Поступление свежего воздуха в холодный период времени приводит к необходимости его нагрева для обеспечения правильного микроклимата помещений. Для минимизации затрат электроэнергии может быть использована приточно-вытяжная вентиляция с рекуперацией тепла.

Понимание принципов ее работы позволит максимально эффективно уменьшить теплопотери с сохранением достаточного объема замещаемого воздуха. Давайте попробуем разобраться в этом вопросе.

В осенне-весенний период при вентиляции помещений серьезной проблемой является большая разность температур поступающего и находящегося внутри воздуха. Холодный поток устремляется вниз и создает неблагоприятный микроклимат в жилых домах, офисах и на производстве или недопустимый вертикальный градиент температуры в складе.

Распространенным решением проблемы является интеграция в приточную вентиляцию , с помощью которого происходит нагрев потока. Такая система требует затрат электроэнергии, в то время как значительный объем выходящего наружу теплого воздуха ведет к существенным потерям тепла.

Выход воздуха наружу с интенсивным паром служит индикатором существенных потерь тепла, которое можно использовать на обогрев входящего потока

Если каналы притока и отвода воздуха расположены рядом, то можно частично передать тепло выходящего потока входящему. Это позволит уменьшить потребление электроэнергии калорифером или вовсе отказаться от него. Устройство для обеспечения теплообмена между разнотемпературными потоками газов называется рекуператором.

В теплое время года, когда температура наружного воздуха значительно превышает комнатную, можно использовать рекуператор для охлаждения входящего потока.

Устройство блока с рекуператором

Внутреннее устройство систем приточно-вытяжной вентиляции с достаточно простое, поэтому возможна их самостоятельная поэлементная покупка и установка. В том случае если сборка или самостоятельный монтаж вызывает сложности можно приобрести готовые решения в виде типовых моноблочных или индивидуальных сборных конструкций под заказ.

Элементарным устройством для сбора и отвода конденсата является поддон, расположенный под рекуператором с уклоном в сторону сливного отверстия

Вывод влаги производят в закрытую емкость. Ее размещают только внутри помещения во избежание перемерзания каналов оттока при минусовых температурах. Алгоритма надежного расчета объема получаемой воды при использовании систем с рекуператором нет, поэтому его определяют экспериментальным путем.

Повторное использование конденсата для увлажнения воздуха нежелательно, так как вода впитывает многие загрязнители, такие как человеческий пот, запахи и т.д.

Значительно уменьшить объем конденсата и избежать связанных с его появлением проблем можно организовав отдельную вытяжную систему из ванной комнаты и кухни. Именно в этих помещениях воздух имеет наибольшую влажность. При наличии нескольких вытяжных систем воздухообмен между технической и жилой зоной необходимо ограничить с помощью установки обратных клапанов.

В случае охлаждения выходящего потока воздуха до отрицательных температур внутри рекуператора происходит переход конденсата в наледь, что вызывает сокращение живого сечения потока и, как следствие, – уменьшение объема или полное прекращения вентиляции.

Для периодического или разового размораживания рекуператора устанавливают байпас – обходной канал для движения приточного воздуха. При пропуске потока в обход устройства происходит прекращение теплоотдачи, нагрев теплообменника и переход наледи в жидкое состояние. Вода стекает в емкость сбора конденсата или происходит ее испарение наружу.

Принцип устройства байпаса несложен, поэтому при риске образования наледи целесообразно предусмотреть такое решение, так как отогрев рекуператора другими способами сложен и длителен

При прохождении потока через байпас отсутствует нагрев приточного воздуха посредством рекуператора. Поэтому при активации данного режима необходимо автоматическое включение калорифера.

Особенности различных типов рекуператоров

Существует несколько конструктивно различающихся вариантов реализации теплообмена между холодным и нагретым воздушными потоками. Каждый из них имеет свои отличительные особенности, которые определяют основное предназначение для каждого типа рекуператора.

В основе конструкции пластинчатого рекуператора лежат тонкостенные панели, соединенные поочередно таким образом, чтобы чередовать пропуск между ними разнотемпературных потоков под углом 90 градусов. Одной из модификаций такой модели является устройство с оребренными каналами для прохода воздуха. Оно обладает более высоким коэффициентом теплообмена.

Поочередный пропуск теплого и холодного потока воздуха через пластины реализуют за счет загиба краев пластин и герметизацией соединений полиэфирной смолой

Теплообменные панели могут быть выполнены из различного материала:

• медь, латунь и сплавы на основе алюминия обладают хорошей теплопроводностью и не подвержены ржавчине;
• пластмасса из полимерного гидрофобного материала с высоким коэффициентом теплопроводности обладают малым весом;
• гигроскопическая целлюлоза позволяет проникать конденсату через пластину и попадать обратно в помещение.

Недостатком является возможность образования конденсата при низких температурах. По причине небольшого расстояния между пластинами влага или наледь существенно увеличивают аэродинамическое сопротивление. В случае обмерзания необходимо перекрытие входящего потока воздуха для отогрева пластин.

Преимущества пластинчатых рекуператоров следующие:

• низкая стоимость;
• долгий срок службы;
• длительный период между профилактическим обслуживанием и простота его проведения;
• небольшие габариты и масса.

Такой тип рекуператора наиболее распространен для жилых и офисных помещений. Также его используют и в некоторых технологических процессах, например для оптимизации сгорания топлива при работе печей.

Барабанный или роторный тип

Принцип действия роторного рекуператора основан на вращении теплообменника, внутри которого расположены слои гофрированного металла, обладающего высокой теплоемкостью. В результате взаимодействия с выходящим потоком происходит нагрев сектора барабана, который впоследствии отдает тепло поступающему воздуху.

Мелкоячеистый теплообменник роторного рекуператора подвержен засорению, поэтому особенно внимательно нужно отнестись к качественной работе фильтров тонкой очистки

Преимущество роторных рекуператоров следующие:

• достаточно высокий КПД по сравнению с конкурирующими типами;
• возврат большого количества влаги, которая в виде конденсата остается на барабане и испаряется при контакте с поступающим сухим воздухом.

Этот тип рекуператора реже используют для жилых зданий при поквартирной или коттеджной вентиляции. Часто его применяют в крупных котельных для возврата тепла к печам или для обширных помещений промышленного или торгово-развлекательного назначения.

Однако у этого типа устройств есть существенные недостатки:

• относительно сложная конструкция с наличием подвижных частей, включающая электромотор, барабан и ременной привод, что требует постоянного обслуживания;
• повышенный уровень шума.

Иногда для устройств такого типа можно встретить термин “регенеративный теплообменник”, что более правильно чем “рекуператор”. Дело в том, что незначительная часть выходящего воздуха попадает обратно по причине неплотного прилегания барабана к корпусу конструкции.

Это накладывает дополнительные ограничения на возможность использования устройств такого типа. Например, в качестве теплоносителя нельзя использовать загрязненный воздух от печей отопления.

Система на основе трубок и кожуха

Рекуператор трубчатого типа состоит из расположенных в утепленном кожухе системы тонкостенных трубок небольшого диаметра, по которым происходит приток наружного воздуха. По кожуху производят вывод теплой воздушной массы из помещения, которая обогревает входящий поток.

Вывод теплого воздуха необходимо осуществлять именно по кожуху, а не через систему трубок, так как удалить конденсат из них невозможно

Основные преимущества трубчатых рекуператоров следующие:

• высокий КПД, благодаря противоточному принципу движения теплоносителя и поступающего воздуха;
• простота конструкции и отсутствие подвижных частей обеспечивает низкий уровень шума и редко возникающую необходимость в обслуживании;
• долгий срок службы;
• наименьшее сечение среди всех типов устройств рекуперации.

Трубки для устройства такого типа используют или легкосплавные металлические или, что реже, – полимерные. Эти материалы не гигроскопичны, поэтому при значительной разнице температур потоков возможно образовании интенсивного конденсата в кожухе, что требует конструктивного решения по его удалению. Еще одним недостатком является то, что металлическая начинка обладает значительным весом, несмотря на небольшие габариты.

Простота конструкции трубчатого рекуператора делает этот тип устройств популярным для самостоятельного изготовления. В качестве внешнего кожуха обычно используют пластиковые трубы для воздуховодов, утепленные пенополиуретановой скорлупой.

Устройство с промежуточным теплоносителем

Иногда приточный и вытяжной воздуховоды расположены на некотором расстоянии друг от друга. Такая ситуация может возникнуть по причине технологических особенностей здания или санитарных требований по надежному разделению воздушных потоков.

В этом случае используют промежуточный теплоноситель, циркулирующий между воздуховодами по изолированному трубопроводу. В качестве среды для передачи тепловой энергии используют воду или водно-гликолевый раствор, циркуляцию которого обеспечивают работой .

Рекуператор с промежуточным теплоносителем представляет собой объемное и дорогое устройство, чье применение экономически оправдано для помещений с большим площадями

В том случае, если есть возможность использовать другой тип рекуператора, то лучше не применять систему с промежуточным теплоносителем, так как она обладает следующими существенными недостатками:

• низкий КПД по сравнению с другими типами устройств, поэтому для небольших помещений с малым расходом воздуха такие устройства не применяют;
• значительный объем и вес всей системы;
• необходимость дополнительного электрического насоса для циркуляции жидкости;
• повышенный шум от работы насоса.

Существует модификация этой системы, когда вместо принудительной циркуляции теплообменной жидкости используют среду с низкой точкой кипения, например фреон. В этом случае движение по контуру возможно естественным образом, но только в том случае если приточный воздуховод расположен над вытяжным.

Такая система не требует дополнительных затрат электроэнергии, но работает на обогрев только при значительном перепаде температур. Кроме того, необходима точная настройка точки изменения агрегатного состояния теплообменной жидкости, которая может быть реализована методом создания нужного давления или определенного химического состава.

Основные технические параметры

Зная требуемую производительность системы вентиляции и КПД теплообмена рекуператора легко рассчитать экономию на обогреве воздуха для помещения при конкретных климатических условиях. Сравнив потенциальную выгоду с затратами на покупку и обслуживание системы можно обоснованно сделать выбор в пользу рекуператора или стандартного калорифера.

Часто производители оборудования предлагают модельную линейку, в которой вентиляционные блоки с похожим функционалом отличаются объемом воздухообмена. Для жилых помещений этот параметр необходимо рассчитывать согласно таблице 9.1. СП 54.13330.2016

Коэффициент полезного действия

Под коэффициентом полезного действия рекуператора понимают эффективность теплопередачи, которую рассчитывают по следующей формуле:

K = (Т п – Т н) / (Т в – Т н)

В которой:

• Т п – температура поступающего воздуха внутрь помещения;
• Т н – температура наружного воздуха;
• Т в – температура воздуха в помещении.

Максимальное значение КПД при штатной и определенном температурном режиме указывают в технической документации устройства. Его реальный показатель будет немного меньше.

В случае самостоятельного изготовления пластинчатого или трубчатого рекуператора для достижения максимальной эффективности теплопередачи необходимо придерживаться следующих правил:

• Наилучший теплообмен обеспечивают противоточные устройства, затем перекрестноточные, а наименьшую – с однонаправленным движением обоих потоков.
• Интенсивность теплообмена зависит от материала и толщины стенок, разделяющих потоки, а также от длительности нахождения воздуха внутри устройства.

Е (Вт) = 0,36 х Р х К х (Т в – Т н)

где Р (м 3 /час) – расход воздуха.

Расчет эффективности рекуператора в денежном эквиваленте и сравнение с затратами на его приобретение и монтаж для двухэтажного коттеджа общей площадью 270 м2 показывает целесообразность установки такой системы

Стоимость рекуператоров с высоким КПД достаточно велика, они имеют сложную конструкцию и значительные размеры. Иногда можно обойти эти проблемы установкой нескольких более простых устройств таким образом, чтобы поступающий воздух последовательно проходил через них.

Производительность вентиляционной системы

Объем пропускаемого воздуха определяется статическим давлением, которое зависит от мощности вентилятора и основных узлов, создающих аэродинамическое сопротивление. Как правило, точный его расчет невозможен ввиду сложности математической модели, поэтому для типовых моноблочных конструкций проводят экспериментальные исследования, а для индивидуальных устройств осуществляют подбор компонентов.

Мощность вентилятора необходимо выбирать с учетом пропускной способности устанавливаемых рекуператоров любых типов, которая в технической документации указана как рекомендуемая скорость потока или объем пропускаемого устройством воздуха за единицу времени. Как правило, допустимая скорость воздуха внутри устройства не превышает значения 2 м/с.

В противном случае на высоких скоростях в узких элементах рекуператора происходит резкий рост аэродинамического сопротивления. Это приводит к лишним затратам электроэнергии, неэффективном прогреве наружного воздуха и сокращения срока службы вентиляторов.

График зависимости потери давления от скорости потока воздуха для нескольких моделей рекуператоров высокой производительности показывает нелинейный рост сопротивления, поэтому необходимо придерживаться требований по рекомендуемому объему воздухообмена указываемых в технической документации устройства

Изменение направления потока воздуха создает дополнительное аэродинамическое сопротивление. Поэтому при моделировании геометрии воздуховода внутри помещения желательно минимизировать количество поворотов труб на величину 90 градусов. Диффузоры для рассеивания воздуха также увеличивают сопротивление, поэтому желательно не использовать элементы со сложным рисунком.

Загрязненные фильтры и решетки создают значительные помехи движению потока, поэтому их необходимо периодически прочищать или менять. Одним из эффективных способов оценки засоренности является установка датчиков, отслеживающих перепад давления на участках до фильтра и после него.

Выводы и полезное видео по теме

Принцип работы роторного и пластинчатого рекуператора:

Замер КПД рекуператора пластинчатого типа:

Бытовые и промышленные системы вентиляции с интегрированным рекуператором доказали свою энергетическую эффективность по сохранению тепла внутри помещений. Сейчас существует множество предложений по продаже и установке таких устройств как в виде готовых и опробованных моделей, так и по индивидуальному заказу. Провести расчет необходимых параметров и выполнить монтаж можно самостоятельно.

Если при ознакомлении с информацией появились вопросы или вы нашли неточности в нашем материале, пожалуйста, оставляйте свои комментарии в расположенном ниже блоке.

В этой статье не будем вдаваться в определения и глубокие технические данные. Поговорим на простом языке.

Если кратко, то разница заключается в следующем. Кондиционер гоняет воздух, которым наполнено помещение, а рекуператор заменяет весь объем воздуха несколько раз в час.

А теперь подробнее.

Кондиционер – это устройство, которое нагревает (охлаждает) воздух до заданной комфортной температуры в помещении. Он может быть оборудован такими дополнительными функциями, как ионизация, осушение (увлажнение), добавление воздуха снаружи. Недобросовестные продавцы часто пишут, что кондиционер имеет встроенную функцию вентиляции. Это обман, потому что вентиляция – это удаление воздуха изнутри помещения и замена его внешним. Такой функцией обладают только промышленные прецизионные модели, а не обычные бытовые.

Рекуператор (в самом простом исполнении) – это приточно-вытяжная вентиляционная установка, которая возвращает большую часть тепла обратно в помещение. Возврат тепла выполняет теплообменник, который обладает КПД до 90% и не потребляет электроэнергию вообще. Также существуют модели, оборудованные функцией климат-контроля, то есть подогревают или охлаждают воздух до нужной температуры, как и кондиционер. Благодаря тому, что рекуператор постоянно подает воздух снаружи, отпадает всякая необходимость в использовании увлажнителя, осушителя, ионизатора и других устройств контроля этих параметров.

Самое главное отличие кондиционера от рекуператора заключается в том, что кондиционер прокачивает через себя только тот воздух, который находится в помещении, а рекуператор выкачивает воздух изнутри и подает свежий поток, таким образом полностью обновляя его от 2х раз в час. Те, кто знаком с канальными кондиционерами могут возмутиться и сказать, что такой тип кондиционера тоже подает свежий воздух. Однако, все дело в том, что канальный подает не более 15% примеси свежего воздуха (о чем продавцы конечно же не говорят), и это не может идти ни в какое сравнение со 100% рекуператора.

Для наглядности в таблице ниже представлены данные с цифрами.

Сравнительные характеристики рекуператора и кондиционера.

Какое оборудование выбрать рекуператор или кондиционер, решать Вам. Но если кто-то из Вашей семьи страдает от аллергических реакций дыхательной системы, советую отказаться от покупки кондиционера, потому как бактерии, которые в нем неизбежно накапливаются вызовут еще большее напряжение иммунной системы.

Наличие правильного воздухообмена является ключевым фактором комфорта в доме и здоровья домочадцев. И тогда сама собой напрашивается мысль о создании правильной вентиляции. В последнее время чего только нет на рынке климатического оборудования! Неподготовленному человеку трудно разобраться в том, что ему действительно необходимо для создания комфортного микроклимата в квартире.
Давайте разберёмся, для чего служат, к примеру, приточные вентиляционные клапаны, приточные установки и рекуператоры.

Применяется в системах естественной и механической вентиляции. Клапан имеет защиту от насекомых, шума, пыли, от промерзания стены и выпадения конденсата, а также регулировку количества поступающего воздуха. Регулировать поток проходящего через клапан воздуха можно при помощи рукоятки на оголовке клапана или специального шнура, если клапан расположен высоко. На оголовке клапана расположена шкала, указывающая степень открытия клапана. Клапан имеет плавную регулировку вплоть до полного закрытия. КИВ-125 не требует никаких затрат электроэнергии.
Как он работает? Существующая вытяжка (вентканалы, расположенные на кухне и в санузлах), удаляя отработанный воздух, создаёт разряжение в помещениях квартиры, и за счет этого разряжения в помещение через клапаны КИВ-125 поступает свежий наружный воздух.

Преимущества:
* Двойная очистка воздуха.
* Встроенный двухступенчатый керамический нагреватель — для вентиляции в холодное время года.
* Высокоэффективный вентилятор — для тихой работы (от 21 дБ) с минимальным потреблением электроэнергии.
* Производительность от 40 до 120 м 3 /ч

Рекуператор воздуха проветривает ваше помещение путем удаления старого воздуха и притока нового, очищенного фильтром, внутрь помещения. В процессе обмена воздуха происходит рекуперация, передача энергии от выходящего воздуха входящему. Этим рекуператор экономит энергию, затраченную на отопление зимой и кондиционирование летом.

* * * * *
Для эффективной работы приточного клапана или установки вытяжка должна быть активной. Активная вытяжка - это любая стабильно работающая вытяжная система - механическая (с помощью вентиляторов) или естественная (вентканалы, расположенные на кухне и в санузлах). Для гарантированной работы вентиляции в квартире в любой сезон, независимо от этажа, рекомендуется устанавливать вытяжные вентиляторы на кухнях и в санузлах.
Рекуператоры работают независимо от наличия вытяжных каналов. Мы помним, что в задачи рекуператоров, помимо притока свежего воздуха, входит выведение отработанного воздуха.
НО! Естественная вытяжка есть в каждом доме. Именно поэтому, устанавливать рекуператоры в жилых помещениях, на наш взгляд, нецелесообразно . Они, скорее, подойдут для помещений, в которых совсем нет вытяжки (гараж, сарай, кладовка и т.д.). Обещанная экономия электроэнергии — тоже спорный вопрос, поскольку объёма поступающего воздуха будет явно недостаточно - не более 40 м 3 /ч. А разве этого Вы хотели добиться, заботясь о проветривании своего дома? Да и подогрева воздуха в мороз Вы тоже не почувствуете.

Если Вам нужна действительная экономия , то рекомендуем рассмотреть приточные клапаны КИВ-125. Производительность клапана зависит от создаваемого вытяжкой разряжения:
при разряжении 20 Па (создаёт механическая вытяжка) - 50 м 3 /ч;
при разряжении 10 Па (создаёт естественная вытяжка) - 35 м 3 /ч.

Если же Вам хочется большего притока свежего , очищенного и, при необходимости, ощутимо подогретого воздуха, стоит задуматься уже о приточной вентиляционной установке.

И ещё один немаловажный момент:
для наружного отверстия до 150 мм (которое необходимо для монтажа, например, КИВ-125 или iFresh) не требуется (если здание не является объектом культурного наследия):

4.3.7.* Устройство систем кондиционирования и вентиляции без наружного блока с подачей воздуха через отверстие в стене диаметром до 0,15 м , скрытое заборной решеткой, допускается повсеместно (для объектов культурного наследия - по согласованию с КГИОП).

*Правительства города Санкт-Петербурга "Об утверждении правил содержания и ремонта фасадов зданий и сооружений в Санкт-Петербурге" (№1135 от 14.09.2006 г.)

Для монтажа рекуператоров требуется наружное отверстие большего диаметра — 180 мм .

Оптимальное решение общей задачи поддержания комфортных параметров внутренней среды помещения обеспечивается лишь при комплексном подходе к решению частных задач теплоснабжения, кондиционирования, вентиляции и очистки воздуха.

Н еудовлетворительная работа системы вентиляции приводит к росту концентрации углекислого газа и других вредных веществ в помещениях, создает благоприятные условия для развития патогенных микроорганизмов и климатическому дискомфорту. Несмотря на ряд преимуществ, которыми обладают естественные системы воздухообмена, очень часто их оказывается недостаточно для поддержания комфортных параметров. В механических системах используется оборудование для перемещения, очистки и нагрева/охлаждения воздуха, гарантирующее создание комфортных условий. При этом очевидным с позиции энергоэффективности становится необходимость утилизации тепла удаляемого воздуха.

Климатизация и рекуперация

Приточную вентиляцию часто совмещают с системой кондиционирования, включающей настенные или канальный кондиционеры и имеющей общие с системой вентиляции воздухораспределители (рис. 1). При этом за счет дополнительного нагрева приточного воздуха вытяжным (рекуперации) достигается существенная (до 30 %) экономия энергоносителей. В качестве индивидуальной ПУ может применяться также кондиционер с функцией подмеса свежего воздуха.

Рис. 1. Квартирный канальный кондиционер

Существуют также ПВУ с рекуператором тепла. Подогрев поступающего с улицы воздуха часто осуществляется водяным (с теплоносителем) или электрическим калорифером. В ПУ квартир обычно применяются последние, поскольку их установка требует меньших затрат. В индивидуальных домах часто используют водяные калориферы, в которых применяется теплоноситель из автономной системы отопления.

Система вентиляции может также включать канальный увлажнитель воздуха или секцию увлажнения, позволяющие поддерживать во всех помещениях оптимальную влажность. Для этих целей обычно используются паровые или «холодные» увлажнители с подводом водопроводной воды, например, изотермические увлажнители Carel humiSteam и compactSteam (рис. 2) или адиабатические секции увлажнения испарительного типа Breezart HumiLite.

Рис. 2. Увлажнители воздуха компании Carel

Оконные и мобильные моноблоки

Бытовые моноблочные кондиционеры принято подразделять на монтирующиеся в ограждающие конструкции (термин «оконные» неточно отражает их особенности), мобильные и крышные.

Современные оконные кондиционеры, укомплектованные системами электронного управления, диагностики и безопасности, могут не только охлаждать, но и обогревать помещение, а также обеспечивать подачу свежего воздуха снаружи, очищая его. Фактически потребитель приобретает кондиционер и ПУ. Производителем удалось также значительно снизить уровень шумового воздействия и повысить экономичность приборов. Сегодня в этом подклассе представлены и инверторные модели, например, кондиционер RA-08AS компании Hitachi с мощностью охлаждение/обогрев - 2,1/5,6 кВт и максимальным уровнем шума - 49 дБ. А модель Samsung AW05NOBSER имеет режимы охлаждение/осушение/вентиляция и уровень шума до 48 дБ. Кондиционер снабжен дистанционным управлением, ионизатором подмешиваемого атмосферного воздуха и двумя фильтрами - антибактериальным и дезодорирующим. Масса модели мощностью 1,5 кВт - 17 кг.

Мобильные кондиционеры компании Electrolux (Швеция) серий Smart (EACM-E/R) и EACM-10 EZ/N3 (рис. 3) также могут работать в режимах охлаждения, вентиляции и осушения воздуха, кондиционер Fairline MAC 2200C (компания EQUATION, Франция) реализует режимы вентиляции, охлаждения и осушения воздуха и рассчитан на обслуживание помещений площадью до 22 м2 .

Рис. 3. Мобильный кондиционер Electrolux EACM-10 EZ/N3

Крышные кондиционеры

Стационарные приборы (Roof-top) мощностью до десятков кВт обычно монтируются на крышах жилых домов. Область применения таких кондиционеров - офисы, многоквартирные дома, большие коттеджи. На отечественном рынке они представлены, в частности, моделями компаний McQuay (США), Mitsubishi Electric (Япония), Airwell (Франция). Крышные моноблоки могут иметь функции обогрева/охлаждения и вентиляции.

Так, модель HA 35 компании Airwell реализует функции термодинамического обогрева (в воздуховоде возможна установка электрического воздухонагревателя), охлаждения и вентиляции. При мощности охлаждения 10,1 кВт он потребляет из электрической сети (трехфазной, 400 В) 3,7 кВт.

Сплит-системы

Традиционные сплит-кондиционеры, эффективные в режимах нагрев/охлаждение, требуют также и монтажа вентиляционных систем. Причем при наличии автоматического регулирования в этом случае необходимо согласование алгоритмов работы с системаи кондиционерования.

Кондиционеры с подмесом свежего воздуха, сближаясь с механической приточно-вытяжной вентиляцией, сложнее и дороже традиционных приборов. Причем механическая приточная вентиляция обычно рассматривается в качестве комфортного дополнения, и при необходимости интенсивного воздухообмена рекомендуется установка ПВУ или канальных кондиционеров.

Инверторные модели Air Exhanger компании Hitachi (Япония) в числе первых в мире настенных сплит-систем были укомплектованы системой приточной вентиляции. Например, кондиционеры RAS-10JH2 и RAS-10JH4 (рис. 4) реализуют функцию приточно-вытяжной вентиляции: использованный воздух из помещения принудительно удаляется, а вместо него подается свежий с объемом 8-16 м3 /ч. При этом воздух может охлаждаться или нагреваться. С помощью пульта ДУ можно выбрать один из шести режимов работы, в частности, вытяжку или подачу воздуха.

Рис. 4. Инверторный кондиционер RAS-10JH4

Кондиционеры оснащены режимом сна. Если включить подачу свежего воздуха в этом режиме летом, то датчик будет контролировать температуру в помещении, а также влажность и температуру наружного воздуха. Если она ниже комнатной, то свежий воздух будет подаваться внутрь помещения даже после выключения собственно кондиционера.

Функцию подмеса воздуха имеет дизайнерский инверторный кондиционер Aqua Super Match AS09QS2ERA компании Haier. Кондиционер снабжен приточной системой воздухообмена «O2-fresh», поддерживающей в помещении заданный баланс концентраций кислорода и углекислого газа. Подмес воздуха осуществляется с помощью дополнительного блока, закрепленного на наружном блоке кондиционера, содержащего напорный вентилятор и соединенного с внутренним блоком кондиционера гибким шлангом-воздуховодом. Его можно не вести во внутренний блок, а осуществлять подачу воздуха непосредственно в помещение.

Приток и вытяжка воздуха могут осуществляться как совместно с режимами охлаждения/нагрева, так и независимо от них. Система вентиляции забирает свежий воздух с улицы, фильтрует его, эффективно улавливая оксид углерода II, формальдегид, молекулы неприятных запахов и бактерии, и подает его в помещение.
Если в летнее время включена подача свежего воздуха в режиме сна, то в соответствии с сигналами датчиков, контролирующих температуру в комнате, влажность и температуру воздуха снаружи, даже при отключенном кондиционере обеспечивается подача свежего воздуха с улицы, если его температура ниже, чем в комнате.

Приточно-вытяжной режим может использоваться как с режимами охлаждения/нагрева, так и для воздухообмена. С помощью пульта потребитель может выбрать один из шести режимов, например, вытяжки (Hi-Me-Lo) или режим подачи свежего воздуха (Hi-Me-Lo). При автоматическом режиме вентиляции автоматика анализирует концентрацию кислорода и углекислого газа в помещении и выбирает режим работы вентиляции - приточный или вытяжной.

В режиме обогрева кондиционеры могут функционировать при температуре наружного воздуха до -20 °С. Уровень шума внутреннего блока на минимальной скорости работы компрессора составляет 20 дБ.

Сплит-системы компании Haier с подмесом свежего воздуха Fresh Air и УФ лампой энергоэффективны, обеспечивают низкий уровень шума, осушение воздуха, а также пуск при пониженном напряжении в электросети. В кондиционерах HSU-09RG03 с вентиляцией реализуется автоматическое управление, нагрев/охлаждение, независимое осушение воздуха, изолированная вентиляция. В моделях имеется сдвоенная воздушная заслонка и трехступенчатая система фильтрации. Наличие встроенного ионизатора позволяет эффективно поддерживать в помещении благоприятный ионный баланс (2000-3000 ионов/см3 на расстоянии 1 м от внутреннего блока). Низкий уровень шума и плавный воздушный поток обеспечивает вентилятор большого диаметра со «случайным» шагом и установленными под углом лопастями.

Широкий набор функций имеют приборы компании Daikin - FTXR28E, FTXR42E и 2MXU50G, работающие в режиме сплит-системы с двумя внутренними блоками. Первые модели подают до 32 м3/ч свежего воздуха, последняя - до 22 м3/ч на один внутренний блок.

Модель FTXZ25N/RXZ25N компании Daikin отличается от предшествующей FTXR28E трехзонным датчиком присутствия людей Intelligent eye, автоматической очисткой фильтра, снижающей энергопотребление на 25 % и экологичным хладогентом R32. В них так же, как и в предыдущих моделях, реализуются функции Ururu Sarara (рис. 5) - увлажнение воздуха во время обогрева за счет влаги уличного воздуха и осушение без охлаждения остались. Для последнего используется тепло наружного блока.

Рис. 5. Схема обработки приточного воздуха с его подогревом и осушением

Подающийся в помещение наружный воздух проходит многоступенчатую очистку. Во внешнем блоке - через вращающийся марганцевый катализатор, где разлагаются все неприятные запахи, включая выхлопные газы. Затем при входе во внутренний блок фильтр отделяет частички пыли, мелкого мусора и цветочной пыльцы, после чего подающийся наружный воздух смешивается с внутренним и пропускается через фотокаталитический фильтр. Там стримерный высоковольтный разряд убивает бактерии, вирусы и споры плесени. Очищенный воздух подается в витаминный фильтр, где обогащается витаминами и гиалуроновой кислотой, которая препятствует испарению молекул воды с поверхности кожи.

Несколько лет назад в некоторых сплит-системах компании Gree с подмесом воздуха стали устанавливать селективные мембраны, позволявшие увеличивать на 2-3 % концентрацию кислорода в поступающем снаружи воздухе. Однако в настоящее время таких моделей на рынке практически нет, что, впрочем, не говорит о бесперспективности самой идеи. Как дальнейшее развитие в этом направлении можно рассматривать кислородную систему Oxylife. Для обогащения воздуха кислородом используется «молекулярное сито» - цеолит.

Система состоит из одного или нескольких внешних блоков (концентраторов кислорода) и внутренних устройств (аксессуаров). Во внешнем блоке происходит разделение воздуха на кислород и примеси. Внутренние устройства служат для регулирования работы внешнего блока и распределения кислорода в помещении, позволяя насыщать кислородом до четырех комнат.

VRF-системы

Кондиционеры с рекуперацией тепла SHRM компании Toshiba относятся к типу трехтрубных (дальнейшее развитие VRF-систем). Так, если в обычном кондиционере все внутренние блоки работают на охлаждение или на обогрев, то трехтрубные позволяют совмещать процессы кондиционирования и нагрева.

Каждый внутренний блок работает в индивидуальном режиме - охлаждения или обогрева. Тепло, забираемое из охлаждаемых помещений, переносится туда, где требуется обогрев. Таким образом, обогрев одного помещения (или нагрев воды для ГВС) происходит за счет охлаждения другого.

Для реализации такой схемы в систему кондиционирования добавляются FS распределители потоков - компактные модули с электронными клапанами, регулирующими работу теплообменника внутреннего блока. К модулям подводятся три трубы, а выходят из него уже две, подключаемые к внутренним блокам. Для каждого из них требуется отдельный распределитель потоков. В зависимости от числа внутренних блоков, работающих на охлаждение или обогрев, система выбирает приоритетный режим функционирования внешнего блока и осуществляет распределение потоков хладона.

Трехтрубные системы кондиционирования могут работать как в режиме только охлаждения, так и только обогрева, но в этом случае их энергоэффективность будет несколько меньше, чем у стандартных, - за счет более сложной сети и дополнительных элементов. Но на такие режимы приходится не более 1/5 общего времени работы кондиционера. Все остальное время потребитель может экономить до 50 % электроэнергии за счет рекуперации тепла. FS-распределитель весит 5 кг и не требует отвода дренажа. От внутреннего блока он может монтироваться на расстоянии до 15 м.

Три года назад компания Toshiba приступила к производству усовершенствованной серии систем с рекуперацией тепла. Построенные по модульному принципу, они могут включать три внешних и до 48-ми внутренних блоков. Суммарная мощность внешних блоков - 84 кВт, каждый из них комплектуется двумя идентичными независимыми инверторными компрессорами двухроторного типа.

Компания Gree (Китай) предложила отечественным потребителям мультизональную систему Home-GMV с инверторным компрессором и функциями кондиционера-водонагревателя. Наибольшая энергоэффективность ее работы обеспечивается при одновременной работе в режиме охлаждения воздуха и ГВС. Это стало возможным благодаря гидромодулю, включающему теплообменник «хладон/вода» и насос. В теплообменнике хладон отдает энергию, нагревая воду до 60 °С. По расчетам конструкторов, использование ТН для ГВС делает систему в четыре раза более экономичной, чем с электрическим нагревателем, а при одновременном охлаждении воздуха - в шесть раз. Компания разработала четыре модификации наружных блоков мощностью 10-16 кВт. Внутренние блоки могут быть настенными, напольно-потолочными, кассетными и канальными. Их холодопроизводительность - 2,2-14,0 кВт. Система эффективно функционирует при наружных температурах от -15 до 48 °С. При более низких необходимо использование встроенного в бак-аккумулятор электронагревателя.

ПВУ и кондиционер

Утилизации тепла отработанного воздуха обычно осуществляется в ПВУ с рекуперацией. Они часто работают в комплексе с канальным или центральным кондиционером, который присоединяется к воздуховоду системы вентиляции. Теплый воздух, удаляемый из помещений, используется для подогрева приточного воздуха в теплообменнике-рекуператоре.

В холодное время года, благодаря применению рекуператора, затраты на использование ТЭНа или водяного калорифера снижаются почти вдвое, а в периоды межсезонья эффективность утилизации достигает 70 %.

В отличие от общественных помещений, где удаляемый воздух обычно имеет на выходе температуру до 24 °С, в промышленных помещениях его температура достигает 50 °С. Поэтому последние обеспечивают наибольшую эффективность работы ПВУ с рекуперацией.

Задачу подогрева поступающего воздуха можно решить с помощью камер смешения, в которых теплый (отходящий) воздух смешивается с холодным (поступающим). Но такое решение приемлемо лишь для общественных зданий, а для промышленных объектов оно часто недопустимо, приводя к нарушению требований нормативных документов. В этом случае возможно применение только рекуператоров: перекрестноточных, пластинчатых, вращающихся, систем с промежуточным теплоносителем и др.

Пластинчатые рекуператоры изготавливаются из алюминиевых пластин, которые устанавливаются в собственной секции с фильтрами на каждой линии и имеют алюминиевый дренажный поддон. Вращающийся рекуператор, снабженный рекуперационным барабаном с электроприводом, позволяет утилизировать также энергию фазового перехода воды.

Канальные кондиционеры эффективно решают задачи вентиляции и кондиционирования. Их внутренние блоки устанавливаются за подшивным потолком, а воздух забирается и подается воздуховодами системы ПВУ.

Канальные кондиционеры с приточной вентиляцией комплектуются электрическими или водяными нагревателями с диапазоном мощности 4,5-24 кВт. В зависимости от мощности внутреннего блока нагреватели выполняются либо отдельной секцией, либо встраиваются в блок-раздатчик. Для утилизации тепла в качестве рекуператора используется перекрестноточный теплообменник из алюминиевых пластин, создающих систему каналов для протекания конструктивно разделенных потоков воздуха с различной температурой. Турбулизация воздуха в каналах обеспечивает эффективную утилизацию тепла при сравнительно низком аэродинамическом сопротивлении.

Из-за возможности конденсации влаги из удаляемого воздуха за перекрестно-точным теплообменником обычно помещается сепаратор со сливным поддоном и отводом конденсата через сифон. Во избежание обледенения в зимнее время года на теплообменнике устанавливается термостат, управляющий положением клапана обводной линии.

Центральные кондиционеры с утилизацией тепла вытяжного воздуха компонуются из типовых секций, герметично соединяемых между собой. В зависимости от нужд объекта, он комплектуется из секций охлаждения, нагрева, увлажнения, фильтрации, шумоглушения. Для возможности утилизации тепла воздушных потоков центральный кондиционер может оснащаться перекрестноточным вращающимся теплообменником или секцией утилизации тепла с промежуточным теплоносителем (гликолевым теплообменником).

Во вращающемся теплообменнике происходит аккумуляция тепла вращающейся регенеративной насадкой - гофрированным стальным листом, свернутым так, чтобы были образованы каналы для горизонтального протекания воздуха. Насадка, похожая на колесо, вращается электродвигателем. Вытяжной воздух, имеющий высокую температуру, проходит через насадку и нагревает ее. Насадка оказывается в потоке холодного приточного воздуха, которому отдает тепло. Регулирование теплоутилизации осуществляется путем изменения числа оборотов двигателя. За вращающимся теплообменником устанавливается сепаратор со сливным поддоном и отводом конденсата через сифон.

Такие теплообменники позволяют утилизировать до 80 % тепла, перекрестноточные - до 70 %. Допускаемая скорость движения воздуха через теплообменник - 4,5 м/с, максимальная рабочая температура - 50 °С. Существенный недостаток вращающихся теплообменников - частичное перемешивание воздушных потоков. Поэтому они непригодны для больниц, предприятий химической и пищевой промышленности, где требуется полное разделение приточного и вытяжного воздуха.

Рекуператоры с промежуточным теплоносителем применяются в системах, где недопустимо смешение потоков воздуха, а также в случае большого расстояния между приточной и вытяжной установками. В качестве промежуточного теплоносителя применяются чаще всего гликолевые растворы.

Секция рекуператора с промежуточным теплоносителем состоит из двух теплообменников с алюминиевыми трубками и алюминиевым оребрением. При этом теплообменник, расположенный в потоке удаляемого воздуха, оснащен каплеуловителем, в поддоне которого установлен переливной патрубок, выходящий наружу кожуха секции. Теплообменники соединяются системой трубопроводов, заполненных теплоносителем, который нагревается в теплообменнике-теплоприемнике, обдуваемом теплым влажным воздухом, и переносит тепло в теплообменник-теплоотдатчик, расположенный в потоке приточного воздуха.

В центральном кондиционере теплообменник-теплоотдатчик, расположенный на приточной стороне, чаще всего играет роль подогревателя первой ступени. Эффективность рекуперации составляет до 60 %.

В России оборудование для утилизации тепла вытяжного воздуха реализуют многие фирмы - Mitsubishi Electric (системы Lossnay, Япония), Clivet (Италия), Wolter, Wolf, Rosenberg, Trumpf (Германия), VTS Clima (Польша), Remak (Чехия), «Веза» (Московская обл.), «Мовен» (Московский вентиляторный завод), «Корф» (Москва-Санкт-Петербург-Новосибирск) и др., предлагающие различные системы с утилизацией тепла вытяжного воздуха.

Решения для энергоэффективных домов

Для проекта пассивного дома, реализованного в Новгородской области, была выбрана система вентиляции Comfosystems с рекуперацией тепла и влажности немецкой компании Zehnder (рис. 6).

Рис. 6. Вентиляционные решетки Comfosystems

Это приточно-вытяжная вентиляционная установка с перекрестнопротивоточным рекуператором и максимальным расходом воздуха до 350 м3/ч (СomfoAir 350) при внешнем статическом давлении 250 Па. Система распределения воздуха Zehnder Comfofresh представляет собой компактную разводку пластиковых воздуховодов круглого сечения со специальным гипоаллергенным внутренним покрытием Clinside, на котором не скапливается пыль и не развиваются микробы. Также в системе есть шумоглушители Zehnder Comfowell , которые делают поступление воздуха в помещения бесшумным.

Прежде чем удалить из дома вытяжной воздух, рекуператор из него забирает тепло. При этом воздушные потоки не смешиваются, обеспечивая свежесть приточного воздуха. Поступающий с улицы воздух проходит через четырехуровневый фильтр, таким образом достигается экологичность атмосферы в здании.

Дополнительную экономию энергии при вентиляции обеспечивает предварительный нагрев уличного воздуха, который осуществляется за счет геотермального теплообменника (ComfoFond-L). Он имеет горизонтальный контур длиной 196 м, имеющий две ветки, проложенные на глубине 4 и 3 м. Согласованную работу системы вентиляции с геотермальным теплообменником обеспечивает система автоматики Zehnder. КПД установки - 84 %, расход электроэнергии на 1 м3/ч воздуха - 0,29 Вт. Также в системе вентиляции реализована функция возврата влаги и контроля влажности.

Важная особенность системы в том, что она позволяет организовать индивидуальное воздухоснабжение: в каждое помещение (комнату) проведен отдельный воздуховод. Благодаря этому, удается точно рассчитать объем и скорость подачи воздуха и обеспечить комфортный микроклимат при минимизации энергозатрат.