Рекуператор воздуха - зачем он нужен и как работает

Рекуператор воздуха - зачем он нужен и как работает

В современном мире вопросы энергосбережения и создания комфортного микроклимата в жилых и коммерческих помещениях выходят на первый план. С одной стороны, постоянно растущие цены на отопление вынуждают искать способы минимизировать теплопотери. С другой - герметичные окна и двери в новостройках препятствуют естественной вентиляции и приводят к застою воздуха, повышенной влажности, распространению плесени и грибка.

Как совместить экономию на обогреве с поддержанием здорового микроклимата в доме? На помощь приходит рекуператор воздуха - умное устройство, которое обеспечивает приток свежего воздуха и при этом сохраняет львиную долю тепла, которое обычно уходит через открытое окно или вентиляционную решетку.

Рекуператор - это по сути теплообменник, передающий тепловую энергию от удаляемого из помещения отработанного воздуха к холодному приточному воздуху с улицы. Благодаря этому на подогрев поступающего воздуха тратится минимум энергии, а значит, снижается нагрузка на систему отопления и уменьшаются коммунальные платежи.

Принцип работы рекуператора воздуха

В самом простом виде рекуператор состоит из теплообменника, двух вентиляторов и системы воздуховодов. Теплообменник - это "сердце" прибора, в котором и происходит передача тепловой энергии от вытяжного воздуха к приточному.

По своему устройству теплообменник напоминает пластинчатый радиатор отопления. Он состоит из множества тонких металлических, пластиковых или керамических пластин, разделяющих потоки входящего и выходящего воздуха. Пластины обладают высокой теплопроводностью и большой площадью соприкосновения с воздухом, что обеспечивает эффективный теплообмен.

Удаляемый из помещения теплый воздух проходит между нечетными пластинами теплообменника, постепенно охлаждаясь и отдавая свое тепло материалу пластин. В это же время приточный холодный воздух движется в противоположном направлении между четными пластинами, забирая их тепло и нагреваясь практически до комнатной температуры.

КПД современных пластинчатых рекуператоров достигает 65-85%. То есть, если на улице -10°C, а в комнате +20°C, то на выходе из рекуператора приточный воздух будет иметь температуру около +17°C. На его дальнейший догрев до комнатной температуры потребуется совсем немного энергии.

Движение воздушных потоков через рекуператор обеспечивается двумя вентиляторами - приточным и вытяжным. Их производительность (м3/час) зависит от модели и может регулироваться вручную или автоматически. Для работы вентиляторов используются экономичные двигатели постоянного тока, потребляющие всего 3-10 Вт электроэнергии.

Еще один важный компонент рекуператора - система фильтров, которая очищает поступающий с улицы воздух от пыли, пыльцы растений, шерсти животных, выхлопных газов и прочих загрязнений. Обычно используется двух- или трехступенчатая фильтрация (грубая и тонкая). Фильтры нуждаются в периодической очистке или замене раз в 3-6 месяцев.

Подведем итоги. Рекуператор воздуха работает по принципу рекуперации (возврата) тепла: он забирает тепловую энергию у удаляемого воздуха и передает ее приточному воздуху через систему теплообменника. За счет этого существенно сокращаются теплопотери при вентиляции и снижаются расходы на отопление.

Кроме экономии тепла, рекуператор выполняет еще несколько полезных функций:

• Обеспечивает постоянный приток свежего и чистого воздуха, удаляя застойный воздух и неприятные запахи.
• Фильтрует воздух от аллергенов и загрязнений, защищая здоровье жильцов.
• Контролирует уровень влажности, предотвращая образование конденсата, плесени и грибка.
• Создает комфортный микроклимат в помещении без сквозняков и духоты.

Виды рекуператоров воздуха

Разнообразие моделей рекуператоров на рынке может сбить с толку неподготовленного покупателя. Чтобы сделать правильный выбор, нужно разобраться в основных типах этих устройств и их особенностях. Рассмотрим наиболее распространенные классификации рекуператоров.

По направлению воздушных потоков различают:

1. Перекрестные рекуператоры - потоки приточного и вытяжного воздуха движутся перпендикулярно друг другу. Это самый простой и бюджетный вариант, но его эффективность не превышает 60-65%.
2. Противоточные рекуператоры - потоки воздуха движутся навстречу друг другу. Такая схема обеспечивает более длительный контакт и лучший теплообмен между пластинами. КПД противоточных моделей достигает 85-90%.
3. Прямоточные рекуператоры - потоки входящего и выходящего воздуха движутся параллельно в одном направлении. Встречаются довольно редко из-за невысокой эффективности (до 55%).

По типу конструкции теплообменника выделяют:

1. Пластинчатые рекуператоры - самый популярный тип для бытового использования. Теплообмен происходит через стенки тонких пластин из алюминия, пластика или нержавеющей стали. Отличаются компактностью, невысокой ценой и хорошей эффективностью (65-85%).
2. Роторные рекуператоры - теплообмен осуществляется за счет вращения барабана (ротора) с насадкой из алюминиевой фольги, которая попеременно нагревается и охлаждается в потоках воздуха. Имеют очень высокий КПД (75-95%), но дороже пластинчатых и требуют электропитания для привода ротора.
3. Камерные рекуператоры - теплообмен происходит в специальной камере, попеременно нагреваемой удаляемым воздухом и охлаждаемой приточным. Воздушные потоки переключаются заслонками каждые 1-2 минуты. КПД - около 70-80%, но динамическое изменение температуры приточного воздуха ухудшает микроклимат.
4. Тепловые трубы - замкнутые трубки, заполненные легкокипящим хладагентом (фреоном). Под воздействием горячего воздуха фреон испаряется и переносит тепло в зону охлаждения, где конденсируется и отдает тепло приточному воздуху. Компактны и долговечны, но имеют невысокий КПД (50-70%).

По материалу изготовления теплообменника рекуператоры бывают:

1. Алюминиевые - наиболее распространенный вариант. Алюминий хорошо проводит тепло, устойчив к коррозии и имеет малый вес. Однако может быть подвержен деформации при большой разнице температур.
2. Полимерные - обычно используется полистирол. Более легкий и дешевый материал по сравнению с металлом. Устойчив к агрессивной среде и образованию конденсата, но имеет худшую теплопроводность.
3. Керамические - применяются в основном в компактных настенных проветривателях (Прана, Вентс). Имеют высокую эффективность теплообмена (до 90%) и антибактериальные свойства. Не подвержены коррозии и служат более 10 лет.

Отдельно стоит упомянуть энтальпийные рекуператоры, способные не только передавать явное тепло, но и переносить влагу через специальную мембрану. Это позволяет стабилизировать уровень влажности в помещении без образования конденсата и наледи в холодное время года. Правда, такие модели стоят в 1,5-2 раза дороже обычных.

Рекуператоры в приточно-вытяжных установках

Приточно-вытяжные установки (ПВУ) с функцией рекуперации тепла - это готовые вентиляционные системы, предназначенные для создания и поддержания оптимального микроклимата в жилых и коммерческих помещениях. В отличие от простых проветривателей, они способны не только удалять и подавать воздух, но и очищать его, подогревать зимой и охлаждать летом.

ПВУ состоят из следующих основных компонентов:

1. Приточный и вытяжной вентиляторы - обеспечивают циркуляцию воздуха. Могут иметь 1-3 скорости и плавную регулировку производительности.
2. Фильтры грубой и тонкой очистки - задерживают пыль, пух, пыльцу и другие загрязнения. Класс фильтрации - G4-F8.
3. Рекуператор тепла - пластинчатый или роторный теплообменник для утилизации тепла вытяжного воздуха.
4. Воздухонагреватель - электрический или водяной калорифер для подогрева приточного воздуха в холодный период.
5. Воздухоохладитель - фреоновый или водяной охладитель для кондиционирования воздуха летом (опционально).
6. Шумоглушитель - снижает уровень шума от работы вентиляторов и воздушного потока.
7. Система автоматики - управляет всеми компонентами ПВУ, контролирует параметры воздуха, регулирует производительность по датчикам температуры, влажности, CO2.
8. Воздуховоды и распределительные решетки - развода приточного воздуха по помещениям и сбора вытяжного воздуха.

Сердцем любой ПВУ является рекуператор тепла. Чаще всего используются пластинчатые рекуператоры перекрестного или противоточного типа. Они компактны, не имеют подвижных частей и могут иметь КПД до 85-90%.

Более мощные ПВУ оснащаются роторными рекуператорами. Вращение теплообменного барабана осуществляется мотор-редуктором с регулируемой скоростью. Это позволяет точно настроить передачу тепла и влаги между потоками. КПД роторных рекуператоров достигает 75-95%, но они сложнее и дороже пластинчатых.

Важный момент - защита рекуператора от обледенения в холодное время года. При большой разнице температур на пластинах теплообменника может образовываться конденсат, который замерзает и блокирует проход воздуха. Чтобы избежать этого используются несколько способов:

1. Подогрев приточного воздуха с помощью электронагревателя (ТЭН) или канального калорифера.
2. Периодическое отключение приточного вентилятора для размораживания рекуператора теплым вытяжным воздухом (Bypass).
3. Рециркуляция части вытяжного воздуха для подмеса к холодному приточному в определенной пропорции.
4. Использование энтальпийного рекуператора, не подверженного замерзанию конденсата.

Конкретный алгоритм защиты реализует система автоматики в зависимости от показаний датчиков температуры.

Еще один нюанс - отвод конденсата, образующегося при охлаждении теплого влажного воздуха. Для этого ПВУ комплектуются дренажным поддоном с патрубком для слива в канализацию. В случае наружной установки (на кровле или фасаде здания) конденсатоотводчик должен обогреваться греющим кабелем во избежание замерзания.

По сравнению с оконными проветривателями, ПВУ с рекуператором - это готовое системное решение для вентиляции целого дома или квартиры. Они подбираются под конкретные размеры и планировку помещений, имеют высокую производительность (200-3000 м3/ч), многоступенчатую фильтрацию, встроенную автоматику с датчиками и возможность интеграции с системой "умный дом".

Рекуператоры для бытового применения

Если централизованная приточно-вытяжная вентиляция - слишком сложное и дорогое решение для вашего жилья, присмотритесь к бытовым рекуператорам воздуха. Это компактные моноблочные установки, предназначенные для обслуживания одного помещения - спальни, гостиной, детской, кабинета.

Конструктивно такие устройства представляют собой трубу, разделенную на две камеры - приточную и вытяжную. Внутри трубы размещаются два вентилятора и керамический или алюминиевый аккумулятор тепла. Прибор монтируется в стену и совмещает функции приточной вентиляции, вытяжки и нагрева воздуха за счет рекуперации.

Принцип работы бытового рекуператора такой:

1. Вытяжной вентилятор забирает теплый воздух из комнаты и продувает им аккумулятор тепла. Керамическая насадка нагревается и отдает тепло наружному воздуху.
2. Через 1-2 минуты вентилятор реверсируется и начинает работать на приток. Холодный уличный воздух проходит через нагретый аккумулятор, согревается и подается в комнату.
3. Когда аккумулятор остывает, цикл повторяется. Вентиляторы каждые 1-2 минуты меняют направление вращения, обеспечивая попеременное нагревание и охлаждение теплоаккумулирующей насадки.

Производительность бытовых рекуператоров варьируется от 30 до 150 м3/час, что позволяет использовать их в помещениях площадью от 15 до 60 м2. При этом приборы очень экономичны - средняя потребляемая мощность составляет 4-12 Вт (как у энергосберегающей LED лампочки).

Основные преимущества настенных рекуператоров:

• Компактные размеры и стильный дизайн. Диаметр трубы - 150-160 мм, длина - 450-780 мм. Видимая часть легко закрывается декоративной решеткой или панелью.
• Легкий монтаж своими руками. Не требует прокладки воздуховодов, подключения к электросети (используется блок питания 12В), сложных строительных работ.
• Высокая эффективность рекуперации. КПД керамических теплообменников достигает 85-97%, что сопоставимо с показателями централизованных ПВУ.
• Практически бесшумная работа. За счет использования ЕС-вентиляторов и шумоизолирующего корпуса уровень шума не превышает 24 дБ (шелест листвы).
• Очистка и подогрев воздуха. Во всех моделях предусмотрен фильтр класса G3, а в приборах с медным теплообменником (Cooper&Hunter CH-HRV11K2) есть дополнительный электронагреватель воздуха.
• Доступная цена. Средняя стоимость бытового рекуператора - 300-400 $. Это на порядок дешевле centralized систем с аналогичной производительностью.

Единственным недостатком рекуператоров такого типа можно считать отсутствие притока и вытяжки одновременно (только попеременно). Но этот нюанс легко устраняется установкой сразу двух приборов в разных концах помещения или на противоположных стенах. Тогда один рекуператор всегда работает на приток, а второй - на вытяжку.

Также многих смущает необходимость сверлить отверстие в стене (особенно в многоквартирных домах). Здесь на выручку приходят оконные модели рекуператоров, которые монтируются в форточку или фрамугу вместо стеклопакета. Установка занимает всего 30-40 минут и не требует согласований.