Пластинчатый рекуператор. Кондиционеры с подмесом воздуха Рекуператор и кондиционер в одной квартире

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. Давайте попробуем разобраться в этом вопросе.

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 , 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.

Выход воздуха наружу с интенсивным паром служит индикатором существенных потерь тепла, которое можно использовать на обогрев входящего потока

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.

Устройство блока с рекуператором

Внутреннее устройство систем приточно-вытяжной вентиляции с 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.

Элементарным устройством для сбора и отвода конденсата является поддон, расположенный под рекуператором с уклоном в сторону сливного отверстия

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.

Принцип устройства байпаса несложен, поэтому при риске образования наледи целесообразно предусмотреть такое решение, так как отогрев рекуператора другими способами сложен и длителен

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

Особенности различных типов рекуператоров

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.

Поочередный пропуск теплого и холодного потока воздуха через пластины реализуют за счет загиба краев пластин и герметизацией соединений полиэфирной смолой

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.

Барабанный или роторный тип

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.

Мелкоячеистый теплообменник роторного рекуператора подвержен засорению, поэтому особенно внимательно нужно отнестись к качественной работе фильтров тонкой очистки

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.

Система на основе трубок и кожуха

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.

Вывод теплого воздуха необходимо осуществлять именно по кожуху, а не через систему трубок, так как удалить конденсат из них невозможно

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.

Устройство с промежуточным теплоносителем

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 .

Рекуператор с промежуточным теплоносителем представляет собой объемное и дорогое устройство, чье применение экономически оправдано для помещений с большим площадями

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.

Основные технические параметры

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.

Часто производители оборудования предлагают модельную линейку, в которой вентиляционные блоки с похожим функционалом отличаются объемом воздухообмена. Для жилых помещений этот параметр необходимо рассчитывать согласно таблице 9.1. СП 54.13330.2016

Коэффициент полезного действия

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

K = (Т п – Т н) / (Т в – Т н)

В которой:

• Т п – температура поступающего воздуха внутрь помещения;
• Т н – температура наружного воздуха;
• Т в – температура воздуха в помещении.

Максимальное значение КПД при штатной 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.

Е (Вт) = 0,36 х Р х К х (Т в – Т н)

где Р (м 3 /час) – расход воздуха.

Расчет эффективности рекуператора в денежном эквиваленте и сравнение с затратами на его приобретение и монтаж для двухэтажного коттеджа общей площадью 270 м2 показывает целесообразность установки такой системы

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.

Производительность вентиляционной системы

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.

График зависимости потери давления от скорости потока воздуха для нескольких моделей рекуператоров высокой производительности показывает нелинейный рост сопротивления, поэтому необходимо придерживаться требований по рекомендуемому объему воздухообмена указываемых в технической документации устройства

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.

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.

Наличие правильного воздухообмена является ключевым фактором комфорта в доме и здоровья домочадцев. И тогда сама собой напрашивается мысль о создании правильной вентиляции. В последнее время чего только нет на рынке климатического оборудования! Неподготовленному человеку трудно разобраться в том, что ему действительно необходимо для создания комфортного микроклимата в квартире.
Давайте разберёмся, для чего служат, к примеру, приточные вентиляционные клапаны, приточные установки и рекуператоры.

Применяется в системах естественной и механической вентиляции. Клапан имеет защиту от насекомых, шума, пыли, от промерзания стены и выпадения конденсата, а также регулировку количества поступающего воздуха. Регулировать поток проходящего через клапан воздуха можно при помощи рукоятки на оголовке клапана или специального шнура, если клапан расположен высоко. На оголовке клапана расположена шкала, указывающая степень открытия клапана. Клапан имеет плавную регулировку вплоть до полного закрытия. КИВ-125 не требует никаких затрат электроэнергии.
Как он работает? Существующая вытяжка (вентканалы, расположенные на кухне и в санузлах), удаляя отработанный воздух, создаёт разряжение в помещениях квартиры, и за счет этого разряжения в помещение через клапаны КИВ-125 поступает свежий наружный воздух.

Преимущества:
* Двойная очистка воздуха.
* Встроенный двухступенчатый керамический нагреватель — для вентиляции в холодное время года.
* Высокоэффективный вентилятор — для тихой работы (от 21 дБ) с минимальным потреблением электроэнергии.
* Производительность от 40 до 120 м 3 /ч

Рекуператор воздуха проветривает ваше помещение путем удаления старого воздуха и притока нового, очищенного фильтром, внутрь помещения. В процессе обмена воздуха происходит рекуперация, передача энергии от выходящего воздуха входящему. Этим рекуператор экономит энергию, затраченную на отопление зимой и кондиционирование летом.

* * * * *
Для эффективной работы приточного клапана или установки вытяжка должна быть активной. Активная вытяжка - это любая стабильно работающая вытяжная система - механическая (с помощью вентиляторов) или естественная (вентканалы, расположенные на кухне и в санузлах). Для гарантированной работы вентиляции в квартире в любой сезон, независимо от этажа, рекомендуется устанавливать вытяжные вентиляторы на кухнях и в санузлах.
Рекуператоры работают независимо от наличия вытяжных каналов. Мы помним, что в задачи рекуператоров, помимо притока свежего воздуха, входит выведение отработанного воздуха.
НО! Естественная вытяжка есть в каждом доме. Именно поэтому, устанавливать рекуператоры в жилых помещениях, на наш взгляд, нецелесообразно . Они, скорее, подойдут для помещений, в которых совсем нет вытяжки (гараж, сарай, кладовка и т.д.). Обещанная экономия электроэнергии — тоже спорный вопрос, поскольку объёма поступающего воздуха будет явно недостаточно - не более 40 м 3 /ч. А разве этого Вы хотели добиться, заботясь о проветривании своего дома? Да и подогрева воздуха в мороз Вы тоже не почувствуете.

Если Вам нужна действительная экономия , то рекомендуем рассмотреть приточные клапаны КИВ-125. Производительность клапана зависит от создаваемого вытяжкой разряжения:
при разряжении 20 Па (создаёт механическая вытяжка) - 50 м 3 /ч;
при разряжении 10 Па (создаёт естественная вытяжка) - 35 м 3 /ч.

Если же Вам хочется большего притока свежего , очищенного и, при необходимости, ощутимо подогретого воздуха, стоит задуматься уже о приточной вентиляционной установке.

И ещё один немаловажный момент:
для наружного отверстия до 150 мм (которое необходимо для монтажа, например, КИВ-125 или iFresh) не требуется (если здание не является объектом культурного наследия):

4.3.7.* Устройство систем кондиционирования и вентиляции без наружного блока с подачей воздуха через отверстие в стене диаметром до 0,15 м , скрытое заборной решеткой, допускается повсеместно (для объектов культурного наследия - по согласованию с КГИОП).

*Правительства города Санкт-Петербурга "Об утверждении правил содержания и ремонта фасадов зданий и сооружений в Санкт-Петербурге" (№1135 от 14.09.2006 г.)

Для монтажа рекуператоров требуется наружное отверстие большего диаметра — 180 мм .

Энергоэффективная система вентиляции в холодное время года – достаточно актуальный вопрос. Сведение к минимуму потерь тепла, которое постоянно выбрасывается из помещения, позволит не только уменьшить сумму коммунальных счетов, но и снизить нагрузку на обогревающий помещение прибор.

Помочь в этом могут пластинчатые рекуператоры – устройства, возвращающие часть тепловой энергии из отработанного воздуха.

Обогрев помещения в холодное время года при помощи современного кондиционера позволяет сохранять комфортный микроклимат в помещении. Платой за комфорт становятся счета за электричество, размер которых в зависимости от температуры воздуха на улице может ощутимо меняться.

При помощи сравнительно небольших затрат можно создать энергоэффективную вентиляционную систему, заметно снизив расходы на электричество.

Реализовать это позволит пластинчатый рекуператор, причём неважно, приобретенный в магазине или изготовленный своими руками. Это устройство встраивается в приточно-вытяжные пути вентиляции, помогая снизить к минимуму «обогрев улицы».

Учитывая, что в отдельно взятые дни разница температур помещения и улицы может достигать отметки в пятьдесят градусов по Цельсию, становится понятна важность устранения упомянутого эффекта. Тем более, что схем и готовых устройств для этого предлагается огромное количество.

Принцип рекуперации воздуха

Чтобы понять достоинства и плюсы от использования рекуперационных теплообменников, сначала необходимо разобраться в самой сути их работы. В дословном переводе с латинского рекуперацией называют «возврат использованного, потраченного».

Именно эффект возврата энергии используется в климатических устройствах данной конструкции. Проходящие сквозь блок воздушные потоки обмениваются между собой тепловой энергией, позволяя впоследствии кондиционеру поддерживать комфортную температуру, затрачивая меньше энергии. В особо холодные дни это позволяет заметно сэкономить на обогреве помещения.