Почему естественной вентиляции пора в архив

Цель - снижение энергозатрат и прежде всего на отопление помещений. Но для создания комфортных условия проживания и работы человеку кроме тепла так же необходим свежий воздух. С этой задачей благополучно справлялись системы естественной вытяжной вентиляции до недавнего времени. Такая система предполагает наличие каналов для отвода отработанного воздуха, а непрерывный приток подразумевается  через неплотности и щели дверных и оконных проемов. Установка герметичных стеклопакетов резко снижает эффективность такой системы вентиляции. Конечно, для отдельных категорий помещений, например с установленным газовым оборудованием, дополнительный приток обеспечивается отдельным каналом, но это не влияет на комфорт в жилых.

Второй недостаток естественной вытяжки - дополнительные энергозатраты на подогрев приточного воздуха в холодный период. А это от ½ до ⅔ года, когда потребитель буквально платит за отопление улицы. Немногим лучше ситуация в жаркий период, когда за окном температура сильно выше комфортной в помещении и работают системы кондиционирования.В дополнение ко всему воздух может поступать загрязненный, а сама система практически не регулируется и не контролируется.

Обеспечить требуемый воздухообмен и привести температуру приточного воздуха ближе к комфортной помогают системы вентиляции с рекуперацией. Внутри рекуператора потоки воздуха разделены пластинами теплообменника, через которые зимой приточный воздух подогревается, а в жаркое время остывает.

Рис.1 Принцип работы перекрестного пластинчатого рекуператора.

По такому принципу работают как пластинчатые так и роторные рекуператоры для вентиляционных систем.

Пластинчатые рекуператоры имеют простую и технологичную конструкцию, однако обладают одним недостатком. При отрицательных температурах со стороны выхода вытяжного воздуха на пластинах обильно выпадает конденсат, который замерзает и уменьшает пропускную способность устройства. Решение в виде дополнительного клапана-байпаса позволяет временно перенаправить приточный воздух в обход теплообменника, позволяя разморозить наледь. Затем приток снова направляется через рекуператор. Такой подход несколько усложняет конструкцию необходимостью дополнительных систем контроля и автоматики. В период переключения воздух в помещение поступает без подогрева, но пластины размораживаются быстро, а оттаявшая вода удаляется через дренажную систему.

Этот недостаток устраняется применением в теплообменнике пластин из гигроскопичных материалов. Влага из вытяжного воздуха впитывается в перегородки и переходит в зону приточного воздуха увлажняя его. Это дополнительно оказывает положительное влияние на микроклимат в помещении. Такое решение позволило исключить из конструкции клапан-байпас и дренажную систему, но ограничило ее применение в помещениях с повышенной влажностью, например в бассейнах. Для них применимы пластинчатые рекуператоры из алюминия.

Рис.2 Изменение температур воздушных потоков в противоточном пластинчатом рекуператоре.

КПД таких рекуператоров достигает 90%, то есть приточный воздух на 90% нагревается за счет теплоты вытяжного воздуха. Дополнительная установка в систему маломощного (1-2 кВт) электрического или водяного калорифера позволяет полностью нагреть приточный воздух до комнатной температуры.

Рассчитать температуру приточного воздуха после рекуператора можно по простой формуле:

t = (tвнутр. - tвнеш.)*КПД + tвнеш.

где:

tвнутр.  - температура воздуха внутри помещения, ℃

tвнеш. - температура уличного воздуха, ℃

КПД - коэффициент полезного действия, %

Например для зимы при температуре в помещении +20℃, на улице -20℃ и КПД рекуператора 80% температура приточного воздуха составит:

t = (20 - (-20)*0.8 + (-20) = 12℃

Расчет для лета при температуре внутри +21℃, на улице +32℃ и том же КПД:

t = (21-32)*0.8 + 35 = 26.5℃

Устройство эффективно как на подогрев зимой так и на охлаждение летом.

Главной рабочей частью роторного рекуператора является алюминиевый цилиндрический ротор, лопасти которого при прохождении через пространство вытяжного воздуха нагреваются а затем отдают тепло приточному при прохождении его зоны при вращении. При этом на лопастях при попадании холодных лопастей в теплое пространство так же выпадает конденсат, который затем переносится в приточное пространство, увлажняя воздух.

Рис.3 Изменение температур воздушных потоков в роторном рекуператоре.

Роторная конструкция лишена недостатка пластинчатой - обмерзания. и позволяет регулировать интенсивность работы в широком диапазоне за счет изменения частоты вращения ротора.

Описанные конструкции рекуператоров обладают своими достоинствами и недостатками.

Главным преимуществом пластинчатого рекуператора с алюминиевым теплообменником является его относительно низкая цена. Конструктивное преимущество - исключение смешивания вытяжного и приточного потоков воздуха. Недостаток - невысокая производительность при отрицательных температурах из-за необходимости оттаивания.

Пластинчатый рекуператор с пластиковым теплообменником по заверению производителей в дополнение к предыдущему имеет более высокий КПД.

Пластинчатый рекуператор с теплообменником из гигроскопичной целлюлозы. несмотря на фактически бумажные перегородки, полностью изолирует потоки воздуха и позволяет увлажнять приточный воздух за счет вытяжного. Теплообменник практически не подвержен обмерзанию, хотя небольшая вероятность все же сохраняется. Эта опасность исключается дополнительными антиобледенителями с низкой потребляемой мощностью. Главный недостаток - невозможность установки во влажных помещениях и использование для осушения. Наибольшее применение нашли для жилых помещений квартир и домов.

Роторный рекуператор обладает высоким КПД и низким потреблением энергии. Однако встречные воздушные потоки в нем разделены не идеально и незначительно смешиваются, что является его недостатком. Ко всему система довольно дорогостоящая и из-за наличия в конструкции сложной механики также не рекомендуется к установке во влажных помещениях.

Достоинства и недостатки всех систем не единственный критерий выбора, который будущий пользователь может сделать сам. Но все же рекомендуется квалифицированное проектирование таких инженерных систем от которого зависят как эффективность их работы так и последующие затраты на обслуживание. В конечном итоге затраты на проектирование окупаются последующим комфортом и спокойствием относительно надежности и безопасности.

Критерии подбора оборудования аналогичны как и для выбора решений других инженерных систем. Это известность производителя, его опыт в конкретных решениях и репутация на рынке. Соотношение цены и качества. Требуемые технические характеристики на основании исходных данных. Производительность рассчитывается по точным параметрам обслуживаемых помещений. Конструкция и мощность учитывают место установки, общую протяженность и геометрические параметры и всех воздуховодов, которые влияют на суммарное аэродинамическое сопротивление системы. Также нужно принимать во внимание все дополнительное оборудование, которое возможно включить в систему: увлажнитель или осушитель, калорифер, защитные насадки на воздуховоды, заслонки и разделители потоков. Так же важен класс энергопотребления как рекуператора, так и всего оборудования, чтобы рассчитать затраты на эксплуатацию по сезонам и экономическую эффективность установки вентиляции.

Так же важен заявленный и реальный коэффициенты полезного действия рекуператора  Общий КПД установки будет зависеть от многих параметров: разница температур внутреннего и наружного воздуха, его влажность, конструкция и тип теплообменника, общая компоновка системы и правильность размещения всего оборудования. Если говорить о КПД разных типов рекуператоров, то для пластинчатого теплообменника из гигроскопичной целлюлозы он составляет в среднем 60-70%, а исключение и так редкого обмерзания решается временным снижением производительности. Пластинчатый алюминиевый теплообменник имеет высокий - до 65% - КПД, но рекуператор с ним будет менее эффективным из-за необходимости оттаивания. Суммарно КПД составит 40-45%.

Роторный рекуператор обладает высоким - до 85% - КПД и гораздо меньшим по сравнению с пластинчатыми аэродинамическим сопротивлением, что приводит к мнимальным падениям давления в системе.

Что в итоге? Современные технологии и материалы в первую очередь способствуют повышению энергоэффективности в строительстве. Это в свою очередь приводит к поиску новых решений и эволюции казалось бы простых инженерных систем, таких как общеобменная вентиляция.