Приточно-вытяжные установки с утилизатором тепла. Обзор рынка РФ

Утилизация тепла вытяжного воздуха стала стандартом проектирования: рекуператоры подешевели, а нормативы прямо рекомендуют их применять. В статье — пластинчатые, роторные, гликолевые и реверсивные утилизаторы: принцип работы, КПД, ограничения.

Современные системы вентиляции с использованием тепла, которое выходит из помещения, стали очень популярными. Раньше, чтобы сэкономить на подогреве свежего воздуха, это было не обязательно. Системы вентиляции без таких устройств стоили дешевле. Поэтому 20 лет назад такие системы считались роскошью, особенно в России. Сейчас же, несмотря на то, что тепло стоит относительно недорого, редко можно встретить систему вентиляции без использования тепла, которое выходит из помещения.

Это можно объяснить несколькими причинами:

1. Устройства для использования тепла стали дешевле, и теперь они окупаются быстрее.
2. Строительные нормы требуют использовать тепло, которое выходит из помещения, при проектировании систем вентиляции.
3. Использование тепла помогает уменьшить скачки потребления тепла, что важно для старых и перегруженных систем в больших городах.

I. Пластинчатые устройства для использования тепла

Пластинчатый рекуператор — это устройство, которое использует тонкие пластины для обмена теплом между входящим и выходящим воздухом. Воздух проходит через разные каналы, не смешиваясь друг с другом.

Рекуператор состоит из кассеты, которая сделана из множества тонких листов алюминия, пластика или целлюлозы. Эти листы образуют каналы для входящего и выходящего воздуха. Пластины плотно соединены, поэтому воздух не смешивается, но тепло передаётся через материал пластин. Вся кассета устанавливается в корпус системы вентиляции с дополнительными каналами для отвода воды и защиты от замерзания (рис. 1).

Рис. 1. Схема приточно-вытяжной установки с пластинчатым перекрёстным рекуператором

Основные типы пластин и кассет

Алюминиевые пластины: наиболее простое и недорогое решение, устойчивое к температуре и коррозии при нормальных условиях, но с более низким КПД по сравнению с полимерными и целлюлозными пластинами.

Пластиковые (полимерные) пластины: обеспечивают более высокий коэффициент теплопередачи и, как правило, больший КПД по сравнению с алюминием, при этом обладают хорошей коррозионной стойкостью.

Кассеты одинарные и двойные: двойная кассета (два пакета пластин последовательно) даёт заметно более высокий КПД, но увеличивает гидравлическое сопротивление и габариты.

Пластинчатый рекуператор работает по перекрёстной или противоточной схеме: вытяжной тёплый воздух проходит по одним каналам, приточный холодный — по соседним, и за счёт разности температур и теплопроводности материала происходит нагрев приточного воздуха.

Рис. 2. Противоточный пластинчатый рекуператор

Современные противоточные пластинчатые рекуператоры (рис. 2) используются в системах вентиляции и работают очень эффективно. Они помогают сохранять тепло и использовать его повторно, что делает их более выгодными по сравнению с другими системами. Эти устройства не требуют дополнительных насосов, трубопроводов и других сложных элементов, что делает их проще в использовании. Благодаря этому они могут достигать эффективности до 90%, даже если работают не на полную мощность.

Когда воздуха мало или его средний расход, пластинчатые рекуператоры работают особенно хорошо и легко устанавливаются в жилых и коммерческих зданиях. Однако у них есть недостаток — они могут замерзать при низких температурах и высокой влажности. На холодных частях устройства может образовываться конденсат, который превращается в лёд и мешает движению воздуха. Чтобы этого избежать, иногда используют специальные системы для отвода воды, подогрев или другие методы управления вентилятором.

Но несмотря на этот минус, пластинчатые рекуператоры имеют много плюсов:

• Они простые и не имеют движущихся частей, что делает их надёжными и не требующими частого обслуживания.
• Они работают тихо, потому что у них нет вращающихся элементов, и шум создают только вентиляторы.
• Они эффективно используют тепло, что делает их более экономичными по сравнению с другими системами.
• Они не потребляют энергию для своей работы, в отличие от систем с насосами и другими устройствами.
• Их легко установить и использовать, а обслуживание сводится к проверке чистоты и отводу воды.
• Они не позволяют грязному воздуху из вытяжного канала попадать в приточный, как это бывает в других системах.

II. Роторные утилизаторы тепла вытяжного воздуха

Роторный утилизатор тепла (рис. 3) — это устройство, которое работает как вращающийся барабан. Он проходит через потоки вытяжного и приточного воздуха, собирая тепло и влагу. Это помогает использовать тепло повторно и делает систему более эффективной.

Рис. 3. Роторный регенеративный теплообменник

Давайте разберёмся, как работают разные виды теплообменников. Они бывают рекуперативными и регенеративными. В рекуперативных теплообменниках тепло передаётся непрерывно через стенку между двумя потоками. Например, пластинчатый теплообменник (рис. 1) — это классический рекуператор, который постоянно передаёт тепло от вытяжного воздуха к приточному.

А вот роторный теплообменник (рис. 3) — это регенератор. В нём тепло передаётся через специальный барабан (ротор), который то нагревается от горячего воздуха, то отдаёт тепло холодному. На практике часто путают роторный теплообменник с рекуператором, но это неправильно.

Как устроен роторный теплообменник

Роторный теплообменник состоит из цилиндрического барабана (ротора), который вращается внутри корпуса вентиляционной установки. Ротор сделан из гофрированного металла или специальных сплавов. В нём есть каналы для прохождения воздуха. Когда ротор вращается, его сектора то пропускают вытяжной тёплый воздух, то приточный холодный.

Ротор вращается с помощью электрического мотора. Скорость вращения можно регулировать. Это влияет на то, сколько тепла ротор сможет передать.

Есть два типа роторов:

1. Тепловой ротор: он сделан из металла и хорошо передаёт тепло, но почти не впитывает влагу.
2. Энтальпийный ротор: он впитывает влагу из вытяжного воздуха и отдаёт её приточному. Это помогает поддерживать комфортную влажность в помещении.

Чем толще ротор, тем больше тепла он может передать, но тем тяжелее и сложнее он в установке.

Как это работает

Когда вытяжной тёплый воздух проходит через ротор, он нагревает его и частично отдаёт влагу. Затем этот же сектор ротора попадает в поток холодного приточного воздуха и отдаёт ему тепло и влагу.

Летом ротор работает наоборот: он забирает холод из приточного воздуха и отдаёт его вытяжному, чтобы снизить нагрузку на кондиционер.

Современные роторные теплообменники могут возвращать до 75–85% тепла, а самые эффективные — до 88%.

Плюсы роторных теплообменников

1. Они эффективно передают и тепло, и влагу.
2. Экономит много энергии — до 80%.
3. Меньше подвержены обмерзанию зимой.

Поэтому роторные теплообменники часто используют в больших зданиях, где важно поддерживать комфортный климат и экономить энергию.

Минусы роторных теплообменников

1. Есть риск, что запахи или загрязнения могут попасть из вытяжного воздуха в приточный.
2. В теплообменнике есть подвижные части, которые могут ломаться и требовать обслуживания.
3. Он может шуметь и вибрировать.

Из-за этого роторные теплообменники не всегда подходят для помещений с высокими санитарными требованиями, таких как операционные или чистые комнаты.

Энтальпийный (мембранный) рекуператор

Это разновидность пластинчатого теплообменника. Но в нём используются специальные пластины из полимерной мембраны, которые пропускают молекулы водяного пара, но задерживают частицы и запахи.

Такой теплообменник не только передаёт тепло (КПД около 65–75%), но и помогает поддерживать комфортную влажность в помещении.

 

Рис. 4. Энтальпийные мембранные рекуператоры

IV. Гликолевый рекуператор (с промежуточным теплоносителем)

По сути, это два раздельных водяных теплообменника (один в вытяжке, другой в притоке), связанных замкнутым контуром с раствором гликоля, который перекачивается насосом (рис. 5). Потоки воздуха физически разнесены, перетекание равно нулю, обмерзания нет (антифриз). Но КПД самый скромный — 45–65 %, и появляется дополнительный расход электроэнергии на насос (15–25 %). Зато это единственное решение, когда приток и вытяжка находятся далеко друг от друга и свести их воздуховоды в одном агрегате физически невозможно.

 

Рис. 5. Гликолевый рекуператор (с промежуточным теплоносителем)

V. Реверсивные регенераторы тепла

Реверсивные регенераторы — это однотрубные вентиляционные устройства, где тепло и влага аккумулируются в стационарном регенераторе (обычно керамическом), а вентилятор периодически меняет направление потока, последовательно работая на вытяжку и приток (рис. 6).

Устройство имеет один канал через стену и внутри — массивный регенератор (чаще керамический блок) с высокой теплоёмкостью и развитой поверхностью. Работа идёт циклами:

• фаза вытяжки — из помещения тёплый загрязнённый воздух проходит через регенератор, нагревает и частично увлажняет его;
• фаза притока — вентилятор меняет направление, наружный холодный воздух проходит через уже нагретый и увлажнённый регенератор и забирает тепло и влагу, подогреваясь до близкой к комнатной температуре.

Типичные устройства работают в реверсивном режиме с длительностью цикла 60–80 секунд на каждую фазу (например, 70 секунд вытяжка + 70 секунд приток).

Рис. 6. Конструкция реверсивного регенератора тепла

Реверсивный регенератор тепла — это устройство, которое помогает сохранять тепло и влагу в доме. Оно состоит из нескольких частей:

• Осевой вентилятор, который может менять направление вращения.
• Керамический регенератор, который накапливает тепло и часть влаги.
• Наружная и внутренняя решётки, фильтры для воздуха и клапаны, которые автоматически закрываются, когда устройство не работает.

Как это работает? Воздух, который выходит из комнаты (вытяжной поток), проходит через керамический регенератор, который нагревается. Затем этот тёплый воздух отдаёт своё тепло новому поступающему воздуху (приточному потоку). Таким образом, устройство сохраняет тепло и уменьшает количество влаги в воздухе.

Преимущества реверсивного регенератора:

• Он работает эффективно, даже если он маленький.
• Он помогает сохранить влагу в комнате, что особенно полезно зимой.
• Его легко установить, и он работает тихо.

Недостатки:

• Воздух в комнате движется не постоянно, а рывками.
• Устройство может работать только с небольшим количеством воздуха.
• Оно может накапливать запахи, поэтому его не стоит устанавливать в местах с сильными запахами.

Для чего это нужно?

Реверсивные регенераторы часто используют в квартирах и домах, где нет возможности провести сложную систему вентиляции. Они помогают сохранить тепло, уменьшить влажность и сделать воздух в комнате более свежим.

Ключевые параметры приточных установок с рекуперацией

Сводные характеристики реверсивных регенераторов представлены в табл. 1.

Табл. 1. Сравнительные характеристики основных типов рекуператоров

Тип рекуператора	Температурный КПД	Влагоперенос	Перетекание	Обмерзание/ограничения
Пластинчатый перекрёстноточный	55–72 %	Нет (кроме мембранных)	0 %	Обмерзание при температуре менее –8…–5 °C (алюминий)
Пластинчатый противоточный	75–90 %	Нет (кроме мембранных)	0 %	Более склонен к обмерзанию
Роторный	75–88 %	Да, до 70 %	0,5–3 % (до 5 %)	Слабое обмерзание; перенос запахов
Энтальпийный (мембранный)	70–82 % (по энтальпии)	Да, 60–75 % влаги	Очень низкое	Нет обмерзания до –30…–25 °C
Гликолевый	45–65 %	Нет	0 %	Нет обмерзания; +15–25 % на насос
Реверсивный	До 85 %	Да	Да	Возможно обмерзание

Классификация приточно-вытяжных установок с рекуперацией тепла

Прежде чем подбирать конкретную модель, полезно понимать, в какой «системе координат» мы находимся. Классифицировать ПВУ с рекуперацией удобно по трём признакам.

По области применения:

1. Бытовые установки для квартир, коттеджей и небольших офисов — с расходами обычно от 100 до 1000 м³/ч.
2. Малые коммерческие — офисы, кафе, магазины, детские сады, с расходами от нескольких сотен до нескольких тысяч кубических метров в час.
3. Промышленные системы — производственные и складские здания, торговые центры, с расходами от тысяч до десятков тысяч м³/ч (серийные линейки доходят до 130 тыс. м³/ч).

По компоновке:

1. Настенные компактные — децентрализованные рекуператоры, монтируемые в наружную стену помещения, обслуживающие одну комнату без воздуховодов.
2. Подвесные — размещаются под потолком, за подшивным потолком или в коридоре, наиболее популярный тип для квартир и коттеджей.
3. Напольные — для технических помещений, вентиляционных камер.
4. Крышные (руфтопы) — устанавливаются на кровле, характерны для торговых и производственных зданий.

По функциональности:

1. Только рекуперация — базовый вариант, без активной обработки воздуха.
2. С догревом/охлаждением — со встроенным электрическим или водяным нагревателем, а также с секцией охлаждения (фреоновой или водяной) для летнего режима.
3. С увлажнением — для объектов с жёсткими требованиями к влажности (музеи, производства, отдельные категории общественных зданий).

Как выбрать приточно-вытяжную установку с рекуперацией тепла

Перед тем как выбрать устройство, важно понять, для чего оно вам нужно:

1. Для дома или небольшой квартиры подойдёт устройство, которое работает с объёмом воздуха от 100 до 1000 кубических метров в час.
2. Для кафе, магазина или небольшого офиса нужно устройство, которое работает с объёмом от нескольких сотен до нескольких тысяч кубических метров в час.
3. Для больших производственных помещений или торговых центров нужны устройства, которые могут работать с объёмом от тысяч до десятков тысяч кубических метров в час.

Также важно учитывать, где будет установлено устройство:

• Настенное устройство подойдёт для маленькой комнаты.
• Подвесное устройство часто используется в квартирах и коттеджах.
• Напольное устройство обычно используется в технических помещениях.
• Крышное устройство устанавливается на крыше и подходит для больших зданий.

В итоге, реверсивный регенератор тепла — это удобное и эффективное устройство для поддержания комфортного климата в доме. Он помогает сохранить тепло, уменьшить влажность и работает тихо, что делает его отличным выбором для квартир и небольших домов.