Главная / Коммуникации / Вентиляция / Приточная вентиляция в доме с рекуперацией тепла

Приточная вентиляция в доме с рекуперацией тепла

Поступление свежего воздуха в холодный период времени приводит к необходимости его нагрева для обеспечения правильного микроклимата помещений. Для минимизации затрат электроэнергии может быть использована приточно-вытяжная вентиляция с рекуперацией тепла.

Понимание принципов ее работы позволит максимально эффективно уменьшить теплопотери с сохранением достаточного объема замещаемого воздуха.

В осенне-весенний период при вентиляции помещений серьезной проблемой является большая разность температур поступающего и находящегося внутри воздуха. Холодный поток устремляется вниз и создает неблагоприятный микроклимат в жилых домах, офисах и на производстве или недопустимый вертикальный градиент температуры в складе.

Распространенным решением проблемы является интеграция в приточную вентиляцию калорифера, с помощью которого происходит нагрев потока. Такая система требует затрат электроэнергии, в то время как значительный объем выходящего наружу теплого воздуха ведет к существенным потерям тепла.

Если каналы притока и отвода воздуха расположены рядом, то можно частично передать тепло выходящего потока входящему. Это позволит уменьшить потребление электроэнергии калорифером или вовсе отказаться от него. Устройство для обеспечения теплообмена между разнотемпературными потоками газов называется рекуператором.

В теплое время года, когда температура наружного воздуха значительно превышает комнатную, можно использовать рекуператор для охлаждения входящего потока.

Внутреннее устройство систем приточно-вытяжной вентиляции с интегрированным рекуператором достаточно простое, поэтому возможна их самостоятельная поэлементная покупка и установка. В том случае если сборка или самостоятельный монтаж вызывает сложности можно приобрести готовые решения в виде типовых моноблочных или индивидуальных сборных конструкций под заказ.

Корпус с тепло- и шумоизоляцией выполняют как правило из листовой стали. В случае стенового монтажа он должен выдерживать давление, которое возникает при запенивании щелей вокруг блока, а также не допускать вибрацию от работы вентиляторов.

В случае распределенного забора и притока воздуха по различным помещениям к корпусу присоединяют систему воздуховодов. Ее оснащают клапанами и заслонками для распределения потоков.

При отсутствии воздуховодов на приточное отверстие со стороны помещения устанавливают решетку или диффузор для распределения потока воздуха. На приточное отверстие со стороны улицы монтируют воздухозаборную решетку наружного типа во избежание попадания в систему вентиляции птиц, крупных насекомых и сора.

Движение воздуха обеспечивают два вентилятора осевого или центробежного типов действия. При наличии рекуператора естественная циркуляция воздуха в достаточном объеме невозможна по причине создаваемого этим узлом аэродинамического сопротивления.

Наличие рекуператора предполагает установку фильтров мелкой очистки на входе обоих потоков. Это необходимо для уменьшения интенсивности засорения пылью и жировыми отложениями тонких каналов теплообменника. В противном случае для полноценного функционирования системы придется увеличить частоту проведения профилактических работ.

Один или несколько рекуператоров занимают основной объем приточно-вытяжного устройства. Их монтируют по центру конструкции.

В случае типичных для территории сильных морозов и недостаточного КПД рекуператора для нагрева наружного воздуха можно дополнительно установить калорифер. Также по необходимости монтируют увлажнитель, ионизатор и другие устройства для создания благоприятного микроклимата в помещении.

Современные модели предусматривают наличие электронного блока управления. Сложные модификации имеют функции программирования режимов работы в зависимости от физических параметров воздушной среды. Внешние панели имеют привлекательный вид, благодаря чему хорошо могут быть вписаны в любой интерьер помещения.

Охлаждение поступающего из помещения воздуха создает предпосылки для разгрузки влаги и образования конденсата. В случае высокой скорости потока большая его часть не успевает скапливаться в рекуператоре и выходит наружу. При медленном движении воздуха значительная часть воды остается внутри устройства. Поэтому необходимо обеспечить сбор влаги и вывод ее за пределы корпуса приточно-вытяжной системы.

Вывод влаги производят в закрытую емкость. Ее размещают только внутри помещения во избежание перемерзания каналов оттока при минусовых температурах. Алгоритма надежного расчета объема получаемой воды при использовании систем с рекуператором нет, поэтому его определяют экспериментальным путем.

Повторное использование конденсата для увлажнения воздуха нежелательно, так как вода впитывает многие загрязнители, такие как человеческий пот, запахи и т.д.

Значительно уменьшить объем конденсата и избежать связанных с его появлением проблем можно организовав отдельную вытяжную систему из ванной комнаты и кухни. Именно в этих помещениях воздух имеет наибольшую влажность. При наличии нескольких вытяжных систем воздухообмен между технической и жилой зоной необходимо ограничить с помощью установки обратных клапанов.

В случае охлаждения выходящего потока воздуха до отрицательных температур внутри рекуператора происходит переход конденсата в наледь, что вызывает сокращение живого сечения потока и, как следствие, – уменьшение объема или полное прекращения вентиляции.

Для периодического или разового размораживания рекуператора устанавливают байпас – обходной канал для движения приточного воздуха. При пропуске потока в обход устройства происходит прекращение теплоотдачи, нагрев теплообменника и переход наледи в жидкое состояние. Вода стекает в емкость сбора конденсата или происходит ее испарение наружу.

При прохождении потока через байпас отсутствует нагрев приточного воздуха посредством рекуператора. Поэтому при активации данного режима необходимо автоматическое включение калорифера.

Существует несколько конструктивно различающихся вариантов реализации теплообмена между холодным и нагретым воздушными потоками. Каждый из них имеет свои отличительные особенности, которые определяют основное предназначение для каждого типа рекуператора.

В основе конструкции пластинчатого рекуператора лежат тонкостенные панели, соединенные поочередно таким образом, чтобы чередовать пропуск между ними разнотемпературных потоков под углом 90 градусов. Одной из модификаций такой модели является устройство с оребренными каналами для прохода воздуха. Оно обладает более высоким коэффициентом теплообмена.

Теплообменные панели могут быть выполнены из различного материала:

медь, латунь и сплавы на основе алюминия обладают хорошей теплопроводностью и не подвержены ржавчине;
пластмасса из полимерного гидрофобного материала с высоким коэффициентом теплопроводности обладают малым весом;
гигроскопическая целлюлоза позволяет проникать конденсату через пластину и попадать обратно в помещение.

Недостатком является возможность образования конденсата при низких температурах. По причине небольшого расстояния между пластинами влага или наледь существенно увеличивают аэродинамическое сопротивление. В случае обмерзания необходимо перекрытие входящего потока воздуха для отогрева пластин.

Преимущества пластинчатых рекуператоров следующие:

низкая стоимость;
долгий срок службы;
длительный период между профилактическим обслуживанием и простота его проведения;
небольшие габариты и масса.

Такой тип рекуператора наиболее распространен для жилых и офисных помещений. Также его используют и в некоторых технологических процессах, например для оптимизации сгорания топлива при работе печей.

Принцип действия роторного рекуператора основан на вращении теплообменника, внутри которого расположены слои гофрированного металла, обладающего высокой теплоемкостью. В результате взаимодействия с выходящим потоком происходит нагрев сектора барабана, который впоследствии отдает тепло поступающему воздуху.

Преимущество роторных рекуператоров следующие:

достаточно высокий КПД по сравнению с конкурирующими типами;
возврат большого количества влаги, которая в виде конденсата остается на барабане и испаряется при контакте с поступающим сухим воздухом.

Этот тип рекуператора реже используют для жилых зданий при поквартирной или коттеджной вентиляции. Часто его применяют в крупных котельных для возврата тепла к печам или для обширных помещений промышленного или торгово-развлекательного назначения.

Однако у этого типа устройств есть существенные недостатки:

относительно сложная конструкция с наличием подвижных частей, включающая электромотор, барабан и ременной привод, что требует постоянного обслуживания;
повышенный уровень шума.

Иногда для устройств такого типа можно встретить термин «регенеративный теплообменник», что более правильно чем «рекуператор». Дело в том, что незначительная часть выходящего воздуха попадает обратно по причине неплотного прилегания барабана к корпусу конструкции.

Это накладывает дополнительные ограничения на возможность использования устройств такого типа. Например, в качестве теплоносителя нельзя использовать загрязненный воздух от печей отопления.

Рекуператор трубчатого типа состоит из расположенных в утепленном кожухе системы тонкостенных трубок небольшого диаметра, по которым происходит приток наружного воздуха. По кожуху производят вывод теплой воздушной массы из помещения, которая обогревает входящий поток.

Основные преимущества трубчатых рекуператоров следующие:

высокий КПД, благодаря противоточному принципу движения теплоносителя и поступающего воздуха;
простота конструкции и отсутствие подвижных частей обеспечивает низкий уровень шума и редко возникающую необходимость в обслуживании;
долгий срок службы;
наименьшее сечение среди всех типов устройств рекуперации.

Трубки для устройства такого типа используют или легкосплавные металлические или, что реже, – полимерные. Эти материалы не гигроскопичны, поэтому при значительной разнице температур потоков возможно образовании интенсивного конденсата в кожухе, что требует конструктивного решения по его удалению. Еще одним недостатком является то, что металлическая начинка обладает значительным весом, несмотря на небольшие габариты.

Простота конструкции трубчатого рекуператора делает этот тип устройств популярным для самостоятельного изготовления. В качестве внешнего кожуха обычно используют пластиковые трубы для воздуховодов, утепленные пенополиуретановой скорлупой.

Иногда приточный и вытяжной воздуховоды расположены на некотором расстоянии друг от друга. Такая ситуация может возникнуть по причине технологических особенностей здания или санитарных требований по надежному разделению воздушных потоков.

В этом случае используют промежуточный теплоноситель, циркулирующий между воздуховодами по изолированному трубопроводу. В качестве среды для передачи тепловой энергии используют воду или водно-гликолевый раствор, циркуляцию которого обеспечивают работой насоса.

В том случае, если есть возможность использовать другой тип рекуператора, то лучше не применять систему с промежуточным теплоносителем, так как она обладает следующими существенными недостатками:

низкий КПД по сравнению с другими типами устройств, поэтому для небольших помещений с малым расходом воздуха такие устройства не применяют;
значительный объем и вес всей системы;
необходимость дополнительного электрического насоса для циркуляции жидкости;
повышенный шум от работы насоса.

Существует модификация этой системы, когда вместо принудительной циркуляции теплообменной жидкости используют среду с низкой точкой кипения, например фреон. В этом случае движение по контуру возможно естественным образом, но только в том случае если приточный воздуховод расположен над вытяжным.

Такая система не требует дополнительных затрат электроэнергии, но работает на обогрев только при значительном перепаде температур. Кроме того, необходима точная настройка точки изменения агрегатного состояния теплообменной жидкости, которая может быть реализована методом создания нужного давления или определенного химического состава.

Зная требуемую производительность системы вентиляции и КПД теплообмена рекуператора легко рассчитать экономию на обогреве воздуха для помещения при конкретных климатических условиях. Сравнив потенциальную выгоду с затратами на покупку и обслуживание системы можно обоснованно сделать выбор в пользу рекуператора или стандартного калорифера.

Под коэффициентом полезного действия рекуператора понимают эффективность теплопередачи, которую рассчитывают по следующей формуле:

Т_п – температура поступающего воздуха внутрь помещения;
Т_н – температура наружного воздуха;
Т_в – температура воздуха в помещении.

Максимальное значение КПД при штатной скорости потока воздуха и определенном температурном режиме указывают в технической документации устройства. Его реальный показатель будет немного меньше. В случае самостоятельного изготовления пластинчатого или трубчатого рекуператора для достижения максимальной эффективности теплопередачи необходимо придерживаться следующих правил:

Наилучший теплообмен обеспечивают противоточные устройства, затем перекрестноточные, а наименьшую – с однонаправленным движением обоих потоков.
Интенсивность теплообмена зависит от материала и толщины стенок, разделяющих потоки, а также от длительности нахождения воздуха внутри устройства.

Зная КПД рекуператора можно рассчитать его энергоэффективность при различных температурах наружного и внутреннего воздуха:

Е (Вт) = 0,36 х Р х К х (Т_в – Т_н)

где Р (м 3 /час) – расход воздуха.

Стоимость рекуператоров с высоким КПД достаточно велика, они имеют сложную конструкцию и значительные размеры. Иногда можно обойти эти проблемы установкой нескольких более простых устройств таким образом, чтобы поступающий воздух последовательно проходил через них.

Объем пропускаемого воздуха определяется статическим давлением, которое зависит от мощности вентилятора и основных узлов, создающих аэродинамическое сопротивление. Как правило, точный его расчет невозможен ввиду сложности математической модели, поэтому для типовых моноблочных конструкций проводят экспериментальные исследования, а для индивидуальных устройств осуществляют подбор компонентов.

Мощность вентилятора необходимо выбирать с учетом пропускной способности устанавливаемых рекуператоров любых типов, которая в технической документации указана как рекомендуемая скорость потока или объем пропускаемого устройством воздуха за единицу времени. Как правило, допустимая скорость воздуха внутри устройства не превышает значения 2 м/с.

В противном случае на высоких скоростях в узких элементах рекуператора происходит резкий рост аэродинамического сопротивления. Это приводит к лишним затратам электроэнергии, неэффективном прогреве наружного воздуха и сокращения срока службы вентиляторов.

Изменение направления потока воздуха создает дополнительное аэродинамическое сопротивление. Поэтому при моделировании геометрии воздуховода внутри помещения желательно минимизировать количество поворотов труб на величину 90 градусов. Диффузоры для рассеивания воздуха также увеличивают сопротивление, поэтому желательно не использовать элементы со сложным рисунком.

Загрязненные фильтры и решетки создают значительные помехи движению потока, поэтому их необходимо периодически прочищать или менять. Одним из эффективных способов оценки засоренности является установка датчиков, отслеживающих перепад давления на участках до фильтра и после него.

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.

О том, что такое рекуператор воздуха и как его собрать при минимальном бюджете, рассказывают пользователи FORUMHOUSE!

Любой, кто постоянно читает FORUMHOUSE, знает, что качественная вентиляция – залог здорового микроклимата в доме. Правильно рассчитанная и смонтированная система вентиляции обеспечивает постоянный приток свежего воздуха в дом и отток отработанного наружу. Однако зимой, вместе с отработанным воздухом, наружу выбрасывается драгоценное тепло, а с улицы в дом поступает холодный воздух, на нагрев которого тратится дополнительная энергия.

Чтобы не отапливать улицу, всё большее количество современных и энергоэффективных домов оснащают рекуператорами. А т.к. цены на промышленные образцы, мягко говоря, кусаются, то лучший выход – это засучить рукава и сделать рекуператор воздуха для дома самостоятельно!

Принцип действия рекуператора

Прежде чем приступить к конструированию самодельного устройства, необходимо разобраться в принципе его работы.

Слово «рекуператор» (от латинского «recuperatio») означает получение или возвращение чего-либо обратно. Воздушный рекуператор – это устройство, в котором посредством теплообмена происходит передача тепла от потока исходящего, уже нагретого воздуха, входящему холодному воздуху.

Таким образом снижаются теплопотери дома, что позволяет уменьшить затраты на отопление.

Не следует путать понятия воздушное отопление и рекуперация. Одно относится к системе отопления, а второе является частью современной вентиляционной системы загородного дома и даже дачного домика.

Система рекуперации воздуха для частного дома.

Эффективность и экономическая выгода от установки рекуперационной системы в доме зависит от следующих факторов:

стоимости энергоносителей;
предполагаемых сроков эксплуатации системы;
сумм, затраченных на монтаж системы;
суммы, затрачиваемой на ежегодное обслуживание системы.

– Рекуператор – это всего лишь часть (и не самая дорогая) системы принудительной вентиляции. Поэтому его и вентиляцию следует рассматривать как общую систему.

Вентиляция с рекуперацией своими руками

Виды рекуператоров

Рекуператоры классифицируются в зависимости от конструктивного исполнения и предназначения, а именно:

1. По типу движения теплоносителя (воздуха) – прямоток или противоток.

Чертеж рекуператора.

2. По конструктивному исполнению и принципу действия теплообменника (см. схему):

Рекуператор воздуха, устройство.

1. Роторный рекуператор

Этот тип теплообменника представляет собой закрытый корпус с установленным внутри него ротором (барабаном), приводимым в действие электромотором.

Ротор вращается с определённой скоростью и попеременно оказывается в зоне действия тёплого или холодного воздушного потока.

Таким образом, пластины ротора циклически то нагреваются, то остывают.

В результате накопленное тепло передаётся поступающему холодному уличному воздуху.

Устройства роторного типа имеют высокий КПД (до 85%), не обмерзают при низких температурах и частично регулируют уровень влажности.

Рекуператор воздуха своими руками: чертежи.

К главным недостаткам устройства роторного типа относятся:

сложная конструкция, состоящая из электромотора, ротора, приводного ремня и системы воздуховодов;
повышенный уровень шума;
наличие подвижных частей снижает надёжность системы и приводит к необходимости более частого технического обслуживания.

2. Пластинчатый рекуператор

Пластинчатый рекуператор представляет собой теплообменник (кассету), состоящий из множества тонких пластин, соединённых друг с другом с небольшим зазором.

Тёплый воздух, проходя через кассету, нагревает пластины, которые в свою очередь – за счёт быстрого теплообмена, передают энергию холодному потоку.

Т.к. воздушные потоки не смешиваются друг с другом, теплообмен осуществляется благодаря одновременному охлаждению и нагреванию пластин со всех сторон.

Пластинчатый теплообменник для вентиляции дома имеет следующие плюсы:

невысокую стоимость;
компактные размеры;
простоту устройства;
отсутствие подвижных частей.

Пластины для воздушного рекуператора.

У теплообменника этого типа при низкой температуре, из-за образования конденсата, происходит частичное или полное обмерзание пластин теплообменника.

Несмотря на существенный недостаток, этот тип является наиболее распространённым при самостоятельном конструировании.

Рекуператор с роторным теплообменником

Теплообменник пластинчатого рекуператора чаще всего изготавливают из квадратных пластин. В качестве материла для пластин используются:

тонкие медные или алюминиевые листы;
фольга;
паропроницаемые мембраны.

Роторный рекуператор своими руками.

Вентиляция с рекуператором в частном доме

При изготовлении пластинчатого теплообменника мы должны выдержать определённые расстояния между пластинами.

– Оптимальное расстояние между пластинами – не более 3 мм.

Чем меньше зазор между пластинами, и чем они тоньше, тем больше теплообмен между воздушными потоками. Соответственно ,увеличивается КПД установки.

Однако уменьшение толщины зазоров приводит к увеличению скорости образования конденсата. Это, в свою очередь, вызывает закупорку каналов у теплообменника и вызывает падение КПД устройства.

Чтобы бороться с этим явлением, дополнительно подогревают холодный входящий воздух электрическими калориферами или отключают входящий приток и продувают теплообменник только тёплым воздухом.

Это увеличивает трудоёмкость изготовления устройства в домашних условиях.

Но пользователь нашего сайта с ником Megavolt собрал эффективный пластинчатый рекуператор своими руками с блоком управления. Пластины форумчанин сначала решил делать из листовой меди, но, из-за её высокой цены, решил перейти на пищевой алюминий.

Рекуператор для частного дома своими руками.

– Я боялся, что теплообменник из фольги начнёт вибрировать и «запоёт», но я ошибся, установка работает не громче компьютера. Корпус склеил из пластика. Производительность – 200 м3 в час. Также я изготовил процессорный блок управления системой. Теперь можно наблюдать за работой устройства, так сказать, в режиме «онлайн».

В рабочем режиме на дисплей выводится температура выходящего и входящего воздуха, время, мощность вентиляторов. На случай отключения электричества предусмотрено питание блока управления от АКБ.

Рекуператор воздуха для дома своими руками.

Кроме металла, для изготовления теплообменника можно использовать сотовый поликарбонат. Именно так поступил Hecs73:

– Я купил 11 листов сотового полипропилена 3м/2м/3мм. Распилил их на параллелограммы 1х0.5 м и склеил силиконом. Зазор между листами контролировал 3мм шнуром. Шнурок при сборке сдавило, и зазор вышел в 1,5-2 мм, что благотворно сказалось на КПД и негативно – на падении давления. Теплообменник установил в пенопластовую коробку, подвёл утеплённые воздуховоды диаметром в 160 мм и поставил рекуператор на чердак. Производительность установки – 150 м3. Личные замеры показали, что при температуре 5 °C на улице и 24 °C– в доме на притоке получается 22 °C.

Также среди самоделок распространён коаксиальный тип рекуператоров.

– По моему мнению, в домашних условиях проще всего сделать коаксиальный (труба в трубе) самодельный самодельный рекуператор.

Такое устройство изготавливают из канализационной пластиковой трубы диаметром 160 мм, длиной 2 м и алюминиевой воздушной гофры диаметром 100 мм и длиной 4 м.

На концы пластиковой трубы одеваются разветвители-переходники, а внутрь трубы, в виде спирали, укладывается полностью растянутая гофра. Благодаря разветвителям, тёплый поток гонится через гофру, а холодный поток идёт внутри пластиковой трубы. В результате потоки разделяются и не смешиваются друг с другом, а холодный воздух, проходя через теплообменник, нагревается.

– В качестве эксперимента я совместил коаксиальный рекуператор с грунтовым теплообменником. Длина пластиковой трубы – 2.3 м, диаметр – 160 мм. Алюминиевая гофра: длина 3.5 м, диаметр 100 мм. Устройство я собрал за 3 часа, и обошлось оно мне в 5 т. руб. Разместил горизонтально.

По результатам испытаний форумчанин получил следующие данные:

Температура в помещении +24°C.

Температура воздуха на входе -7°C.

Температура воздуха на выходе +19°C.

Производительность до 270 м3.

– Чем длиннее путь, который проходит холодный воздух в теплообменнике, тем выше КПД установки. Советую собрать данное устройство из 4-х труб по 2-2.5 метра каждая. Трубы лучше дополнительно теплоизолировать. Конденсат хоть и появится, но его будет значительно меньше, чем в пластинчатом типе устройства, который не будет работать без дополнительного нагрева входящего потока при низкой температуре. Для сбора конденсата можно установить трубы под углом или вертикально, и вставить штуцер для слива.

Также пользователи сайта FORUMHOUSE предлагают модернизировать конструкцию коаксиального рекуператора.

Хозяин Мастер:

– Нужно поменять местами приточный поток и обратный и пустить холодный воздух по гофре.

Тогда конденсат будет вытекать по пластику, а гофра останется сухой.

– Т.к. внешнюю трубу всё равно нужно теплоизолировать, то можно совсем от неё отказаться.

Я планирую собрать длинный короб из ЭППС и положить в него алюминиевую гофру. Думаю, эффективность устройства повысится.

На FORUMHOUSE собраны ответы на все вопросы по рекуперации и вентиляции. Почитайте о самодельном теплообменнике с автоматикой. Также на нашем портале наглядно показывается, как собрать рекуператор из такого распространенного материала, как сотовый поликарбонат. Узнайте, что получится, если совместить коаксиальный рекуператор и грунтовой теплообменник.

А ознакомившись с нашим видеосюжетом, вы узнаете, как теплообменник помогает экономить тепловую энергию.

04 Апр 2019 admin 13