Приточно-вытяжные установки с рекуперацией тепла для частного дома

Вопрос повышения энергоэффективности обязательно рассматривают при проектировании и капитальном ремонте частных жилых домов. Приточно-вытяжная установка в системе вентиляции — одно из эффективных решений для экономии на оплате энергоресурсов.

Типы вентиляционных систем

Смена воздуха в жилых и подсобных помещениях, на кухне и в санузле — обязательное условие для поддержания здорового микроклимата.

Вентиляция бывает естественной и принудительной.

В первом случае потоки чистого воздуха поступают извне и удаляются в атмосферу за счёт физических процессов тяги в высокой трубе.

Зимой в дом через окна, двери, приточные каналы поступает холодный воздух, а покидает помещения нагретый до комнатной температуры — таким образом до 15% энергии тратится впустую на обогрев улицы.

Принудительные системы для циркуляции потоков используют вентиляторы, установленные в каналах подачи или удаления воздуха.

В приточно-вытяжной вентиляции оба процесса проходят принудительно.

Принцип работы систем с рекуперацией

Вентиляция с рекуперацией работает по простой схеме:

1. В удобном для монтажа и обслуживания месте устанавливают рекуператор — теплообменник, к которому присоединяют приточный и выводной вентиляционный каналы.
2. Тёплый комнатный воздух из помещения нагревает холодный, поступающий извне.
3. Подогретые чистые воздушные массы нагнетаются в дом.
4. Далее процесс повторяется.

Экспериментально проверено, что при температуре удаляемого воздуха 23°С и поступающего извне -20°С, в лучших образцах рекуператоров входящие потоки прогреваются до 18°С. Таким способом достигается экономия энергоносителей.

Холодный и загрязнённый воздух в рекуператоре не смешиваются — в здание поступает чистый воздух с улицы.

Для повышения коэффициента полезного действия в разных условиях эксплуатации разработано большое разнообразие моделей рекуператоров.

Конструкционные особенности

Классификацию теплообменников проводят по различным признакам:

• техническим характеристикам;
• способу размещения;
• материалу корпуса и внутренних элементов;
• принципу действия;
• конструкции рабочих элементов;
• физической среде, используемой для теплообмена;
• схеме автоматизации и управления.

Выбор проводят после тщательного анализа всех особенностей.

Место установки аппаратуры

Выбирая место установки основного блока рекуператора, учитывают, где установлены вентиляторы или насосы. Шум, создаваемый устройством, может оказаться большой помехой.

Не монтируют рекуператоры над спальнями и детскими.

По способу монтажа выделяют напольные и подвесные аппараты, на выбор влияет поверхность. Если нет прочных капитальных стен, лучше остановиться на модели, устанавливаемой на пол.

Подвесные устройства можно скрыть за подвесным потолком, но такие решения подходят для производственных зданий. Вибрация, создаваемая вентилятором и корпусом, передаётся и усиливается строительными конструкциями.

Корпус теплообменника может быть горизонтальным и вертикальным. На технические характеристики это не влияет, но позволяет подобрать модель для удобного подключения воздуховодов. Чем меньше углов и поворотов, тем меньше шум от потоков воздуха и меньше энергии тратиться на перемещение воздушных масс вентиляторами.

Типовые схемы построения

Все рекуператоры условно делят на модели непосредственной передачи тепла и устройства с промежуточным теплоносителем.

К первому классу относят теплообменники:

• камерный;
• роторный;
• пластинчатые перекрёстноточный и противопоточный;
• трубчатый.

В устройства с промежуточным теплоносителем используют фреон или водяно-гликольную жидкость.

Камерный

Устройство состоит из двух изолированных камер. Потоками автоматически управляет подвижная заслонка.

На первом этапе тёплый воздух направляется в камеру №1, при этом происходит нагрев стенок. Через определённое автоматикой время заслонка меняет потоки воздуха — уличный направляется в прогретую камеру и там нагревается, а комнатный в это время в камеру №2.

Процесс циклически повторяется по мере прогрева-охлаждения отсеков. КПД устройств не превышает 50 – 60%.

Роторный

Теплообменником в приточно-вытяжной установке с рекуператором роторного типа служат пластины, прикреплённые к колесу. Вал медленно вращается в барабане, ось совпадает с потоками воздуха. Барабан разделён на две части, по одной из которых движется квартирный воздух, по другой уличный. Крыльчатка колеса, перемещаясь в первом сегменте, нагревается. Далее, посредством вращения нагретые лопасти перемещаются в другую часть барабана, где отдают тепло уличному воздуху.

Аппаратура регулирования позволяет отключать режим нагрева в тёплое время года. КПД установки около 80%.

Недостаток модели — техническая невозможность полностью разделить потоки — около 5% воздушных масс перемешивается. Особенность не позволяет использовать устройства такого типа в помещениях, где СНиП установлены предельно допустимые величины загрязнений.

Пластинчатый

Выпускают модели двух типов: противоточный и перекрёстноточный, название зависит от направления движения воздуха.

Накапливают и отдают тепло алюминиевые пластины, из которых сформированы узкие направляющие каналы.

Схема изготовления позволяет добиться перемешивания воздушных масс на уровне около 0,1%, что служит основанием считать устройство герметичным.

Эффективность противоточных рекуператоров напрямую зависит от геометрических размеров. Громоздкая аппаратура имеет высокую стоимость и для частных домов применяется редко.

В перекрёсноточных теплообменниках потоки воздуха пересекают устройство перпендикулярно.

Наибольшей эффективностью при небольших габаритах отличаются перекрёстно-противоточные рекуператоры. Большое количество составных элементов снижает механическую прочность, поэтому такие агрегаты используются только при небольших перепадах давления.

Трубчатый

Конструктивно выполнен из одной трубы большого диаметра, внутри которой находится множество трубок меньшего сечения.

Тёплые потоки, проходя через тонкие трубки, нагревает их. От стенок нагревается поток уличного воздуха, который посредством нагнетательного вентилятора поступает в дом.

Вентиляция с фреоновым рекуператором

Фреоновые рекуператоры относятся к классу устройств с промежуточным теплоносителем.

В основе работы лежат два физических принципа:

• изменение агрегатного состояния фреона при циклах нагревания-остывания — теплоноситель, остывая, переходит в жидкое состояние и превращается в газовую фракцию при нагревании;
• свойство газа оказываться выше жидкости из-за разного удельного веса.

Конструкция представляет собой множество кольцевых трубок, заполненных хладагентом-фреоном.

Трубки проходят через каналы вентиляционной установки, причём вытяжной канал должен быть всегда ниже приточного. Тёплый воздух нагревает нижнюю часть трубок, фреон закипает и поднимается в верхнюю полость, через которую проходит уличный холодный воздух. В верхней камере фреон в трубке отдаёт тепло, сам при этом охлаждается, переходит в жидкую фракцию и опускается по трубке вниз.

Преимущества фреоновой системы:

• отсутствие компрессоров для перекачки теплоносителя, а значит высокая надёжность устройства;
• полное отсутствие перемешивания чистого и загрязнённого воздуха, которое достигается уплотнением мест перехода трубок через стенки камер.

Канальный рекуператор с промежуточным теплоносителем

Устройство состоит из двух теплообменников, которые можно разносить на большие расстояния.

Аппаратура подходит для реконструкции систем вентиляции, в конструкцию которых изначально не закладывалась возможность теплообмена.

Алгоритм работы:

1. Воздух вытяжного канала проходит сквозь теплообменник, состоящий из трубок, по которым циркулирует этиленгликолевая жидкость.
2. Теплоноситель посредством циркуляционного насоса перекачивается в такой же радиатор, установленный в приточном канале.
3. Жидкость отдаёт тепло проходящему через решётку радиатора приточному воздуху.
4. Процесс перекачивания происходит непрерывно.

Для регулирования степени теплообмена между транспортирующими трубками установлены клапаны. По принципу это похоже на схему регулирования теплоотдачи радиаторов отопления.

При любой схеме построения рекуператоров в устройстве образуется конденсат. Для его удаления обязательно предусматривают ёмкость для сбора и пути дальнейшей утилизации за пределы дома или в систему канализации.

Основные элементы вентиляционных систем

Вентиляция с рекуперацией тепла в частном доме состоит не только из блока теплообменника.

В состав системы входят:

• защитные решётки;
• воздуховоды;
• клапаны;
• вентиляторы;
• фильтры.
• органы автоматизации и управления.

Решётки предохраняют от случайного попадания в систему крупных предметов, птиц и грызунов, которые могут стать причинами аварий. Такой вариант возможен, когда посторонний предмет попадает на крыльчатку вентилятора. Последствием могут быть:

• деформированные лопасти и повышенный уровень вибрации (шума);
• заклинивание ротора вентилятора и сгорание обмоток электродвигателя;
• неприятный запах от погибших и разлагающихся животных.

Общее сечение отверстий решётки не должно быть значительно меньше сечения воздуховодов, это приводит к снижению производительности всей системы.

Воздуховоды и фасонные части (повороты, тройники, переходники) покупают одновременно, стараются приобретать изделия одного производителя. Разница в размерах приводит к зазорам в местах соединений, нарушению движения потоков и завихрениям.

Не используют для вентиляции с рекуператором гофрированные воздуховоды, создающие сопротивление потокам воздуха и повышенный шум при работе.

Воздушные клапаны нужны для временного изменения параметров движения воздуха, например, с их помощью можно перекрыть вводной канал в особо морозный период времени, когда рекуператор не справляется с подогревом воздуха до необходимой температуры.

Фильтры устанавливают во все модели вентиляции с рекуперацией. Они защищают аппаратуру от уличной пыли и пуха деревьев, которые быстро забивают теплообменники.

Вентиляторы могут быть встроены в блок рекуператора или устанавливаются в каналы. При расчётах обязательно определяют необходимую мощность устройства.

Нельзя экономить на покупке вентиляторов — дешёвые некачественные изделия не предназначены для долговременной работы. По мере износа вентиляторы издают шум, приводят к вибрациям составных частей вентиляции, что доставляет дискомфорт при нахождении в помещениях.

Регулирование микроклимата

Рекуператор — это составная часть общей системы приточно-вытяжной вентиляции. Работа системы не может быть настроена один раз и не меняться в течение всего периода эксплуатации.

Режимы меняют в зависимости от времени года, температуры воздуха и силы ветра, желаемых параметров климата в комнатах.

В состав систем управления входят:

• Датчики температуры, влажности, задымлённости установленные в помещениях и внутри аппаратуры. По командам от датчиков включаются или выключаются вентиляторы, другая регулирующая аппаратура.
• Исполнительные механизмы и их приводы, управляющие работой клапанов, заслонок, задвижек.
• Устройства управления работой вентиляторов, насосов, скоростью вращения роторных пластин.
• Контроллеры управляющих устройств, анализирующие обстановку в доме, регуляторы напряжения для стабильной и точной работы аппаратуры.
• Блоки резервного питания на случай отключения электросети.

Основные функции систем управления:

• регулирование температуры приточного воздуха с учётом параметров микроклимата, наружных условий, показаний датчиков;
• контроль и изменение интенсивности температуры потоков до и после теплообменника;
• управление качеством воздуха, в том числе содержанием СО2;
• защита от обмерзания рекуператора;
• управление работой вентиляторов;
• отключение приточной вентиляции в случае пожара и включение системы дымоудаления;
• контроль состояния и выдача информации о состоянии фильтров.

Щиты управления создают индивидуально, учитывая условия эксплуатации, размеры постройки и требования владельцев недвижимости.

Правила выбора

Главным критерием при выборе установки является её производительность. Самостоятельно сделать расчёты очень сложно, поэтому лучше обратиться к специалистам.

Параметры, которые важны при выборе:

• Коэффициент полезного действия, который говорит о том, как перераспределяется температура потоков, а не экономия тепла. Реальные цифры приближаются к 65–80%. Заявления про 90% и выше не больше чем маркетинговые ходы. Через вентиляцию теряется около 15% тепла, поэтому цифры про 50% экономии энергоресурсов не могут быть правдой.
• Материал корпуса и его толщина — устройства из тонкого металла подвержены вибрациям и повышенному шуму.
• Достоверная информация о производительности вентиляторов, её необходимо выбирать с запасом около 20%. На максимальной указанной в паспортах мощности вентилятор перестаёт создавать давление, необходимое для циркуляции воздуха.
• Состав и характеристики систем автоматики, период работоспособности при отключении электроэнергии.
• Дополнительные возможности автоматики для управления кондиционером, увлажнителем воздуха, электрообогревателем (при необходимости).

Вентиляционная установка с рекуператором, правильно выбранная и настроенная, позволит снизить счета на оплату энергоресурсов на 10–15%. Ждать большей экономии не имеет смысла. В то же время комфорт в частном доме или квартире заметно повысится. Комплектующие известных фирм работают долго и безотказно при правильном расчёте и соблюдении правил монтажа.