РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ С ПОМОЩЬЮ ТЕПЛООБМЕНА МЕЖДУ ПОТОКАМИ ВОЗДУХА В РЕКУПЕРАТОРЕ ПРИТОЧНО-ВЫТЯЖНЫХ УСТАНОВОК

В данной статье рассматривается актуальная в наше время проблема энергосбережения общественных зданий. В традиционных приточно-вытяжных установках канального типа отсутствует теплообмен между потоками приточного и вытяжного воздуха, в связи с чем потребитель вынужден  финансировать существенные затраты на отопление помещений в холодное время года и на их кондиционирование в теплое время.

Проблема, рассматриваемая в данной работе, решается с помощью рекуператора. Процесс теплообмена может происходить непрерывно – через стенки теплообменника, с помощью хладона или промежуточного теплоносителя.

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.

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. Пластинчатые рекуператоры самые распространенные из-за своей относительной простоты конструкции и дешевизны.

Роторный рекуператор.

Рисунок 1. 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. 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.

Рекуператоры с промежуточным теплоносителем.

Рисунок 2. 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. 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.

Тепловой насос.

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.

Рекуператор с тепловыми трубами.

Рисунок 3. 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.

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%.

Инновационное решение.

Используя преимущества регенерации, но уходя от сложного, дорогого роторного теплообменника, была разработана и введена в эксплуатацию централизованная система энергоэффективной вентиляции с неподвижными теплообменниками регенеративного типа. Для решения этой задачи был использован компактный блок канальных тепловых аккумуляторов и простой воздухораспределительный узел с обратными клапанами (рис. 4).

Рисунок 4. Схема воздухораспределительного узла с рекуператорами

Схема работы.

Система работает на две зоны: раздевалка, душевая, санузел (зона 1) и кафе (зона 2). При этом каждая из зон работает по своему алгоритму с приоритетом работы по зоне 1, как по временному графику, так и по датчику влаги, который установлен в зоне душевой.

Цикл 1. Рекуператор Р1 работает на приток, обратный клапан К1.1 закрыт за счет противодавления, а К1.2 открыт, и свежий воздух поступает в приточную магистраль зоны 1 или зоны 2 за счет работы соответствующих вентиляторов-доводчиков.

Рекуператор Р2 работает на вытяжку, и вытяжной воздух из соответствующей зоны через клапан К2.1 удаляется наружу, нагревая теплообменник рекуператора Р2.

Цикл 2. По истечении времени цикла ЭПУ переключает режим работы рекуператоров: Р1 переключается с режима притока на вытяжку, а Р2, наоборот, начинает работать на приток. При этом К2.1 и К1.2 закрываются, а К1.1 и К2.2 открываются. Нагретый в предыдущем цикле теплообменник Р2 нагревает холодный приточный воздух, а теплообменник Р1 – нагревается вытяжным воздухом. Вентиляторы-доводчики соответствующей зоны продолжают работать. Далее цикличность повторяется.

КПД рекуперации: 80–93% по явной теплоте.

Список литературы:

1. Иванов О. П., Рымкевич А. А. Методика комплексной оценки эффективности использования утилизации тепла и холода в системах кондиционирования воздуха. // Холодильная техника. 1980. № 3 С. 34–38. 4. СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция кондиционирование/ Госстрой России. М.: ЦИТП Госстроя России, 2004.
2. Матиящук С. В. Комментарий к Федеральному закону «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» (постатейный). М. : Юстицинформ. 2010. 270 с. 2. Мартыненко О. Г., Михалевич А. А., Шиков В. К. Справочник по теплообменникам. М. : Энергоатомиздат. 1987. 560 с.