Новое в энергоэффективной вентиляции

А.Гринкевич, О.Кузь

В последние годы широкое распространение получили роторные рекуператоры. Они имеют высокий КПД и сложный, соответственно, дорогой, вращающийся регенеративный теплообменник. Авторы данной статьи на одном из объектов, на базе децентрализованных рекуператоров «Эко-Вент» разработали и ввели в эксплуатацию централизованную систему энергоэффективной вентиляции с неподвижными регенеративными теплообменниками, что позволило значительно снизить капитальные затраты и повысить эффективность системы

В последние 10–15 лет в европейских и других странах широкое распространение получили роторные рекуператоры в централизованных вентиляционных системах и децентрализованные реверсивные рекуператоры с регенеративным теплообменником. Украина начала повторять этот путь, так как применение современной вентиляции значительно сокращает расходы на отопление и кондиционирование (до 50%), а также позитивно влияет на здоровье человека и повышает производительность труда.

Главным агрегатом централизованной энергоэффективной приточно-вытяжной системы вентиляции является рекуператор, в котором происходит передача тепла от вытяжного воздуха к приточному. Есть также системы с использованием тепловых насосов, но они относятся к другому классу климатических систем, поэтому в рамках данной статьи не рассматриваются.

Анализ технологий

На мировом, в том числе украинском, рынках предлагаются рекуператоры с разными конструкциями теплообменников, как правило, в четырех вариантах конструктивного исполнения: радиаторные, типа «тепловая труба», пластинчатые, роторные.

Радиаторные рекуператоры – с жидким промежуточным теплоносителем (рис. 1). Этот тип конструкции исключает возможность переноса загрязнений или запаха от выходящего воздуха входящему. Из-за низкого, около 60% КПД (доля сохраненного явного тепла от выбрасываемого наружу с вытяжным воздухом), применяются редко, но в случае удаленности вытяжных и приточных воздуховодов друг от друга это решение иногда бывает оправдано.

Рис. 1. Радиаторные рекуператоры с жидким промежуточным теплоносителем

Рекуператоры типа «тепловая труба» (рис. 2) представляют собой закрытую систему труб, заполненных фреоном. При нагревании выходящим воздухом фреон испаряется, когда проходит входящий воздух, пар конденсируется и становится жидкостью. Загрязнения и запах не передаются, но и КПД невысок – до 70%, поэтому данный тип также не получил широкого распространения, в том числе из-за фактора стоимости.

Рис. 2. Рекуператор типа «тепловая труба»

Пластинчатые теплообменники (один из классических простых вариантов представлен на рис. 3) наиболее распространены среди установленных агрегатов. Их КПД рекуперации варьируется в широких пределах 50 – 85%, в зависимости от габаритов теплообменника, толщины и материала его пластин, зазоров между ними, наличия турбулизаторов на поверхности пластин, количества секций теплообменника и, соответственно, цены. Основные недостатки – при хорошей эффективности (КПД/производительность) – большие габариты и стоимость. Теплообменники трудоемки в очистке, а многие из них невозможно полностью обслужить, так как они громоздки и неразборные. В любом случае такой аппарат значительно осушает воздух, что опасно для здоровья, особенно, детей. Впрочем, существует оборудование такого типа с использованием влагопроницаемых теплообменников из специальной целлюлозы, но они не работают при низких температурах наружного воздуха (ниже -10 – -15 ˚С), а КПД находится в пределах 65 – 80%.

Рис. 3. Классический пластинчатый рекуператор

Роторные рекуператоры (рис. 4) применяются все чаще, а в крупных вентиляционных системах уже практически стали лидерами. Имеют регенеративный теплообменник, обычно алюминиевый, в виде диска (сотовый, перфорированный или ячеисто-ленточный). КПД рекуперации составляет 80–90%. Очистить и провести обеззараживание роторного теплообменника значительно легче, чем пластинчатого. Это важно в случае загрязнений биологическими субстанциями, например, слоем плесени, которая при благоприятных условиях активизируется, распространяется по приточным каналам и помещениям, выделяя токсичный афлотоксин. В дорогих высокотехнологичных установках для нейтрализации биосубстанций используют бактерицидное излучение.

Рис. 4. Роторный рекуператор

Роторные рекуператоры имеют специфические конструктивные недостатки:

• подмес в приточный канал вытяжного воздуха вследствие не герметичности уплотнителей, непосредственно соприкасающихся с ротором, при его высокой скорости вращения;
• высокая материалоемкость и трудоемкость;
• стоимость производства и техобслуживания предопределяют большие капитальные вложения и постоянные эксплуатационные затраты.

Техобслуживание и ремонт должны проводить специалисты высокой квалификации. Большие затраты электроэнергии на вращение массы ротора с высокой скоростью заметно снижают коэффициент использования (СОР), а следовательно общую энергетическую эффективность рекуператора и всей вентиляционной системы в целом, вопреки высокому КПД агрегата по явной теплоте.

Инновационное решение

Используя преимущества регенерации, но уходя от сложного, дорогого роторного теплообменника, авторами статьи на одном из объектов в г. Киеве, на базе децентрализованных рекуператоров «Эко-Вент» (производства украинской компании «Санта-Инжбуд») разработана и введена в эксплуатацию централизованная система энергоэффективной вентиляции с неподвижными теплообменниками регенеративного типа. Для решения этой задачи был использован компактный блок канальных тепловых аккумуляторов (патент Украины № UA 95195) и простой воздухораспределительный узел с обратными клапанами (рис. 5, 6).

Рис. 5. Схема воздухораспределительного узла с рекуператорами

Рис. 6. Воздухораспределительный узел в процессе монтажа (вид сверху)

Модуль рекуперации на базе этого воздухораспределительного узла со стандартными рекуператорами модельной линейки «Эко-Вент» является главным новым технологическим ядром повышения энергоэффективности и технологичности системы вентиляции (по сравнению с роторными рекуператорами).

Схема работы

Система работает на две зоны: раздевалка, душевая, санузел (зона 1) и кафе (зона 2). При этом каждая из зон работает по своему алгоритму с приоритетом работы по зоне 1, как по временному графику, так и по датчику влаги, который установлен в зоне душевой.

Рассмотрим детально работу системы. При включении питания напряжение подается на таймеры-реле зоны 1 и зоны 2, где заданы временные графики по каждой из зон, а также на датчик влаги, установленный в душевой. При срабатывании датчика влаги или таймер-реле зоны раздевалки, напряжение подается на электронный пульт управления (ЭПУ) рекуператоров Р1 и Р2, на канальные вентиляторы зоны 1 и на реле приоритета, которое разрывает цепь управления по зоне 2. При условии отсутствия запроса по зоне 1 и срабатывании таймер-реле зоны кафе, включаются рекуператоры Р1 и Р2 и, соответственно, канальные вентиляторы зоны 2.

При работе зоны 1 или зоны 2 ЭПУ циклически подает питание на вентиляторы рекуператоров Р1 и Р2, причем если на Р1 работает приточный вентилятор, то на Р2 работает вытяжной и наоборот. Стандартный ЭПУ (рис. 7) на лицевой панели имеет цифровой индикатор температуры вытяжки-притока в реальном времени, регулятор оборотов вентиляторов притока (слева) и вытяжки (справа), регулятор длительности цикла (диапазон от 60 до 180 секунд) для настройки системы и оптимизации КПД рекуперации.

Рис. 7. Блок управления со стандартным ЭПУ

Цикл 1. Рекуператор Р1 работает на приток, обратный клапан К1.1 закрыт за счет противодавления, а К1.2 открыт, и свежий воздух поступает в приточную магистраль зоны 1 или зоны 2 за счет работы соответствующих вентиляторов-доводчиков (при проектировании приточно-вытяжных трактов обеих зон были использованы рекомендации Е.Караджи и Ю.Московко по оптимизации архитектоники воздуховодов и позиционирования вентиляторов-доводчиков, опубликованные в журнале «AW-Therm» за март-апрель 2015 г.).

Рекуператор Р2 работает на вытяжку, и вытяжной воздух из соответствующей зоны через клапан К2.1 удаляется наружу, нагревая теплообменник рекуператора Р2.

Цикл 2. По истечении времени цикла ЭПУ переключает режим работы рекуператоров: Р1 переключается с режима притока на вытяжку, а Р2, наоборот, начинает работать на приток. При этом К2.1 и К1.2 закрываются, а К1.1 и К2.2 открываются. Нагретый в предыдущем цикле теплообменник Р2 нагревает холодный приточный воздух, а теплообменник Р1 – нагревается вытяжным воздухом. Вентиляторы-доводчики соответствующей зоны продолжают работать. Далее цикличность повторяется.

Производительность системы составляет до 150 м³/час. КПД рекуперации: 80–93% по явной теплоте. Электропотребление модуля рекуперации – 20 Вт, вентиляторов зоны 1 – 80 Вт, зоны 2 – 40 Вт. Протяженность воздуховодов зоны 1 – 23 м, зоны 2 – 9 м. Модуль вентиляции включает: два серийных рекуператора «Эко-Вент» (рис. 8) с регенеративными теплообменниками собственного производства из ячеистого морозостойкого полипропилена (патент UA 95195), вентиляторы 12DC (производительность 234 м³/час при 10 Вт) и блок питания 220АС/12DC импортного производства, электронный пульт управления собственной разработки и производства с использованием импортных компонентов. Остальная комплектация – украинских производителей.

Рис. 8. Вид рекуператоров снаружи здания

Выводы

Из всего вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

1. Разработка и введение в эксплуатацию специального воздухораспределительного узла для нескольких рекуператоров с регенеративными теплообменниками и системы приточных и вытяжных воздуховодов позволяет значительно снизить капитальные затраты на реализацию современной вентиляции по сравнению с роторными рекуператорами. Аналогов такой системы мы не знаем.
2. Использование канальных вентиляторов-доводчиков постоянного тока снижает эксплуатационные затраты на электроэнергию более чем в 2 раза.
3. Правильно подобранная энергоэффективная вентиляция для новостройки или модернизации помещений быстро окупается (за 2–3 года) и, что не менее важно, сохраняет здоровье, повышает производительность труда и настроение человека.

Авторы будут благодарны за критические и другие отзывы через редакцию журнала.

Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok.  Долучайтесь!

Переглянуто: 10 989