Слово «рекуператор» происходит от латинского «recuperatio», что означает «возвращающий, получающий обратно». Это определение характеризует основное назначение рекуператоров — теплообмен. В нашем случае это теплообменник, зимой возвращающий тепловую энергию, утекающую из помещения с удаляемым воздухом, а летом препятствующий проникновению жары с приточным воздухом.
Рекуператоры являются эффективным и экономичным средством регулировки микроклимата в помещении. Рекуператоры бывают разные, поэтому каждый может выбрать себе модель, оптимально подходящую под те или иные условия работы.
Описание рекуператоров воздуха
Не вдаваясь в технологические подробности, принцип работы рекуператоров воздуха заключается в следующем: когда с улицы поступает, к примеру, холодный воздух, то, проходя через рекуператор, он обогревается выходящим из помещения тёплым воздухом. В тёплое время года наоборот, нагретый воздух с улицы будет охлаждаться более холодным воздухом из помещения.
Примечательно, что создание необходимого микроклимата в помещении при помощи рекуператоров тепла позволяет экономить до 40% электроэнергии, по сравнению с затратами на вентиляционную систему отопления или кондиционирования. Это особенно актуально в нашей стране, где суровыми зимними вечерами практически в каждой квартире работают обогреватели, расходующие непомерно много электричества. Возможно, именно поэтому вентиляционные рекуператоры воздуха в последнее время пользуются стабильным спросом на российском рынке.
Виды рекуператоров
Существует несколько видов рекуператоров, это:
- тепловые трубы;
- рекуператоры с промежуточным теплоносителем;
- пластинчатые рекуператоры;
- роторные рекуператоры.
Тепловые трубы — это рекуператор воздуха, состоящий из заполненных фреоном закрытой системы трубок. Проходя через трубки, удаляемый воздух отдаёт своё тепло фреону, который испаряется. Через некоторое время приточный воздух вновь превращает конденсат в жидкость. Простая, и, одновременно действенная конструкция рассматриваемых вентиляционных рекуператоров популяризировала их во многих областях жизнедеятельности человека, начиная от радиоэлектроники, и заканчивая исследованиями космоса. В настоящий момент усовершенствования технологических особенностей тепловых труб продолжаются, что позволяет получать новые, более действенные модели рекуператоров.
Рекуператоры с промежуточным теплоносителем имеют два теплообменника (один из них расположен в проточном канале, а другой — в вытяжном), между которыми циркулирует промежуточный теплоноситель, чью роль чаще всего выполняет незамерзающая жидкость — этиленгликоль. Удаляемый воздух нагревает теплоноситель, а он, в свою очередь, передаёт тепло приточному воздуху. Подобный вид рекуператоров используют, в основном, в системах, где расстояние между вытяжной и приточной установкой слишком большое.
Пластинчатый рекуператор — это устройство, включающее в себя систему каналов, состоящую из алюминиевых пластин определённой толщины (это обеспечивает оптимальный показатель КПД), через которые проходят два перекрёстных несмешиваемых потока воздуха. Кроме того, толщина пластин позволяет без проблем производить очистку рекуператора водой и сжатым воздухом, а также обеспечивает долговечность конструкции. Принцип работы пластинчатых рекуператоров заключается в том, что удаляемый воздух, двигаясь по чётным каналам, отдаёт своё тепло приточному воздуху, который движется по остальным каналам.
Роторные рекуператоры воздуха состоят из алюминиевого ротора, приводимого в движение специальным редуктором, вмонтированного в стальной корпус. Работают роторные рекуператоры следующим образом — потоки вытяжного и проточного воздуха проходят через вращающийся ротор, обмениваясь, таким образом, теплом. Роторные рекуператоры тепла — одни из самых популярных моделей, потому что они неприхотливы в эксплуатации и справляются со своими функциями с эффективностью до 85%.
Принцип работы роторного (пластинчатого)рекуператора:
Так как же устроен рекуператор тепла, и каков принцип его работы? Принципиальная схема рекуператора довольно проста и представляет собой двухстенный теплообменник, в котором, не перемешиваясь, встречаются два потока воздуха — вытяжной и приточный. Из-за разности температур воздушных потоков они обмениваются между собой тепловой энергией, то есть холодный воздух нагревается, а теплый охлаждается. Кроме того, при охлаждении теплого воздуха из него удаляется влага вследствие конденсации ее на стенках теплообменника.
Рекуперация является, по сути, методом сокращения потерь через вентиляционную систему, то есть технологией энергосбережения. При помощи рекуперации можно сохранить более 70% уходящего тепла. Энергия используется повторно в одном технологическом процессе! Существуют рекуператоры различных мощностей и конструкций.
Классификация данных устройств:
- По схеме движения теплоносителей (прямоточные, противоточные).
- По конструкции (трубчатые, ребристые, роторные, пластинчатые и т.д.).
- По назначению (для подогрева воздуха, жидкостей, газов).
Роторный тип рекуператора характеризует отличный КПД (эффективность передачи тепла 80-90%), главный минус — крупные габариты. Представлен коротким цилиндром, начиненным плотно упакованными продольно расположенными слоями гофрированной, стали. Располагается такой ротор в направлении оси проточно-вытяжного устройства. Барабан рекуператора вращается, сначала пропуская через себя вытяжной теплый воздух, затем приточный холодный воздух. Происходит поочередное нагревание и охлаждение пластин, тепло отдается поступающему холодному воздуху. Роторные рекуператоры отличаются высокой эффективностью, но они достаточно громоздки. Для правильной организации приточно-вытяжной системы понадобится просторная вентиляционная камера, на рисунке представлены два типоразмера для частного(мини) и многоквартирного(мах) домов:
Рекуператор пластинчатого типа, главный минус пластинчатого рекуператора — частое обмерзание приточной стороны расположенных вне помещений пластин в зимний период Представлен кассетой, в которой каналы прохождения приточного и вытяжного воздуха разделены пластинами из листов оцинкованной стали. Потоки не смешиваются, но теплообмен неизбежен из-за того, что пластины одновременного охлаждаются и нагреваются с разных сторон. Пластинчатый воздушный рекуператор (его еще называют перекрестно-точным) довольно распространен из-за невысокой стоимости и компактной конструкции. Но есть одна особенность — высока вероятность обмерзания устройства со стороны вытяжки, если наружная температура будет достаточно низкой, из-за образования конденсата в вытяжных каналах.
Если оценивать эффективность пластинчатых рекуператоров, то КПД (эффективность передачи тепла) таких устройств — около 60%. Еще одна важная особенность — очень простое устройство теплообменника (без трущихся и подвижных деталей), в таком устройстве не применяются какие-либо потребляющие электричество элементы. Пластинчатый рекуператор, несмотря на некоторые недостатки, а именно: частое обмерзание теплообменника в холодную пору, конструктивную особенность обязательного пересечения труб обеих воздуховодов в рекуператоре, что может быть труднореализуемо, наиболее распространен для устройства приточно-вытяжной установки в домах, квартирах и гаражах. Обмерзание теплообменника решается путем периодичного включения приточного вентилятора или применением байпасного клапана.
На рисунке представлены два типоразмера для частного(мини) и многоквартирного(мах) домов:
На ряду с заводскими рекуператорами широко распространено применение самодельных агрегатов, ведь сделать рекуператор воздуха своими руками не так уж и сложно. Рассмотрим способы обустройства системы вентиляции в гараже. Вентиляция в гараже может быть естественная, комбинированная и механическая. Естественная вентиляция — это когда в гаражной стене пробивается отверстие для прохождения воздуха, а в потолок вставляется воздуховод для отведения «отработанного» воздуха. При комбинированной вентиляции приток оставляют естественным, а вытяжную трубу дополняют вентилятором, работающим от электросети для принудительного воздухообмена. Механическая(принудительная) вентиляция — самый дорогой, но в то же время и наиболее эффективный метод устройства воздухообмена. Отток воздуха и приток осуществляется принудительно, возможна конструкция с разными модулями для притока и оттока воздуха. Работа агрегатов механической системы согласована, самым дорогим модулем является устройство обеспечивающее поступление свежего воздуха. В конструкции такого устройства обязателен вентилятор, фильтры, калорифер. Рекуператор приносит в конструкцию дополнительные возможности, рассмотренные нами выше: Эффективный теплообмен. Удаление конденсата. Высокая производительность. Бесшумность. Оптимальная температура для содержания автомобиля в холодное время года +5 градусов, а использование подобной приточно-вытяжной установки с рекуператором часто заменяет использование отопительной системы.
Рекуператор своими руками:
Если вы задумали сделать пластинчатый рекуператор самостоятельно, то вам потребуется 4 м² оцинкованной жести, ее следует разрезать на пластины 20×30 см и сложить их в штабель. Пластины должны быть идеально ровными, поэтому если применяется оцинковка, удобнее будет резать стопку из трех листов болгаркой, нежели применять ножницы по металлу. Для создания дистанционного зазора между пластинами можно приклеить к ним рамки из полосок технической пробки (толщина 2 мм). Промежутки между пластинами должны быть не менее 4 мм, чтобы не было слишком большого сопротивления воздушному потоку.
Важно правильно подобрать сечение рекуператора — скорость потока воздуха должна быть равна или чуть больше 1 м/с. После укладки всего штабеля щели следует залить герметиком нейтрального состава. После высыхания герметика пластины следует положить в корпус (любая жестяная коробка подходящего размера). Корпус изготавливается из жести, в нем делаются отверстия, в которые вставляются пластиковые фланцы, диаметр которых должен соответствовать диаметру воздуховодов. Все щели герметизируются силиконовым герметиком. Короб изготавливают из ДВП или фанеры толщиной 18 мм, все стенки утепляют минеральной ватой. Суммарная площадь пластин составит 3,3 м² при производительности 150 м³ /ч, собранный таким образом рекуператор должен иметь КПД_ эффективность 50—60%:
В зимний период, при наружной температуре воздуха ниже —10°C пластинчатые рекуператоры могут обмерзать, поэтому для периодического размораживания в теплой их части необходимо установить датчик изменения давления. При обмерзании приточный воздух будет проходить через байпас, а теплообменник начнет оттаивать согреваемый вытяжным воздухом. Современному дому система приточно-вытяжной вентиляции просто необходима. Ведь лишь традиционным вентиляционным каналам на кухне и в ванной комнате поддерживать здоровый микроклимат в помещении не под силу.
Современные отделочные материалы чаще всего «не дышащие», технологии направленные на энергосбережение (производство пластиковых окон, например) позволяют получить практически герметичное помещение. Дополнительная приточно- вытяжная установка с рекуператором поможет обеспечить нормальный воздухообмен и решит проблему развития грибков и плесени, что особенно актуально для влажных помещений с плохой вентиляцией. Таким образом, рекуператор для квартиры, частного дома, и тем более, для гаража (избыточная влажность в гараже неизбежно приводит к коррозии, а выхлопные газы и пары топлива в совокупности со «спертым» воздухом губительны для здоровья человека) — это крайне необходимое устройство.
Расчёт КПД- эффективности передачи тепла рекуператором:
Во всех рассмотренных схемах cтатической рекуперации передача тепла происходит только за счет разницы температур забираемого и подаваемого воздуха и работают эффективно при большой разнице температур (Dtо =tо – tо.з),°С между наружным воздухом (tо) и воздухом в помещении (tо.з). Поэтому температура воздуха после рекуператора всегда значительно отличается от температуры воздуха в помещении. Эффективность передачи тепла (теплорекуперации) определяется по формуле:
В заключении следует отметить:
- Во-первых, применение систем со статической рекуперацией тепла в регионах с большими перепадами температур, особенно в переходные периоды года позволяет с экономить энергоресурсы до 30-35 % и окупаются затраты на такие установки в течении 3-5 лет эксплуатации.
- Во-вторых, имеются и другие системы с термодинамической рекуперацией тепла, которые используют холодильный контур с прямым расширением хладагента, установленный в вытяжную и приточную часть центрального кондиционера(вентиляционной установки).
- В-третьих, основными требованиями к техническому обслуживанию вышеуказанных систем рекуперации являются:
> Высокая степень чистоты теплообменников рекуперации (от этого зависит их эффективность), достигается постоянным контролем за состоянием воздушных фильтров и периодической их заменой.
> Минимальные потери тепла и холода (мощности теплообменников рекуперации), достигается периодическим контролем за состоянием теплоизоляции и теплообменников и воздушной балансировкой общего контура рекуперации.
> Пылесосить и вытирать пыль в секциях (камерах) вентустановок влажной тряпкой 2 раза в год.