Содержание:
Рекуператор* — это общее название устройств для вентиляционных систем, в которых происходит возврат тепла от удаляемого отработанного воздуха к свежему, но холодному приточному воздуху. Применение рекуператоров позволяет существенно снизить энергозатраты на отопление.
* В вентиляции рекуператорами называют как сами рекуператоры, так и регенераторы. Разница между ними в том, что в рекуператорах тепло передается непрерывно через разделительную поверхность, а в регенераторах периодически путем поочередного контакта приточного и удаляемого воздуха с одной и той же поверхностью.
Как рассчитывается КПД рекуператора
Одной из основных характеристик рекуператоров является их КПД, которое показывает, сколько рекуператор может вернуть тепла от удаляемого воздуха приточному.
Различают два типа КПД: температурный и полный.
Температурный КПД учитывает только температуру потоков воздуха и считается по формуле:
, где ТПР – температура приточного воздуха после рекуператора,
ТУД – температура удаляемого воздуха перед рекуператором,
ТН – температура наружного воздуха.
Полный КПД учитывает кроме температуры еще и влажность воздуха. Дело в том, что на испарение воды тратится много энергии. Например, чтобы испарить один грамм воды надо потратить примерно столько же тепла сколько уйдет на нагрев одного кубического метра воздуха на 2°С. Чем теплее воздух, тем больше в нем может содержатся влаги в виде пара. Так при температуре 22°С и влажности 40% содержание влаги составляет 7,8 граммов на один кубический метр воздуха, а при -10°С и 100% влажности всего 2,14 гр/м³. Если просто нагреть воздух от -10°С и 100% влажности до температуры 22°С, то у его влажность составит всего 11%. Чтобы влажность поднять с 10% снова до 40% надо будет дополнительно испарить почти 6 граммов воды, что эквивалентно дополнительному нагреву воздуха еще на 12°С.
В вентиляции полную энергию воздуха называют «Энтальпия», обозначают буквой I и измеряют в кДж/кг воздуха. Значение энтальпии берут из i-d диаграммы состояния влажного воздуха. Полный КПД считается по формуле:
, где IПР – энтальпия приточного воздуха после рекуператора,
IУД – энтальпия удаляемого воздуха перед рекуператором,
IН – энтальпия наружного воздуха.
Энтальпийные рекуператоры возвращают не только тепло от удаляемого воздуха, но и влагу. Этой способностью обладают все регенераторные рекуператоры, а также пластинчатые рекуператоры в случае применения в них влагопроницаемых материалов.
Основные типы рекуператоров
Пластинчатые рекуператоры
Пластинчатые рекуператоры представляют собой пакет из тонких пластин, образующих чередующиеся каналы для приточного и удаляемого воздуха. Наиболее простая и распространенная их форма перекрестно-точная (на рисунке). Такие рекуператоры обладают невысоким температурным КПД на уровне 50%. Для увеличения КПД делают либо сборки из последовательно установленных таких теплообменников, либо изменяют их геометрию на шестиугольную с фрагментом противоточного теплообмена.
КПД рекуперации для сборок и противоточных схем составляет в среднем уже около 70%. Перечисленные типы рекуператоров можно располагать как вертикально, так и горизонтально.
Рекуператоры с промежуточным теплоносителем
Такие рекуператоры содержат как минимум два разнесенных теплообменника, один для приточного воздуха, а другой для удаляемого. Теплообменники соединены между собой системой трубопроводов, по которым циркулирует промежуточный теплоноситель. В зависимости от типа теплоносителя и способа поддержания его циркуляции они делятся на следующие типы.
Гликолевые рекуператоры
В этих рекуператорах теплоносителем является незамерзающий водно-гликолевый раствор. Циркуляция происходит за счет насоса. Данный тип рекуператоров имеет два преимущества. Во-первых, взаимное удаление и расположение теплообменников может быть практически любым, что иногда очень удобно. Во-вторых, в таких рекуператорах в принципе исключается возможное подмешивание удаляемого воздуха в приточный, что иногда критично. Недостатком является низкий КПД рекуперации, редко превышающий 40%.
Рекуператор с тепловым насосом
Одной из разновидностью рекуператоров с промежуточным теплоносителем являются схемы с тепловым насосом. Вместо водно-гликолевого раствора используется хладон, а вместо насоса – компрессор. Таким образом получается тепловой насос «воздух-воздух» который перекачивает тепло от одного потока воздуха другому. Может работать как в режиме нагрева, так и охлаждения. Коэффициент преобразования теплового насоса COP (развиваемая тепловая мощность, отнесенная к мощности компрессора) обычно составляет 4 — 6.
Рекуператор с тепловыми трубками
В качестве теплоносителя используется легкокипящие хладоны помещенные в запаянные оребренные трубки. Трубки располагаются вертикально или под наклоном. Нижняя оребренная часть трубки помещается в поток удаляемого воздуха, а верхняя – в поток приточного. Циркуляция тепла осуществляется за счет кипения хладона в нижней части трубки с последующим переносом его в виде пара в верхнюю часть, где происходит его конденсация. Образовавшийся конденсат хладона самотеком стекает обратно в нижнюю часть тепловой трубки. Такая схема не переносит тепло с верхней части вниз, соответственно летом не будет охлаждать приточный воздух.
Роторный рекуператор (регенератор)
Основой роторного рекуператора является вращающийся барабан, называемым ротором, с проницаемым для воздуха наполнителем. Как правило наполнитель выполнен из гофрированной фольги образующей каналы сечением 2…4 мм между торцами барабана. Ротор вращается электродвигателем с шаговым или инверторным управлением. В процессе вращения, за время нахождения сектора ротора в канале удаляемого воздуха насадка прогревается, а при перемещении в канал приточного воздуха – отдает накопленное тепло приточному воздуху. Чем выше скорость вращения, тем выше КПД рекуперации, но тем больше происходит подмес удаляемого воздуха в приточный воздух. Оптимальной скоростью вращения считается около 10 об/мин. При этом КПД составляет обычно от 60 до 80%. При возникновении риска обморожения каналов наполнителя скорость вращения снижают, при этом значительно падает КПД рекуперации.
Камерный рекуператор (регенератор)
Внутренний объем (камера) такого рекуператора содержит воздухопроницаемый наполнитель. Камера периодически продувается в одну сторону удаляемым воздухом, и в этот момент происходит прогрев наполнителя, затем в другую сторону приточным воздухом, который прогревается теплом запасенным наполнителем. Эффективность таких рекуператоров зависит от соотношения количества пропускаемого воздуха за один цикл и теплоемкости наполнителя. Поскольку часть объема воздуха остается в наполнителе при каждой смене направления потоков воздуха, то присутствует взаимное подмешивание приточного и удаляемого воздуха. Обычно представляют собой трубу, содержащую вентилятор, фильтры с двух сторон, а по середине наполнитель. Смена направления потоков воздуха осуществляется за счет вентилятора.
