Cистемы вентиляции с рекуперацией тепла

Как сделать пластинчатый рекуператор своими руками?

Материалы для пластин

При выборе материала для изготовления кассеты самого пластинчатого теплообменника, принципиальной разницы, из чего набирать пластины, нет. Подойдёт:

• тонкий лист алюминия или меди;
• тонкая кровельная оцинковка;
• листовой текстолит или гетинакс;
• другой вид пластика.

На теплообмен теплопроводность материала пластин почти не влияет. Сколько нужно? Зависит от количества собираемых кассет. Для одной хватит около 4 квадратных метров. Если, руководствуясь изложенной выше теорией, захочется повысить КПД, нужно в два раза больше для кассеты того же размера. Можно сделать и одну, но большую. Однако требования по удалению возможного конденсата из корпуса не позволят «уложить» кассету на бок и придётся искать место для установки.

Понадобится уголок для стоек обоймы кассеты и фланцев. Перекладывать пластины можно проолифленной рейкой, полосовой технической пробкой. Если есть возможность, подготовленные для пластин заготовки можно штамповать в п-образные заготовки с высотой бортика от 4 до 5 миллиметров. Той же толщины должны быть рейки и пробковая полоса, ширина их до 10 миллиметров.

Материал для изготовления корпуса

• металлический лист или фанера;
• МДФ толщиной до 20 миллиметров;
• брусок для каркаса;
• метизы для крепежа;
• минеральная вата;
• силиконовый герметик.

Пошаговые действия

Сначала аккуратно нарезаются пластины квадратной формы. Сторона до 300 миллиметров

Важно выполнить все пластины одинакового размера, стараясь не деформировать их края. Лучше всего пользоваться электроинструментом, разрезая несколько листов, сложенных пачкой

Всего нужно около 70 таких заготовок на кассету. На противоположные края квадратов наклеиваются рейки или пробка, нарезанные по размеру стороны пластины. На последний лист ничего не клеится. Клею даётся время высохнуть. Подготовленные заготовки склеиваются в кассету. Для чего клеем намазываются верхние стороны реек или полос пробки, а каждый последующий лист укладывается с поворотом на 90 градусов. Завершает набор пластина без прокладок. Получится кассета с чередующимися каналами, направленными перпендикулярно друг другу — будущий теплообменник.
Кассета стягивается каркасом из уголка. В щели заполняют силиконовый герметик. На сторонах кассеты выполняются крепления для фланцевых соединений. Нужно учесть, что кассета должна располагаться вертикально на одном из углов квадрата, образуя равносторонний ромб. В нижней её части будет скапливаться образующийся конденсат. Тут предусматривается дренажное отверстие с трубкой отвода скопившейся влаги. Как говорилось выше, в одном корпусе может быть установлено более одной кассеты теплообменника для большего КПД. В этом случае, вторая должна иметь такие же габариты, как и первая. Их смежные углы должны плотно соприкасаться, не допуская щелей и просветов. Снизу и сверху на стык поместить силиконовый герметик.
Подготовленная кассета вставляется в корпус. Его внутренняя высота и длина равны диагонали квадрата (если используется одна кассета), а ширина — толщине набора пластин. В стенках корпуса, напротив соответствующих сторон кассеты, выполняются отверстия для крепления пластиковых фланцев под воздуховоды. Устанавливать теплообменник нужно в специальные направляющие из уголка, укреплённые на стенках корпуса. Кассета получается съёмной, что важно для её обслуживания.
Для входящих потоков нужно предусмотреть возможность установки простейших съёмных кассетных фильтров. На внутреннюю поверхность стенок корпуса крепится минеральная вата толщиной около 4 сантиметров. Для обеспечения принудительной вентиляции устанавливаются вентиляторы, позволяющие регулировать скорость вращения.

Часть 3: монтаж

Для создания благоприятного микроклимата в доме или квартире, помещения нужно регулярно проветривать. Чтобы обеспечить баланс свежего воздуха и влажности нужно обеспечить жилище хорошей вентиляцией. Установка рекуператора решит эту проблему и кроме того, сэкономит энергоресурсы.

Виды рекуператоров

Современный рынок вентиляционного оборудования представляет широкий выбор рекуператоров разных типов, отличающихся между собой как по конструкции, так и по способу теплообмена между потоками.

Пластинчатые модели являются самым простым и распространённым видом рекуператоров, отличаются низкой стоимостью и долгим сроком службы. Теплообменник моделей состоит из тонких алюминиевых пластинок, которые обладают высокой теплопроводностью и значительно повышают КПД приборов, который в пластинчатых моделях может достигать 90%. Высокие показатели эффективности обусловлены особенностью строения теплообменника, пластины в котором расположены таким образом, что оба потока, чередуясь, проходят между ними под углом 90 градусов друг к другу. Очерёдность пропуска тёплых и холодных струй стала возможна благодаря загибу краёв на пластинах и герметизации соединений с помощью полиэфирных смол. Помимо алюминия, для производства пластин используют сплавы меди и латуни, а также полимерные гидрофобные пластмассы. Однако кроме преимуществ, пластинчатые рекуператоры имеют и свои слабые стороны. Минусом моделей считают высокий риск появления конденсата и образования наледи, что обусловлено слишком близким расположением пластин друг к другу.

Технологические решения

Рекуператоры тепла имеют множество технических реализаций, среди которых есть как локальные приточно-вытяжные установки, так и оборудование для монтажа в централизованные системы. В любой отдельно взятой модели разработчики стремятся продумать каждую мелочь, ведь для таких устройств прирост по одному из показателей неизбежно вызывает ухудшение других параметров.

Например, чтобы успеть отдать максимум тепла вытяжной воздух должен проходить по как можно большему пути, что неизбежно увеличивает общее аэродинамическое сопротивление системы вентиляции. Получается, что для корректной работы высокоэффективного рекуператора необходим либо разгонный участок очень большой протяжённости, либо принудительное перемещение воздуха с вытекающей из этого зависимостью от электроснабжения.

В соответствии с устройством и принципом действия различают пластинчатые, трубчатые и роторные рекуператоры — это три наиболее популярных типа, которые пригодны к использованию в гражданской сфере благодаря простоте конструкции.

Пластинчатые рекуператоры — это ёмкости со сложным лабиринтом перегородок, по которым во встречных направлениях перемещаются два потока воздуха. Это наиболее простой тип конструкции, получивший наибольшее распространение в бытовых рекуператорах. Главный недостаток — увеличение аэродинамического сопротивления в точке установки.

   Пластинчатый рекуператор

Трубчатые рекуператоры устроены сложнее, по сути, они представляют собой один крупный канал, в котором проложены несколько трубок меньшего диаметра. Для достижения площади теплового контакта, сопоставимой с пластинчатой конструкцией, требуется увеличение длины каналов, что приводит к повышению материалоёмкости, негативно сказывается на габаритах и стоимости прибора. Но есть и позитивный аспект: завихрения воздуха при движении через систему трубок способствуют более эффективной теплопередаче, не замедляя вытяжной поток.

   Трубчатые рекуператоры

Роторные рекуператоры используют для теплообмена рабочее тело — набор тонких вращающихся дисков, которые нагреваются при прохождении через тёплый канал и остывают в холодном. Недостаток таких рекуператоров — технологические зазоры между дисками, которые хоть и незначительны, но всё же приводят к частичному смешиванию потоков.

   Приточно-вытяжная установка с роторным рекуператором

В целом все конструкции имеют примитивное устройство, что сказывается на эффективности, поэтому многие производители дополняют классическую схему прибора некоторыми интересными решениями. Усиленная работа ведётся над поиском материалов, хорошо поддающихся обработке и как можно лучше передающих тепло. В пластинчатых рекуператорах стенки изготавливают гофрированными или устанавливают на них оребрение, трубчатые теплообменники выполняют тонкостенными из цветных металлов.

Одним из самых интересных решений служит установка элементов Пельтье, причём за счёт положительного COP их количество буквально ничем не ограничено. Тот же принцип используется и в рекуператорах, совмещённых с системой воздушного отопления: тепловые насосы в таких установках обладают гораздо более широким диапазоном рабочих температур и увеличенным коэффициентом прироста мощности.

В наиболее продвинутых рекуператорах работает система двойного обращения потока. Тёплый вытяжной воздух подаётся изначально на более холодную часть теплообменника, где за счёт большой разницы температур наблюдается существенное увеличение эффективности теплопередачи. Также в процессе образуется конденсат, который подогревается и передаётся на испаритель внутри приточной камеры. Это помогает нивелировать осушение воздуха при нагреве, кроме того, вода как носитель скрытой теплоты способствует ещё более интенсивному переносу энергии. Некоторые моменты продуманы до мелочей: например, двигатели специально размещают в начале вытяжного и конце приточного тракта, а также снабжают качественным оребрением для полного возврата паразитного тепла.

Преимущества использования рекуператоров для вентиляции

Несмотря на то, что приточно-вытяжная система с рекуперацией тепла обойдется дороже, чем более примитивное оборудование, а тем более устройство естественного воздухообмена, экономия энергоресурсов в данном случае, а также отличный микроклимат в помещениях оправдывают ее установку.

Воздухообмен при использовании рекуперации характеризуется постоянством. Он не зависит от капризов погоды, времени года и разницы температур вне помещения и внутри его.В помещение поступает чистый воздух. Для этого устанавливаются фильтры, задерживающие до 90% пыли и других взвешенных частиц.

Эксплуатационный срок подобной техники достаточно большой. Существенно продлить его поможет регулярное обслуживание, включающее смену расходных элементов (они довольно бюджетны).

Наряду с весомыми преимуществами, вентиляционная система с рекуперацией тепла, как и любое оборудование, обладает некоторыми недостатками.

Отпугнуть потенциальных клиентов может необходимость высоких первоначальных инвестиций. Однако окупается такое оборудование достаточно быстро — в течение 3…5 лет. Помимо этого, проблемы при эксплуатации техники может доставить образование на стенках рекуператора конденсата. При низких температурах это чревато обледенением прибора, что приводит к снижению эффективности его работы или даже к поломке (чем больше разность между температурой снаружи и внутри строения, там выше риск появления на рекуператоре конденсата). Шум, производимый некоторыми моделями работающих теплообменников, также приносит определенное неудобство. Выходом из положения станет приобретение оборудования с хорошей звукоизоляцией.

В любом случае оправданием установки дорогостоящей системы станет ее эффективность, то есть экономия энергоресурсов при надлежащем уровне комфорта для людей, создаваемом этой техникой.

Устанавливается приточно-вытяжная вентиляция с функцией рекуперации на объектах различного назначения: в частных жилых строениях, в общественных зданиях, в офисах, на производстве и складах.

Сегодня, когда энергоэффективность материалов, техники, различных устройств выходит на лидирующие позиции, ПВВс рекуператорами становятся все более актуальной. В европейских странах она давно стала устанавливаться повсеместно, тогда как у нас пока не получила широкого распространения.

Соперники роторного рекуператора

Есть и другие разновидности рекуперативных теплообменников, которые нередко становятся элементами приточно-вытяжных систем.

Пластинчатые

Эти приборы самые популярные, потому что относительно просты, им не нужна электроэнергия и серьезное обслуживание. Низкая стоимость — еще одно большое преимущество. Такие приборы — теплообменники, состоящие из большого количества пластин, между которыми оставлены минимальные расстояния. Материалы для их изготовления сильно различаются: это может быть металл, пластмасса либо целлюлоза. Рекуперация в устройствах происходит в разных плоскостях, поэтому потоки теплого и холодного воздуха не смешиваются.

Минус есть — это скопление конденсата, промерзание в сильные холода, поэтому приборам зимой требуется регулярное оттаивание. По этой причине в морозы вентиляционную установку отключают, либо устанавливают дополнительный элемент — подогреватель приточного воздушного потока.

Водяные

Если называть их корректно, то они гликолевые, спиртовые, так как обычная жидкость в зимнее время быстро замерзнет. Это оборудование состоит из двух теплообменников, которые соединены жидкостным контуром. Такие элементы устанавливают на расстоянии друг от друга, поэтому воздушные потоки тоже не смешиваются.

Еще одно достоинство прибора — минимальное отложение жиров, а значит, меньшая пожароопасность. По этой причине их часто устанавливают в кафе и ресторанах, даже в горячих цехах. Недостатки у устройства есть — это самые большие габариты, не слишком впечатляющая эффективность, едва превышающая 50%, высокая цена из-за необходимости дополнительного оборудования — теплового насоса.

Другие виды — камерные, трубчатые рекуператоры — не используют для устройства вентиляции в частных домах, поэтому их описывать большого смысла не имеет. Если рассматривать это «трио» претендентов в качестве моделей для самостоятельной сборки, то лидер один — это простой пластинчатый прибор.

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.

Критерии выбора

С самого начала надо расстаться с иллюзией: приобрести недорогой и при этом качественный рекуператор для большого жилища не получится. Обязательно необходимо производить расчет требуемого теплового КПД. Для вычислений используется незамысловатая формула вида Q = 0,335 x L x (t1 – t2), где:

• 0,335 — коэффициент для конкретного региона (иногда он бывает и иным);

• L – суммарный расход воздуха;

• показатели в скобках — температура на притоке и на оттоке соответственно.

Эффективность оценивают, умножая расход энергии для отопления либо отвода тепла на вычисленный в предыдущем шаге коэффициент полезного действия. Но это только предварительные прикидки, безупречно правильные расчеты смогут выполнить только опытные профессионалы. Если надо выбрать для каркасного дома в Московской области рекуператор, то наилучшим вариантом окажется роторное устройство. У него периодически может происходить небольшой приток вытяжного воздуха в канал внешнего поступления.

Вентиляционные каналы придется прокладывать в двойном размере по сравнению с потребностью: сразу на приток и на отгон воздуха. В противном случае гарантировать свежесть будет невозможно. Часть изготовителей предлагает «бесшумные» модели. Но надо понимать, что движение воздуха неизбежно создает те или иные звуки, даже если в самом устройстве нет движущихся частей. Потому можно говорить только о той или иной громкости звука, и если производитель упирает на тишину в своей рекламе, значит, необходимо проверять этот параметр по сопроводительной документации.

Подключаемые к электросети устройства станут работать круглосуточно. И буквально каждый ватт в условиях современных цен на электричество — практически на вес золота. Но при этом очень слабые аппараты не могут обеспечить необходимую мощность проветривания. Потому экономия экономией, а разумный баланс соблюдать надо.

Качественная установка рекуперации обязательно помечена информацией об уровне производительности. Если этого нет — лучше мимо нее пройти сразу в магазине. Полезно еще выяснить, нужны ли будут фильтры для аппарата, и если да, то какие и с какой периодичностью. Необходимо также учесть, как подбирать рекуператор для СИП-панелей

В этом случае особой мощности нагрева не требуется, и можно уделить главное внимание интенсивности протока воздуха

В домах из таких панелей обычно предусматривается парная установка рекуперационных приборов. Их можно поставить даже в полностью готовом здании с чистовой отделкой. Разумеется, если конструкция не требует прокладывания воздуховодов через стены. Рекуператоры могут оборудоваться автоматизированными или упрощенными системами управления. Там, где есть автоматика, возможно срабатывание:

• по сигналу от датчиков движения;

• при изменении влажности;

• при срабатывании датчиков освещенности.

Выбор рекуператора для дачи или в городскую квартиру, однако, не может ограничиваться такими параметрами. Для деревянного загородного дома интенсивность вентиляции может быть несколько меньше, а для кирпичного или газобетонного несколько больше расчетных показателей. Но обязательно требуется учитывать еще и требуемое качество микроклимата. В обычных жилищах стараются создавать «просто оптимальную» среду, которая гарантирует ощущение комфортного тепла и приличную работоспособность. Однако иногда приходится добиваться повышенных характеристик.

Это требуется:

• тяжелобольным;

• инвалидам;

• аллергикам;

• маленьким детям;

• пожилым людям;

• реабилитирующимся после длительных, тяжелых расстройств или травм.

Знакомясь с показателями конкретного рекуператора, прежде всего надо обращать внимание на его способность очищать воздух от углекислоты. После этого требуется выяснить:

• направляется ли теплоноситель прямо или по схеме реверса;

• как долго можно эксплуатировать аппарат;

• какие есть дополнительные режимы работы (особо полезны ночная программа и срабатывание по датчику углекислоты).

Какой выбрать для квартиры или дома

Рассмотрение типов существующих рекуператоров можно продолжать и далее, рассказав о типах рёберных пластинчатых рекуператоров и т. п. Но интерес представляет вопрос самостоятельного изготовления подобной конструкции и практическое её применение в собственном доме или квартире. Прежде всего, нужно подумать о необходимом типе такого блока теплообмена. Если в квартире все окна пластиковые и требуется эффективная вентиляция, лучше отдать предпочтение готовой промышленной компактной сборке ДРТВВ («тёплой форточке»).

Рекуператор обеспечит хорошую вентиляцию в помещении

Для частного домовладения, где вопрос свободного места не стоит так остро, вполне подойдёт одна из конструкций пластинчатого перекрёстного или противоточного типов. Именно они наиболее просты в самостоятельном изготовлении. Ниже рассмотрен наиболее простой способ самостоятельного изготовления самого теплообменника пластинчатого типа. Схемные решения автоматики управления, устройство заслонки переключения на канал «байпас» и т. п. можно найти на соответствующих ресурсах Сети или в специальной литературе.

Управление рекуператором

Как правило, рекуператоры служат активным элементом принудительной системы вентиляции или как минимум подразумевают возможность регулировать интенсивность воздухообмена. Можно назвать несколько способов наладить взаимодействие между рекуператором и остальными компонентами.

В самом простом случае рекуператор не имеет устройств принуждения потока, но при этом оснащается регулируемой заслонкой. Она необходима, чтобы обеспечивать корректное соотношение между пропускной способностью теплообменника и текущей мощностью вентилятора в зависимости от места расположения последнего. В одном случае встроенный в рекуператоре блок управления регулирует скорость вращения вентилятора, но также возможен вариант, где используется ПЛК со встроенным пропорциональным регулятором, настройка которого проводится опытным путём.

   ПЛК для управления вентиляцией

В другом случае рекуператор служит единственным устройством принуждения потока и, соответственно, только скорость работы его вентиляторов определяет интенсивность воздухообмена. Для таких устройств предусмотрено ручное переключение режимов, а также внутренние алгоритмы управления, оптимизирующие теплообмен в зависимости от текущей разницы температуры. Самые совершенные в плане эргономики установки подключаются к системе общедомовой автоматизации и самостоятельно подстраивают производительность в зависимости от количества людей или опираясь на данные комнатных газоанализаторов.

Способы организации рекуперативной вентиляции

Рекуперация обустраивается одним из способов: централизованно и децентрализовано. В первом случае через теплообменник проходят вентиляционные потоки со всего помещения, во втором – с одной комнаты.

Централизованный комплекс – приточно-вытяжная установка

Централизованная система обустраивается на этапе строительства или капитальной модернизации вентсистемы.

ПВУ с рекуператором обеспечивает достаточный воздухообмен даже в домах с герметичными окнами. При этом воздухопотоки распределяются равномерно, не создавая сквозняков.

Комплексные моноблочные установки укомплектованы:

• вентиляторами – круглосуточная подача чистого воздуха и выброс струй, насыщенных углекислым газом;
• нагревателями – предварительный подогрев притока;
• фильтрами – задерживают пыль и микрочастицы;
• рекуператором.

Функционал некоторых ПВУ расширен таймером отсрочки работы, регулятором мощности, датчиками уровня влажности и тд.

Хорошо зарекомендовали себя рекуперационные моноблочные ПВУ производства: «Вентс» (Украина), Dantherm (Дания), «Daikin» (Япония), «Dantex» (Англия).

Локальные агрегаты – дополнение к действующей вентсистеме

Для восстановления циркуляции воздушных масс в эксплуатируемом помещении подойдут децентрализованные приточники с рекуперацией тепла.

Они врезаются в фасад здания или монтируются через окно.

Особенности децентрализованных вентсистем с рекуперацией:

• КПД – 60-96%;
• невысокая производительность – устройства рассчитаны на обеспечения воздухообмена в помещениях до 20-35 кв.м;
• доступная стоимость и широкий выбор агрегатов, начиная от обычных стеновых клапанов до автоматизированных моделей с многоступенчатой системой фильтрации и возможностью регулировки влажности;
• простота монтажа – для ввода в эксплуатацию не требуется прокладка воздуховодов.

Популярные производители локальных рекуператоров: Prana (Украина), O.Erre (Италия), Blizzard (Германия), Вентс (Украина), Aerovital (Германия).

Zilon серии «ZPVP» V — Компактные приточно-вытяжные установки с пластинчатым рекуператором (вертикальное исполнение)

Установки Zilon серии ZPVP V представляют собой моноблочную компактную приточно-вытяжную установку с пластинчатым рекуператором и электрическим нагревателем и могут применяться в вентиляции жилых, административных и производственных помещений.

Тонкости установки

Сборка и монтаж рекуперационного блока могут быть проведены самостоятельно. Самым простым видом самодельного прибора является коаксиальный рекуператор. Для его изготовления берут двухметровую пластиковую трубу для канализации сечением 16 см и воздушную гофру из алюминия длиной 4 м, диаметр которой должен составлять 100 мм. На торцы большой трубы надевают переходники-разветвители, при помощи которых устройство будет соединяться с воздуховодом, а внутрь вкладывают гофру, закручивая её при этом по спирали. Рекуператор подключают к вентиляционной системе таким образом, чтобы тёплый воздух гнался сквозь гофру, а холодный шёл через пластиковую трубу.

В результате такой конструкции смешивания потоков не происходит, а уличный воздух успевает согреться, двигаясь внутри трубы. Для повышения рабочих качеств прибора можно совместить его с грунтовым теплообменником. В процессе испытаний такой рекуператор даёт неплохие результаты. Так, при наружной температуре в -7 градусов и внутренней в 24 градуса, производительность прибора составила около 270 кубометров в час, а температура входящего воздуха соответствовала 19 градусам. Средняя стоимость самодельной модели – 5 тысяч рублей.

При самостоятельном изготовлении и монтаже рекуператора следует помнить, что чем больше будет длина теплообменника, тем более высоким КПД будет обладать установка. Поэтому опытные мастера рекомендуют собирать рекуператор из четырёх отрезков по 2 м каждый, проведя предварительную теплоизоляцию всех труб. Проблему отвода конденсата можно решить установкой штуцера для слива воды, а сам прибор разместить чуть под наклоном.