Рекуперация тепла в системах вентиляции: принцип работы и варианты исполнения

Способы увеличения КПД

Функционирование теплообменника характеризуется тем, насколько эффективно он переносит тепло от одного агента к другому. Чтобы система была эффективной, КПД рекуператора должен быть не ниже 70%. Логика подсказывает, что КПД теплообменника можно увеличить несколькими путями:

1. Увеличить время контакта сред с разными температурами.
2. Обеспечить большую площадь контакта агентов.
3. Предварительный подогрев поступающего воздуха.

Очень хорошо, если этот подогрев удается осуществить за счет природных ресурсов.
Рекуператор воздуха своими руками сделать не так сложно. Оригинальным способом организации рекуперации является использование длинного куска трубы, закопанного на глубине порядка 2 метров. Подобный трубчатый рекуператор позволит согреть воздух зимой и охладить его летом.

Такое использование теплообменника позволяет достигнуть снижения вероятности обмерзания пластин рекуператора за счет заметной разницы температур воздуха на разных стадиях рекуперации. Дополнительные расходы на предварительный подогрев входящего потока отсутствуют. К тому же использование подогрева исключает образование росы на элементах теплообменника, способное в холодный период года привести к их обмерзанию.

Рекуператоры роторного типа. Роторный рекуператор функционирует с самым высоким КПД. В этом агрегате потоки теплого и холодного воздуха проходят в одном коробе навстречу друг другу. В коробе расположен диск с гофрированными металлическими пластинами, который конструктивно изготовлен так, что материал пластин сначала нагревается в потоке теплого воздуха, а затем, продолжая вращаться, попадает в холодный поток, где и отдает накопленное тепло.

Особенности монтажа и эксплуатации

В настоящее время реализуются рекуператоры с напольным и настенным монтажом. Существует также точечный стеновой вид, который можно установить в любом помещении, что находится по соседству с улицей и обрабатывает дымовые газы. Такие приспособления не нуждаются в дополнительных коммуникациях.

Потолочная установка оконного канального прибора позволяет мастеру спрятать все элементы технического оснащения, поэтому выглядит данное приспособление довольно аккуратно. Компактные рекуператоры характеризуются некоторой шумностью, так как функционируют недалеко от вентиляционной решетки. Напольный и настенный вид техники лучше устанавливать в техническом помещении. Этот прибор имеет хорошую производительность, но при этом крупные габариты.

По окончании данной процедуры требуется загерметизировать места соединений, а рекуператор покрыть специально предназначенным корпусом. Последний необходим для поглощения шума, а также тепловой защиты. Больше сложностей подразумевает проектирование вентиляционной системы, при условии, что в ней предусмотрена установка рекуператора.

Принудительная вентиляционная система с рекуперацией – это возможность сэкономить тепло и электрическую энергию. Особенно актуальной покупка специального воздухообменника считается для квартиры и частного дома. Такое вложение средств довольно быстро окупается, а также способствует сохранению здорового микроклимата в помещении.

Как сделать рекуператор с КПД 80 %, смотрите далее.

Принцип работы рекуператора

Внутренняя конструкция рекуператора позволяет передавать температуру от выходящего из комнаты потока, входящему с улицы холодному воздуху.

Происходит эта передача различными способами, но в любом случае, посредством дополнительного материала теплообмена, так что два потока не смешиваются (или практически не смешиваются).

Насколько эффективна работа рекуператора, будет зависеть от его конструкции, объёмов, которые он через себя перекачивает и температур за окном. Но в любом случае показатели значительные – от 50 до 91 % экономии.

Рекуператор полезен во все времена года – в мороз он возвращает тепло в дом, а летом, когда на улице становится жарче, происходит охлаждение потока и снижается нагрузка на кондиционеры.

Описание процесса

Чтобы конструкция получилась правильной и надежной, необходимо придерживаться определенного алгоритма действий. Особых знаний не понадобится, но смекалку и сообразительность проявить придется:

1. Материал укладывается на ровную поверхность, разделяется режущим инструментом на квадратные пластины со сторонами 20−30 см. Таких заготовок понадобится несколько десятков. Идеально ровными пластины получаются при использовании электролобзика.
2. Затем подготавливаются деревянные рейки, пробковый материал. Их параметры в точности должны соответствовать сторонам нарезанных предварительно квадратов. Они наклеиваются на противоположные стороны заготовок, последняя остается пустой. Процесс приостанавливается до полного просыхания клея.
3. На следующем этапе квадраты собираются в единую кассету. Каждый лист аккуратно укладывается под углом в 90° относительно предыдущего. Завершающий элемент рекуператора — неоклеенная пластина.
4. Подготовленная функциональная установка закрепляется в каркасе при помощи строительного уголка.
5. Имеющиеся отверстия, щели, обрабатываются герметиком, который предотвращает коррозийные процессы.
6. Обязательно делаются крепления, фиксирующие фланцы на сторонах кассеты с пластинами. Нижняя часть оснащается дренажным проемом, через который выводится трубка с конденсатом.
7. Корпусные стенки оснащаются направляющими, которые выполнены из прочных уголков.
8. После этого подготовленная рабочая деталь помещается в коробку, соответствующую параметрам.
9. Не стоит забывать про изоляционный материал, прокладываемый в рекуператоре. Он прочно крепится на внутренней стороне корпусных стенок конструкции.
10. Предотвращение наледи в зимнее время обеспечивается за счет монтажа датчика давления. Он обычно монтируется в зоне, через которую поступает теплый воздушный поток.
11. Завершающий этап — устройство готового к применению рекуператора в общую вентиляционную систему.

Рекуператор, собранный самостоятельно, может создать в вашем доме комфортные условия, а вы при этом сэкономите средства

Существует огромный выбор охладительных систем, устанавливаемых в жилых, производственных объектах. Но для собственных нужд вполне реально изготовление рекуператора для теплообменника самостоятельно, сэкономив при этом денежные средства.

Изготовление пластинчатого рекуператора воздуха для дома своими руками

Изготовление пластинчатого рекуператора своими руками

Рекуператор воздуха — это дорогое оборудование, рассчитанное на длительный срок использования. Срок окупаемости может варьироваться от 3–8 лет, в зависимости от начальной стоимости агрегата. При возможности устройство для рекуперации воздуха можно изготовить самостоятельно. Для этого лучше всего подойдёт конструкция на основе металлических пластин.

Плюсы и минусы

К преимуществам пластинчатого рекуператора можно отнести:

• простая и надёжная конструкция, не требующая замены рабочих элементов в ходе эксплуатации;
• простая технология монтажа без применения специализированного инструмента;
• КПД до 80% в зависимости от параметров воздуха;
• минимальные затраты энергопотребления для работы приточного и вытяжного вентилятора;
• высокий срок службы за счёт отсутствия движущихся частей и износа деталей;
• возможность модернизации путём добавления большего количества пластин.
• при отсутствии электроэнергии воздух транспортируется по системе вентиляции за счёт естественной тяги.

Главным недостатком пластинчатого рекуператора является образование конденсата на рабочих элементах. При низкой температуре воздуха влага замерзает, что приводит к падению пропускной способности вентиляции. Для решения проблемы применяются специальные устройства, которые прогревают конструкцию рекуператора.

Необходимые материалы

Материал для сборки пластинчатого теплообменника

Для изготовления пластинчатого рекуператора потребуется следующий материал:

• оцинкованный металл толщиной 0,7–1,5 мм, текстолит, полипропилен или поликарбонат общей площадью 7–8 м2;
• тонкие деревянные рейки, пробковая подложка или оргстекло толщиной 2–3 мм;
• нержавеющий металл, пластик, фанера или древесно-стружечная плита;
• пластиковый или металлический фланец для воздуховода в количестве 4 шт.;
• стальной уголок 20×20 мм;
• силиконовый герметик;
• оцинкованные саморезы.

Для равномерной циркуляции воздуха потребуется приобрести 2 вентилятора нужной мощности. В качестве фильтров можно использовать специальные бумажные изделия для вентиляции, которые требуют замены раз в 3–4 месяца.

Технология изготовления

Проклейка изоляционной прокладки на металлическую пластинку

Перед изготовлением рекуператора потребуется подготовить электролобзик, ножовку по металлу, шуруповёрт, молоток, строительный нож, перчатки и защитные очки. Технология изготовления пластинчатого рекуператора состоит из следующего:

1. Листовой металл нарезается с помощью ножовки по металлу на пластины размером 20×30, 30×30 или 30×40 см. Размер пластин зависит от габаритов и расчётной мощности рекуператора. Желательно, чтобы общая площадь подготовленных пластин была не менее 3–4 м2.

2. Из тонкой деревянной рейки или пробковой подложки нарезаются прокладки шириной 1–1,5 см. Длина равна длине пластины. Далее, из фанеры или ДСП выпиливается 2 полотна такого же размера, как и пластины.

3. На каждую металлическую пластину приклеивается три прокладки — одна по центру и две по противоположным сторонам. После приклейки все пластины собираются в стопку. Для этого каждая полоса промазывается универсальным клеем, после чего панели укладываются друг на друга.
4. При укладке каждая последующая панель поворачивается на 90о. Полученная стопка панелей аккуратно прижимается грузом. Для этого сверху укладывается прокладка из дерева, на которую можно положить груз весом 5–7 кг.

5. Стальной уголок подгоняется по высоте стопки с панелями. Всего потребуется 4 заготовки, которые прикручиваются по углам стопки. Для крепления используются оцинкованные саморезы.

6. Приступают к сборке корпуса из фанеры, ДСП, пластика или металла. Высота и длина корпуса будет равна диагонали пластинчатого элемента, а ширина — высоте стопки с пластинами. После раскройки выполняется сборка корпуса с помощью шуруповёрта и саморезом.

7. После сборки корпуса на его боковые стенки наносится разметка под монтаж фланцев. Диаметр отверстия должен быть равен сечению воздуховода. Для пропила используется электролобзик. В завершение в отверстия устанавливаются фланцы.

8. Внутри корпуса монтируются направляющие под теплообменный короб. Направляющие можно изготовить из уголка. Для фиксации направляющей к коробу используются саморезы и силиконовый герметик. После производится сборка рекуператора. Теплообменный блок помещается в корпус.

Если в корпусе предусмотрено место, то на входе воздушных потоков закрепляются бумажные или тряпичные фильтры и вентиляторы. После сборки рекуператора можно переходить к монтажу в существующую систему вентиляции.

Виды рекуператоров

На сегодняшний день применяются рекуператоры следующих конструкций:

Пластинчатый

Это самый обычный пластинчатый теплообменник: несколько пластин собраны в стопку и разделены прокладками так, что между ними образуются каналы с чередующимся направлением.

Воздуховоды подсоединяются по двум смежным сторонам, так что входящий воздух движется, к примеру, через четные зазоры между пластинами, а отходящий — через нечетные.

Потоки воздуха разделяются на множество тонких слоев, чем обеспечивается эффективный теплообмен.

КПД пластинчатого рекуператора составляет примерно 60%.

У данного теплообменника есть ряд преимуществ:

• очень простая конструкция;
• нет взаимного движения между деталями, а значит и износа вследствие трения;
• устройство работает абсолютно бесшумно;
• не требует затрат энергии;
• имеет компактные размеры.

Данный вид рекуператоров отличается низкой стоимостью.

Коаксиальный

Изготавливается так:

1. В трубу большого диаметра помещается множество тонких трубок, объединенных на входе и выходе коллекторами.
2. Через большую трубу пропускается исходящий воздух, через тонкие — входящий (уличный).

Как видно, принцип действия тот же, что у пластинчатого, но коаксиальный можно сделать очень длинным и тем самым увеличить площадь контакта между потоками.

Прочие достоинства такие же, как у пластинчатого.

И коаксиальный, и пластинчатый рекуператоры имеют важный недостаток: при сильном морозе влага в отводимом потоке конденсируется и тут же превращается в лед. Устраняют обледенение двумя способами:

• временно направляют холодный входящий воздух по байпасу в обход рекуператора, давая ему возможность отогреться;
• устанавливают электрообогреватель, который включается автоматически по сигналу датчика давления (оно увеличивается перед рекуператором из-за образования ледяной пробки).

Владельцы частных домов могут решить эту проблему более рационально: забор воздуха нужно осуществлять через длинную трубу, закопанную в грунт, который ниже глубины промерзания всегда имеет плюсовую температуру.

Сегодня некоторые производители предлагают пластинчатые рекуператоры с пластинами-мембранами, которые обладают высокой паропроницаемостью. Благодаря этому свойству, обеспечивается увлажнение поступающего свежего воздуха.

Но при покупке такого рекуператора следует учесть, что при обледенении пропитанная паром мембрана растрескается. Кроме того, поры мембраны довольно быстро забиваются пылью, так что эффект увлажнения, за который берут дополнительные деньги, имеет место лишь в самом начале эксплуатации.

Роторные

В таком рекуператоре также имеется обойма из пластин, только она вращается, так что каждая сторона пластины попеременно оказывается то во входящем потоке, то в исходящем. При этом она сначала нагревается, потом отдает полученное тепло входящему воздуху.

У роторных рекуператоров полно недостатков:

• большие размеры;
• для вращения пластин требуется электричество;
• трущиеся детали со временем изнашиваются;
• устройство издает шум;
• более высокая, по сравнению с пластинчатым рекуператором, стоимость;
• потоки воздуха не изолированы друг от друга, так что на приточке обязательно нужно устанавливать фильтр.

Роторный вариант

Но зато у роторных моделей есть очень важное преимущество: проблема обледенения решается простым уменьшением скорости вращения дисков.

Кроме того, из-за сообщения потоков в помещение частично возвращается пар, что делает воздух в нем менее сухим. КПД таких устройств составляет 80%.

С циркулирующим теплоносителем

Такой рекуператор похож на контур отопления: один радиатор устанавливается в вытяжном канале, второй — в приточном, а между ними циркулирует теплоноситель. Недостатки следующие:

• возможны утечки теплоносителя;
• система усложнена и дорого стоит из-за наличия циркуляционного насоса;
• для работы требуется электроэнергия.

Приточно-вытяжная установка Климат-035 с жидкостным рекуператором

Но зато радиаторы можно установить на любом отдалении друг от друга, так что вытяжной и приточный каналы не обязательно прокладывать рядом.

Фреоновый

Здесь также имеется контур с двумя радиаторами, но циркуляционный насос не требуется. Работает рекуператор так: фреон в нижнем радиаторе, расположенном в вытяжном канале, закипает, испаряется и в виде пара поднимается в радиатор, расположенный в приточном канале; здесь он отдает полученное тепло и конденсируется, после чего стекает в жидком виде обратно в нижний радиатор.

Преимущество в сравнении с предыдущим вариантом — в энергонезависимости. Но такой рекуператор может работать только в определенном диапазоне температур. Кроме того, вытяжной канал должен обязательно располагаться ниже приточного.

Изготовление пластинчатого аппарата своими руками

Для изготовления конструкции своими руками, необходимо подготовить материалы: ­

• оцинкованное железо, листовой алюминий, текстолит, медь, специальную бумагу или гетинакс в количестве 4 кв. м.;
• в качестве прокладки между платинами рекуператора требуется техническая пробка, толщиной 0,2 см или рейка; ­
• силиконовый герметик; ­
• для изготовления корпуса потребуется коробка из металла или фанеры; ­
• датчики, фиксирующие перепад давления;
• уголок для стоек;
• минеральная вата в качестве изоляционного материала;
• метизы;
• электролобзик.

Процесс изготовления:

1. С помощью лобзика заготовленные листы разрезаются на квадратные заготовки со стороной 20-30 см. Нужно стараться, чтобы все квадраты получились одинаковыми. Их количество должно составлять 70 штук.
2. К противоположным сторонам квадратов приклеивается рейка, которая по длине равна стороне. Свободным остается только последняя заготовка.
3. Все пластины соединяются в кассету. Свободная заготовка является последней в конструкции.
4. При помощи уголка формируется вокруг кассеты каркас.
5. При помощи силиконового герметика обрабатываются все швы.
6. Корпус оснащается для фиксации фланцев специальным креплением. В нижней части изготавливается отверстие. Здесь располагается трубка для отвода конденсата.
7. Чтобы кассета легко изымалась для проведения ремонта, в корпусе из уголков изготавливаются направляющие.
8. В качестве изоляционного материала используется минеральная вата. Ею утепляется внутренняя часть стенок. Толщина слоя составляет 40 мм.
9. В месте прохождения теплого воздуха устанавливается датчик давления.
10. Монтаж рекуператора ведется в вентиляционную систему.

Что представляет собой рекуператор

Поскольку стоимость энергии любого вида постепенно увеличивается, в XXI веке возникла острая необходимость в ее экономии и сбережении. В наибольшей степени это касается отопительных систем, устанавливаемых в частных домах. При этом приходится сталкиваться с негативным эффектом, вызванным снижением воздухопроницаемости строения, — полноценный проход воздуха нарушается. Из-за слабой циркуляции воздушной среды в помещениях появляются сырость, неприятные запахи. В конечном итоге это негативно влияет на хранящиеся вещи, а также здоровье людей.

Но это не означает, что нужно отказываться от инноваций и устанавливать старые окна с огромными щелями. Лучший выход – использовать рекуператор в частном доме. Это устройство устраняет указанные выше проблемы, а также отводит скапливающийся углекислый газ. Например, установка не будет лишней в ванной комнате, поскольку здесь чаще всего скапливается сырость. Еще одна полезная функция системы рекуперации (по сути, принудительной вентиляции) – удаление патогенов, частиц пыли, пыльцы растений, которые могут вызывать аллергическую реакцию.

Разновидности

Современные модели рекуператоров классифицируются по нескольким особенностям:

• по типу конструкции;
• по принципу действия;
• по способу монтажа.

На сегодняшний день широкой популярностью пользуются пластичные, роторные рекуператоры и модели с этиленгликолем.

Пластинчатые

Наиболее простая в эксплуатации модель рекуператора, по внешнему виду напоминающая короб, поверхность которого покрыта пластинками из тонкого металла. Наиболее приемлемое расстояние между этими пластинами, или как их по научному называют «ламелями», составляет 3 мм.

В конструкции пластинчатых рекуператоров применяются металлы с высокой теплоотдачей и теплоемкостью, например, медь или алюминий. Представляемая разновидность устройств является наиболее подходящей для эксплуатации в частном доме. Во-первых, у них невысокая стоимость. Во-вторых, такие конструкции идеально соответствуют соотношению цена/качество.

В настоящее время многие производители занимаются разработкой и продажей пластинчатых рекуператоров. Соответственно, каждая модель отличается по типу конструкции и другим факторам. По утверждению экспертов, необходимо останавливать свой выбор на рекуператорах с несколькими кассетами ламелей, а также с наличием дренажного отвода для удаления конденсата.

Единственный недостаток данной разновидности рекуператоров заключается в возникновении наледи при температуре ниже -20 градусов.

Роторные

Система роторных рекуператоров выглядит гораздо сложнее. Принцип действия таких устройств базируется на вращающемся теплообменнике. Монтаж агрегата происходит на исходящем потоке воздуха. А уже через роторный теплообменник в помещение проникают уличные воздушные массы.

Наиболее распространенная конструкция представляемой разновидности рекуператора имеет 2 трубопровода. Через первый происходит приток воздушных масс, а через второй выводится отработанный воздух. Основным преимуществом теплообменника роторной системы является высокий коэффициент полезного действия, а именно 85%.

Несмотря на все достоинства, роторные рекуператоры имеют ряд некоторых недостатков:

• сложная конструкция;
• много подвижных элементов;
• высокий расход электроэнергии.

В отличие от пластинчатых рекуператоров роторные модели работают без остановки. Именно поэтому данный вид проветривателей устанавливается в промышленных цехах.

С этиленгликолем

Представляемая разновидность рекуператоров оснащена дополнительным теплоносителем, благодаря которому увеличивается производительность устройства. Говоря простыми словами, в конструкции присутствуют 2 теплообменника, по которым происходит циркуляция этиленгликолевого раствора. Это вещество отличается высоким показателем теплоемкости, что позволяет сохранить гораздо больше тепла воздушных масс, нежели металлические кассеты.

Процесс установки рекуператоров с этиленгликолем довольно сложный. Монтаж производят исключительно опытные специалисты. Применяются такие устройства в основном на больших производствах, где площадь обогреваемого помещения составляет более 400 кв. м.

Крышные

Довольно редкая разновидность рекуператоров, приобрести которую можно на заказ. Невысокий спрос обуславливается тем, что крышная разновидность монтируется на крыше здания. Чаще всего это гипермаркеты, ТРК, промышленные объекты крупных масштабов.

Но при этом основной принцип действия может иметь прямое отношение к пластичным, роторным или комбинированным моделям.

Монтировать крышный рекуператор в доме можно лишь в том случае, если есть необходимость экономии площади жилого помещения.

Расчёт мощности системы

Проветриватель для больших помещений повышенной мощности

Габариты и мощность рекуператора влияют на производительность устройства. Чем больше площадь вентилируемого помещения, тем более мощный рекуператор потребуется. Поэтому прежде чем приобретать устройство следует провести расчёт мощности рекуператора.

Для этого используется формула: Q = 0,335 x L x (T1 – T2), где:

• Q (Вт) – мощность устройства;
• L (м3/ч) – объём воздуха, необходимый для нормальной жизнедеятельности человека. Согласно норме для одного человека требуется 60 м3/ч;
• Т1 (оС) – температура воздуха после рекуперации;
• Т2 (оС)– температура воздуха до рекуперации.

Например, рассчитаем мощность рекуператора для квартиры, где проживает 3 человека. Температура воздуха, транспортируемого в помещения, должна равняется не менее 20 оС, а с улицы поступает воздух температурой -10 оС. Q = 0,335 x 180 x 32 = 1929,6 Вт.

При проведении расчёта следует брать минимально возможную температуру (в среднем за 5 лет), которая наблюдалась в регионе, где планируется установка рекуператора. Если устройство не планируется использовать как основной источник обогрева помещения, то показатели температуры подбираются индивидуально.