Рекуператор для квартиры, загородного дома и офиса
Вентиляционные установки с рекуператором используются там, где требуется максимальная экономия энергии. Рекуператор (теплоутилизатор) позволяет подогревать приточный воздух за счет тепловой энергии вытяжного потока, поэтому для догрева воздуха до комфортной температуры можно использовать маломощный калорифер. Рекуператор будет полезен и в случае ограничения доступной мощности, например, в коттедже с электрическим отоплением.
При расчете окупаемости рекуперационной установки рекомендуем оценивать не просто разницу в стоимости двух вентиляционных установок: приточной и приточно-вытяжной с рекуператором, а относительную разницу в стоимости готовых систем вентиляции, включающих сеть воздуховодов и вытяжную установку для системы без рекуперации. При таком подходе разница в расходах на эти две системы будет незначительна.
На практике системы вентиляции с рекуперацией чаще устанавливают в офисах или частных домах, где экономия энергии особенно актуальна, в квартирах же они применяются реже, поскольку приточно-вытяжная вентиляция требует двукратного увеличение протяженности воздухопроводной сети, в то время как разместить воздуховоды даже для одной приточной системы бывает проблематично. Другая особенность систем с рекуперацией вытекает из необходимости организации подпора «грязных» помещений: часть вытяжного потока должна удаляться через вытяжные каналы санузлов и кухни, чтобы не допустить распространения неприятных запахов. Некоторые типы рекуператоров могут обслуживать «грязные» помещения, другие, где есть переток воздуха между каналами, – нет (иначе загрязненный воздух попадет в приточный канал). В таких рекуператорах через вытяжной канал будет проходить меньше воздуха, чем через приточный, что приведет к снижению эффективности рекуперации из-за разбалансировки притока и вытяжки. Для коттеджей или офисов это не критично, поскольку объем «грязных» помещений невелик по сравнению с общим объемом обслуживаемых помещений и разбалансировка будет незначительной. Для квартиры же снижение эффективности рекуперации может быть весьма заметно. Обратите внимание, что для корректной настройки системы вентиляции автоматика вентустановки должна обеспечивать регулируемую разбалансировку притока и вытяжки в широких пределах.
Рекуператор и увлажнение воздуха
В холодный период года приточный воздух имеет низкое влагосодержание, поэтому его подача в помещение приводит к снижению относительной влажности воздуха до 15–20% при норме 40–50%. В системах с рекуперацией есть два варианта решения этой проблемы:
- Использование рекуператора с частичным переносом влаги. В этом случае часть влаги (от 20 до 50%) передается от вытяжного воздуха к приточному, увлажняя его. Компенсировать потерю части влаги помогают естественные влагопритоки (приготовление пищи, сушка белья и т. п.), либо использование бытового увлажнителя невысокой производительности. Установить такой увлажнитель можно в одном из помещений, откуда рекуператор забирает вытяжной воздух (влага будет частично передаваться в приточный канал). Применять высокопроизводительный канальный увлажнитель с такими рекуператорами нельзя из-за риска обмерзания теплоутилизатора. Для каждого типа рекуператора обычно указывается максимально допустимая относительная влажность вытяжного воздуха.
- Использование увлажнителя воздуха. Некоторые типы рекуператоров могут работать с влажным вытяжным воздухом, поэтому вместе с ними можно использовать канальный увлажнитель. Это позволяет полностью решить проблему низкой влажности воздуха в зимний период. Далее для каждого описываемого типа рекуператора мы будем указывать возможность его работы с увлажнителем воздуха.
Теперь рассмотрим особенности различных типов рекуператоров. В системах комфортной вентиляции (для жилых и офисных помещения) чаще всего используются пластинчатые и роторные модели, остальные типы рекуператоров имеют ограниченное применение, поэтому их мы рассматривать не будем.
Роторные рекуператоры
В роторных рекуператорах тепло передается вращающимся между вытяжным и приточным каналами ротором. Эти рекуператоры имеют меньшие габариты, но более высокую стоимость, чем пластинчатые. Тепловая эффективность роторных рекуператоров – 70–85%. Конструктивной особенностью роторных моделей является небольшой (5–10%) подмес вытяжного воздуха к приточному. Это не позволяет подавать в вытяжной канал загрязненный или имеющий неприятный запах воздух, поэтому в системах приточно-вытяжной вентиляции с роторным рекуператором необходимо применять дополнительную (изолированную от основной системы) вытяжку в санузлах и на кухне.
В холодный период года на пластинах ротора конденсируется влага из вытяжного воздуха, которая затем испаряется при обдуве пластин сухим приточным воздухом. Этот механизм обеспечивает небольшую передачу влаги из вытяжного канала в приточный. В тоже время роторные рекуператоры нельзя использовать совместно с канальным увлажнителем воздуха из-за риска обмерзания ротора.
Пластинчатые рекуператоры
Пластинчатые рекуператоры, в отличие от роторных, не имеют движущихся частей и не нуждаются в обслуживании, поэтому идеально подходят для применения в квартирах, офисах и коттеджах. Эти рекуператоры имеют несколько разновидностей:
-
Самые простые и недорогие – перекрестноточные теплоутилизаторы, в которых потоки приточного и вытяжного воздуха движутся перпендикулярно друг другу. Такой рекуператор имеет посредственные характеристики: тепловая эффективность на уровне 40–45% и склонность к обмерзанию даже при слабом морозе. Обмерзание происходит, когда теплый и влажный вытяжной воздух охлаждается приточным потоком с отрицательной температурой. Влага из вытяжного воздуха конденсируется на холодной поверхности рекуператора и замерзает. На иллюстрации видно, что в области со снежинками воздух из помещения контактирует с поверхностью, имеющей отрицательную температуру. По мере обмерзания вытяжного канала поступление теплого воздуха из помещения снижается, область с отрицательной температурой растет и постепенно весь вытяжной канал заполняется льдом. Из-за указанных недостатков рассматриваемое техническое решение имеет ограниченно применение, однако на базе нескольких перекрестноточных модулей можно собрать более эффективный каскадный рекуператор.
-
Каскадный перекрестноточный рекуператор уже можно применять в регионах с холодным климатом. Так, тепловая эффективность трехкаскадного рекуператора составляет около 70%, а минимальная температура наружного воздуха, при которой он может устойчиво работать – минус 25–30°С. На иллюстрации видно, что конденсация влаги происходит, преимущественно, в модуле, который имеет положительную температуру. А в модуль с отрицательной температурой попадает уже осушенный воздух с небольшим влагосодержанием. Однако каскадные рекуператоры не лишены недостатков: более сложная конструкция приводит к образованию перетоков между каналами из-за неплотностей в местах соединений модулей. Перетоки воздуха приводят к падению тепловой эффективности рекуператора и проникновению запахов из вытяжного канала в приточный. Кстати, проверить качество сборки вентустановки с рекуператором можно с помощью фонарика: выключите свет и посветите фонариком в один из каналов – полоски света в другом канале покажут места, где будут происходить перетоки воздуха.
-
Энтальпийный перекрестноточный рекуператор обеспечивает частичный перенос влаги из вытяжного в приточный поток воздуха. Традиционные пластинчатые рекуператоры изготавливают из алюминия, который не впитывают и не пропускают влагу. Основой же энтальпийного рекуператора является мембрана из специального материала, который пропускает молекулы водяного пара, увлажняя приточный воздух. Трехкаскадный энтальпийный рекуператор возвращает около 40–50% влаги, при этом мембрана, из которой изготовлен теплоутилизатор, не должна намокать и обмерзать, так как со временем это приводит к её разрушению. По этой причине энтальпийный рекуператор нельзя использовать совместно с канальным увлажнителем воздуха, а также для обслуживания помещений с влагоизбытками (бассейны, сауны) и других помещений с относительной влажностью воздуха выше 50%.
-
Противоточные рекуператоры. Максимально возможная тепловая эффективность пластинчатого рекуператора определяется взаимным расположением потоков воздуха. Эффективность перекрестноточного модуля не может превышать 50%, поэтому для увеличения общей эффективности рекуперации используют каскадирование. Расплачиваться за это приходится усложнением конструкции, возникновением перетоков, увеличением габаритов и стоимости оборудования. В тоже время повысить эффективность рекуперации можно простым способом, направив потоки приточного и вытяжного воздуха навстречу друг другу – такая схема обеспечивает максимально возможную эффективность и не требует каскадирования. Противоточные рекуператоры сложнее в изготовлении и потому дороже, однако с развитием технологий появилась возможность выпускать относительно недорогие противоточные рекуператоры с заданной эффективностью. Тепловая эффективность противоточного теплоутилизатора определяется его размерами и может достигать 90%. Другим его преимуществом является стабильная работа при температуре наружного воздуха до минус 35 градусов: конденсация влаги происходит там, где поверхность рекуператора имеет положительную температуру, затем весь конденсат стекает в поддон и удаляется из рекуператора. Еще одним преимуществом такого рекуператора является практически полное отсутствие перетоков, поскольку он выполнен в виде единого модуля.
Системы защиты от обмерзания рекуператора
Одним из основных параметров любой вентустановки с рекуператором является минимально допустимая температура наружного воздуха, при которой система вентиляции может стабильно работать. Такое ограничение связано с тем, что при низкой температуре наружного воздуха рекуператор может обмерзнуть. Помимо температуры наружного воздуха важным фактором является относительная влажность вытяжного воздуха: при высокой влажности в рекуператоре конденсируется больше влаги и обмерзание происходит быстрее. По этой причине в документации обычно указывают ограничения на оба этих параметра, так, например, для роторных и энтальпийных рекуператоров работа совместно с увлажнителями воздуха, как правило, запрещена.
Для защиты от обмерзания используются разные методы, отличающиеся по стоимости, эффективности и энергопотреблению:
- Самый простой и недорогой вариант – периодическое осушение рекуператора по таймеру. Если температура наружного воздуха опустилась ниже нуля, автоматика вентустановки через определенные промежутки времени включает на несколько минут режим осушки. В таком режиме приточный канал отключается, поверхность рекуператора перестает охлаждаться, лед растапливается и влага удаляется вместе с потоком воздуха. Это техническое решение не требует использования дополнительных элементов и потому особенно популярно среди производителей вентоборудования. Однако такой способ имеет существенный недостаток: на время разморозки отключается подача свежего воздуха и нарушается баланс притока – вытяжки, способствуя распространению неприятных запахов из кухни и санузлов. Кроме того, без контроля фактического состояния рекуператора сложно подобрать длительность и период включения осушки. При неблагоприятных условиях (влажный воздух в помещении или сильный мороз) такой способ защиты может оказаться неэффективным и рекуператор замерзнет.
- Можно немного улучшить первый вариант и включать режим осушения рекуператора по датчику обмерзания: для этих целей используют датчик перепада давления (при обмерзании падение давления на рекуператоре резко возрастает) или датчики температуры на входах и выходах рекуператора (при обмерзании снижается эффективность рекуперации). Хотя этот метод и должен исключить обмерзание рекуператора, у него есть общий с предыдущим вариантом недостаток: при неблагоприятных условиях процесс разморозки может занимать длительное время из-за того, что вытяжной канал забит льдом и скорость потока воздуха через него минимальна (при сильных морозах вентустановка может проводить в режиме разморозки большую часть времени).
- Чтобы в процессе разморозки не отключать подачу свежего воздуха, можно установить байпас приточного канала, через который приточный воздух пойдет в обход рекуператора. Такой метод разморозки не будет приводить к снижению комфорта, поскольку общий расход воздуха останется неизменным. Однако при этом рекуператор перестанет работать и для нагрева приточного воздуха придется использовать мощный калорифер, что приведет к большим пиковым нагрузкам. Если доступная мощность ограничена, нагревать воздух можно штатным маломощным калорифером, но тогда потребуется снизить в несколько раз расход притока и, для сохранения баланса, вытяжки.
- Вместо применения байпаса можно установить дополнительный калорифер на входе приточного канала рекуператора, тогда при обмерзании можно будет включить этот калорифер и растопить лед теплым приточным воздухом. Недостаток здесь такой же, как и в предыдущем варианте: большие нагрузки, что не всегда допустимо. В тоже время, из четырех рассмотренных методов этот обеспечивает наиболее быструю разморозку, поскольку теплый воздух подается в приточный канал, который в отличие от вытяжного, никогда не обмерзает и поэтому внутри него сохраняется нормальная скорость потока воздуха (приточный канал не обмерзает, так как наружный холодный воздух почти не содержи влаги).
-
Оптимальным способом борьбы с обмерзанием рекуператора, сочетающим достоинства предыдущего метода (быстрая разморозка через приточный канал) с отсутствием пиковых нагрузок является система экспресс-разморозки на основе регулируемой внутренней рециркуляции, которая возвращает определенную часть теплого воздуха с выхода приточного канала рекуператора на его вход, используя воздушный клапан с пропорциональным управлением. Такая система не требует применения дополнительно калорифера, но при этом позволяет поддерживать безопасную температуру на входе рекуператора, не допуская его обмерзания. Если же из-за неблагоприятных внешних условий обмерзание все же произойдет, то система экспресс-разморозки просто увеличит подачу теплого воздуха на вход рекуператора, растопив лед внутри него за несколько минут. Поступление свежего воздуха в помещение при этом несколько снизится, поскольку часть потока вернется на вход рекуператора, но существенного влияния на комфорт пользователей это не окажет, так как автоматика вентустановки пропорционально уменьшит расход вытяжного воздуха, сохранив неизменным баланс притока и вытяжки. Заметим, что несмотря очевидные преимущества этого метода, производители оборудования его практически не используют, так как для его реализации требуется сложная автоматика и вентиляторы с плавной регулировкой производительности.
Особенности работы рекуператор в летний период
В теплый период года рекуператор необходимо отключать. Связано это с тем, что при жаркой и влажной погоде приточный воздух будет охлаждаться прохладным воздухом из помещения, в результате чего в приточном канале рекуператора образуется конденсат. Но приточный канал рекуператора на это не рассчитан (в нормальном режиме конденсат возникает только в вытяжном канале), поэтому вода потечет внутрь вентустановки, а оттуда наружу.
Для отключения роторного рекуператора достаточно выключить его двигатель – ротор остановится, и рекуператор перестанет влиять на температуру проходящего через него воздуха. С пластинчатыми теплоутилизаторами сложнее. Раньше к вентустановкам прилагался, так называемый, летний блок, который пользователь должен был устанавливать вместо рекуператора на летний период. Теперь такое решение почти не используется: внутри современных вентустановок есть ручной или автоматический байпас для обхода приточного или вытяжного канала. Байпас также позволяет экономить энергию: падение давления на нем меньше, чем на рекуператоре, поэтому при том же расходе воздуха энергопотребление вентилятора становится ниже.
Заметим, что в вентустановках с энтальпийным рекуператором можно обойтись без байпаса. Мембрана рекуператора выравнивает влагосодержание воздуха в каналах, поэтому влага в приточном канале не конденсируется.
Выводы
В настоящее время в системах комфортной вентиляции наиболее перспективными являются три типа рекуператоров:
- Каскадные энтальпийные с частичным переносом влаги для квартир и небольших частных домов.
- Высокоэффективные противоточные рекуператоры с отсутствием перетоков – для любых объектов.
- Роторные рекуператоры – для объектов, где критичны габариты вентиляционной установки.
При выборе вентиляционной установки с теплоутилизатором необходимо учитывать минимальную температуру наружного воздуха и максимально допустимую влажность воздуха внутри помещения, при которых рекуператор может стабильно работать. Эти параметры указываются с учетом возможностей встроенной системы защиты от обмерзания рекуператора.
Вентустановки с простыми системами защиты от обмерзания могут создавать дискомфорт в обслуживаемых помещениях из-за разбалансировки притока – вытяжки при осушении рекуператора. Если используется простейшая защита с осушением по таймеру, может потребоваться настройка интервалов осушки с учетом фактической влажности вытяжного воздуха там, где будет эксплуатироваться вентустановка.
|
|
