Вентиляция с рекуперацией: устройство, оценка эффективности, самостоятельное изготовление

Что это за устройство – рекуператор тепла? Как работает энергосберегающая приточно-вытяжная вентиляция – вентиляция с рекуперацией пластинчатыми или роторными агрегатами? Насколько быстро окупится покупка рекуператора? Можно ли изготовить его своими руками? Попробуем ответить на эти вопросы.

Рекуператор для системы вентиляции.

Что это такое

Принцип работы

Говоря несколько упрощенно, перед нами обычный теплообменник. Он отбирает часть тепла у отработанного воздуха, удаляющегося через систему вытяжной вентиляции, и отдает это тепло воздушному потоку в приточном канале. Цель довольно очевидна: вентиляция дома с рекуперацией тепла призвана сократить расходы на отопление жилья.

Уточним: в летнюю жару рекуперация снизит и расходы на кондиционирование воздуха. Теплообменник способен работать в обе стороны: тепло отдается как от вытяжного канала приточному, так и от приточного вытяжному.

Проблемы

Потенциальных проблем, связанных с рекуперацией, не так уж много.

Часть из них обычно решает производитель, часть является головной болью потенциального покупателя.

• Конденсат. При прохождении отработанного воздуха через относительно холодный теплообменник на нем неизбежно будет конденсироваться влага. Хуже того: при температурах существенно ниже нуля оребрение будет обмерзать, катастрофически снижая эффективность работы устройства.
• Энергоэффективность. Практически все вентиляционные установки с рекуперацией тепла энергозависимы. Очевидно, что их покупка будет осмысленной лишь в том случае, если они будут экономить существенно больше энергии, чем тратить.
• Период окупаемости. Если он превышает 10-12 лет – рекуператор становится сомнительным приобретением: за это время, как правило, какие-то части конструкции (как минимум вентиляторы) потребуют замены, что увеличит накладные расходы. Период окупаемости в 20 лет однозначно говорит о том, что покупка бессмысленна.

Варианты исполнения

Как может работать рекуперационная система вентиляции? Перечислим основные схемы с их кратким описанием.

Пластинчатая

Вытяжной и приточный каналы проходят через общий корпус, разделенный перегородкой. Перегородка пронизана пластинами теплообменника – чаще всего алюминиевого, реже – медного.

Работа пластинчатого теплообменника.

Справка: медь обладает вдвое большей теплопроводностью, но стоит заметно дороже алюминия.

Тепло переносится между каналами за счет теплопроводности пластин. Очевидно, что в этом случае проблема конденсата встанет в полный рост. Как она решается?

Рекуператор снабжается простеньким датчиком обледенения (как правило, термическим), по сигналу с которого реле открывает клапан – байпас. Холодный воздух с улицы начинает поступать в обход теплообменника; теплый поток в вытяжном канале быстро растапливает лед на поверхности пластин.

Этот класс устройств относится к низшей ценовой категории; розничная стоимость практически линейно зависит от размеров воздуховода. Приведем цены украинского онлайн-магазина “Розетка” на момент написания статьи:

Модель	Размер вентканала	Цена
Vents ПР 160	Диаметр 160 мм	20880 р.
ПР 400х200	400х200 мм	25060 р.
ПР 600х300	600х300 мм	47600 р.
ПР 1000х500	1000х500 мм	98300 р.

С тепловыми трубками

Устройство рекуператора полностью идентично описанному выше. Разница – лишь в том, что пластины теплообменника не пронизывают перегородку между каналами; они напрессованы на проходящие через перегородку тепловые трубки.

Справка: тепловая трубка – энергонезависимое приспособление для переноса тепла. Фреон испаряется на более теплом конце герметичной медной трубы и конденсируется в более холодном конце; конденсат возвращается по капиллярному фитилю.

Тепловая трубка.

Благодаря тепловым трубкам части теплообменника могут быть разнесены на некоторое расстояние.

Роторная

На границе между приточным и вытяжным каналами медленно вращается ротор с пластинчатым оребрением. Нагретые в одном из каналов пластины отдают тепло во втором канале.

Роторный рекуператор.

Что дает роторная рекуперация тепла в системах вентиляции в практическом плане?

Увеличение КПД с 40-50%, характерных для пластинчатых устройств, до 70-75%.

Решение проблемы конденсата. Влага, осевшая на пластинах ротора в теплом воздухе, полностью испаряется при передаче тепла холодному воздушному потоку. Заодно решается проблема низкой влажности зимой.

Увы, схема имеет и несколько недостатков.

Большая сложность конструкции означает снижение отказоустойчивости.

Для сырых помещений роторная схема не подходит.

Камеры рекуператора разделены негерметичной перегородкой. Раз так – запахи из вытяжного канала могут попадать в приточный.

Промежуточный теплоноситель

Для передачи тепла используется классическая система водяного отопления с циркуляционным насосом и конвекторами. Сложность и довольно низкий КПД (обычно не более 50%) оправдывают себя лишь в тех случаях, когда приточный и вытяжной каналы в силу архитектурных особенностей строения разделены значительным расстоянием.

Схема с теплоносителем.

Исследование эффективности

Насколько оправдана рекуперация воздуха? Объясним это на примере небольшого исследования частного дома.

Дано

• Подсчитано, что через вентиляцию зимой уносится примерно 25 – 35% тепла. Возьмем среднее значение – 30%.
• Обитаемый зимой этаж дома круглосуточно отапливается одним инверторным кондиционером с номинальной эффективной тепловой мощностью 3,2 КВт. Средняя реальная потребляемая мощность, судя по показаниям счетчика, составляет около 500 ватт.

Схема работы кондиционера на нагрев.

Уточним: место действия – Севастополь со средней температурой января +3,5 градуса. Понятно, что в более холодных регионах расход энергии на отопление будет куда больше, да и сама возможность использования воздушного теплового насоса окажется под вопросом.

• При использовании пластинчатого рекуператора энергозатраты на его работу будут ограничены потреблением электричества парой канальных вентиляторов общей мощностью около 30 ватт.
• КПД рекуперации примем за вполне реальные 40%. Продолжительность отопительного сезона, в течение которого она будет обеспечивать сколь-нибудь эффективную экономию – с ноября по март, 5 месяцев.

Важно! КПД будет снижаться при падении дельты температур между помещением и улицей; однако для упрощения расчетов мы игнорируем этот факт.

Расчет

Давайте подсчитаем среднемесячную экономию, которую обеспечит простейший рекуператор, и период его окупаемости при стоимости в 20000 рублей.

Поскольку лишь 30% тепла уносится вентиляцией, будет вполне логичным умножить на 0,3 среднее потребление электричества кондиционером. Мы получим то количество энергии, которое бесполезно улетает в вентканал. 500*0,3=150 ватт.

Эффективность рекуперации мы условились взять равной 40%. 150*0,4=60 ватт.

Принудительная вентиляция съест 30 из них. В полезном остатке – 60-30=30 ватт. Это та постоянная электрическая мощность, которую сэкономит рекуператор в отопительный сезон.

Канальный вентилятор Вентс 100 ВКО Турбо. Потребляемая мощность – 16 ватт.

За месяц мы сэкономим 30 ватт/час*24 часа *30 дней = 21600 ватт. При текущей стоимости киловатт-часа в Крыму в 1,64 рубля ежемесячная экономия в отопительный сезон составит 21,6*1,64=35,424 рубля.

За пять месяцев отопительного сезона будет сэкономлено 35*5=175 рублей. Поскольку летом, при минимальной дельте температур с улицей, рекуператор практически не будет работать, именно эту сумму можно смело считать экономией за весь год.

Период окупаемости (заметьте, без учета стоимости монтажа) составит, таким образом, 20000/175=114 лет (при условии неизменных тарифов на электричество, что нереально).

Выводы, думается, очевидны.

Очумелые ручки

Как снизить расходы на покупку? Может ли быть создана система вентиляции с рекуперацией тепла своими руками из подручных материалов?

Инструкция довольно проста.

Простейший рекуператор из алюминиевых трубок.

Нарезаем алюминиевые трубки диаметром 10 мм.

Вырезаем две пластины из листового алюминия толщиной 4 мм и сверлим в них отверстия под наружный диаметр трубок.

Собираем теплообменник на силиконовом герметике и помещаем его в сборку из вентиляционной трубы и трех тройников.

На фото – собранный теплообменник.

 

Устанавливаем канальные вентиляторы таким образом, чтобы организовать воздушные потоки в направлениях, указанных в схеме.

Примерно так.

Заключение

Надеемся, что знакомство с концепцией экономии тепла за счет рекуперации и приведенные расчеты помогут читателю.

Как всегда, в видео в этой статье  он найдет дополнительные тематические материалы. Успехов!