принцип организации вентиляции

Остаётся только установить готовое устройство в вентиляционный рукав. По такому же принципу можно изготовить рекуператор для квартиры.

Основные типы рекуператоров для частного дома

Пластинчатый теплообменник

Он считается наиболее функциональным и относительно недорогим. Она имеет разновидности:

Алюминий, выгодно отличающийся своей ценой;
Пластик с более высокой эффективностью, чем металл;
Целлюлозный – самый эффективный, но неустойчив к высокой влажности.
Пластинчатые приборы очень неприхотливы в использовании, редко выходят из строя и не требуют использования электроэнергии

Недостатком этого устройства считается замерзание в зимний период.

Вращающиеся устройства

Внутри этого устройства находятся пластины, которые вращаются при движении воздуха.

Эти устройства характеризуются высокой эффективностью и устойчивостью к влаге.

Скорость вращения ротора можно изменять, что повышает эффективность работы агрегата. Недостатком роторного рекуператора является необходимость в расходных материалах – фильтрах. Ротор требует периодического обслуживания и работает от электричества.

Рекуперация тепла в системах вентиляции может быть реализована с помощью воды. Тепло от проходящего воздуха передается жидкости. Преимущество этого типа воздухообмена в том, что воздушные потоки не смешиваются, а теплообменники расположены в разных местах. Недостатков у водяных теплообменников много: они потребляют много энергии, требуют дополнительной циркуляции жидкости и имеют низкую эффективность.

Водяной теплообменник

Рекуператоры для крыши.

Используется в основном для подсобных помещений – ангаров, гаражей. Просты в установке и очень эффективны, но имеют высокую стоимость.

Принцип работы крышного воздухообменника

Естественная вентиляция и вентиляция с рекуператором на примере проекта дома Murator

Оценка обоих типов вентиляции представлена на примере проектов домов, предлагаемых в вариантах с естественной вентиляцией (Murator M93a) и с рекуперацией (Murator EM93a). Дом «Осенняя мечта» из коллекции Муратор имеет 155 кв. м полезной площади и типичную планировку современных домов для одной семьи. Для отопления в доме – это твердотопливный котел, также есть камин, поэтому независимо от выбранной системы вентиляции, вам необходимо построить два дымохода. Говорят, что использование вентиляции с рекуперацией экономит на дымоходах – наш пример показывает, что это не всегда так.

В варианте с механической вентиляцией котельная, плотно отделенная от жилой части дома, вентилируется естественным образом, так что работа котла не мешает работе рекуператора. Естественная вентиляция также в гараже. Воздух для камина подается специальным кабелем снаружи непосредственно в топочную камеру. Он оснащен патроном с герметичной дверцей. В варианте с естественной вентиляцией воздух подается через вентиляторы на окнах в каждой комнате и выходит из кухни, кладовой, санитарных помещений, гардероба и прачечной через вентиляционные каналы в двух дымоходах.

Установка воздуховодов

Монтажу воздуховодов должно предшествовать составление схем и чертежей. А также следует позаботиться о наличии дополнительных крепежей и фиксаторов. Установка воздуховодов осуществляется в следующем порядке:

Подготовить инструменты (электродрель, строительный уровень, ножовку, карандаш).
Используя карандаш и линейку разметить необходимую длину воздушного канала. Разрезать ножовкой трубу на элементы требуемой величины.
Если будут использованы воздуховоды из металла, то для их соединения используют фальцевый способ или сварной. Для этого необходимо подготовить хомуты, сварочный аппарат или строительно-монтажный пистолет. Пластиковые воздуховоды имеют фасонные элементы, поэтому они легко соединяются, не требуя дополнительной герметизации.
Через каждые 100–150 см необходимо прикрепить к воздуховоду и потолку специальный подвес. Эти детали конструкции будут удерживать все трубы, не давая им раскачиваться или рассоединиться.

Элементы пластинчатого рекуператора

Основные части рекуперационной системы — вентилятор и основной блок (кассета) с пластинами. Другие элементы:

Система отвода конденсата — конденсационная ванна. Устройство необходимо для удаления влаги с пластин, так как она неизбежно приведет к попаданию жидкости в воздушный канал, в котором может образоваться наледь. При большом скоплении жидкости работу приточно-вытяжной системы блокирует водяной затвор конденсатосборника.
Перепускной клапан. Его задача — регулирование интенсивности обоих воздушных потоков. В отличие от роторного рекуператора, в этом агрегате и клапане абсолютно отсутствуют подвижные элементы.

Теперь необходимо остановиться на материалах, идущих на производство теплообменников пластинчатого рекуператора. Идеалов нет: все они имеют сильные и слабые стороны.

Алюминий или оцинкованная сталь. Модели с этими теплообменниками неизменно пользуются успехом из-за их адекватной цены. Если говорить о недостатках, то главный — невысокий КПД, потому что зимой такие приборы приходится постоянно оттаивать.
Пластик. Ему совершенно неведомы проблемы неидеального «союза» воды и металла, поэтому с коэффициентом полезного действия у таких рекуператоров все в порядке. Но непогрешимость их — причина гораздо большей стоимости.
Специальная бумага. Эффективность этого оборудования достаточно высока, однако и здесь присутствуют ложки дегтя. Это невозможность их использования в помещениях, где уровень влажности очень высок: в бассейнах, ванных комнатах и т. д. Двойные бумажные кассеты хоть и более действенны, но влаги они боятся точно так же. Впитывание запахов — еще один недостаток материала.

Используют в производстве агрегатов также латунь и чугун. Однако чаще всего пластины делают из нержавеющей стали определенной марки — AISI 316, в состав ее добавляют молибден и никель. Эти компоненты значительно повышают коррозионное сопротивление в агрессивных средах. Чтобы гарантировать большую эффективность приборов, внутрь устанавливают дополнительный теплообменник. Такое усовершенствование позволяет повысить КПД до 85%.

Воздухозаборник и дефлектор системы принудительной вентиляции

Воздухозаборную решетку приточной вентиляции обычно располагают в наружной стене дома или на крыше. Место расположения воздухозабора выбирают, исходя из следующего:

Расстояние между воздухозаборным отверстием и дефлектором, через который выбрасывается воздух вытяжной вентиляцией, должно быть не менее 10 м. Такое же расстояние следует выдержать от дымохода, канализационного стояка и других источников запахов и загрязнений воздуха.
Воздухозаборник размещают на высоте не менее 1,5м от поверхности земли и на 0,5м выше снегового покрова.
Отверстие воздухозаборника обязательно закрывают сеткой, для защиты от проникновения в воздуховод птиц, насекомых, листьев и пр.

Все более популярным становится устройство воздухозабора через грунтовый теплообменник.

Основные компоненты приточно-вытяжной вентиляции

Это устройство состоит из нескольких рабочих компонентов, наиболее важными из которых являются:

Электрический нагреватель;
Реанимационный блок;
Его можно расширить с помощью кондиционера.
Автоматизация для контроля и управления оборудованием;
Вентиляторы отвечают за поступление и выход воздуха;
Система фильтрации;

Элементы, важные для правильного функционирования выхлопной системы, включают в себя воздухонагреватель и охладитель, глушители, воздушные фильтры, электронные датчики, регулирующие температуру воздуха, концентрацию углекислого газа и т.д.

В зависимости от модели приточно-вытяжные вентиляционные установки представляют собой либо моноблок, либо набор компонентов, которые при монтаже соединяются в общую схему с помощью воздуховодов и воздухораспределителей.

Моноблочные системы более компактны и привлекают быстрой установкой. Конструкция монтируется на стену, подводится к блоку воздуховодов и подключается к источнику питания. Этот тип оборудования чаще всего используется в домах, офисах, небольших помещениях.

При выборе устройства необходимо учитывать, насколько большое помещение должно снабжаться чистым воздухом. Исходя из метража и назначения объекта, выбирается соответствующее вентиляционное устройство.

Какие существуют нормативы для вентиляционных систем

Рекомендуемые значения воздухообмена зависят от различных условий и указаны в нормативных документах, которые необходимо соблюдать на этапе проектирования. Как правило, в бытовых помещениях, где на одном этаже расположены комнаты различного назначения, в час должен происходить обмен следующих объемов воздуха

коридоры – 10 куб. м;
общие жилые комнаты или гостиные – 40 кубических метров
Помещения для курения – более 100 куб. м.
Ванные комнаты и душевые – 70 кубических метров;
офис – 60 кубических метров;

В жилых помещениях массообмен воздуха рассчитывается на одного человека. Она должна быть более 30 кубических метров в час. Если расчет производится исходя из жилой площади, то норма составляет 3 кубических метра на 1 метр.

Для нежилых помещений средняя норма составляет 20 кубических метров на квадратный метр. Для больших площадей вентиляционные системы включают многокомпонентную систему спаренных вентиляторов.

Что это такое?

Само слово «рекуперация» в переводе с латыни значит «обратное получение» или «возмещение». Предполагается, что мы что-то теряем, но благодаря продуманной схеме инженерного оборудования или развитым технологиям повторной переработки получаем возможность еще раз использовать то, что можно было считать уже утерянным. Говоря простыми словами, рекуперация – это повторное использование чего-либо.

В настоящее время с примерами рекуперации можно столкнуться в различных отраслях человеческой деятельности – они могут касаться как неких материальных ценностей, так и энергии всех видов. Благодаря рекуперации товары и услуги становятся дешевле в производстве, а следовательно, и на рынке, кроме того, снижается нагрузка на Землю в целом, а иногда – и на некоторые инженерные сооружения. На самом деле понятие рекуперации весьма обширное и при этом очень простое, но без конкретных примеров человеку, впервые столкнувшемуся с этим явлением, может быть сложно охватить его целиком. Чтобы исправить эту ситуацию, пройдемся вкратце по разным видам рекуперации.

Проектирование ПВУ

При проектировании системы вентилирования необходимо определить тип этого устройства, так как не каждому владельцу может подойти его мощность и количество затрачиваемой электроэнергии. В связи с этим, если нет необходимости принудительного проветривания, то лучше установить естественную вентиляцию.

Каждая система вентиляции имеет свои нормативные параметры объёмов воздуха, пропускаемого за 1 час:

для естественного варианта эта норма составляет 1м³/ч;
для принудительного — в пределах от 3 до 5 м³/ч.

Когда проектируется вентиляционная система для больших помещений, то целесообразно устанавливать принудительное вентилирование.

Проектирование и установка вентиляционных систем является технически сложным процессом, включающим в себя несколько этапов:

Первый этап состоит из составления чертежей и сбора данных о планировке помещений. На основании установленных сведений подбирается вид вентиляционной системы, и определяется мощность оборудования.
На втором этапе производятся необходимые расчёты по объёмам воздухообмена, каждого помещения в доме. Это ответственный момент проектирования, так как неправильные расчёты, в дальнейшем, станут причиной застоялого воздуха, появления плесени и грибков и ощущения духоты.
Третий этап заключается в проведении расчётов сечений для воздуховодов. Это тоже немаловажный момент, так как неправильные вычисления станут причиной малой эффективности всей системы, несмотря на дорогостоящее оборудование. Поэтому проведение расчётов лучше доверить специалистам, чем делать это самому. Для правильного вычисления размера воздуховодов руководствуются основными правилами:

в естественной вытяжке скорость воздушного потока должна соответствовать 1м/с;
в воздушных каналах, оборудованных вентиляторами, этот параметр равен 5 м/с;
в ответвлениях воздуховодов скорость воздушных масс — 3 м/с.

На четвёртом этапе составляется схема вентиляционной системы с указанием разделительных клапанов. Цель этого этапа правильно распределить заслоны предотвращающие распространение дыма и огня при пожаре.
Пятый этап заключается в согласовании выбранной системы с действующими нормативными документами и правилами установки и размещения. Готовый проект вентиляционной системы необходимо обязательно утвердить пожарной, санитарно-гигиенической и архитектурной организации. Получение разрешений от всех этих служб и государственных органов даёт право на монтаж.

Преимущества приточно-вытяжной системы с функцией подогрева

Теплосберегающая технология в последнее время обретает все большую популярность

Поставляет свежий воздух, улучшает качество воздушной среды внутри помещений.
Предотвращает выпадение на поверхности влаги, образование конденсата, плесени и грибка.
Устраняет условия появления в помещении вирусов, бактерий.
Экономит расходы на электрическую и тепловую энергию путем восстановления потерь из уходящих потоков порядка 90% тепла.
Способствует регулярному обмену воздушной среды.
Многоплановость исполнения теплообменных систем расширяет сферу их применения на объектах различного типа.
Экономичное использование и обслуживание. ТО, включающее очистку, замену фильтров, проверку всех узлов и компонентов системы, проводится ежегодно всего 1 раз.

Схема управления

Все составляющие элементы приточно-вытяжной установки должны быть правильно интегрированы в систему работы установки, и выполнять свои функции в должном объеме. Задачу управления работой всех компонентов решает автоматизированная система управления технологическим процессом. В комплект установки включены датчики, анализируя их данные, система управления корректирует работу нужных элементов. Система управления позволяет плавно и грамотно выполнять цели и задачи приточно-вытяжной установки, решая сложные проблемы взаимодействия всех элементов установки между собой.

Пульт управления вентиляциейНесмотря на сложность системы управления технологическим процессом, развитие технологий позволяет предоставить обычному человеку пульт управления от установки в таком виде, чтобы с первого прикосновения было понятно и приятно пользоваться установкой на всем протяжении ее службы.

Пример. Расчет эффективности рекуперации тепла:Расчет эффективности применения рекуперативного теплообменника в сравнении с использованием только электрического или только водяного нагревателя.

Рассмотрим систему вентиляции, с расходом 500 м3/ч. Расчеты будут проводиться для отопительного периода в г. Москва. Из СНиПа 23-01-99 «Строительная климатологи и геофизика» известно, что продолжительность периода со средней суточной температурой воздуха ниже +8°С составляет 214 суток, средняя температура периода со среднесуточной температурой ниже +8°С составляет -3,1°С.

Рассчитаем необходимую среднюю тепловую мощность: Для того, чтобы нагреть воздух с улицы до комфортной температуры в 20°С, потребуется:

N = G * C_p* ρ₍_в-ха)* (t_вн-t_ср )= 500/3600 * 1,005 * 1,247 * = 4,021 кВт

Данное количество теплоты за единицу времени можно передать приточному воздуху несколькими способами:

Нагрев приточного воздуха электрическим нагревателем;
Нагрев приточного теплоносителя удаляемым через рекуператор, с дополнительным нагревом электрическим нагревателем;
Нагрев уличного воздуха в водяном теплообменном аппарате и др.

Расчет 1: Теплоту к приточному воздуху передаем посредством электрического нагревателя. Стоимость электроэнергии в г. Москва S=5,2 руб/(кВт*ч). Вентиляция работает круглосуточно, на протяжении 214 суток отопительного периода, сумма денежных средств, в этом случае будет равна:Ц₁=S * 24 * N * n = 5,2 * 24 * 4,021 * 214 =107 389,6 руб/(отоп.период)

Расчет 2: Современные рекуператоры осуществляют передачу теплоты с высокой эффективностью. Пусть рекуператор нагрел воздух на 60% от требуемой теплоты в единицу времени. Тогда электрическому нагревателю необходимо затратить следующее количество мощности:N_{(эл.нагр)}= Q — Q_рек= 4,021 — 0,6 * 4,021 = 1,61 кВт

При условии, что вентиляция будет работать на всем промежутке отопительного периода, получаем сумму за электроэнергию:Ц₂= S * 24 * N_{(эл.нагр)}* n = 5,2 * 24 * 1,61 * 214 = 42 998,6 руб/(отоп.период) Расчет 3: Для нагрева уличного воздуха используется водяной нагреватель. Ориентировочная стоимость тепла от технической горячей воды за 1 гкал в городе Москва:S_г.в .= 1500 руб./гкал. Ккал=4,184 кДжДля нагрева нам потребуется следующее количество тепла:Q_(г.в.) = N * 214 * 24 * 3600 / (4,184 * 106)= 4,021 * 214 * 24 * 3600 / (4,184 * 106) = 17,75 ГкалВ работе вентиляции и теплообменного аппарата на всем холодном периоде года сумма денежных средств за теплоту технической воды:Ц₃ = S_(г.в.) * Q_(г.в.) = 1500 * 17,75 = 26 625 руб/(отоп.период)

Результаты расчетов затрат на подогрев приточного воздуха за отопительный период года:

Электрический нагреватель	Электрический нагреватель+ рекуператор	Водяной нагреватель
107 389,6 руб	42 998,6 руб	26 625 руб

Из приведенных расчетов видно, что самый экономичный вариант это использование контура горячей технической воды. Помимо этого сумма денежных средств, необходимая для нагрева приточного воздуха значительно снижается при использовании рекуперативного теплообменника в системе приточно-вытяжной вентиляции в сравнении с использованием электрического нагревателя.В заключении хотелось бы отметить, что применение в системах вентиляции установок с рекуперацией или рециркуляцией позволяет использовать энергию удаляемого воздуха, что позволяет снижать затраты энергии на нагрев приточного воздуха, следовательно снижаются денежные расходы на эксплуатацию системы вентиляции. Использование теплоты удаляемого воздуха является современной энергосберегающей технологией и позволяет приблизиться к модели «умного дома», в котором максимально полно и полезно используется любой доступный вид энергии.

Получить бесплатную консультацию инженера по вентиляции с рекуперацией

Получить!

Основные типы конструкций

Изначально устройства для рекуперации тепла в системах вентиляции представляли собой простейшую технику, выполненную в виде небольшого ящика с тонкой перегородкой. Сегодня появились многочисленные разновидности, которые отличаются своим принципом работы, наличием или отсутствием дополнительных нагревающих элементов, способом формирования воздушных потоков и рядом других характеристик.

Основные типы рекуператоров:

Роторные.
Пластинчатые.
Канальные.
Трубчатые.
С отдельным теплоносителем.

Устройства с пластинчатым теплообменником используют перекрестный ток потоков, которые, не смешиваясь, эффективно передают тепло, нагревая тем самым помещение. КПД у таких установок в зависимости от их размера может составлять 60−80%. Они отличаются минимальными потерями давления, удобны в подключении и использовании, имеют компактную конструкцию, что позволяет располагать его внутри стен дома.

Комбинированные рекуператоры могут иметь два пластинчатых теплообменника, где формируется перекрестный поток воздуха. К преимуществам оборудования этого типа относится высокий коэффициент полезного действия, удобство подключения и простота обслуживания. Единственный недостаток таких установок — это существенная потеря давления, что вынуждает использовать дополнительные вентиляторы и нагнетатели для воздушного потока.

Рекомендуем ознакомиться: Установка своими руками приточно-вытяжной системы вентиляции

Пластинчатые промышленные теплообменники рекуператоров противоточного типа отличаются простотой конструкции, они обеспечивают КПД на уровне 90%, позволяя предупредить охлаждение помещения и эффективно нагревая поступающий в дом воздух с улицы. К недостаткам оборудования противоточного пластинчатого типа относят сложную конструкцию, высокую стоимость, а также увеличенные габариты.

Противоточные трубчатые бытовые теплообменники обеспечивают максимально возможную эффективность, имеют КПД на уровне 95%. Используя такой рекуператор в системе вентиляции, необходимо дополнительно подключать нагнетатели воздуха, так как потери давления могут составить 40−50%. Также недостатком установок этого типа являются их увеличенные габариты и высокая стоимость оборудования.

Рекуперативные теплообменники роторного типа обладают показателем КПД на уровне 75−85%, они рассчитаны на одну квартиру и имеют небольшое сопротивление потоку. Предлагаются такие установки по доступным ценам, отличаются компактными габаритами, их монтаж и последующее обслуживание не представляет какой-либо особой сложности.

Ошибки при проектировании

На этапе проектирования нередки ошибки и упущения. Это может быть чрезмерный фоновый шум, обратная или недостаточная тяга, продувание (верхние этажи многоэтажных зданий) и другие проблемы. Некоторые из них могут быть решены даже после установки, с помощью дополнительных установок.

Отличным примером некачественного расчета является недостаточная тяга на выходе из производственного помещения без особо вредных выбросов. Предположим, что вентиляционный канал заканчивается круглой шахтой, которая поднимается над крышей на высоту 2 000 – 2 500 мм. Не всегда возможно или практично поднять его выше, и в таких случаях используется принцип сжигания. В верхней части круглого вентиляционного отверстия устанавливается сопло с меньшим диаметром рабочего отверстия. Это искусственно ограничивает площадь поперечного сечения, что влияет на скорость выброса газа в атмосферу и увеличивает ее во много раз.

Пример дизайна

Выводы и полезное видео по теме

Принцип работы роторного и пластинчатого рекуператора:

Замер КПД рекуператора пластинчатого типа:

Бытовые и промышленные системы вентиляции с интегрированным рекуператором доказали свою энергетическую эффективность по сохранению тепла внутри помещений. Сейчас существует множество предложений по продаже и установке таких устройств как в виде готовых и опробованных моделей, так и по индивидуальному заказу. Провести расчет необходимых параметров и выполнить монтаж можно самостоятельно.

Если при ознакомлении с информацией появились вопросы или вы нашли неточности в нашем материале, пожалуйста, оставляйте свои комментарии в расположенном ниже блоке.