Приточно-вытяжные установки с рекуперацией тепла для частного дома

Естественная вентиляция

Ее работа связана с физическими свойствами воздуха: изменениями его температуры и давления внутри здания и вне их пределов. Есть два варианта естественного воздухообмена:

1. Неорганизованный. Наиболее простой метод, подразумевающий попадание воздуха внутрь и проветривание за счет негерметичности здания, через зазоры. Неорганизованная вентиляция не в состоянии обеспечить комфортный и постоянный микроклимат.
2. Организованный. В этом случае используются форточки, окна, вытяжные шахты. Они позволяют регулировать объем поступаемого потока. Чтобы его усилить, иногда над рабочим местом (например, кузнечным горном, прессом и т. п.) устанавливают зонт-дефлектор, увеличивающий тягу благодаря разнице давления внизу и вверху (как в дровяной печи). Для поступления свежих потоков могут использоваться воздуховоды с установленными в них фильтрами.

Основной плюс этого способа воздухообмена – отсутствие капитальных вложений.

Виды вентиляции: общий подход

Выбор актуальной вентсистемы нужно начинать с оценки эксплуатационных способностей здания

Итак, вентиляция – это инженерная система, которая призвана обеспечить воздухообмен, поддерживающий определенный температурно-влажностный режим. В отличие от других систем, вентиляция способна функционировать без применения какого-либо оборудования и устройств, основываясь на физических законах. Ее основное предназначение подавать в помещение чистый воздух, наполненный кислородом и удалять отработанный, насыщенный углекислым газом.

Необходимость поддержания определенного режима в любом помещении делает вентиляционную систему самой востребованной из всех инженерных систем. Существующая классификация делит вентсистемы на четыре категории:

1. По действию воздухообмена (естественный, принудительный).
2. Смешанная (приток, вытяжка).
3. Зональная (общеобменная, местная).
4. По построению (с каналами, без каналов).

Вентиляция и ее виды имеют свои особенности, хотя предназначение у всех одно – создавать благоприятный микроклимат для комфортного проживания и работы человека. Вопрос о том, какой системой будет снабжен строительный объект, рассматривается еще на стадии проектирования.

Для того, чтобы понять каково назначение вентиляции определенного вида, нужно разобраться в их особенностях. Ведь от правильного выбора зависят условия правильной работы. Для определенного помещения, в строительных нормативах, предусмотрен свой особый режим влажности и температуры.

Типы и характеристики вентиляций

В зависимости от устройства теплообменника рекуператоры разделяются на пластинчатые и роторные модели.

Роторный рекуператор. Роторный (или, как его еще называют, барабанный) тип устройства. В нем реализован принцип вращения теплообменника. В роторном рекуператоре он представляет собой конструкцию с большим количеством гофрированного металла. При контакте с нагретым воздушным потоком слои металла внутри барабана аккумулируют тепло, которое затем передается входящему потоку уличного воздуха.

К достоинствам рекуператоров такого типа можно отнести:

• Возвращение основного объёма влаги из помещения. Такой рекуператор не снижает уровень влажности в комнате: влага в виде конденсата оседает на слоях металла в барабане, а затем возвращается в помещение при соприкосновении с входящим потоком воздуха;
• Более высокий уровень КПД (в сравнении с рекуператорами других типов).

Что нужно учесть при эксплуатации роторных рекуператоров? Они отличаются более сложной конструкцией (это требует периодической проверки состояния и техобслуживания). Среди других особенностей можно назвать уровень шума выше среднего и необходимость в постоянном контроле фильтров, так как теплообменник (из-за своей конструкции) подвержен засорению пылью.

Из-за конструктивных особенностей и технических характеристик рекуператор роторного типа чаще всего используется в зданиях промышленного назначения, в торговых центрах и котельных. В квартирах, частных домах и коттеджах барабанные рекуператоры применяются значительно реже.

Пластинчатый рекуператор. Основной конструктивный элемент пластинчатых систем – это тонкостенные панели, которые поочередно расположены в теплообменнике. Края пластин загнуты, а соединения между ними герметизируются при помощи полиэфирной смолы.

Поочередно расположенные пластины могут быть изготовлены из следующих материалов:

• Целлюлоза. Благодаря гигроскопичности этого материала влага может оставаться на пластине и затем возвращаться обратно в помещение;
• Металл. Это могут быть сплавы алюминия, латунь или медь, то есть металлы, которые устойчивы к коррозии и имеют высокий коэффициент теплопроводности;
• Пластмасса. Этот материал имеет малый вес и не подвержен воздействию влаги.

В теплообменниках пластинчатых рекуператоров поочередность пропуска холодного и нагретого воздушного потока обеспечивается определенным углом загиба краёв пластин. В отдельных моделях воздушные каналы имеют покрытие из серебра, что позволяет увеличить коэффициент теплообмена.

Пластинчатые рекуператоры обладают следующими преимуществами:

• низкий вес, небольшие габариты;
• высокий уровень надежности конструкции;
• длительный срок эксплуатации;
• высокая ремонтопригодность, простота технического обслуживания;
• небольшая цена.

Рекуператоры пластинчатого типа наиболее востребованы в жилых помещениях и офисах. Среди особенностей их эксплуатации нужно отметить повышенный риск образования обледенения при отрицательных температурах.

Парокомпрессионный рекуператор. Интегрированный в вентиляционную установку тепловой насос воздух-воздух, осуществляет перенос теплоты за счет низкокипящего хладагента. В приточный и вытяжной каналы устанавливаются оребренные теплообменники, которые соединены с компрессором фреоновой магистралью. Сам по себе он не справится с полноценной рекуперацией, либо стоимость подобного агрегата будет неприличной. Но его достоинством является то, что он способен извлекать из воздуха скрытое тепло.

Парокомпрессионные рекуператоры используют совместно с роторными, либо пластинчатыми. Разные физические принципы работы компенсируют недостатки каждого вида рекуперации по отдельности.

Наивысший КПД традиционных рекуператоров достигается при максимальной разнице температуры снаружи и в помещении, тогда как парокомпрессионный рекуператор достигает максимального КПД при минимальной дельте.

Кроме очевидного улучшения КПД рекуперации, такие комбинированные вентиляционные установки, в летний период способны кондиционировать проветриваемые помещения. Кондиционирование производится круглосуточно с меньшими затратами электроэнергии и не требует дополнительного оборудования.

Как сделать рекуператор воздуха своими руками

Рекуператоры заводского производства стоят достаточно дорого, поэтому умея работать с ручным слесарным и электрическим инструментом, подобное устройство можно изготовить самостоятельно. В этом случае главным залогом успеха будет наличие свободного времени и желания добиться поставленной цели. Все работы можно разделить на несколько этапов: подготовка и изготовление, монтаж и проверка работоспособности.

Подготовительный этап

В это период выполнения работ необходимо определиться с типом устройства и наличием необходимых материалов и инструмента. После того как тип рекуператора определён, необходимо составить эскиз (чертёж) с указанием основных размеров, что позволит не допустить перерасхода материалов.

Самодельный рекуператор воздуха, изготовленный с использованием поликарбоната Так, для изготовления пластинчатой конструкции потребуется:

• листовой металл толщиной 0,5-1,5 мм (алюминий, медь, оцинковка и т.д.) − для изготовления пластин теплообменника;
• прочий материал (дерево, пластик и т.д.) − для создания зазора между пластинами теплообменника;
• материал для изготовления корпуса (металл, фанера, пиломатериал, пластик);
• клей и герметик;
• утеплитель;
• соединительные фланцы, диаметром, соответствующим трубам системы вентиляции;
• вентиляторы;
• металлический профиль (уголок, профильная труба и т.д.) – для изготовления конструкции, обеспечивающей крепление к стене или потолку;
• элементы крепления (шурупы, саморезы и т.д.);
• электрический лобзик и «болгарка»;
• шуруповёрт или электрическая дрель;
• слесарный инструмент (отвёртки, гаечные ключи, молоток и т.д.).

Изготовление рекуператора пластинчатого типа

Нарисовав эскиз и подготовив необходимые инструмент и материалы, можно приступать к изготовлению, которое осуществляется следующим образом.

Иллюстрация	Описание действия
Используя материал для изготовления пластин теплообменника, нарезаются заготовки необходимого размера и в нужном количестве.
Материал, подготовленный для создания зазора, нарезается нужного размера и приклеивается к поверхности пластин.
Пластины собираются в блок, при этом зазоры на их поверхности укладываются в шахматном порядке.
Пластины в собранном блоке тщательно скрепляются, места соединений герметизируются, за исключением зазоров, предназначенных для воздушных потоков системы вентиляции.
Из материала, предназначенного для изготовления корпуса, собирается коробка, в которую помещается собранный блок, а в торцевых стенках монтируются 4 вентилятора.
Внутренняя поверхность корпуса покрывается теплоизолятором, и им же покрываются не рабочие плоскости теплообменника.

После того как все элементы конструкции помещены в корпус, устанавливается наружная крышка.

Монтаж собранного устройства

Когда рекуператор изготовлен, его необходимо установить в выбранном месте размещения. Для его крепления используется металлическая конструкция, изготавливаемая из металлического профиля и монтируемая к стене здания или межэтажному перекрытию. Размер конструкции зависит от геометрических размеров собранного устройства. Для подключения к воздуховодам системы вентиляции используются соединительные фланцы, установленные на корпусе изделия, и специальные хомуты.

Проверка работоспособности

После того как прибор установлен, его необходимо подключить к электрической сети, соответствующей классу напряжения используемых вентиляторов.

ВАЖНО ! Воздуховоды, изготовленные из металла, должны быть заземлены, а линия питания вентиляторов − иметь третий заземляющий провод. Использование гофрированного листа для изготовления теплообменника Система включается в работу, и при помощи термометра проверяется её эффективность

Для этого делаются замеры температуры воздуха в трёх точках пространства, и выполняется расчёт по формуле, приведённой в настоящей статье (см. раздел «Расчёт мощности»)

Использование гофрированного листа для изготовления теплообменника Система включается в работу, и при помощи термометра проверяется её эффективность. Для этого делаются замеры температуры воздуха в трёх точках пространства, и выполняется расчёт по формуле, приведённой в настоящей статье (см. раздел «Расчёт мощности»).

Проектирование и расчет вентиляционной системы

Проектирование приточно вытяжной вентиляции обычно начинается с составления общего плана здания с указанием площади и назначения каждого отдельного помещения. После этого разрабатывается схема вентиляции помещений, предусматривающая все необходимые элементы и места их установки.

Перед тем как рассчитать приточно вытяжную вентиляцию необходимо определить ее основные параметры, к которым относится:

• производительность системы, обеспечивающая требуемый воздухообмен в помещениях;
• необходимое давление в системе, создаваемое вентиляторами;
• скорость потока воздуха в воздуховодах и площадь их сечения;
• допустимые уровни шумов при работе системы;
• мощность воздухонагревателя для поступающего наружного воздуха.

Существующие нормы приточно вытяжной вентиляции предписывают минимально необходимый воздухообмен в помещениях, который зависит от их площади и числа пребывающих в них людей. Для жилых помещений нормы составляют 2-3 кубометра в час на один квадратный метр или 20-30 кбм/ч на одного взрослого человека. Для бытовых помещений (кухня, ванная комната, туалет и пр.) с высоким содержанием в воздухе вредных примесей, неприятных запахов или повышенной влажности, эти нормы увеличиваются в два или три раза.

Рабочее давление в воздуховодах зависит от технических характеристик вентиляторов: производительности (кбм/ч) и создаваемом полном давлении в рабочей зоне (Па), а также от типа и размера сечения трубопроводов, их длины, наличия поворотов, переходов и других добавочных элементов вентсистемы. При расчете должны учитываться удельные потери давления в воздуховодах, измеряемые в Паскалях на один погонный метр трубопроводов, которые определяются с помощью специальной диаграммы.

Полное давление, создаваемое вентилятором, должно превышать общие потери в вентиляционной системе. Поэтому, чем длиннее и сложнее по устройству и конфигурации воздухопроводная сеть, тем мощнее должен быть вентилятор.

Приточно вытяжная механическая вентиляция должна обеспечивать скорость воздушного потока в пределах 3-5 м/с. Превышение этого предела приводит к снижению рабочего давления в системе и возникновению сильных аэродинамических шумов, недопустимых в жилых и рабочих помещениях.

Площадь сечения воздуховодов рассчитывается с учетом требуемого расхода воздуха и скорости воздушного потока по специальной диаграмме.

Например, для жилого помещения с воздухообменом 500 кбм/ч и скоростью воздуха 5 м/с размер сечения должен быть не менее 160х200 мм для прямоугольного или 200 мм в диаметре для круглого типа воздуховодов.

Мощность используемого воздухонагревателя зависит от температуры наружного воздуха и производительности системы и рассчитывается по формуле:

Мощность нагревателя (Вт) = Разность температуры на входе и выходе системы (°С)*Производительность системы (кбм/ч)/Постоянный коэффициент (2,98).

Например, для квартиры с воздухообменом в 400 кбм/ч и разностью температур 28°С (на улице -10°С, внутри +18°С) мощность нагревателя составит: 400*28/2,98=3758 Вт или 3,8 кВт.

Для жилых помещений типичная мощность калорифера обычно составляет 1-5 кВт, для офисных – 5-20 кВт.

Особенности монтажа и обслуживания системы

Для эффективного вентилирования воздуха в помещениях необходим правильный и качественный монтаж приточно вытяжной вентиляции, который, в зависимости от сложности системы, может быть выполнен самостоятельно или специалистами в данной сфере.

Установленная приточно вытяжная вентиляция своими руками позволяет значительно сократить затраты, но при этом увеличивается риск совершения ошибок в расчетах и/или монтаже и получение неработоспособной системы, что может привести к еще большим расходам на их устранение.

Чтобы обеспечить работоспособность системы, необходимо проводить периодическое техническое обслуживание приточно вытяжной вентиляции, которое заключается в проверке состояния и герметичности соединений воздухопроводной сети, чистке или замене фильтрующих элементов, контрольных замерах основных параметров системы, работы автоматики и т.д.

Учитывая специфику выполняемых профилактических работ, обслуживание приточно вытяжной вентиляции лучше всего доверить профессионалам, имеющим необходимое оборудование и соответствующие навыки.

Как устроена приточно-вытяжная вентиляция с рекуператором

Вентиляционная установка с системой рекуперации имеет достаточно простую конструкцию. При желании покупатель может выбрать любой вариант комплектации (типовая, расширенная, максимальная), а покупка и монтаж узлов могут быть произведены поэтапно.

Корпус, воздуховоды, входные и выходные решетки. Как правило, корпус установки изготавливается из сэндвич-панелей и алюминиевого профиля. Предусматривается шумоизоляция, теплоизоляция корпуса, а также защита от вибрации, которая возникает при работе вентиляторов. Если реализуется проект обеспечения воздухообмена в нескольких помещениях, то к установке присоединяются воздуховоды с заслонками и клапанами для распределения воздушных потоков.

Если блок вентиляции предназначен для одного помещения, то на отверстие выхода подаваемого воздуха устанавливается специальная решетка для равномерного распределения воздушного потока по комнате. Входная точка со стороны улицы оснащается защитной воздухозаборной решеткой. Она нужна для того, чтобы в устройство не попадали насекомые и мусор.

Вентиляторы и система фильтров. Для подачи и вытяжки воздуха в устройстве предусмотрены вентиляторы (центробежные или осевые). Мощность вентиляторов, количество скоростей может отличаться в зависимости от модели оборудования.

На входе обеих воздушных потоков устанавливаются фильтры, которые улавливают пыль и другие загрязнения. Они необходимы для того, чтобы элементы теплообменника не забивались жировыми и пылевыми «пробками». Такие фильтры нуждаются в периодической очистке или замене. Если этого не делать, то при работе устройства будет создаваться сопротивление воздушному потоку, что может привести к сбоям и поломке вентиляторов.

Блок рекуперации, дополнительные системы и управление. Основной объём вентиляционной установки занимает рекуператор (в одном устройстве может быть установлен один или несколько таких блоков). Если установку предполагается эксплуатировать в местности с суровым климатом, где часты сильные морозы, то одного рекуператора будет недостаточно для сохранения комфортной температуры в помещении – в вентиляции должен присутствовать электрический нагреватель.

Приточно-вытяжная вентиляция также может быть оснащена дополнительными системами – увлажнителем воздуха, ионизатором, датчиками СО2, генератором холодной плазмы и другим оборудованием. Современные модели вентиляций имеют электронный блок управления, с помощью которого можно устанавливать нужные режимы работы.

Важные особенности расчетов местных вентиляционных систем

Эффективность местной вентиляции напрямую связана с предварительными расчетами, касающимися мощности используемого оборудования, определения подходящего местоположения под его установку и т.д. Иногда следует разбираться и в физических законах распространения энергии. Перед тем как рассчитать схему естественной вентиляции, следует знать, что:

1. Вытяжка устанавливается только в верхней части помещения или отдельной зоны отдыха или работы. Связано это с тем, что образованная тяга должна захватывать пространство вокруг себя, чтобы вредоносные запахи и вещества не распространялись по комнате, цеху и всему зданию. Исключением являются аппараты, установленные над местами работы, которые могут находиться в любом удобном положении для качественного всасывания продуктов переработки.
2. Естественная приточка воздуха подводится снизу. Расположение воздуховода в этой части пространства наиболее эффективно из-за распространения холодных воздушных масс уровнем ниже, чем теплых. Исключением является использование механических устройств, которые создают приток воздуха искусственным путем, независящим от положения приточного воздуховода.
3. Работающим людям в опасной токсичной среде, следует обеспечить максимально быструю утилизацию вредоносного воздуха. Естественным путем этого достичь очень сложно. Поэтому, используют искусственные схемы.

К рассчитанному проекту местной вентиляции также могут подойти специальные автоматические системы, которые избавляют участия человека в процессе их работы. То есть, на производстве, работающим людям не нужно тратить собственное время на открытие вентиляционных решеток, включение привода вытяжки и другие действия. Автоматическая схема активизируется самостоятельно, когда установленные в устройство датчики уловят повышение температуры или влажности.

Расчет местной вентиляции также предполагает выбор максимально мощного оборудования, которое может быстро и качественно справиться с поставленной задачей. Особенно это касается механических установок. Мощности вентилятора должно быть достаточно для безопасного удаления продуктов переработки, выброшенных в воздух.

Требования к воздухообмену в разных помещениях

Виды нагревателей для вентиляционной системы

В систему подогрева воздуха в приточной вентиляции могут быть встроены нагреватели-калориферы двух видов: водяные и электрические. Рассмотрим их особенности детальнее.

Вид #1 — водяной нагреватель

Водяной нагреватель чаще всего используется в центральной вентиляции и взаимосвязан с системой отопления. Интеграция с отопительной системой позволяет сэкономить электроэнергию, так как подогрев воздуха осуществляется за счет теплоносителя.

Блок представляет собой радиатор с трубками, содержащими теплоноситель. Сама поверхность трубопровода имеет оребрение, которое увеличивает площадь соприкосновения нагревателя с воздушными массами. Теплообмен происходит следующим образом: теплоноситель прогревает трубки, которые отдают полученное тепло оребрению. От последнего осуществляется непосредственный нагрев воздуха.

Более подробно устройство и принцип работы водяного калорифера мы рассмотрели в этой публикации.

Водяной нагреватель для приточной вентиляции является достаточно громоздким узлом, однако его эффективность и экономичность полностью компенсируют крупные размеры

Однако монтаж подобного комплекса стоит существенных средств и требует значительного вмешательства в само помещение, после которого вполне может потребоваться ремонт. Проектированием таких вентиляционных систем обязательно должны заниматься специалисты. Кроме этих недостатков всегда остается риск промерзания воды в нагревателе при минимальной работе радиатора.

Вид #2 — электрический калорифер

Электрический калорифер работает от сети и является не менее эффективным. Подобный узел незначительно, но все же повышает расход электроэнергии. Однако осуществление прогрева воздуха с помощью электрического нагревателя является наиболее приемлемым решением для небольшой квартиры.

Как и водяной, электрический калорифер может иметь оребрение для увеличения площади соприкосновения с воздухом.

На схеме выше показано устройство электрического калорифера. ТЭН в узле может быть изготовлен из нержавеющей или черной стали. Последняя больше поддается коррозии и быстрее приходит в негодность. Реже нагревательный элемент изготавливается из керамики

Дополнительно электрические и водяные нагреватели различаются по форме. В зависимости от конфигурации вентиляционного канала они могут быть круглыми, квадратными или прямоугольными.

О правилах расчета мощности водяного и электрического калорифера мы писали в статье: Расчет калорифера: правила расчета мощности водяного и электрического агрегатов.

Нагревательные элементы

Конечно, ситуация, когда приточный воздух нагревается за счет удаляемого тепла, была бы идеальной. Но в ряде случаев достичь этого нельзя. К примеру, если за окном -25°С, то температуры удаляемого воздуха, какой бы ни была эффективность теплообменника, будет недостаточно, чтобы согреть приточный воздух до комфортной температуры. В этой связи рекуператоры оборудуются электрической системой дополнительного подогрева подаваемого в помещения воздуха. Как показывает практика, подогрев приточного воздуха нужен уже в том случае, если снаружи температура менее -10’С.

Нагревательный элемент также управляется автоматически и включается в зависимости от программы, если отобранного тепла недостаточно для подогрева приточного воздуха в соответствии с заданными параметрами. Он монтируется обычно вместе с теплообменником. Мощность и размеры нагревательных элементов зависят от мощности всей установки.

Случается, что при большой влажности воздуха и сильном морозе на теплообменнике образуется конденсат, который может замерзать. Чтобы избежать данного явления, существует несколько технических решений.

Например, приточный вентилятор может работать с перерывами (включаться каждые полчаса на пять минут), и работает тогда вытяжной вентилятор, а теплый воздух, проходя через теплообменник, защищает его от образования наледи.

Второе, довольно распространенное решение, заключается в направление части потока холодного воздуха мимо теплообменника. Существует ряд других способов, вплоть до использования электрического нагревателя, который частично подогревает поступающий снаружи воздух перед теплообменником. Образующийся конденсат должен не собираться внутри агрегата, а удаляться через систему трубопроводов либо непосредственно в канализацию, либо в иное предусмотренное проектом место.

При строительстве индивидуальных домов возможно применение конструктивной схемы устройства системы принудительной вентиляции с забором воздуха на определенном расстоянии от дома и доставкой его к приточно-вытяжной установке посредством воздуховодов, находящихся в земле, ниже уровня промерзания грунта. За время прохождения по такому каналу температура воздуха будет увеличиваться, что снижает риск образования конденсата и наледи на теплообменнике и в целом повышает эффективность работы рекуператора.