У сучасному світі, коли ефективне використання енергії стає пріоритетом, рекуператори тепла стають дедалі популярнішими як ефективний інструмент для підвищення енергоефективності будівель. Ключовим елементом цих передових вентиляційних систем є теплообмінники, які зазвичай називають рекуператорами. Які типи теплообмінників використовуються в рекуператорах тепла та чим вони відрізняються один від одного? Дізнайтеся у цій статті!
Перегляньте рекуператори у оптового продавця Onninen
Як використовувалася система рекуперації тепла в односімейних будинках?
У повсякденній мові слово « рекуператор » широко використовується вже багато років. Що ж насправді означає цей термін? Рекуператор – це вентиляційна установка з рекуперацією тепла. Спочатку рекуперація тепла використовувалася у великих вентиляційних установках з продуктивністю повітря кілька десятків тисяч, потім кілька тисяч м3/год. Законодавчі норми поступово зменшили це значення. Згідно з чинним положенням Міністра інфраструктури «Про технічні умови, яким повинні відповідати будівлі та їх розташування», пристрої для рекуперації тепла з відпрацьованого повітря повинні використовуватися в механічній вентиляції з продуктивністю повітря 500 м3/год і більше.
Тепловий ККД пристрою рекуперації тепла повинен бути щонайменше 50%. Проте, не лише чинні правові норми сприяли зростанню інтересу до використання рекуперації тепла в житлових будинках протягом останніх кількох років. Часто ККД центрального блоку в будинку не перевищує 500 м3/год. Люди дедалі більше усвідомлюють важливість якості повітря, яким ми дихаємо щодня, що, відповідно, сприяло популяризації механічної вентиляції в одноквартирних будинках.
Яку роль відіграє теплообмінник у рекуператорі?
Рекуператор (блок рекуперації тепла) складається з наступних елементів:
- Теплообмінник
- Припливний вентилятор
- Витяжний вентилятор
- Повітряний фільтр
- Випускний фільтр
- Датчики
- Електричний обігрівач
- Обхід
- Житло
Ми зосередимося на найважливішому компоненті, розташованому в рекуператорному блоці , а саме на теплообміннику. Можна сміливо сказати, що це серце пристрою. Обмінник – це місце, де відбувається обмін тепла від відпрацьованого повітря (з приміщень) до припливного повітря (зовні). Завдяки цьому ми не втрачаємо все тепло з відпрацьованим повітрям (що відбувається в типовій гравітаційній вентиляції), а значну його частину можна рекуперувати. Це дозволяє нам заощаджувати енергію, яку нам довелося б витрачати на нагрівання повітря, необхідного для вентиляції.
Важливою темою, що супроводжує процес рекуперації тепла, є рекуперація вологи, або, власне, її брак. Питання рівня вологості повітря в приміщенні часто не має високого пріоритету при виборі правильного пристрою. Вологість повітря визначає низку аспектів життя і, здається, є одним з ключових елементів, що впливають на повсякденний комфорт. Вологість повітря безпосередньо впливає на наше самопочуття, проблеми зі здоров'ям, розвиток грибків і бактерій, передачу вірусів або довговічність будівельних матеріалів. Тому типи теплообмінників, які детально обговорюються нижче, також будуть описані з точки зору цього аспекту.
Поділ та типи теплообмінників, що використовуються в установках рекуперації тепла
У вентиляційних установках з рекуперацією тепла теплообмінники займають центральне місце, відіграючи ключову роль в ефективному функціонуванні системи. Вони відповідають за передачу тепла від витяжного повітря до припливного, що допомагає мінімізувати втрати енергії та підвищити ефективність усього процесу вентиляції. Існує багато типів теплообмінників, що використовуються у вентиляційних установках з рекуперацією тепла, кожен з яких має унікальні характеристики та застосування. Що їх відрізняє?
Пластинчасті теплообмінники
Пластинчасті теплообмінники виготовляються з тонких пластин зі сталі, алюмінію, пластику або спеціальної мембрани у випадку ентальпійних теплообмінників (що рекуперують вологу). Згадані пластини створюють ізольовані один від одного припливні та витяжні канали. Потоки повітря не контактують один з одним під час проходження через теплообмінник. Тоді відбувається явище рекуперації , або рекуперації тепла. Потік теплого повітря (витяжного з приміщень) нагріває пластини теплообмінника, тоді як потік холодного повітря (що подається ззовні) поглинає тепло від нагрітих пластин. Взимку волога конденсується на поверхні теплообмінника через різницю температур припливного та витяжного повітря.
Конденсований конденсат зливається у піддон, а його надлишок частково замерзає, блокуючи проміжки, через які проходить повітря. Цей процес у народі називають обмерзанням теплообмінника. За зовнішньої температури нижче -4 °C необхідно використовувати захист від замерзання. Вентиляційні установки з пластинчастими теплообмінниками оснащені системами захисту у вигляді порожньої камери з заслінкою, розташованої поруч з теплообмінником (зазвичай називається байпасом), електричного попереднього підігрівача або алгоритмів, що регулюють роботу вентиляторів. Залежно від способу потоку повітря, пластинчасті теплообмінники поділяються на перехресно-потокові або протипотокові.
Перегляньте рекуператори у оптового продавця Onninen
Перехресний теплообмінник
Перехресно-потоковий теплообмінник сконструйований таким чином, що повітряні канали припливного та витяжного потоків розташовані перпендикулярно один до одного. Здається, що повітряні потоки перетинаються (звідси й назва). Насправді вони протікають в окремих каналах. Через відносно короткий час контакту повітряних потоків, ефективність перехресно-потокових теплообмінників нижча, ніж у протипотокових теплообмінників, і коливається від 50 до 75%. Перехресно-потокові теплообмінники найбільш схильні до обмерзання. Їхньою перевагою, безсумнівно, є простота, що виражається у вигідній ціні.
Протитечійний теплообмінник
Протитечійний теплообмінник є більш розвиненим, ніж перехресно-течійний. Це його вдосконалена версія. Основна відмінність полягає в тому, що в середній частині теплообмінника припливний та витяжний канали проходять паралельно один одному. Потоки течуть у протилежних напрямках. Завдяки цьому холодне повітря, яке проходить через останню секцію теплообмінника, нагрівається найтеплішим витяжним повітрям. Рекуператори з протитечійним теплообмінником характеризуються вищою ефективністю, ніж рекуператори з перехресно-течійним теплообмінником. Їх ефективність сягає 90%. Вони менш схильні до обмерзання, але установка все ще має ряд запобіжних заходів, спрямованих на розморожування теплообмінника взимку, коли постійно відбувається явище конденсації водяної пари. Через свою конструкцію вони дорожчі за перехресно-течійні теплообмінники.
Конденсаційний протитечійний теплообмінник
Протитечійний теплообмінник, який безповоротно видаляє конденсат за межі циркуляції повітря, називається конденсаційним протитечійним теплообмінником. Це може бути як його недоліком, так і перевагою. Приросту водяної пари, що утворюється членами домогосподарства, зазвичай недостатньо для покриття втрат, спричинених безперервною роботою механічної вентиляції. Тому взимку повітря стає сухим, що суттєво впливає на комфорт використання. У свою чергу, під час дощових та перехідних періодів наявність такого теплообмінника дозволяє осушувати повітря в будівлі.
Це також корисно на початку використання нової будівлі, коли волога ще накопичується у штукатурках та стяжках. На цьому етапі було б розумно розглянути використання припливного зволожувача повітря. Однак їхня популярність на польському ринку низька. Виробники, які пропонують зволожувач повітря, дуже часто адаптують його для роботи лише зі спеціалізованим центральним блоком свого виробництва. І з суто комерційної точки зору, їх важко в цьому звинувачувати.
Ентальпійний теплообмінник
Різниця між ентальпійним та конденсаційним протитечним теплообмінником полягає в матеріалі, з якого виготовлені пластини. У випадку ентальпійного протитечного теплообмінника пластини виготовлені з полімерної мембрани, яка є подібною до фільтра, що пропускає водяну пару. Рекуперація тепла та часткова рекуперація вологи відбувається через такий теплообмінник.
Додатковою перевагою ентальпійних теплообмінників є ширший робочий діапазон без необхідності додаткового захисту від замерзання (робота до -8°C). Тим не менш, установки з цими теплообмінниками оснащені вищезгаданими системами захисту. Рекуперація вологи взимку є доцільною та вирішує проблему сухого повітря. Однак слід пам'ятати, що вищезгадана рекуперація може відбуватися також влітку. Вологість повітря всередині приміщення тоді повинна бути вищою за вологість зовнішнього повітря.
Спіральні протитечійні теплообмінники
Варто зазначити, що існують спіральні теплообмінники з протитоком. Конструкція такого теплообмінника захищена патентною заявкою. Це унікальне рішення, реалізоване однією з польських компаній. Теплообмінник виготовлений з алюмінієвої фольги та оцинкованого листа, згорнутого спірально та сформованого у формі циліндра. Конструктивно теплообмінник розділений на два незалежні простори: припливного та відпрацьованого повітря.
Обидва простори розділені ущільненням, що забезпечує точне розділення, що дозволяє рекуперувати тепло з відпрацьованого повітря без змішування його з припливним повітрям. Спіральна конструкція теплообмінника забезпечує круговий, протитечійний та частково перехресний потік повітря. Велика поверхня теплообміну та довгий шлях повітряного потоку роблять теплообмінник морозостійким, а його ефективність перевищує 85% при співвідношенні кількості припливного та відпрацьованого повітря 1:1.
Висока морозостійкість вирізняє рекуператори тепла з цим рішенням і дозволяє використовувати їх без захисних нагрівачів на вході свіжого повітря та без систем розморожування, необхідних в інших пристроях цього типу. Відсутність необхідності використовувати попередній нагрівач для захисту теплообмінника від обмерзання за низьких температур дає помітну економію протягом року.
Роторний конденсаційний теплообмінник
Конденсаційний роторний теплообмінник виготовлений з чергуючих гофрованих та плоских алюмінієвих листів, намотаних на спеціальний циліндр (барабан). Лист створює канали, через які по черзі протікають потоки повітря, що подаються та витягуються з приміщень. Навколо теплообмінника намотується приводний ремінь, який, приводячись у рух двигуном, приводить циліндр у рух (обертання навколо власної осі). Під час обертання відбувається рекуперація енергії на основі процесу регенерації.
Процес регенерації характеризується тим, що внутрішні та зовнішні повітряні потоки контактують з однією поверхнею теплообмінника (сумішшю), що забезпечує рекуперацію тепла та часткову рекуперацію вологи. У зимових умовах, коли температура зовнішнього повітря низька, повітря, що витягується з приміщень, охолоджується до температури нижче точки роси, що призводить до конденсації конденсату. Вода осідає в каналах, а потім, в результаті обертання теплообмінника, опиняється в холодному середовищі зовнішнього повітря.
Зовнішнє повітря нагрівається, що призводить до випаровування частини конденсату, а потім до рециркуляції, таким чином частково зволожуючи свіже повітря. Процес відбувається безперервно, і конденсат не встигає замерзнути. Саме тут проявляється перевага роторних теплообмінників, оскільки вони можуть працювати за дуже низьких зовнішніх температур (-30°C) без необхідності захисту від замерзання. Недоліком, однак, є залежність від механічних компонентів (двигуна, приводного ременя тощо) та додаткове споживання енергії (необхідність додаткового джерела живлення).
Сорбційний роторний теплообмінник
Сорбційний роторний теплообмінник – це не що інше, як конденсаційний теплообмінник, оснащений додатковим гігроскопічним матеріалом, який дозволяє поглинати водяну пару з повітря. Такий теплообмінник здатний відновлювати до 90% вологи з відпрацьованого повітря. Поглинання водяної пари з повітря відбувається як взимку, так і влітку, і не базується на явищі конденсації. Використання цього типу теплообмінника добре працюватиме в приміщеннях з низькою вологістю повітря, а впровадження ще одного теплообмінника (конденсаційного роторного або ентальпійного протитечійного) не принесе задовільних результатів через занадто низьку рекуперацію вологи.
Що врахувати при виборі рекуператора?
Вибору рекуператора має передувати базовий аналіз потреб людей, які користуються вентильованими приміщеннями. Для офісних приміщень ми вибиратимемо пристрій інакше, ніж для житлового будинку. Коли йдеться про односімейні та багатоквартирні будинки, завжди необхідно враховувати, що кожна сім'я унікальна, має різні звички та способи функціонування, що тісно пов'язано з утворенням вологоприросту. Вологоприріст має мати ключове значення при виборі правильного рішення для рекуперації енергії.