Рекуперация

Термин «рекуперация» описывает процесс повторного применения уже отработанной энергии или вещества. В системах вентиляции под этим понятием подразумевается передача теплоты от вытяжного воздуха, нагретого в помещении, холодному приточному, осуществляемая без прямого контакта между потоками. Собственно, рекуператор представляет собой теплообменник, устройство которого обеспечивает такую теплопередачу. Также существуют приточно-вытяжные установки с возможностью рециркуляции воздуха в секции рекуператора за счет открытия переточных заслонок.

Перед подачей свежего воздуха с улицы в обслуживаемые помещения (спальня, детская, гостиная) в рекуператоре происходит его нагрев за счет вытяжного воздуха из туалета, ванной и кухни. Это позволяет снизить затраты энергии на нагрев приточного воздуха.

В данном разделе поговорим об эффективности рекуператора в вентиляции и разберем основные плюсы и минусы такой системы. В первую очередь, стоит сказать, что эффективность и сроки окупаемости рекуператора зависят от различных условий:

• Тип рекуператора.
• Объем воздухообмена.
• Температурный режим эксплуатации.
• Вид основного источника энергии для нагрева поступающего воздуха (газ/горячая вода, электричество).
• Тарифы на энергоносители.

Так, например, окупаемость рекуператора на крупных объектах в Москве с воздухообменом более 1000 м³/час и электрическим калорифером будет составлять около 2–3 лет. Если же рассматривать небольшой частный дом с расходом воздуха менее 200 м³/час, то окупаемость достигается только по истечении 8 лет. При наличии водяного нагревателя сроки окупаемости возрастают в 5–7 раз и приобретение рекуператора становится экономически нецелесообразным. КПД рекуператора в зависимости от вида варьируется в диапазоне 40–90%, при этом эффективными считают устройства работающие с КПД выше 60%.

Среди недостатков использования рекуператора можно отметить следующие:

• Высокие первоначальные капиталовложения. Большие стартовые инвестиции являются главным недостатком рекуператоров. Но это компенсируется снижением будущих эксплуатационных издержек на нагрев/охлаждение приточного воздуха.
• Выпадение конденсата. Из-за разности температур на стенках теплообменника может происходить конденсация. Зимой есть вероятность обледенения, влекущая за собой снижение КПД и возможный временный выход рекуператора из строя.
• Повышение аэродинамического сопротивления вентиляционной сети. При подборе вентиляторе следует учитывать, что потери давления на рекуператоре составляют до 100 Па.
• Возможность перетока вытяжного воздуха в приточный в некоторых моделях.
• Увеличение габаритов приточно-вытяжной системы.
• Шумная работа некоторых типов рекуператоров.

Но несмотря на перечисленные минусы данная система имеет ряд существенных достоинств, которые во многом перекрывают недостатки от её использования.

Рекуператор позволяет экономить энергоресурсы на отопление зимой и на охлаждение летом. При этом он довольно прост в установке и обслуживании и поставляется с полным пакетом автоматики. Срок эксплуатации данного оборудования достаточно высок (от 15–20 лет) и в большинстве случаев ограничивается только сроком службы материала.

К основным видам рекуператоров относят:

• Пластинчатый рекуператор.
• Роторный рекуператор.
• Фреоновый рекуператор (тепловые трубки).
• Рекуператор с промежуточным теплоносителем.
• Камерный рекуператор.

Пластинчатый рекуператор представляет собой несколько собранных в ряд пластин и разделенных прокладками так, что между ними образуются каналы с чередующимся направлением. Вытяжной поток передает тепло пластинам внутри рекуператора, которые в свою очередь греют холодный приток. Кассеты с пластинами снабжены поддоном для слива конденсата, который образуется в процессе работы. Данные теплообменники производят в противоточном или перекрестноточном исполнении. Противоточные обладают более высоким КПД (на 10–15% выше).

КПД пластинчатого рекуператора составляет 40–70%.

У данного теплообменника есть ряд преимуществ:

• Простая конструкция.
• Нет взаимного движения между деталями, а значит и износа из-за трения.
• Бесшумная работа.
• Отсутствие затрат энергии.
• Низкая стоимость.

Основным недостатком пластинчатого рекуператора является обледенение выпадающего конденсата. Существует три способа решения данной проблемы:

• Подача приточного воздуха в обводной канал (байпас), чтобы теплый вытяжной воздух растопил лед на пластинах.
• Исполнение рекуператора с пластинами из гигроскопической целлюлозы.
• Предварительный подогрев приточного воздуха.

Принцип работы данного рекуператора – роторный теплообменник, вращающийся с определенной скоростью. Этот теплообменник, состоящий из ряда пластин, вращается по оси, проходящей между вытяжным и приточным каналами, при этом нагреваясь в вытяжной зоне и затем охлаждаясь в приточной. В результате происходит передача теплоты и частично влаги из вытяжного воздуха в приточный.

Роторный рекуператор обладает следующими достоинствами:

• Высокий КПД (60–90%) за счет отсутствия обмерзания.
• Регулируемая скорость вращения рекуператора. Изменяя скорость вращения, можно регулировать эффективность данного агрегата.
• Частичный возврат влаги. Позволяет обходиться без увлажнителей воздуха..

А теперь поговорим о недостатках роторных рекуператоров:

• Возможность перетока вытяжного воздуха в приточный. Поэтому подобные типы рекуператоров недопустимо использовать на некоторых объектах (больницы, пищевые производства, и прочие учреждения с жесткими требованиями к чистоте приточного воздуха).
• Наличие вращающихся деталей. Данное обстоятельство приводит к снижению срока эксплуатации и повышает сложность обслуживания.
• Привод роторного рекуператора потребляет электроэнергию.

Фреоновый рекуператор представляет собой теплообменник, внутри которого расположены кольцеобразные трубки с хладагентом. Принцип его работы основан на выделяемой и поглощаемой теплоте фазового перехода при конденсации и испарении газа. Змеевик должен быть установлен таким образом, чтобы поток свежего воздуха был сверху, а отработанного – снизу. В таком случае фреон в нижней зоне будет закипать и забирать теплоту от вытяжного воздуха. После чего подниматься вверх, конденсироваться, отдавать теплоту приточному воздуху и стекать обратно вниз. Описанный процесс циклично повторяется.

Данное оборудование можно устанавливать как в жилых и общественных зданиях, так и на промышленных и производственных объектах с небольшой нагрузкой по воздухообмену.

К преимуществам данного теплообменника можно отнести:

• Высокий КПД (до 80%).
• Низкий уровень шума. Т.к. нет подвижных деталей.
• Отсутствие затрат на электроэнергию.
• Компактность. Обладает относительно небольшими массогабаритными показателями.

Но у него также есть и ряд недостатков:

• Самый дорогой вариант из всех типов рекуператоров.
• Максимальная эффективность достигается только в низком температурном диапазоне.

Данный вид рекуператора состоит из двух теплообменников, расположенных в вытяжной и приточной сетях и соединенных между собой трубами с водой или водным раствором гликоля. Движение теплоносителя обеспечивается с помощью насоса установленного в жидкостный контур.

Среди достоинств данного типа можно выделить следующие:

• Отсутствие смешивания потоков свежего и отработанного воздуха.
• Возможность регулирования эффективности за счет переключения режима работы насоса.
• Возможность удаленного друг от друга размещения приточной и вытяжной сетей.
• Возможность работы с несколькими сетями одновременно.
• Возможность использовать в качестве теплоносителя антифриз, что позволит установке работать при сильных морозах.

Но у данной системы есть очень важный недостаток в виде низкого КПД (около 50%) ввиду наличия промежуточного теплоносителя, его инерционности и потерь по его контуру. Также данный агрегат необходимо обеспечить подачей электроэнергии для привода насоса.

Камерный рекуператор является типичным представителем теплообменного аппарата регенеративного типа. Принцип его работы основан на попеременном соприкосновении вытяжного и приточного воздуха с одними и теми же поверхностями конструкции. Сначала теплый отработанный воздух проходит сквозь первую камеру, нагревая её. После чего передвижением заслонки обеспечивается смена направления, и уже холодный уличный воздух поступает через первую камеру, поглощая теплоту, в то время как вытяжной воздух выходит сквозь вторую камеру, нагревая теперь ее. По достижению необходимой температуры заслонка вновь переключается, и процесс повторяется.

К преимуществам данного рекуператора относятся:

• Высокий КПД (порядка 80–90%).
• Исключение заледенения системы.
• Простота монтажа.
• Поддержание уровня влажности.

Среди недостатков можно отметить:

• Смешение встречных потоков.
• Наличие подвижных элементов.

Рекуперация позволяет существенно снизить затраты энергии при организации необходимых условий микроклимата системой вентиляции. При этом на рынке существует огромное количество разнообразных вариантов исполнения данной системы, из чего можно сделать вывод о наличии спроса со стороны целевой аудитории и существовании тренда на энергосбережение. Эффективность и экономическая целесообразность использования рекуператоров зависит от многих факторов и данные показатели необходимо рассчитывать и уточнять в каждом случае индивидуально.