Вентиляція з рекуперацією – важлива складова сучасного будинку

С. Шовкопляс, В. Борщ

Для побудови сучасного енергоефективного будинку застосовуються рішення, що націлені на обмеження обміну теплом між внутрішнім середовищем та ззовні оболонки будинку. Використовуються матеріали, що мають мінімальну здатність до переносу тепла, провадяться конструктивні та технологічні заходи щодо ущільнення та герметизації огороджувальних конструкцій, закладаються архітектурно-планувальні рішення, що дозволяють залучати або обмежувати надходження енергії з навколишнього середовища тощо. Головна ідея енергоефективного будинку – виокремити внутрішній простір, створити там сталі умови для комфортного перебування людини, витративши на це якнайменше енергоносіїв. Ця ідея входить в супереч до потреб забезпечення внутрішнього простору будинку свіжим повітрям. Але існують комплексні рішення, що вирішують проблему якісної вентиляції без перевитрат енергії

Вентиляція (від лат. ventilatio – провітрювання) – процес видалення відпрацьованого повітря з приміщення і заміна його зовнішнім. Вентиляція забезпечує сприятливі для здоров’я і самопочуття людини санітарно-гігієнічні умови та параметри повітряного середовища в приміщенні (температуру, відносну вологість, швидкість руху повітря, хімічний та біологічний склад і чистоту від летючих механічних часток), що відповідають вимогам санітарних норм, призначенню будови та особливостям будівельних конструкцій, обмеженням щодо енерговитрат тощо.

Вентиляційні потреби

Головним чином розрізняють 4 типи вентиляції – природнім шляхом, примусовим видаленням відпрацьованого повітря, примусовим надходженням повітря ззовні і видаленням його зсередини, примусовим вентилюванням із рекуперацією теплової енергії.

Сім’я із чотирьох осіб, що знаходяться у приміщенні, в процесі дихання та життєдіяльності продукує від 10 до 15 л вологи в добу (4-5 л/г під час сну), є джерелом тепла (~ 400 Вт) та виділяє CO₂. Концентрація в повітрі двоокису вуглецю у кількості 400–800 часток на мільйон (млн– 1) – нормальний вміст, що сприяє бадьорому роботоспроможному стану людини. При концентрації 800–1200 млн– 1 людиною відчувається втрата уваги, сонливість та втома, а при перевищенні показника 1200 млн– 1 людина втрачає працездатність і може зомліти.

Відео. Як правильно змонтувати вентиляційну установку з рекуперацією

Для забезпечення комфортного та санітарногігієнічно підтвердженого складу повітря треба досягати значних показників повітрообміну.

Наприклад, європейські норми передбачають мінімальну витрату повітря на одну людину 20 м³/г. Кухня із зовнішнім вікном та обладнана газовою плитою потребує щонайменше 70 м³/г надходження свіжого та видалення забрудненого повітря; у ванні (з туалетом чи без нього): 50 м³/г; в туалеті: 30 м³/г; в окремому приміщенні без вікон: 15 м³/год. В пральні має бути забезпечено заміну кожної години двократного об’єму приміщення. Для будинку кратність повітрообміну має відповідати в середньому 0,3 – 0,8 загального об’єму на годину.

Відео. Вентиляція з рекуперацією тепла в багатоповерховому будинку

Прості арифметичні підрахунки покажуть, що вентиляція, що діє природнім чином (т. з. «гравітаційна вентиляція») з точки зору енерговтрат не може забезпечити такі показники повітрообміну у економічний спосіб. Гравітаційна вентиляція функціонує за рахунок дуже малого перепаду тиску від різниці у щільності повітря (об’ємної ваги) на різній висоті – геодезичні та температурні показники шарів повітря в верхній частині приміщення порівняно з рівнем припливного повітря (долі чи на рівні вікна). Це не сталі параметри – природня вентиляція залежить від погодних умов, напрямку вітру; вона дуже погано працює, коли різниця між температурою всередині приміщення та назовні має перепад менше 12°С; існує ризик виникнення зворотної тяги; природня вентиляція не контролює концентрацію СО₂ та дуже енерговитратна.

До прикладу, звичайна природня вентиляція з продуктивністю 150 м³/г, що функціонує за умов температури назовні 0°С та всередині будинку 17°С, потребує для нагрівання теплової потужності 850 Вт, а за 24 години приміщення втратить 20,4 кВт·г теплової енергії. Фактично, природня вентиляція видаляє вже нагріте повітря, і за що вже заплачено. Це прямі втрати енергії. Рекупераційна вентиляція за таких умов витрачає на роботу вентиляторів лише 35 Вт електричної потужності, тобто витрати енергії через роботу вентиляції складатимуть лише 0,84 кВт·г за добу.

Енергетичне марнотратство можна закидати й провітрюванню через вікна або відкриті двері. Приклад – інститут віконної техніки ift-Rosenheim, Німеччина, свого часу провів дослідження, що сучасне енергоефективне вікно стандартного розміру 1300х1200 мм з глибиною профільної системи 85 мм, з тришаровим заскленням, енергоефективним покриттям та двома камерами, одна з яких заповнена інертним газом, має показник коефіцієнту спротиву теплопередачі на рівні 1,1 м²·К/Вт (справжній наукомісткий витвір сучасної технології енергозбереження!). Якщо таке вікно з поворотно-відкидною фурнітурою відкрити у режимі слабкого провітрювання (щілина по периметру), то енерговтрати за рахунок цього збільшаться щонайменше у 40 разів; а в разі відкривання вікна в режиміbпосиленого повітрообміну (тобто з невеличким нахилом) – втрати тепла збільшуються в 1240 разів.

Рівень CO₂ – критичний показник якості повітря – не забезпечується та не контролюється природньою вентиляцією або провітрюванням. На рис. 1 наведені результати вимірювання різних показників якості повітря у невеликій спальні загальною площею 12 м² де мешкають 2 дорослі людини. Зліва – графіки показників вологості, температури та рівня двоокису вуглецю у спальні із звичайною гравітаційною вентиляцією. Вікна були зачинені, двері відчинені на 10-15 см. На початку дослідження вміст СО₂ у повітрі знаходився на прийнятній межі. Вже через півгодини досягається небезпечний рівень СО₂. Справа на рис. 1 показані результати дослідження, виконані в спальні загальною площею 13 м² з системою вентиляції з рекуперацією тепла та контрольованою регуляцією хімічного складу повітря, де спали 2 дорослих особи. Вікна та двері були зачинені. Окрім підтримання оптимальних показників температури та вологості, досконала система примусової вентиляції забезпечує здорову атмосферу для дихання та високе енергозбереження.

Рис. 1. Дослідження температури, вологості та рівня СО₂ в приміщенні із звичайним провітрюванням (зліва) та із примусовою автоматичною ентиляцією з рекуперацією (справа)

Сучасний енергоефективний будинок не можливий без примусової (механічної) вентиляції, більше за те – відсутність системи примусової вентиляції, обладнаної системою рекуперації теплової енергії, дискредитує саму ідею енергоефективності та нівелює інші недешеві заходи щодо утеплення будинку.

Повертаючи тепло

Рекуперація – спосіб зберегти до 80-90% енергії, яка витрачається на опалення/охолодження повітря у теплоізольованому будинку через вентиляцію та провітрювання. Вирахувано, що зменшення перепаду температури між подачею та відтоком повітря із будівлі лише на один градус Цельсію – це плюс 6% до енергозбереження.

Проста рекупераційна система показана на рис. 2, де пояснюється принцип її дії. Припливне повітря обмінюється тепловою енергією з тим, що видаляється, таким чином знижуючи до мінімуму перепад температур між цими повітряними масами. Рекуператори (рис. 3) можуть бути виконані у стельовому, стіновому або підлоговому варіантах.

Рис. 2. Принцип роботи примусової (механічної) системи вентиляції із рекуперацією тепла

Направду, сучасні рекуператори виконують дуже значний обсяг щодо автоматичного підтримання різних функцій повітрообміну та є комплексним рішенням для забезпечення адекватної вентиляції будівлі. Це справжнє «серце» примусової вентиляційної системи, що забезпечує економію енергії та високий комфорт для мешканців.

Рис. 3. Сучасний автоматичний рекуператор марки WANAS (Польща) моделей 345 та 350V

Автоматичний рекуператор видаляє запахи, контролює вологість, фільтрує від летючого пилу та біологічно очищує повітря, усуваючи ризик появи грибкової цвілі та розповсюдження патогенних бактерій та вірусів. Рекуператори обладнані високочастотними фільтрами класу G4 і M5. Вибір відповідного за потужністю пристрою впливає на ступінь енергоспоживання та комфортність для жителів. В даний час вимоги, яким повинен відповідати рекуператор, регулюються Директивою Європейського Парламенту 1254/2014. Основними з них є: мінімальна ефективність 73%, кожен пристрій повинен бути обладнаний байпасом, а енергетичний клас пристрою має відповідати рівням A чи A+.

Всі рекуператори WANAS обладнанні автоматичним байпасом. Це означає, що за рахунок керованого автоматикою перепуску повітря можливо контролювати задану температуру у приміщенні, використовуючи нічну прохолоду в літку, перепускаючи в будинок свіже повітря, що оминає теплообмінник. Така функція називається Free Cooling.

При певних умовах, коли температура зовні є більшою, чим задана в приміщені, так само реалізується функція з байпасом, котра називається Free Heating. В централізованих рекуператорах застосовуються малошумні економічні вентилятори з регульованими двигунами постійного струму (EC), що призводить до дуже низького споживання енергії. На подачу 100 м³/год. припливного повітря в будівлю ними споживається менше 20 Вт.

Відео. Вентиляція з рекуперацією тепла за допомогою розподільно-модульної системи NavyFlex

В блоках змонтовані зустрічно-потокові теплообмінники з алюмінію, які характеризуються тривалістю служби і надійністю роботи. Рекуператори WANAS обладнані захистом теплообмінника від обмерзання, та стандартно мають додаткове обладнання попереднього нагрівача повітря.

Вентиляційна установка на базі рекуператора поставляється у базовій конфігурації із багатофункціональним автоматичним контролем потоків, з нагрівачем, засобами дистанційного керування, програмування та візуалізації режимів роботи з кольоровим сенсорним екраном, та (опційно) охолоджувачем, датчиками вологості, вимірювачем рівня CO₂, зволожувачами з окремим контролером підтримання оптимальної вологості. На рис. 4 показані можливості розбудови вентиляції на базі рекуператора WANAS та під’єднання до різного побутового обладнання.

Рис. 4. Розширення можливостей вентиляційної системи на базі рекуператора WANAS

Сучасна рекуперативна система вентиляції забезпечує якісне повітря у будівлі, що сприяє довготривалому здоров’ю мешканців.

Альтернативою системам з централізованою вентиляцією та рекуперацією виступають окремі децентралізовані рекуператори, що встановлюються через зовнішню стіну.

Облаштування повітропроводів вентиляційної системи

Сучасні вимоги до вентиляційних систем наразі дуже високі і не обмежуються лише характеристиками енергоспоживання. Серед них – вимоги по дизайну, тобто можливість облаштування прихованих систем вентиляції – у стінах та стелях, де вихідні пристрої мають привабливий вигляд. Це водночас висуває високі вимоги щодо надійності повітропроводів та їх довготривалої експлуатації без ревізії та демонтажу для очищення. Додатково – повітропроводи мають пригнічувати розвиток патогенної мікрофлори, поглинати шум від руху повітря у ветканалах, мати високі протипожежні характеристики, малу здатність втрачати тепло тощо.

Цим вимогам вповні відповідають двошарові напівжорсткі повітропроводи для вентиляційних систем Navy-Flex, див. рис. 5., що використовуються для транспортування повітря в системах вентиляції та рекуперації. Труби характеризуються дуже високою гнучкістю, завдяки чому можна довільно формувати трасу їхнього прокладання, згинати з дуже малим радіусом і адаптувати до умов монтажу без використання додаткових з’єднувачів та фітингів. Проте серія має зручні ущільнені з’єднувачі та розподільчі коробки.

Рис. 5. Двошарові напівжорсткі повітропроводи для вентиляційних систем Navy-Flex

Конструкція повітропроводів системи Navy-Flex, що виготовляються в широкому діапазоні діаметрів (від 50 до 200 мм), забезпечує механічну міцність на стискання понад 450 н, що дозволяє прокладати їх в бетонних конструкціях під час будівельних робіт. Подвійна конструкція стінок труб з частково закритими повітряними пустотами забезпечує високу шумо- та теплоізоляцію. Глухі закінчення повітропроводів герметично закриті та запломбовані, а сама бухта захищена плівкою, що виключає можливість забруднення під час транспортування та зберігання.

Повітропроводи Navy Vent Silver відповідають вимогам, що висуваються до матеріалів, які контактують з харчовими продуктами. Антибактеріальний шар, який імплементовано у внутрішню поверхню, містить срібло в своїй полімерній матриці, та є подібним до того, який використовується в холодильних і медичних установках.

Антистатичні повітропроводи Navy Vent White мають внутрішній антистатичний шар що зменшує нашарування пилу в повітропроводах, а також дозволяє отримати високу швидкість потоку повітря при низьких втратах тиску, що сприяє низькому енергоспоживанню всієї системи вентиляції з рекуперацією. Це також полегшує очищення труб, якщо в цьому виникне потреба.

Повітропроводи Navy Vent розподільної модульної системи Navy-Flex, використовується у системах вентиляції громадських приміщень, але вона особливо пристосована для використання у приватних будинках, рис. 6. Поширеною та дуже популярною є серія діаметрів Ø75 мм.

Рис. 6. Застосування модульної системи двошарових повітропроводів Navy-Flex

Значна міцність та гнучкість повітропроводів NavyсFlex дозволяє використовувати їх у ство- ренні доволі складних систем, розводити труби попід стелею та навіть закладати їх під арматуру міжповерхових перекриттів та у фундаментні плити, рис. 7.

Рис. 7. Приклад прокладання повітропроводів системи Navy-Flex

Геотермальне тепло для вентиляції

Неабияку роль у енергозбереженні в системах примусової вентиляції відіграють геотермальні ґрунтові теплообмінники для припливного повітря, що облаштовуються під будівлею та/або під землею в безпосередній близькості від дому.

Дія таких теплообмінників базується на тому факті, що ґрунт поверхневих шарів Землі – природний тепловий акумулятор. На глибині близько 3 м і більше (тобто нижче рівня про- мерзання) температура ґрунту протягом року практично не змінюється і приблизно дорівнює середньорічній температурі зовнішнього повітря.

Температура ґрунту на глибині 1,5 – 3,2 м на наших широтах взимку складає від +5°С до +7°С, а влітку від +10°С до +12°С.

Ґрунтові теплообмінники можуть буди гідравлічними – наприклад, система труб може бути заповненою гліколевим теплоносієм, і стале геотермальне тепло потім використовується для роботи, скажімо, теплових насосів, або для зміни температури повітря через повітряно-рідинний теплообмінник.

Проте значно простіше використати геотермальну енергію безпосередньо для підготовки повітря, яке потім використовуватиметься у вентиляційній системі. Тут практикують трубні та пласкі прямоконтактні теплообмінники (див. рис. 8).

Рис. 8. Принцип роботи плаского ґрунтового теплообмінника Geostrong та виміряні теплові характеристики

Досвід експлуатації свідчить, що в зимовий період ґрунтовий теплообмінник (ҐТО ) може нагріти припливне повітря, що надходить в приміщення, до +4–7°С, а в літній період – охолодити до +15–20°С. Це дозволяє значно зменшити той перепад температур між зовнішнім середовищем та внутрішньою температурою у приміщенні, який власне потрібно знівелювати за рахунок нагрівання взимку чи охолодження влітку, див. рис. 7. Фактично, застосування ҐТО означає, що ще до входу у систему вентиляції з рекуперацією перепад температур повітря, який потрібно компенсувати системою опалення/охолодження, зменшується на 12–17°С, тобто, в перерахунку на витрату енергоносіїв, пряма економія лише від цього складатиме 50–60%, а разом з рекуперацією у вентсистемі можна зберегти до 80% енергії, що раніше втрачалася із повітрообміном.

Системи ҐТО вже дуже широко використовуються, проте їх зазвичай реалізують за допомогою вентиляційних труб, заглиблюючи їх під землю (див. рис. 9). Це не досить ефективно та врешті недостатньо дешево.

Рис. 9. Геотермальні ґрунтові пластинчаті прямоконтактні теплообмінники Geostrong – спосіб розташування: поруч з будівлею, під будівлею

Значно ефективніше використовувати спеціальні системи ҐТО, що мають відомі виміряні характеристики, досвід практичної експлуатації та статистику економії енергоносіїв.

Треба зауважити, що пласкі ҐТО влітку суттєво зменшують вологість припливного повітря. Надлишкова волога всотується у мінеральну підсипку, утримувану геомереживом. Нестача вологості у повітрі, що зазвичай відбувається влітку, може бути контрольовано компенсована зволожувачами у рекупераційній вентиляційній системі.

Наприклад, система пластинчатих прямоконтактних ҐТО Geostrong має секційну побудову, див. рис. 10, та відомі енергетичні характеристики і показники спротиву руху повітря для секцій кожного типорозміру. Спеціально спрофільовані теплообмінні канали витримують значний зовнішній тиск та не деформуються під вагою ґрунтової засипки та при бетонуванні. Колектори, що розташовані з боків, мають збільшений діаметр.

Рис. 10. Особливості конструкції ҐТО Geostrong

На рис. 11 показані деякі дані щодо ҐТО Geostrong. У річному вимірі кількість теплової енергії, що було отримано від Землі, та врешті зекономлено на енергоносіях, досягає декількох тисяч кіловат-годин. ҐТО створює дуже вигідний, так би мовити «постійно весняний», температурно-вологісний режим для роботи вентиляційної системи, мінімізуючи потрібну потужність у найбільш несприятливі пори року. Таким чином, застосування ҐТО швидко себе окуповує.

Рис. 11. Деякі дані геотермальних ґрунтових пластинчатих прямоконтактних теплообмінників Geostrong з високою ефективною площею тепловіддачі

Комплексне рішення для вентиляції

Досконала з точки зору енергоефективності система вентиляції, що забезпечує якісне, чисте, здорове повітря у помешканні – це реальність. Реалізувати таку систему можна лише за умови спільного застосування всіх відомих методів – примусової вентиляції з розвиненою автоматикою, з рекуперацією, з очищенням повітря, з допоміжними пристроями контролю за хімічним складом повітря та вмістом діоксиду вуглецю, із зволожувачами та осушувачами та з додатковою підготовкою припливного повітря завдяки ҐТО. Тільки комплексна реалізація примусової вентиляційної системи дозволяє досягнути справжньої енергоефективності. Застосування ҐТО разом з автоматичними рекуператорами значно зменшує валові витрати енергії системою примусової вентиляції за рахунок зменшення перепаду температур (режим опалення) та покращення відчуття комфорту мешканців за рахунок оптимізації вологості (при охолодженні влітку).

Для максимально ефективного облаштування примусової вентиляції у житлових будинках треба обов’язково використовувати спеціальні рекупераційні пристрої, канали для повітря з біозахистом, автоматичне регулювання, геотермальні теплообмінники та інші компоненти, що виготовлені у промисловий спосіб та мають протестовані характеристики, на які можна покладатися при реалізації проектів, що мають бути виконані професіоналами.

Все згадане в даній статті обладнання пропонується в Україні компанією «В-ТЕХ» (V-TECH), Львів, що постачає компоненти ҐТО разом з рекуператорами та виконує весь комплекс робіт по розрахунках, підбору та монтажу високоефективних енергозберігаючих систем вентиляції.

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

Переглянуто: 13 867