Слово «рекуперация» происходит от латинского слова “recuperation”, что в переводе означает возвращение, получение. В широком смысле данный термин нужно понимать так: в каждом технологическом процессе расходуются материалы или энергия. Рекуперация позволяет вернуть часть энергии для использования в том же процессе.
Рекуперация воздуха – это процесс отбора тепла от удаляемого воздуха и передача энергии воздуху нагнетаемому. Технологически процесс рекуперации осуществляется с использованием кондиционеров с рекуперационнымтеплообменником или систем приточно-вытяжной вентиляции. Теплообменник предназначен для того, чтобы входящий и исходящий потоки воздуха не смешивались между собой, а только обменивались тепловой энергией. Понятное дело, что используя системы рекуперации воздуха, воздух, находящийся в помещении можно не только нагревать, но и охлаждать – все зависит от направления теплового процесса. При этом тепло входящему воздуху нужно не отдавать, а наоборот, забирать у него. Важной характеристикой системы рекуперации является так называемый коэффициент эффективности, который математически выражается отношением реального полученного количества тепла к максимально возможной энергии. Данный коэффициент может варьироваться в широких пределах – от 30 до 90 процентов.
Существуют такие пять типов рекуператов: пластинчатые, роторные, с промежуточным теплоносителем, камерные рекуператоры, тепловые трубы. Пластинчатые рекуператоры состоят из ряда пластин, с обеих сторон которых проходит удаляемый и проточный воздух. Преимущество пластинчатых рекуператоров – высокая эффективность, 50-80% и небольшая цена. Недостатком таких рекуператоров является то, что на их пластинах может образоваться конденсат, а в зимнее время года наледь.
В роторных рекуператорах обмен тепла происходит с помощью специального ротора, который находится между входящим и исходящим потоками воздуха. Данная система является открытой, поэтому есть очень большой риск того, что грязь и запахи передадутся от удаляемого воздуха нагнетаемому. Эффективность таких рекуператоров достигает 90%.
Рекуператоры с промежуточным теплоносителем устроены так: теплоноситель (вода или водно-гликолевый раствор) движется от одного теплоносителя к другому, забирая тепло у исходящего воздуха и передавая его входящему потоку. Эффективность таких устройств невысока – 45-60%.
В камерных рекуператорах процесс теплообмена регулируется заслонкой в камере. Исходящий поток воздуха нагревает одну из частей камеры, а уже от стенок камеры получает тепло входящий воздух. Эффективность таких рекуператоров 70-80%.
Пятый вид рекуператоров – это «тепловые трубы». Основной частью такой системы являются трубки, в которых находится фреон. Удаляемый воздух нагревает фреон, который испаряется. Приточный воздух, проходя вдоль трубок, заставляет фреон конденсироваться – таким образом, происходит охлаждение воздушного потока.

Система рекуперации тепла, производимого холодильными установками, дает возможность эффективно сэкономить на эксплуатационных расходах и поддерживать необходимый температурный режим в помещениях без помощи системы отопления.

Многие компании вынуждены искать способы снизить потребляемое количество электроэнергии, а высокая стоимость энергоресурсов делает этот поиск способом выживания на рынке. При этом торговое холодильное оборудование для центрального или выносного холодоснабжения в супермаркетах выделяет достаточно большое количество тепла, за счет которого появляются возможности для энергосбережения.

Не секрет, что одной из значительных статей расходов крупного продовольственного магазина является плата за электроэнергию, потребляемую холодильным и другим торговым оборудованием.

Многие компании сегодня вынуждены искать способы максимально снизить потребляемое количество электроэнергии, а высокая стоимость энергоресурсов, которая непрерывно движется вверх, делает этот поиск способом выживания на рынке. При этом холодильные установки для центрального или выносного холодоснабжения в супермаркетах выделяют достаточно большое количество тепла, которое в процессе конденсации хладагента чаще всего утилизируется в окружающую среду. Именно за счет этого тепла появляются возможности для энергосбережения в промышленности и торговле.

На Западе уже давно и повсеместно применяются системы рекуперации тепла, выделяемого холодильными установками. На отечественном рынке в последнее время также отмечается рост интереса к, такого рода, системам. Система рекуперации тепла актуальна для объектов, на которых одновременно с потребностью в холодоснабжении существует потребность в горячем водоснабжении или отоплении. Таким объектом вполне может являться супермаркет или гипермаркет.

Рост цен на энергоносители, стремление к снижению эксплуатационных расходов, а также вопросы экологической безопасности приводят к увеличению использования различных систем энергосбережения в области холодильной техники и систем кондиционирования. Для снижения энергозатрат при работе холодильного оборудования в современных супермаркетах наряду с использованием менее энергоемкого торгово-холодильного оборудования, а также специальных компонентов автоматики и электронных систем управления все более широкое распространение находят системы утилизации тепла. Температура нагнетаемых паров хладагента в холодильных контурах достаточно высока, что приводит к образованию большого количества теплоты, которое чаще всего сбрасывается в атмосферу. Использование систем рекуперации тепла позволяет использовать эту теплоту для нагрева различных теплоносителей (воздуха, воды и т. п.)

Холодильное оборудование магазина вырабатывает достаточно большое количество тепла, которое складывается из тепла, отведенного из охлаждаемого объема, и тепла, присоединенного в процессе сжатия хладагента в многокомпрессорном агрегате. Чаще всего это тепло сбрасывается в атмосферу. Система рекуперации тепла позволяет использовать это тепло для нагрева воды от +10 до +60 °С, используя около 20 % тепла, вырабатываемого холодильным оборудованием. Нагрузка на холодильные машины магазинов в течение года остается практически постоянной. Для низкотемпературной системы колебания нагрузки составляют около 10 %, а для среднетемпературной - около 20–25 %. Таким образом, в некоторых случаях система рекуперации тепла позволяет полностью отказаться от горячего водоснабжения на объекте.

ТЕХНОЛОГИЯ РЕКУПЕРАЦИИ

Суть системы рекуперации заключается в улавливании и эффективном использовании теплоты, которая обычно отводится на конденсаторе холодильной установки в атмосферу, При этом тепло может быть направлено на обогрев газов (атмосфера помещений), жидкостей и твердых тел. Любой пользователь холода должен понимать, что та энергия, которая отводится в атмосферу на конденсаторе, может быть использована. Это может быть обогрев помещений, расположенных в непосредственной близости от холодильных установок, обогрев технической воды, нагрев разного рода теплоносителей, использование теплоты в технологических процессах. Ряд ограничений, связанных в первую очередь с низкой потенциальностью данной энергии, возможно избежать, используя самое современное и эффективное теплообменное оборудование и автоматику, а также нестандартные решения.

Система рекуперации тепла - это, переводя на разговорный язык, возращение тепла обратно.В системах холодоснабжения образуется некоторое количество тепла в процессе сжатия компрессором паров хладагента, поступающего из испарительной системы. В дальнейшем этот нагретый и сжатый пар по трубопроводам поступает в конденсатор, где охлаждается и сжижается. И вот на этом участке и устанавливается дополнительный теплообменник, в который с одной стороны поступает горячий пар хладагента, а с другой в противоток нему - теплоноситель (вода, этиленгликоль, пропиленгликоль). В данном теплообменнике происходит передача тепла от пара к теплоносителю и аккумулирование этого тепла в баке-накопителе. Из бака-накопителя теплоноситель может расходоваться на различные хозяйственные нужды. Температуру носителя можно сделать любой, изменяя при выборе теплообменника его характеристики, обычно добиваются температуры +50...+60 °C.(схема 1)

В большинстве случаев теплоноситель используется:

Для подогрева холодной воды, идущей на санитарно-хозяйственные нужды;

Для подогрева воды в системах вентиляции и отопления;

На ледовых аренах для таяния снега;

В приточно-вытяжной вентиляции;

В любой системе отопления.

В качестве примера рассмотрим использование теплоты перегрева, выделяемой ЦХМ, для организации горячего водоснабжения (ГВС) в супермаркете с торговой площадью 1200 м2, Хладоснабжение на объекте осуществляется двумя многокомпрессорными холодильными агрегатами. Система утилизации тепла состоит из двух (для средне- и низкотемпературных контуров) кожухотрубных теплообменников с центробежными насосами и теплоизоляционного бака-аккумулятора (накопительный водонагреватель). Холодная вода с температурой около +10°С из водопровода поступает в аккумуляторный бак, откуда с помощью циркуляционных насосов подается в теплообменники, где за счет нагнетающих паров хладагента нагревается до +55...+60°С, после чего распределяется по потребителям.

Холодопроизводительность среднетемпературной установки - 94 кВт при температуре кипения -10°С, низкотемпературной - 26 кВт при температуре кипения -35°С и температуре конденсации +40°С. Теплота перегрева, выделяемая работающими централями, составит соответственно 31,4 и 13,8 кВт. Суммарная теплота, которую можно использовать для нагрева воды, 45,2 кВт. В результате расчетов получаем, что общий объем воды, который можно нагреть в рекуператорах от +10 до +55°С, равно 0,24 кг/с. Если учесть коэффициент рабочего времени, частоту и продолжительность периодов оттайки и прочее - получаем около 600 л/ч, что позволит обеспечить супермаркет с торговой площадью 1200 м2 горячей водой для технических нужд.

В случае использования для получения этого же количества горячей воды водонагревающих элементов годовая потребность в электроэнергии составит 274363,2 кВт·ч. В то время как достаточно простой анализ показывает, что несущественные затраты на дополнительное оборудование на начальном этапе позволят в дальнейшем получать экономическую выгоду от тепла, выделяемого уже существующим оборудованием, а не выбрасывать его в окружающую среду. Система утилизации тепла проста в монтаже и эксплуатации, и единственным необходимым условием является наличие центральной системы холодного водоснабжения. А период окупаемости составит не более 1,5 лет.

Наша компания устанавливает системы рекуперации. Система рекуперации тепла состоит из теплообменника или нескольких теплообменников, подключаемых параллельно, и теплового пункта. В состав теплового пункта входят бак-аккумулятор, разборный пластинчатый теплообменник, свой циркуляционный насос, балансировочный клапан, клапан аварийного сброса давления, термометр. Теплообменник устанавливается в линии нагнетания холодильной установки и обеспечивает нагрев промежуточного теплоносителя (воды) от +35 до +65°С. Контур промежуточного теплоносителя подсоединяется к теплообменнику, входящему в состав теплового пункта, который в свою очередь обеспечивает нагрев воды от +10 до +60°С для нужд ГВС.

Каждый теплообменник комплектуется термостатическим клапаном AVTA или WVTS, который поддерживает постоянную температуру промежуточного теплоносителя при изменении производительности холодильной установки, гарантируя, таким образом, температуру воды на выходе из системы рекуперации +60°С.

Подбор комплектующих системы рекуперации тепла предпочтительнее осуществлять исходя из потребностей конкретного объекта. В этом случае капитальные затраты на комплектующие будут минимальны и сроки окупаемости системы рекуперации составят от полугода до двух лет.

Стоимость систем рекуперации в настоящий момент достаточно высока, Если сравнить по цене бойлер с электрообогревом и аналогичное устройство, нагревающее воду горячими парами хладагента, то обычный электронагреватель окажется дешевле в 3-4 раза, но он регулярно будет потреблять далеко не бесплатную электроэнергию. А если допустить, что на объекте дефицит электричества? Мы тут же получаем огромное количество положительных эмоций от системы рекуперации: экономия электричества, горячая вода без затрат на обогрев, снижение электрической нагрузки. Как правило, рекуперация окупается за 1-2 года (только экономия электроэнергии) при сроке службы 7-10 лет.

Инженеры нашей компании имеют большой опыт проектирования подобных систем, а монтажники уже не раз собирали их на объектах. Только индивидуальный подход и высокий профессионализм сделают системы рекуперации доступными и по-настоящему эффективными.

нагрев технической воды.

В современных торговых центрах и супермаркетах, где в большом количестве имеются и точки общепита, и системы приточно-вытяжной вентиляции и кондиционирования, применение систем рекуперации тепла может быть оправданно, если на объекте имеется собственная котельная с возможностью приготовления горячей воды для всех перечисленных выше потребителей, Прямая экономия на энергоносителе для этой котельной будет при этом очевидной .

Принятие решения об использовании рекуперации носит в каждом случае индивидуальный характер но в любом случае оно несёт лишь положительные эмоции принявшему решение.

В связи с ростом тарифов на первичные энергоресурсы рекуперация становиться как никогда актуальна. В приточно-вытяжных установках с рекуперацией обычно применяются следующие типы рекуператоров:

пластинчатый или перекрестно-точный рекуператор;
роторный рекуператор;
рекуператоры с промежуточным теплоносителем;
тепловой насос;
рекуператор камерного типа;
рекуператор с тепловыми трубами.

Принцип работы

Принцип работы любого рекуператор в приточно-вытяжных установках заключается в следующем. Он обеспечивает теплообмен (в некоторых моделях - и холодообмен, а также влагообмен) между потоками приточного и вытяжного воздуха. Процесс теплообмена может происходить непрерывно – через стенки теплообменника, с помощью хладона или промежуточного теплоносителя. Может теплообмен быть и периодическим, как в роторном и камерном рекуператоре. В результате выбрасываемый вытяжной воздух охлаждается, нагревая тем самым свежий приточный воздух. Процесс холодообмена в отдельных моделях рекуператоров проходит в теплое время года и позволяет снизить энергозатраты на системы кондиционирования воздуха за счет некоторого охлаждения подаваемого в помещение приточного воздуха. Влагообмен идет между потоками вытяжного и приточного воздуха, позволяя поддерживать в помещении комфортную для человека влажность круглогодично, без использования каких либо дополнительных устройств – увлажнителей и других.

Пластинчатый или перекрестно-точный рекуператор.

Теплопроводящие пластины рекуперативной поверхности изготавливают из тонкой металлической (материал – алюминий, медь, нержавеющая сталь) фольги или из ультратонкого картона, пластика, гигроскопичной целлюлозы. Потоки приточного и вытяжного воздуха движутся по множеству небольших каналов, образованных этими теплопроводящими пластинами, по схеме противотока. Контакт и смешивание потоков, их загрязнение практически исключены. В конструкции рекуператора движущихся деталей нет. Коэффициент эффективности 50-80%. В рекуператора из металлической фольги из-за разницы температур потоков воздуха на поверхности пластин может конденсироваться влага. В теплое время года ее необходимо отвести в систему канализации здания по специально оборудованному дренажному трубопроводу. В холодное время есть опасность замерзания этой влаги в рекуператоре и его механического повреждения (разморозки). Кроме того, образовавшийся лед сильно снижает эффективность работы рекуператора. Поэтому рекуператоры с металлическими теплопроводящими пластинами требуют при эксплуатации в холодное время года периодической оттайки потоком теплого вытяжного воздуха или использования дополнительного водяного или электрического воздухонагревателя. При этом приточный воздух или совсем не подается, или подается в помещение в обход рекуператора через дополнительный клапан (байпас). Время оттайки составляет в среднем от 5 до 25 минут. Рекуператор с теплопроводящими пластинами из ультратонкого картона и пластика не подвержен обмерзанию, так как через эти материалы идет и влагообмен, но у него другой недостаток – его нельзя использовать для вентиляции помещений с высокой влажностью с целью их осушения. Пластинчатый рекуператор может устанавливаться в приточно-вытяжную систему как в вертикальном, так и в горизонтальном положении в зависимости от требований к размерам венткамеры. Пластинчатые рекуператоры самые распространенные из-за своей относительной простоты конструкции и дешевизны.

Роторный рекуператор.

Этот тип – второй по степени распространения после пластинчатого. Теплота от одного потока воздуха к другому передается через вращающийся между вытяжной и приточной секциями цилиндрический пустотелый барабан, называемый ротором. Внутренний объем ротора заполнен уложенной туда плотно металлической фольгой или проволокой, которая играет роль вращающейся теплопередающей поверхности. Материал фольги или проволоки тот же, что и у пластинчатого рекуператора - медь, алюминий или нержавеющая сталь. Ротор имеет горизонтальную ось вращения приводного вала, вращаемого электродвигателем с шаговым или инверторным регулированием. С помощью двигателя можно управлять процессом рекуперации. Коэффициент эффективности 75-90%. Эффективность рекуператора зависит от температур потоков, их скорости и частоты вращения ротора. Изменяя частоту вращения ротора, можно менять и эффективность работы. Замерзание влаги в роторе исключено, а вот смешивание потоков, их взаимное загрязнение и передачу запахов полностью исключить нельзя, так как потоки непосредственно контактируют друг с другом. Возможно смешивание до 3%. Роторные рекуператоры не требуют больших затрат электроэнергии, позволяют осушать воздух в помещениях с высокой влажностью. Конструкция роторных рекуператоров является более сложной, чем пластинчатых, а их стоимость и затраты на эксплуатацию более высокими. Тем не менее, приточно-вытяжные установки с роторными рекуператорами являются очень популярными благодаря их высокой эффективности.

Рекуператоры с промежуточным теплоносителем.

Теплоноситель чаще всего вода или водные растворы гликолей. Такой рекуператор состоит из двух теплообменников, соединенных между собой трубопроводами с насосом для циркуляции и арматурой. Один из теплообменников помещен в канал с потоком вытяжного воздуха и получает теплоту от него. Теплота через теплоноситель с помощью насоса и труб переносится в другой теплообменник, расположенный в канале приточного воздуха. Приточный воздух воспринимает это тепло и нагревается. Смешивание потоков в этом случае полностью исключено, но из-за наличия промежуточного теплоносителя коэффициент эффективности этого типа рекуператоров относительно низок и составляет 45-55%. На эффективность можно влиять с помощью насоса, воздействуя на скорость движения теплоносителя. Основное преимущество и отличие рекуператора с промежуточным теплоносителем от рекуператора с тепловой трубой в том, что теплообменники в вытяжной и приточной установках можно располагать на расстоянии друг от друга. Положение для монтажа теплообменников, насоса и трубопроводов может быть как вертикальным, так и горизонтальным.

Тепловой насос.

Относительно недавно появилась интересная разновидность рекуператора с промежуточным теплоносителем – т.н. термодинамический рекуператор, в котором роль жидкостных теплообменников, труб и насоса играет холодильная машина, работающая в режиме теплового насоса. Это своеобразная комбинация рекуператора и теплового насоса. Она состоит из двух хладоновых теплообменников – испарителя-воздухоохладителя и конденсатора, трубопроводов, терморегулирующего вентиля, компрессора и 4-х ходового клапана. Теплообменники размещены в приточном и вытяжном воздуховоде, компрессор необходим для обеспечения циркуляции хладона, а клапан переключает потоки хладагента в зависимости от сезона и позволяет переносить теплоту из вытяжного воздуха в приточный и наоборот. При этом приточно-вытяжная система может состоять из нескольких приточных и одной вытяжной установки большей производительности, объединенных одним холодильным контуром. При этом возможности системы позволяют нескольким приточным установкам работать в разных режимах (нагрев/охлаждение) одновременно. Коэффициент преобразования теплового насоса СОР может достигать значений 4,5-6,5.

Рекуператор с тепловыми трубами.

По принципу работы рекуператор с тепловыми трубами похож на рекуператор с промежуточным теплоносителем. Разница лишь в том, что в потоки воздуха помещают не теплообменники, а так называемые тепловые трубы или точнее термосифоны. Конструктивно это герметично закрытые отрезки медной оребренной трубы, заполненные внутри специально подобранным легкокипящим хладоном. Один конец трубы в вытяжном потоке нагревается, хладон в этом месте кипит и передает воспринятое от воздуха тепло на другой конец трубы, обдуваемый потоком приточного воздуха. Здесь хладон внутри трубы конденсируется и передает тепло воздуху, который нагревается. Полностью исключены взаимное смешивание потоков, их загрязнение и передача запахов. Подвижных элементов нет, трубы в потоки помещают только вертикально либо под небольшим уклоном, чтобы хладон двигался внутри труб от холодного конца к горячему за счет силы тяжести. Коэффициент эффективности 50-70%. Важное условие для обеспечения работы его работы: воздуховоды, в которые установлены термосифоны, должны располагаться вертикально друг над другом.

Рекуператор камерного типа.

Внутренний объем (камера) такого рекуператора разделена заслонкой на две половины. Заслонка время от времени движется, меняя тем самым направление движения потоков вытяжного и приточного воздуха. Вытяжной воздух нагревает одну половину камеры, затем заслонка направляет сюда поток приточного воздуха и он нагревается от нагретых стенок камеры. Этот процесс периодически повторяется. Коэффициент эффективности достигает 70-80%. Но в конструкции есть подвижные детали, в связи с чем существует большая вероятность взаимного смешивания, загрязнения потоков и передачи запахов.

Расчет эффективности рекуператора.

В технических характеристиках рекуперативных вентиляционных установок многих фирм-производителей приводят, как правило, два значения коэффициента рекуперации – по температуре воздуха и его энтальпии. Расчет эффективности работы рекуператора может быть произведен по температуре или по энтальпии воздуха. Расчет по температуре учитывает явное теплосодержание воздуха, а по энтальпии – учитывается еще и влагосодержание воздуха (его относительную влажность). Расчет по энтальпии считается более точным. Для расчета необходимы исходные данные. Их получают путем замера температуры и влажности воздуха в трех местах: в помещении (где вентиляционная установка обеспечивает воздухообмен), на улице и в сечении приточной воздухораспределительной решетки (откуда в помещение попадает обработанный наружный воздух). Формула для расчета эффективности рекуперации по температуре следующая:

Kt = (T4 – T1) / (T2 – T1) , где

Kt – коэффициент эффективности рекуператора по температуре;
T1 – температура наружного воздуха, oC;
T2 – температура вытяжного воздуха (т.е. воздуха в помещении), оС;
T4 – температура приточного воздуха, оС.

Энтальпия воздуха – это теплосодержание воздуха, т.е. количество теплоты, содержащейся в нем, отнесенное к 1 кг сухого воздуха. Энтальпию определяют с помощью i-d диаграммы состояния влажного воздуха, нанеся на нее точки, соответствующие замеренной температуре и влажности в помещении, на улице и приточного воздуха. Формула для расчета эффективности рекуперации по энтальпии следующая:

Kh = (H4 – H1) / (H2 – H1) , где

Kh – коэффициент эффективности рекуператора по энтальпии;
H1 – энтальпия наружного воздуха, кДж/кг;
H2 –энтальпия вытяжного воздуха (т.е. воздуха в помещении), кДж/кг;
H4 – энтальпия приточного воздуха, кДж/кг.

Экономическая целесообразность применения приточно-вытяжных установок с рекуперацией.

В качестве примера возьмем технико-экономическое обоснование применения вентиляционных установок с рекуперацией в системах приточно-вытяжной вентиляции помещений автосалона.

Исходные данные:

объект – автосалон общей площадью 2000 м2;
средняя высота помещений 3-6 м, состоит из двух выставочных залов, офисной зоны и станции технического обслуживания (СТО);
для приточно-вытяжной вентиляции указанных помещений были выбраны вентиляционные установки канального типа: 1 единица с расходом воздуха 650 м3/час и потребляемой мощностью 0,4 кВт и 5 единиц с расходом воздуха 1500м3/час и потребляемой мощностью 0,83 кВт.
гарантированный диапазон наружных температур воздуха для канальных установок составляет (-15…+40) оС.

Для сравнения энергопотребления произведем расчет мощности канального электрического воздухонагревателя, которая необходима для подогрева наружного воздуха в холодное время года в приточной установке традиционного типа (состоящей из обратного клапана, канального фильтра, вентилятора и электрического воздухонагревателя) с расходом воздуха 650 и 1500 м3/час соответственно. При этом стоимость электроэнергии принимаем 5 рублей за 1кВт*час.

Наружный воздух необходимо нагреть от -15 до +20оС.

Расчет мощности электрического воздухонагревателя произведен по уравнению теплового баланса:

Qн = G*Cp*T, Вт , где:

Qн – мощность воздухонагревателя, Вт;
G - массовый расход воздуха через воздухонагреватель, кг/сек;
Ср – удельная изобарная теплоемкость воздуха. Ср = 1000кДж/кг*К;
Т – разность температур воздуха на выходе из воздухонагревателя и входе.

T = 20 – (-15) = 35 оС.

1. 650 / 3600 = 0,181 м3/сек

р = 1, 2 кг/м3 – плотность воздуха.

G = 0, 181*1, 2 = 0,217 кг/сек

Qн = 0, 217*1000*35 = 7600 Вт.

2. 1500 / 3600 = 0, 417 м3/сек

G = 0, 417*1, 2 = 0, 5 кг/ сек

Qн = 0, 5*1000*35 = 17500 Вт.

Таким образом, применение в холодное время года канальных установок с рекуперацией тепла вместо традиционных с использованием электрических воздухонагревателей позволяет уменьшить затраты электроэнергии при одном и том же количестве подаваемого воздуха более чем в 20 раз и тем самым позволяет снизить затраты и соответственно увеличить прибыль автосалона. Кроме этого, применение установок с рекуперацией позволяет уменьшить финансовые затраты потребителя на энергоносители на отопление помещений в холодное время года и на их кондиционирование в теплое время примерно на 50%.

Для большей наглядности произведем сравнительный финансовый анализ энергопотребления систем приточно-вытяжной вентиляции помещений автосалона, укомплектованных установками с рекуперацией тепла канального типа и традиционных установок с электрическими воздухонагревателями.

Исходные данные:

Система 1.

Установки с рекуперацией тепла расходом 650 м3/час– 1ед. и 1500 м3/час – 5ед.

Суммарная электрическая потребляемая мощность составит: 0,4 + 5*0,83 = 4,55 кВт*час.

Система 2.

Традиционные канальные приточно-вытяжные вентиляционные установки -1ед. с расходом 650м3/час и 5ед. с расходом 1500м3/час.

Суммарная электрическая мощность установки на 650 м3/час составит:

вентиляторы – 2*0,155 = 0,31 кВт*час;
автоматика и приводы клапанов – 0,1кВт*час;
электрический воздухонагреватель – 7,6 кВт*час;

Итого: 8,01 кВт*час.

Суммарная электрическая мощность установки на 1500м3/час составит:

вентиляторы – 2*0,32 = 0,64кВт*час;
автоматика и приводы клапанов – 0,1 кВт*час;
электрический воздухонагреватель – 17,5 кВт*час.

Итого: (18,24 кВт*час)*5 = 91,2 кВт*час.

Всего: 91,2 + 8,01 = 99,21кВт*час.

Принимаем период использования подогрева в системах вентиляции 150 рабочих дней в год по 9 часов. Получаем 150*9 =1350 часов.

Энергопотребление установок с рекуперацией составит: 4,55*1350 = 6142,5 кВт

Эксплуатационные затраты составят: 5 руб.*6142,5 кВт = 30712,5 руб. или в относительном (к общей площади автосалона 2000 м2) выражении 30172,5 / 2000 = 15,1 руб./м2.

Энергопотребление традиционных систем составит: 99,21*1350 = 133933,5 кВт Эксплуатационные затраты составят: 5 руб.*133933,5 кВт = 669667,5 руб. или в относительном (к общей площади автосалона 2000 м2) выражении 669667,5 / 2000 = 334,8 руб./м2.

Рекуператор зачастую становится частью системы вентиляции. Однако не многие знают, что это за устройство и какие особенности оно имеет. Также немаловажным вопросом становится то, будет ли окупаться приобретение рекуператора, как он изменит работу системы вентилирование, можно ли создать подобный элемент своими руками. На этим и многие другие вопросы дадим ответы в нижеприведенной информации.

Необычное наименование дали обычному . Задача устройства заключается в отбирании части тепла с уже отработанного отведенного воздуха с помещения. Отобранное тепло передается потоку, который поступает из системы подачи чистого воздуха. Вышеприведенная информация определяет то, что цель использования подобной системы – экономия на обогреве дома. При этом следует отметить нижеприведенные моменты:

В летнее время система позволяет снизить расходы на кондиционировании работы.
Рассматриваемое устройство может работать в обе стороны, то ест забирать тепло в приточной и отводящей системе.

Принцип работы системы с рекуперацией тепла

Вышеприведенная информация определяет то, что рекуператор тепла устанавливается во многих системах вентиляции. Она не активная, многие варианты исполнения не потребляют энергию, не издают шум, имеют средний показатель эффективности. Устанавливались теплообменники на протяжении многих лет, но в последнее время у многих возникает вопрос, есть ли причины для того, чтобы усложнять систему вентиляции этим устройством, которое имеет довольно много проблем по причине работы в среде с различной температурой.

Потенциальных проблем, связанных с использованием подобного оборудования, практически нет. Некоторые решаются производителем, другие становятся головной болью покупателя. К основным проблемам можно отнести:

Образование конденсата. Законы физики определяют то, что при прохождении воздуха с через холодную замкнутую среду происходит образование конденсата. Если температура окружающей среды ниже нуля, то ребра начнут обмерзать. Вся информация, приведенная в этом пункте, определяет существенное снижение эффективности работы устройства.
Энергоэффективность. Все вентиляционные системы, работающие совместно с рекуператором, зависимы от энергии. Проводимый экономический расчет определяет то, что полезными будут лишь те модели рекуператоров, которые будут сберегать больше энергии, чем тратить.
Период окупаемости. Как ранее было отмечено, устройство предназначено для экономии энергии. Важным определяющим фактором является то, сколько лет необходимо для того, чтобы покупка и установка рекуператоров окупилась. Если рассматриваемый показатель превышает отметки 10 лет, то смысла в установке нет, так как за это время другие элементы системы потребуют замены. Если расчеты показывают, что период окупаемости составляет 20 лет, то возможность установки устройства не следует рассматривать.

Возникновение конденсата на вент. системе

Вышеприведенные проблемы стоит учитывать при выборе теплообменника, которые существует несколько десятков видов.

Врезка: Важно: Существует несколько вариантов исполнения теплообменника. Рассматривая принцип работы устройства, следует учитывать, что он зависит от типа самого устройства. Пластинчатый тип устройства представляет собой устройство, в котором приточный и вытяжной канал проходят через общий корпус. Два канала разделены перегородками. Перегородка состоит из многочисленного количества пластин, которые зачастую изготавливаются из меди или алюминия. Важно отметить, что медный состав обладает большей теплопроводностью, нежели алюминий. Однако алюминий дешевле.

К особенностям рассматриваемого устройства можно назвать следующее:

Тепло из одного канала в другой передается при помощи теплопроводных пластин.
Принцип передачи тепла определяет то, что проблема появления конденсата возникает сразу поле включения теплообменника в систему.
Для того чтобы исключить вероятность появления конденсата устанавливается датчик обледенения термического типа. При появлении сигнала с датчика реле открывает специальный клапан – байпас.
При открытии клапана холодный воздух поступает в два канала.

Этот класс устройства можно отнести к низкой ценовой категории. Это связано с тем, что при создании конструкции используется примитивный метод передачи тепла. Эффективность подобного метода ниже. Важным моментом можно назвать то, что стоимость устройства зависит от его размеров и размеров самой приточной системы. Примером можно назвать размер канала 400 на 200 миллиметров и 600 на 300 миллиметров. Разница в цене составит более 10 000 рублей.

Схема вентиляции с рекуперацией

Конструкция состоит из следующих элементов:

Два входных : один для свежего воздух, второй для отработанного.
Из фильтра грубой очистки подаваемого воздуха с улицы.
Непосредственно самого теплообменника, который находится в центральной части.
Заслонки, которая необходима для подачи воздуха в случае обледенения.
Клапан для слива конденсата.
Вентилятора, которые отвечает за нагнетание воздуха в системе.
Два канала с обратной стороны конструкции.

Размеры теплообменника зависят от того, какой мощности вентиляционная система и каких размеров воздуховоды.

Следующим типом конструкции можно назвать устройство с тепловыми трубками. Его устройство практически идентично предыдущему. Разница заключается лишь в том, что конструкция не имеет огромное количество пластин, которые пронизывают перегородку между каналами. Для этого используется тепловая трубка – специальное устройство, которое переносит тепло. Преимуществом системы можно назвать то, что на более теплом конце герметичной медной трубки испаряется фреон. Конденсат скапливается на более холодном конце. К особенностям рассматриваемой конструкции можно отнести:

Фитиль.
Контейнер.
Полость с паром.

Работа системы имеет следующие особенности:

В системе есть рабочая жидкость, которая поглощает тепловую энергию.
Пар распространяется от более теплой точки к холодной.
Законы физики определяют то, что пар конденсируется обратно в жидкость и отдает сохраненную температуру.
По фитилю вода снова оттекает к теплой точке, где снова образуется в пар.

Конструкция герметична и работает с высокой эффективностью. Преимуществом можно назвать то, что конструкция имеет меньшие размеры и более проста в эксплуатации.

Роторный тип можно назвать современным вариантом исполнения. На границе между приточным и вытяжным каналом находится устройство, которое имеет лопасти – они медленно вращаются. Устройство создано так, что пластины нагреваются с одной стороны и передают со второй при путем вращения. Это связано с тем, что лопасти расположены под определенным углом для перенаправления тепла. К особенностям роторной системы можно отнести следующее:

Довольно высокий КПД. Как правило, пластинчатые системы и трубчатые имеют КПД не более 50%. Это связано с тем, что они не имеют активных элементов. При перенаправлении воздушного потока повысить КПД системы можно до 70-75%.
Вращение лопастей также определяет решение проблемы с образованием конденсата на поверхности. Также решается проблема при низкой влажности в холодное время года.

Однако можно также выделить несколько недостатков:

Как правило, чем сложнее система, тем она менее надежна. Роторная система имеет вращающийся элемент, который может выходить из строя.
Если в помещении повышенная влажность, то использовать конструкцию не рекомендуется.

Также важно понимать, что камеры рекуператоров не имеют герметичного разделения. Этот момент определяет передачу запаха с одной камеры в другую. В целом роторная система напоминает своеобразный вентилятор довольно больших габаритных размеров с громоздкими лопастями. Для повышения эффективности работы системы устройство должно подключаться к источнику питания.

Промежуточного типа представляет собой классическую конструкцию, которая состоит из водяного отопления с конвекторами и насосами. Система используется крайне редко, по причине низкого КПД и сложности конструкции. Однако она практически не заменима в случае, когда приточный и вытяжной канал находятся на большом расстоянии друг от друга. Тепло передается через воду, которая используется на протяжении многих лет при создании подобных систем. Для обеспечения циркуляции воды в независимости от расположения устройств в системе установлен насос. Важно понимать, что конструктивные особенности в данном случае определяют малую надежность системы и необходимость проведения периодических осмотров.

Сравнительная таблица

Для того чтобы определиться с тем, нужно ли устанавливать систему перенаправления тепла, проводят исследования эффективности. Пример подобного расчета приведем на относительно небольшом частом доме. К особенностям подсчета можно отнести:

Согласно проведенным подсчетам, через систему вентиляции уходит примерно 35% тепла. За среднее значение возьмем 30%, так современные вентиляционные системы имеют большую эффективности в плане экономии энергии.
Средний показать потребляемой мощности составляет 500 ватт. Отметим, что этот показатель выбран с учетом расположения дома в Севастополе. Средняя температура в январе около 3,5 градуса Цельсия. Расход энергии в более холодном климате будет значительно выше.
Если установлена пластинчатая конструкция рекуператора, то потребительская мощность будет ограничена на отметке 30 ватт.
Показатель КПД системы находится на отметке 40%.

Согласно проводимым расчетом на основании введенных данных период окупаемости составляет примерно 114 года. Поэтому приобретать пластинчатый теплообменник не имеет смысла для частного дома.

Существенно снизить расходы можно при самостоятельном изготовлении конструкции. Принцип ее работы довольно прост. Поэтому при использовании подручных материалов можно провести создание . Рекомендации по созданию рассматриваемой конструкции следующие:

Для начала проводится нарезание труб из алюминия на небольшие части. При выборе трубы следует отдавать предпочтение вариантам исполнения диаметром 10 миллиметров. При этом отметим, что чем больше толщина металла, тем больше труба вбирает в себя тепла.
Следующим шагом можно назвать вырезание двух пластин из листового алюминия. При выборе пластин следует обратить внимание на варианты исполнения толщиной 4 миллиметров. В этих пластинах проводится создание отверстий для ранее нарезанных труб.
В качестве соединительного элемента используется герметик, который невосприимчив к воздействию высоких или низких температур.

Принцип работы конструкции заключается в следующем:

Рекуператор тепла установлен в качестве общего элемента в приточной и отводящей системе.
К теплообменнику подключены две трубы с одной стороны, а также две с другой.
Для того чтобы повысить эффективность конструкции устанавливаются вентиляторы.
Вся система имеет корпус, который защищает механизмы от оказания воздействия с окружающей среды.
Трубы выступают в качестве парораспределителя тепла.

Подобным образом создается простейшая конструкция для обмена теплом между двумя системами.

Выводы

В заключение отметим, что вышеприведенная информация позволяет рассчитать рентабельность установления системы теплообмена. Практически все конструкции имеют высокую надежность и не выходят из строя. Также их эффективность относительно небольшая, установка целесообразна только в больших вентиляционных системах.

Рекупера́ция (от лат. recuperatio- «обратное получение») - возвращение части материаловилиэнергиидля повторного использования в том жетехнологическом процессе.

Рекуперация при обработке сырья называется десорбцией. Десорбция, как и другие процессы массопередачи, обычно обратима, а первичный процесс называется адсорбцией. Эти процессы широко применяются в химической промышленности при очистке и осушке газов, очистке и осветлении растворов, разделении смесей газов или паров, в частности при извлечении летучих растворителей из смеси газов (рекуперации летучих растворителей). Рекуперация жидких растворителей используется в производстве углеводородов, спиртов, простых и сложных эфиров и т. д. Процессы адсорбции и десорбции осуществляются на специализированных адсорбционных установках.

Рекуперация – процесс частичного возврата энергии для повторного использования. В данной теме мы говорим о рекуперации воздуха в системах вентиляции.

Принцип работы рекуператора

У нас есть приточно-вытяжная вентиляция. Приточный воздух зимой очищается воздушными фильтрами и нагревается калориферами. Он попадает в помещение, согревает его и разбавляет вредные газы, пыль и прочие выделения. Затем он попадает в вытяжную вентиляцию и выбрасывается на улицу… Отсюда мысль… Почему бы нам не нагревать холодный приточный воздух воздухом выбрасываемым. Ведь мы по сути выбрасываем деньги на ветер. Итак, у нас есть выбрасываемый воздух с температурой 21 С и приточный, который до калорифера имеет температуру -10 С. Мы устанавливаем, к примеру, рекуператор с пластинчатым теплообменником. Чтобы понять принцип действия рекуператора с пластинчатым теплообменником представьте себе квадрат, в котором вытяжной воздух проходит снизу-вверх, а приточный слева-направо. Причем эти потоки не смешиваются друг с другом за счет использования специальных теплопроводящих пластин, разделяющих эти два потока.

В итоге выбрасываемый воздух отдает приточному до 70% тепла и на выходе из рекуператора имеет температуру 2-6 С, а приточный воздух, в свою очередь, имеет температуру на выходе из рекуператора 12-16 С. Следовательно калорифер будет нагревать воздух не -10 С, а +12 С и это позволит нам значительно сэкономить на электро- или тепловой энергии, затрачиваемой на обогрев приточного воздуха.

Виды рекуператоров

Хотя рекуператор с пластинчатым теплообменником больше всего распространен на территории РФ, существуют и другие виды рекуператоров, которые в некоторых случаях являются более эффективными или вообще только они могут справиться с поставленными задачами. Мы предлагаем вам рассмотреть четыре самых популярных вида рекуператоров:

Рекуператор с пластинчатым теплообменником (Пластинчатый рекуператор)

Рекуператор с роторным теплообменником (Роторный рекуператор)

Водяной рециркуляционный рекуператор

Крышный рекуператор

Пластинчатый рекуператор

Наиболее распространенным типом является пластинчатый или перекрестно-точный рекуператор воздуха для квартир.

Он представляет собой небольшую кассету. В ней созданы два канала, которые разделены между собой листами стали. По ним идут раздельно приточный и вытяжной потоки воздуха. Сталь выполняет роль «фильтра» тепла. То есть происходит температурный обмен, но не допускается смешения воздуха. Распространенность этого типа устройств обусловлена его простотой, компактностью и дешевизной. Пластинчатый рекуператор воздуха для квартир обладает некоторыми недостатками, но они не столь существенны при установке в небольших жилых помещениях.

Преимущества: - устройство легко встраивается в любой участок воздуховода; - отсутствуют подвижные части (проще обслуживание, отсутствует риск смещения воздушных потоков и пр.); - относительно высокий коэффициент полезного действия – 50…90%; - можно работать с высокотемпературными газовыми и воздушными смесями (до +200°C); - аэродинамическое сопротивление проходящим воздушным потокам увеличивается незначительно; - простая регулировка производительности посредством перепускного клапана.

Пластинчатые рекуператорыустроены таким образом, что воздушные потоки в них не смешиваются, а контактируют между собой через стенки теплообменной кассеты. Эта кассета состоит из множества пластин, отделяющих холодные воздушные потоки от теплых. Чаще всего пластины делают из алюминиевой фольги, которая обладает отличными теплопроводными свойствами. Пластины могут быть также и из специального пластика. Эти дороже алюминиевых, но повышают КПД оборудования.

Пластинчатые теплообменники имеют существенный недостаток: в результате разницы температур на холодных поверхностях выпадает конденсат, который превращается в наледь. Обледеневший рекуператор перестает эффективно работать. Для его размораживания входящий поток автоматически переводится в обход теплообменника и подогревается калорифером. Выходящий теплый воздух тем временем растапливает наледь на пластинах. В таком режиме, конечно же, не происходит экономия энергии, а период размораживания может занимать от 5 до 25 минут в час. Для подогрева входящего воздуха в фазу размораживания используются калориферы мощностью 1-5 кВт.

В некоторых пластинчатых рекуператорах используется предварительный подогрев входящего воздуха до температуры, исключающей образование наледи. Это снижает КПД рекуператора примерно на 20%.

Еще одно решение проблемы обледенения – кассеты из гигроскопической целлюлозы. Этот материал поглощает влагу из вытяжного воздушного потока и передает ее входящему, тем самым, возвращая назад еще и влагу. Такие рекуператоры оправданы только в зданиях, где нет проблемы переувлажнения воздуха. Безусловное преимущество гигроцеллюлозных рекуператоров в том, что они не нуждаются в электроподогреве воздуха, а значит, они и более экономичные. У рекуператоров с двойным пластинчатым теплообменником КПД достигает 90%. Наледь в них не образуется, благодаря передаче тепла через промежуточную зону.

Известные производители пластинчатых рекуператоров: SCHRAG (Германия), MITSUBISHI (Япония), ELECTROLUX, SYSTEМAIR (Швеция), SHUFT (Дания), REMAK, 2W (Чехия), MIDEA (Китай).

Все камни