Химические источники тока: основные характеристики

Особенности химических источников

Время на чтение:

Химические источники тока сегодня актуальны, хотя и были изобретены более 2 веков назад. В настоящее время более современные варианты устройств практически вытеснили свинцовые аккумуляторы. Наука пытается создать менее опасные типы химических источников тока для окружающей среды, но с большей эффективностью работы, которая будет еще и долгосрочной. Ведется поиск путей достижения данной цели, которые еще и будут менее затратными, чтобы сделать устройство максимально доступным.

Что такое химические источники тока

Химический источник электрического тока — это устройство, благодаря конструкции которого в результате протекания окислительно-восстановительной реакции происходят выработка и подача постоянного электрического тока.

Литий-ионные источники тока — прогресс современности среди химических источников тока

К сведению! Чисто внешне устройства могут быть разными. Первые представляли собой две емкости, между которыми формировали металлический мостик. Теперь это достаточно портативные конструкции, которые могут иметь самые маленькие размеры и формы.

Зачем нужны

Химические источники электрической энергии нужны, чтобы приводить в действие портативные приборы, которые могут работать не от сети. Некоторые типы источников могут длительное время подпитывать весь механизм, приводя его в действие.

Благодаря открытию данных элементов стало возможным развитие таких отраслей, как автомобилестроение, космонавтика, а также сферы приборов бытового использования. Возможности человечества значительно расширились. Теперь не обязательно подключаться к электросети при необходимости использования некоторого устройства, которое требует наличия электрического тока.

Любой ученый знает, что химические источники тока очень важны для человечества. Но и простой пользователь сразу же оценит важность таких приспособлений, если лишится возможности пользоваться, например, телефоном, плеером. Кроме этого, такие варианты относительно портативные и могут обеспечить небольшой объект электрическим током.

Классификация

Самые распространенные виды — гальванические элементы и аккумуляторы. С ними знаком практически каждый. Но классификация таких приспособлений более широкая и предполагает еще и существование топливных элементов.

Схема классификации источников тока

Гальванические элементы

Гальванический элемент получил свое название в честь ученого Гальвано, который и открыл чудесную возможность получения электрического тока посредством создания простой конструкции из электролита и электродов. Они считаются первыми прототипами современных устройств для получения электроэнергии благодаря химическим реакциям.

Обратите внимание! В настоящее время это приспособление имеет более компактный и безопасный для использования вид, это обычная батарейка. Особенность работы такого устройства заключается в том, что использование его одноразовое. После окончательного разложения электролита на вещества, повторно зарядить их для следующих реакций невозможно.

Электрические аккумуляторы

Электрический аккумулятор — это более универсальный вариант устройства, который можно заряжать несколько раз после потери заряда электролита. Такая особенность объясняется регенерацией веществ, которые образуют электролит.

Устройство аккумулятора

В данном случае зарядка производится от постороннего (внешнего) источника тока. Часто с такой потребностью в восстановлении реагента в аккумуляторах сталкиваются автомобилисты, производя зарядку аккумулятора.

Топливные элементы

Электрохимический топливный элемент является перспективным источником, который достаточно важен для создания комфортных и в некоторых ситуациях жизненно необходимых условий существования.

Тепловой химический источник

Особенность работы такого элемента заключается в следующем. К электродам каждый раз поступает определенная порция электролита, которая после разрядки выводится из конструкции. Например, резервный генератор тока благодаря такому принципу работы может производить электроэнергию в течение 10-15 лет.

Обратите внимание! После истечения срока эксплуатацию можно продлить, если восстановить питание.

Принцип работы

Химический источник, который вырабатывает постоянный ток, имеет определенный принцип работы. Алгоритм выработки электроэнергии посредством протекания химических реакций между некоторыми веществами достаточно прост для понимания, разобраться с этим сможет человек, далекий от химии или физики.

Важно! Из-за использования достаточно агрессивных типов веществ, которые входят в состав таких источников, самостоятельно вскрывать конструкции запрещено. Это может нанести вред здоровью и жизни. Дополнительно требуется определенная утилизация.

Между окислителем и восстановителем (электролитом) протекает окислительно-восстановительная реакция. В результате выделяются электроны, которые начинают последовательно двигаться в определенном направлении. Именно благодаря выделенной в результате химреакции энергии и происходит движение элементарных заряженных частиц.

Так и получается электрический ток, который нужно уметь еще и добыть. Если не создать нужные условия для выхода электронов на внешнюю цепь, то вещество будет выделять только тепло. Чтобы это сделать, нужно подготовить два электрода: анод (где происходит окисление) и катод (восстанавливает вещество).

Величина электроэнергии, которая получается в результате протекания окислительно-восстановительной реакции, зависит от таких факторов:

  • объем и концентрация электролита;
  • материал, из которого изготовлены электроды;
  • конструкция внешней электрической цепи.

Есть несколько вариантов наиболее эффективных и применяемых электролитов с определенной концентрацией и массой.

Где применяются

Кажется, что вырабатываемый ток в результате химической энергии имеет минимальные показатели и может применяться только для изготовления обычных батареек в плеер или часы. Но это не так. Электроэнергия, полученная таким образом, используется в таких сферах:

  • транспортной;
  • космической;
  • медицинской;
  • в простом быту.

Принцип использования

Благодаря своей конструкции и принципу работы подобные устройства являются универсальными и могут применяться во многих сферах и отраслях.

Обратите внимание! Самой популярной в настоящее время является химическая батарея, которая используется в быту и производствах, подпитывая разнообразные приборы и устройства. Также в повседневной жизни используются аккумуляторы для электроники и автомобилей.

Электроэнергия — это жизненно необходимый ресурс для современного человечества. Получить электричество можно благодаря определенным источникам тока, но самыми популярными и удобными являются именно химические. Дополнительно они считаются весьма безопасными в экологическом плане для использования, если правильно их утилизировать.

ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА

Электрохимические элементы, используемые в качестве источников электрического тока, называют химическими источниками тока. Для применения в этом качестве ячейка должна отвечать определенным требованиям. Эти требования отличаются от тех, что предъявляются в аналитической химии или в термодинамических исследованиях. Одним из важнейших является способность элемента поставлять приблизительно постоянную мощность в течение длительного времени. Далеко не всякий гальванический элемент может удовлетворять этому требованию.

Читайте также:
Шторы с 3д эффектом в интерьере вашего дома

Мощность равна произведению разности потенциалов и силы тока. Разность потенциалов, которую имеет гальванический элемент на клеммах при силе тока, отличной от нуля, называется разрядным напряжением элемента. Оно меньше, чем ЭДС, по двум причинам.

Одна причина связана со скоростью химической реакции в элементе. Когда элемент включают во внешнюю цепь, с его анода отбираются электроны, а на катод поставляются электроны, что ведет к частичному «выравниванию» их потенциалов. Это явление называется поляризацией электродов или перенапряжением. Чтобы поддерживать постоянную разность потенциалов, реакция в элементе должна протекать с достаточно большой скоростью. Чем она медленней, тем больше поляризация электродов и тем меньше разрядное напряжение. Грубо говоря, медленная реакция не успевает поставлять электроны на анод или забирать электроны с катода, из-за чего разрядное напряжение снижается. С другой стороны, элемент имеет определенное внутреннее сопротивление /?, на котором происходит падение напряжения //?. Его называют омическими потерями (от названия единицы измерения сопротивления «ом»). Таким образом, разность между ЭДС и разрядным напряжением зависит от скорости электродных реакций и от внутреннего сопротивления элемента. Если скорость реакции очень мала, то после включения нагрузки, отбирающей некоторый ток, разрядное напряжение уменьшается вплоть до нуля, как показывает схематически кривая 1 на рис. 9.7. Такой элемент не пригоден в качестве источника тока.

Если скорость реакции достаточно велика, то разрядное напряжение слегка уменьшается при включении нагрузки, а затем остается приблизительно постоянным до тех пор, пока не будет израсходован запас одного из участников окислительно-восстановительной реакции (кривая 2 на рис. 9.7). Это при условии, что ЭДС элемента не зависит от степени расходования участников реакции. Такой элемент пригоден для службы в качестве источника тока.

Рис. 9.7. Схематическое изменение разрядного напряжения во времени у элемента с большим (1) и малым (2) перенапряжением

Химические источники тока подразделяют на три группы:

  • 1) первичные элементы, которые предназначены для однократного использования и не подлежат перезарядке;
  • 2) вторичные элементы, которые после израсходования участников реакции могут быть перезаряжены путем электролиза;
  • 3) топливные элементы, для которых участники окислительновосстановительной реакции поставляются непрерывно извне.

Первичные элементы обычно называют сухими батареями, а вторичные — аккумуляторами.

Типичное устройство сухой батареи включает в себя внешнюю оболочку, пористый разделитель катодного и анодного отделений, металлический электрод, пасту из материала другого электрода с электролитом и сборщик (коллектор) электронов для их переноса

Рис. 9.8. Схематическая конструкция элемента Лекланше

из пасты во внешнюю цепь, или наоборот. Например, в классическом элементе Лекланше (рис. 9.8) катодное отделение содержит пасту, состоящую из окислителя Мп02, электролита МН4С1 и воды. Паста отделена пористой перегородкой от цинкового анода, выполненного в виде цилиндрического стакана. Электролит анодного отделения находится в узком зазоре между цинковым анодом и перегородкой. В анодном отделении происходит полуреакпия окисления Zn(^) = = Zn 2+ (щ) +

, а в катодном — восстановление Мп(1У). Стехиометрия катодной реакции в этом элементе точно неизвестна (реакция имеет несколько продуктов восстановления). Электрический контакт пасты с внешней цепью осуществляется с помощью графитового стержня.

Элемент Лекланше имеет очень давнюю историю и применяется в основном для переносных электрических фонарей. Однако в современном варианте в отличие от классического электролит является не нейтральным, а щелочным. Соответствующий элемент называют марганцево-щелочным.

К другим первичным элементам относятся ртутно-цинковые и серебряно-цинковые батареи. Серебряно-цинковые батареи могут быть изображены схемой

с реакцией в анодном отделении 1п(т) + 20Н“(ац) = гпО(т) + + Н20(ж) + 2е“, а в катодном отделении А§20(т) + Н20(ж) + 2е“ = = 2А§(т) + 20Н“(ац). Общая реакция:

Как видно, в реакции участвуют только чистые твердые фазы. Благодаря этому ЭДС не меняется по мере расходования этих материалов, а разрядное напряжение зависит только от включенной нагрузки и составляет от 1,3 В до 1,1 В. Аналогично в ртутно-цинковом элементе происходит реакция с участием только конденсированных чистых фаз:

что обеспечивает постоянное разрядное напряжение при данной нагрузке. Это является достоинством «сухих» батарей. Они применяются во многих видах современной электронной техники (в наручных часах, калькуляторах, компьютерах, аудиотехнике, видеокамерах и т.д.).

К вторичным элементам относится, например, свинцово-кислотный аккумулятор. Его схема:

На аноде протекает окисление свинца (0) до свинца (II):

На катоде РЬ(1У) восстанавливается до РЬ(П):

Общая реакция элемента представляет собой окисление свинца (0) оксидом свинца (IV):

Как видно из этой реакции, ЭДС элемента зависит от активности серной кислоты в растворе. Однако в нем применяется концентрированная серная кислота, что позволяет сохранять долгое время приблизительно постоянное разрядное напряжение — около 2,0 В. Обычно шесть таких элементов собирают вместе и получается аккумулятор с разрядным напряжением 12 В. Такой аккумулятор применяется повсеместно в автомобилях. Когда он «садится», его перезаряжают от внешнего источника тока. При этом реакции на электродах протекают в обратном направлении с образованием РЬ02, РЬ и серной кислоты из сульфата свинца и воды. При надлежащем уходе этот аккумулятор может служить до 20 лет, но часто срок службы оказывается меньше.

Другим примером вторичных элементов может служить никель- кадмиевый аккумулятор (никад) с полной реакцией

Так как в реакции участвуют только чистые конденсированные фазы, ЭДС этого элемента не зависит от степени прохождения реакции. В результате он имеет более стабильное разрядное напряжение, чем свинцово-кислотный элемент. Его наиболее известное применение — освещение на железнодорожном транспорте.

Первичные и вторичные элементы служат, по существу, для хра-

Рис. 9.9. Схематическая конструкция топливного элемента Н2(г) + 02(г)

нения определенного запаса электрической энергии, которую можно востребовать при необходимости. В отличие от этого топливным элементом называют электрохимическую систему, служащую для производства электрической энергии из топлива и окислителя, которые подаются в анодное и катодное отделение извне. Примером служит водородно-кислородный элемент (рис. 9.9). В нем электроды выполнены из пористого проводника электричества (графита, никеля или другого проводника), который содержит катализатор для реакции и допускает контакт окислителя и восстановителя с электролитом. Электролитом служит концентрированный раствор щелочи, находящийся в пространстве между электродами.

Читайте также:
Что делать, если затопило натяжной потолок

В анодном отделении (на поверхности анода) водород окисляется до воды: Н2(г) + 20Н – ^) = Н20(ж) + 2е _ . В катодном отделении кислород восстанавливается до гидроксид-ионов: 02(г) + 2Н20(ж) + + 4е _ = 40Н“(ац). В сумме реакция представляет собой контролируемое (холодное) горение водорода 2Н2(г) + 02(г) = 2Н20(ж).

Водородно-кислородный элемент применялся в качестве автономных электростанций на космических кораблях серии «Аполло» (США). В последние годы активно разрабатываются новые топливные элементы для различных целей, в частности, для замены двигателей внутреннего сгорания в автомобильном транспорте.

Вентиляция с рекуперацией: Что это, виды и принцип работы, особенности монтажа

Высокие затраты на электроэнергию рано или поздно заставляют нас задуматься о способах экономии. Не все владельцы жилых и офисных помещений догадываются о том, что потери тепла зимой в значительной степени вызваны вентиляцией. Согласно статистике, вместе с удаляемым из помещений воздухом уходит от 30% до 60% тепла. Приточно-вытяжная вентиляция с рекуператором — разумный компромисс между энергосбережением и надлежащей вентиляцией помещения. Рассказываем об основным принципах работы оборудования.

Что такое рекуператор и почему он используется в приточно-вытяжных системах

Рекуператор — сердце приточно-вытяжной вентиляции с функцией теплообмена. Именно это устройство отвечает за передачу тепла отработанного воздуха — свежему. Данная технология востребована во всех типах помещений, где важно поддерживать комфортный микроклимат. Приточно-вытяжная вентиляция обеспечивает эффективную циркуляцию воздушного потока. Аналогичная вентустановка с рекуператором подает в помещение не просто свежий, но и предварительно подогретый воздух.

Как это работает? Прибор забирает тепло из выходящего потока и передает его поступающему с улицы. В итоге температура свежего воздуха близка к комнатной и почти не требует нагрева. Это экономит наши расходы на электроэнергию.

Поговорим о конструкции оборудования. Внешне рекуператор представляет собой короб с входными и выходными отверстиями. Внутри находится ключевой компонент — теплообменник, который отвечает за передачу тепловой энергии. Встречные потоки воздуха проходят через это устройство, но не смешиваются благодаря пластинчатой или мембранной перегородке. Рекуператор также оснащен фильтрами, которые очищают и поступающий, и выходящий поток. Это важно для здоровья людей в помещении и для защиты теплообменника от пыли и мусора. За движение воздушного потока отвечают вентиляторы. Надежную работу и надлежащую изоляцию обеспечивают кожухи. Как правило, оборудование оснащается автоматикой, позволяющей регулировать мощность работы вентиляционной системы в соответствии с запросами пользователей. Более подробно о составных частях системы вентиляции.

Виды рекуператоров, их особенности, преимущества и недостатки

На рынке представлены различные типы рекуператоров. Поговорим о каждом из них.

Пластинчатые представляют собой блок-кассету с металлическим корпусом, внутри которого установлены пластины (отсюда название) из оцинковки, фольги, пластика или полимеризованной бумаги. Пластины разделяют потоки воздуха и мешают им смешиваться. Эффективность данного вида рекуператоров зависит от материала пластин:

  • Металлические — не лучший выбор. Замерзают в мороз и долго оттаивают. При обмерзании воздух периодически приходится пускать через обводной канал, минуя рекуператор, сразу в помещение.
  • Пластиковые такой проблемы не имеют, но стоят дороже. В эксплуатации — гораздо эффективнее. Их можно использовать в помещениях с высокой влажностью. И пластиковые, и металлические пластины образуют конденсат, для сбора которого в конструкции предусмотрен поддон. При установке таких рекуператоров нужно предусмотреть дренаж.
  • Теплообменники из полимеризованной бумаги высокоэффективны, не образуют конденсат и не сушат воздух. Не подойдут для влажных помещений.

Роторные рекуператоры имеют цилиндрическую форму и состоят из алюминиевого ротора, заключенного в корпус из оцинкованной стали. Барабан при вращении нагревается в зоне вытяжного канала и охлаждается в зоне приточного, возвращая тепло уличному воздуху. Роторные рекуператоры более эффективны, чем пластинчатые. Автоматика регулирует скорость вращения ротора и предупреждает обмерзание. Следовательно, не требуется разморозка.

Энтальпийные — технически более продвинутое оборудование. Возвращают не только тепло, но и влагу. Результативность установки оценивается в 80-85% благодаря эффективному теплообмену. Принцип работы заключается с многоступенчатой рекуперации. Что это значит? Внутри рекуператора находится мембрана, которая работает как губка: поглощает тепло и влагу из выходящего воздуха и передает приточному. Смешивания потоков не происходит. Конденсат не образуется: мембранная поверхность впитывает строго определенный объем влаги.

Плюсы энтальпийных рекуператоров:

  • Высокая эффективность.
  • Отсутствие конденсата.
  • Не промерзают.
  • Качественная циркуляция воздуха с дополнительным увлажнением.

Оборудование не так давно вошло в обиход. На сегодняшний день накоплено мало статистических данных по реальному сроку службы, надежности и долговечности энтальпийных рекуператоров. Производители заявляют срок до 10 лет, но реальным практическим опытом эксплуатации это не подтверждено. На данный момент такие устройства используются главным образом в вентиляционных установках с относительно небольшим расходом воздуха.

Насколько целесообразно заказывать вентиляцию с рекуперацией?

Установка приточно-вытяжной рекуперации — долгосрочная инвестиция. Цена вентустановки с рекуператором в среднем на 50% дороже. Данное оборудование с годами обязательно окупит себя. Срок окупаемости и целесообразность установки зависит и от климатических условий.

ВАЖНО! Рекуператор хорошо проявляет себя при большой разнице температур. Если на улице -15°C, а в здании должно быть +20°C, установка приточной-вытяжной вентиляции с рекуперацией экономически целесообразна.

Если вы живете в мягком, южном климате, переплачивать за рекуператор смысла нет: разница температур невелика. Данное оборудование оптимально для умеренного и северного климата с суровыми зимами и затяжным межсезоньем.

Особенности монтажа вентиляции с рекуперацией

Качественно работающая вентиляция — результат правильно подобранной конструкции, оборудования, тщательного, профессионального проектирования и монтажа. Для того, чтобы система рекуперации работала эффективно и экономично, должны быть соблюдены 3 условия:

  • Профессионально составленный инженерный проект.
  • Надежное исполнение системы вентиляции.
  • Рекуператор хорошего качества.
Читайте также:
Умывальник для дачи: параметры выбора

Определяющее значение имеют профессиональные знания, квалификация, опыт и навыки монтажной компании. Важным шагом является соответствующая настройка системы в соответствии с предполагаемыми параметрами:

  1. Каналы вентиляции — это «кровеносная система» всей системы рекуперации. Критически важны оптимальные трассы вентиляционных каналов. Чтобы система рекуперации выполняла свою задачу, трубы должны иметь правильно подобранные диаметры для подачи нужного количества воздуха и качественно заизолированы.
  2. Правильное направление воздушного потока в установке обеспечивают вентиляторы рекуператора. Продуманное распределение вентканалов обеспечивает оптимальную и тихую подачу воздуха, который эффективно проветривает все помещения.
  3. Не менее важен выбор рекуператора соответствующей мощности. Чтобы правильно подобрать теплообменник, необходимо произвести тщательные расчеты. Только на основании этого параметра нужно приобретать рекуператор соответствующей мощности. Слабое оборудование не справится с поддержанием комфортного микроклимата в доме и повлияет в конечном итоге на экономическую целесообразность.

При выборе оборудования избегайте искушения купить то, что подешевле. Зачастую бюджетный агрегат означает худшую производительность и в конечном итоге снижает энергоэффективность всей системы в целом. Установку приточно-вытяжной вентиляции стоит доверять профессиональной монтажной компании, которая занимается проектированием, сможет корректно рассчитать объемы воздушного потока и качественно установить систему.

Заключение

Вентиляция с рекуперацией — эффективное решение для циркуляции воздуха в умеренной и северной климатической зоне. Современное оборудование позволяет эффективно перерабатывать тепло, восполнять затраты на отопление и экономить на счетах за электроэнергию. В этом обзоре мы постарались затронуть основные принципы работы и виды оборудования. Отдельное внимание уделили профессионализму проектировщиков и монтажников. Остались вопросы? Закажите бесплатную консультацию: наши специалисты помогут подобрать инженерные системы для промышленного и коммерческого объекта, исходя из технических параметров и ваших потребностей.

Приточно-вытяжная вентиляция с рекуперацией тепла: принцип действия, обзор достоинств и недостатков

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.

Энергосбережение в системах вентиляции

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 калорифера, 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.

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 интегрированным рекуператором 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.

Основные элементы и их параметры

Корпус с тепло- и шумоизоляцией выполняют как правило из листовой стали. В случае стенового монтажа он должен выдерживать давление, которое возникает при запенивании щелей вокруг блока, а также не допускать вибрацию от работы вентиляторов.

В случае распределенного забора и притока воздуха по различным помещениям к корпусу присоединяют систему воздуховодов. Ее оснащают клапанами и заслонками для распределения потоков.

При отсутствии воздуховодов на приточное отверстие со стороны помещения устанавливают решетку или диффузор для распределения потока воздуха. На приточное отверстие со стороны улицы монтируют воздухозаборную решетку наружного типа во избежание попадания в систему вентиляции птиц, крупных насекомых и сора.

Движение воздуха обеспечивают два вентилятора осевого или центробежного типов действия. При наличии рекуператора естественная циркуляция воздуха в достаточном объеме невозможна по причине создаваемого этим узлом аэродинамического сопротивления.

Наличие рекуператора предполагает установку фильтров мелкой очистки на входе обоих потоков. Это необходимо для уменьшения интенсивности засорения пылью и жировыми отложениями тонких каналов теплообменника. В противном случае для полноценного функционирования системы придется увеличить частоту проведения профилактических работ.

Один или несколько рекуператоров занимают основной объем приточно-вытяжного устройства. Их монтируют по центру конструкции.

В случае типичных для территории сильных морозов и недостаточного КПД рекуператора для нагрева наружного воздуха можно дополнительно установить калорифер. Также по необходимости монтируют увлажнитель, ионизатор и другие устройства для создания благоприятного микроклимата в помещении.

Современные модели предусматривают наличие электронного блока управления. Сложные модификации имеют функции программирования режимов работы в зависимости от физических параметров воздушной среды. Внешние панели имеют привлекательный вид, благодаря чему хорошо могут быть вписаны в любой интерьер помещения.

Решение проблемы возникновения конденсата

Охлаждение поступающего из помещения воздуха создает предпосылки для разгрузки влаги и образования конденсата. В случае высокой скорости потока большая его часть не успевает скапливаться в рекуператоре и выходит наружу. При медленном движении воздуха значительная часть воды остается внутри устройства. Поэтому необходимо обеспечить сбор влаги и вывод ее за пределы корпуса приточно-вытяжной системы.

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.

Читайте также:
Установка кровельного аэратора на плоскую кровлю

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.

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.

Пластинчатый перекрестноточный рекуператор

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.

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.

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.

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 теплового насоса.

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.
Читайте также:
Теплица геодезический купол своими руками

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.

Коэффициент полезного действия

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

  • Тп – температура поступающего воздуха внутрь помещения;
  • Тн – температура наружного воздуха;
  • Тв – температура воздуха в помещении.

Максимальное значение КПД при штатной скорости потока воздуха 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.

Зная КПД рекуператора можно рассчитать его энергоэффективность при различных температурах наружного и внутреннего воздуха:

Е (Вт) = 0,36 х Р х К х (Тв – Тн)

где Р (м 3 /час) – расход воздуха.

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.

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.

Приточно-вытяжная вентиляция с рекуперацией тепла: виды и преимущества

Как обеспечить помещение свежим воздухом и при этом снизить затраты на отопление? Это можно сделать при помощи приточно-вытяжной вентиляционной установки с функцией рекуперации. Такое техническое решение идеально подходит для концепции «зеленого» дома с минимальным потреблением энергоресурсов. В этой статье мы расскажем о разновидностях вентиляций с рекуперацией тепла, особенностях их конструкции и преимуществах.

Чем вентиляционная установка лучше оконного проветривания

Стабильный воздухообмен в помещении – одно из условий здорового микроклимата в помещениях любого назначения: квартире, частном доме, коттедже или офисе. Традиционное оконное проветривание обеспечивает приток свежего воздуха в помещение, но при этом создаёт много неудобств:

  • по дому гуляют сквозняки, уходит тепло;
  • уличный шум мешает полноценному отдыху и сну;
  • в окна летит пыль, оседая на шторах, подоконнике и потолке;
  • дом открыт для гари, смога и посторонних запахов.

Решением проблемы в этом случае является вентиляционная приточно-вытяжная установка. После ее монтажа окна будут использоваться только в качестве источника естественного света: их можно будет держать закрытыми круглый год, 24 часа в сутки. Благодаря работе вентиляции в доме всегда будет свежий и чистый воздух.

Теплопотери: когда деньги «вылетают в трубу»

Нужно отметить, что конструкция вентиляций такого типа должна предусматривать подогрев подаваемого уличного воздуха. Эта функция востребована в холодное время года: если входящий воздушный поток не нагревать, это приведет к выхолаживанию помещения.

Вентиляция в этом случае станет мощным «кондиционером», подавая холод тогда, когда он совсем не нужен. Даже если в помещении отопление будет работать в полную силу, постоянный ток холодного воздуха сделает проживание в нём невозможным. Тепло будет «вылетать» на улицу, температура упадет на 8-12 градусов, а в комнате будут гулять сквозняки. Вывод прост – приточно-вытяжные вентиляции должны быть снабжены системой нагрева воздуха (калорифером).

Читайте также:
Экраны для проектора: проекционный экран своими руками. Размеры настенных и напольных моделей. Переносные на штативе и другие варианты. Как их выбрать?

Нагрев воздуха с помощью таких систем требует значительных затрат энергоресурсов. Так, блок нагрева приточно-вытяжных вентиляций потребляет 1 кВт электроэнергии в час, на подогрев 55 м³ воздуха, от уличных -30 °C до комнатной температуры.

Тут стоит вспомнить, что продолжительность периода отрицательных температур воздуха в большинстве регионов России может составлять до 6 месяцев. На это время расходы на обогрев воздуха вентиляцией могут превысить затраты на отопление.

Между тем в России пользуются большой популярностью вентиляционные установки с энергоэффективной системой нагрева воздуха. Это стало возможным благодаря использованию технологии рекуперации тепла.

Рекуперация: тепло «вторичного» использования

Технология рекуперации (в переводе с латыни «возвращение», «обратный процесс») позволяет сохранять и возвращать «внутреннее» тепло помещения, которое в ином случае просто уходит на улицу вместе с вытяжным воздухом.

Рекуперация регенеративно-роторного типа осуществляется путем попеременных циклов охлаждения и нагрева теплообменника – одного из элементов устройства, имеющего цилиндрическую форму. Охлажденные и нагретые воздушные потоки идут параллельно, каждый по своей половине диска. Электрический двигатель рекуператора приводит регенератор в движение, перенося нагретую часть теплообменника в холодный поток воздуха.

В процессе работы рекуператоры не нуждаются в прогревании для удаления наросшего льда и обеспечивают сохранение уровня влажности в помещении. В среднегодовом выражении такое оборудование позволяет сохранять до 50% тепла, уменьшая тем самым расходы на отопление.

Спецификой эксплуатации рекуператоров является частичная диффузия воздушных потоков. В результате такого явления возможно возвращение запахов и биозагрязнений назад, в помещение.

Рекуператор пластинчатого типа обеспечивает обмен тепла при помощи разделяющей мембраны. Смешивание воздушных потоков при этом исключено. Перегородки могут быть разных типов (ребристые, плоские) и выполняются из разных материалов – целлюлозы, металла или пластика. В зависимости от направления тока вентиляции помещения, они могут быть противоточными, перекрестными или прямоточными. КПД такого оборудования составляет 40%.

Преимуществами рекуператоров с пластинчатыми теплообменниками является простота в обслуживании и ремонте. Такие установки способствуют снижению влажности в помещении. Особенность их эксплуатации в том, что появление конденсата на пластинах обменника тепла приводит к обледенению агрегата, вследствие чего он требует периодической разморозки.

Сохраняться может не только тепло, но и прохлада. Принцип рекуперации работает в обе стороны. Летом, когда температура в помещении зачастую ниже, чем на улице, вытяжной воздух способствует сохранению прохлады – на выходе из комнаты он охлаждает теплообменник. Приточный (нагретый) воздух на пути в помещение теряет тепло и попадает внутрь уже охлажденным.

Так блок рекуперации в приточно-вытяжной вентиляции обеспечивает «бесплатный» нагрев воздуха в холодное время года и его охлаждение в жару. Какой объём энергозатрат помогает экономить рекуператор? К примеру, уличный воздух, подаваемый в помещение зимой, нужно будет нагревать до комфортных +20°С. При температуре на улице – 24°С, ТЭН или калорифер должен повышать температуру подаваемого воздуха на 44 градуса.

Теперь рассмотрим возможности блока рекуперации. При той же температуре на улице, средние показатели нагрева поступающего воздуха рекуператором (за счет тепла вытяжного воздуха) составили бы +10°С. Учтем тот факт, что мощность нагревателя и разница температур прямо пропорциональны. Путем простых вычислений (44-10)/44, получаем, что при определенных условиях рекуператор способен компенсировать до 77% от мощности вентиляции с электрическим нагревателем. Из этого можно сделать вывод, что система рекуперации позволяет свести до минимума потери тепла и существенно уменьшить энергозатраты на обеспечение комфортного микроклимата в помещении.

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.

Типы и характеристики вентиляций

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

Читайте также:
Старая новая ванна

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.

Преимущества приточно-вытяжных вентиляций с рекуперацией тепла

  • Экономия средств. Самое очевидное преимущество многофункциональных вентиляционных систем – это значительное уменьшение затрат на отопление, вентиляцию и кондиционирования объекта. В сравнении с прямоточными вытяжными системами экономия уменьшение расходов может быть в 5 раз;
  • Удобство управления. В современных моделях управление скоростью работы устройства может производиться дистанционно с помощью компьютера или мобильных устройств (планшета, смартфона);
  • Низкий уровень шума при работе. Оснащение вентиляции специальными сэндвич-панелями на раме из алюминия обеспечивает уменьшение вибрации и подавление основной части шума при работе вентиляторов;
  • Высокий уровень электрозащиты. В вентиляционных установках обеспечивается автоматическая защита от скачков напряжения, блокировки работы, потери фазы и перегрева оборудования.

Подведем итоги

Приточно-вытяжные вентиляции с рекуперацией тепла представляют собой высокотехнологичное, «зеленое» решение задачи воздухообмена и сохранения тепла в жилых и нежилых помещениях. Благодаря их использованию можно добиться кратного сокращения затрат на обслуживание объекта – его отопление, кондиционирование и вентиляцию. При выборе вентиляции нужно учитывать специфику её конструкции, тип и особенности работы рекуператора, а также технические характеристики модели.

Остались вопросы

Спасибо за обращение, мы обязательно перезвоним.

Приточно-вытяжная вентиляция с рекуперацией тепла для частного дома: сколько стоит оборудование и как работает

Когда возникает вопрос установки вентиляции, начинаются долгие раздумья, какую выбрать систему. Либо ограничиться естественным притоком и оттоком воздуха, либо делать принудительный монтаж и не зависеть от капризов природы. Приточно-вытяжная вентиляция с рекуперацией тепла для частного дома позволяет добиться постоянного воздухообмена. Не зависит от времени года, направления ветра, разницы температур внутри и снаружи помещения. Тратится больше энергии, чем в естественной вентиляции, но с рекуператором экономия тепла очевидна.

Устройство и принцип действия приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией тепла

Чтобы обеспечить постоянный воздухообмен в помещении, очистку поступающего воздуха от пыли и нагрев температуры в частном доме или квартире необходимо установить принудительную вентиляцию. Приточно-вытяжная вентиляция с рекуперацией тепла подает очищенный воздух. Экономия тепловой энергии при номинальной мощности составляет около 6 кВт. Рекуператор это устройство, которое возвращает тепло в дом. Относится к категории энергозависимых конструкций, требует подключения к источнику электрической энергии.

При проектировании учитывается:

  1. Количество помещений в доме;
  2. Ожидаемое количество людей;
  3. Назначение помещения.

Расчет сети воздуховодов по дому производится, исходя из потерь давления, которое присутствует в системе вентиляции. В здании с установленной принудительной системой приточно-вытяжной вентиляции воздушный поток поступает с улицы. При прохождении через конденсационный агрегат, воздух очищается от пыли, нагревается до необходимой температуры и поступает в помещение. Достоинство системы в том, что в дом подается очищенный и подогретый воздух в необходимом объеме.

Читайте также:
Чем крепить ондулин на кровле

Процесс работает круглосуточно:

  • Воздух с улицы поступает по вентиляционному каналу через шумоглушитель в вентиляционный агрегат;
  • В агрегате воздух очищается от пыли, нагревается и подается через шумоглушитель по вентиляционному каналу в помещение;
  • Отработанный воздух из санузлов и подсобных помещений возвращается обратно в вентиляционную установку и передает свое тепло входящему воздуху, который поступает с улицы;
  • Проходя через вентиляционную установку, уже охлажденный и отработанный воздух выходит на крышу улицы.

С помощью встроенного пульта управления можно настраивать:

  • Температуру входящего воздуха;
  • Скорость работы вентилятора, необходимого при воздухообмене;
  • Интервал замены фильтра регулируется по неделям.

Если необходимо, чтобы ночью или в определенные дни недели воздухообмен был меньше, делаются соответствующие настройки. Например,

  • Температура поступающего воздуха в приточную установку -9 ◦ C;
  • Температура воздуха, которая подается в помещение +15 ◦ C;
  • Температура выходящего из установки отработанного воздуха -3 ◦ C.

При таком режиме калорифер (нагреватель) внутри приточного столба выключен — электроэнергия не тратится впустую для нагрева воздуха. Таким образом, обеспечивается экономия тепловой энергии.

Как работает вентиляционный агрегат

Представляет собой утепленный звукоизолированный металлический ящик. Для правильной работы вентиляционной установки и отображения температур устанавливается датчик для выходящего на улицу воздуха и поступающего из помещения отработанного состава.

  • Холодный воздух с улицы:
    1. Поступает через фильтр;
    2. Очищается от пыли;
    3. Проходит через рекуператор;
    4. В помещение воздух поступает через вентилятор, который создает разницу давлений.

  • Отработанный воздух из помещения:
    1. Проходит через фильтр;
    2. Очищается от крупной пыли;
    3. Проходит через рекуператор.
    4. Через вентилятор уходит на улицу.
  • В агрегат устанавливается роторный теплообменник. Внутри находится тонкий лист алюминия, свернутый в соты. Двигатель вращает соты. Холодный воздух, который заходит с противоположной стороны, нагревается и поступает в помещение.

    При выходе на крышу монтируется приточная установка. Сколько кубометров воздуха поступает, столько кубов вытягивается на улицу. В стояк монтируются вентиляционные трубы. Терморегулятор регулирует температуру, подающего воздуха.

    Вытяжные вентиляторы, устанавливаются отдельно, в зависимости от объема помещения. Воздух по одной трубе из приточной установки подается по воздуховоду в определенные комнаты. По другой трубе воздух выходит из вытяжного зонта на улицу. При работе создается разряжение воздуха.

    Виды блоков рекуперации тепла

    Рекуперация тепла в системе приточной вентиляции явление относительно новое и пока мало распространенное. Существует несколько типов устройств и большой выбор моделей по каждому виду. Приточно-вытяжная вентиляция с подогревом воздуха и рекуперацией выполняет следующие функции:

    • Возврат тепловой энергии;
    • Экономия топлива;
    • Снижение стоимости оборудования;
    • Обеспечение экологических норм;
    • Сокращение транспортных расходов;
    • Снижение стоимости газоочистки;
    • Снижение затрат на систему отопления.

    Роторный (барабанный)

    Теплообменник подходит для местности с суровым климатом. Барабан изготовлен из фольги алюминия. Поступательными движениями тепло переходит от вытягиваемого к подаваемому воздуху:

    • Тепло передается подаваемому воздуху;
    • Смешивание потоков составляет менее 0,1%;
    • Возвращается теплый и увлажненный воздух.

    Помещения меньше высыхают. Полезная мощность составляет 92%.

    Пластинчатый перекрестный рекуператор

    Предназначен для местности с мягкими погодными условиями. Встречные потоки пластинчатого рекуператора разделяются алюминиевой фольгой.

    • Тепло передается подаваемому воздуху;
    • Формируется конденсат;
    • Необходим отвод воды.

    Тепло удаляемого воздуха через алюминиевые пластины нагревает подаваемый воздух. На пластинах теплообменника конденсируется влага, которая попадает из помещений.

    Во время отогрева КПД теплообменника равна нулю, тепловозврат не происходит. Общая эффективность вентиляционной установки падает. Система возвращает до 95% тепла.

    Тепловые трубки

    Данный вид производится как герметично запаянная трубка из материала с хорошей тепловой проводимостью. Внутрь заливается фреон. Рекуператор помещается в воздуховод вертикально (допустимо устанавливать под небольшим градусом). Нижний конец помещается в вытяжке, верхний в приточной вентиляции.

    Теплый воздух проходит по нижнему воздуховоду по дну трубки. Фреон закипает, пары поступают в верхнюю часть и встречаются с приточным воздухом, забирая тепло от фреона. Конденсат оседает на дно трубки, цикл повторяется. Достоинство: нет движущихся частей. Недостаток: слабая работоспособность, система работает на фреоне.

    Устройство с промежуточным теплоносителем

    В качестве теплоносителя используется вода или специальный раствор.

    • Два теплообменника сообщаются между собой трубопроводами;
    • Один из них находится в канале, который вытягивает воздух и получает теплоту;
    • Теплота через теплоноситель переходит во второй теплообменник, размещенный в канале приточного воздуха, где происходит нагрев.

    Потоки не смешиваются друг с другом, но промежуточный теплоноситель снижает эффективность работы до 50%. Дополнительно КПД можно увеличить насосом. Достоинство промежуточных теплоносителей в том, что теплообменники можно устанавливать на расстоянии друг от друга. Монтаж производится в вертикальном и горизонтальном положении.

    Грунтовый теплообменник

    Стоимость эксплуатации системы снижается на 5-10%. Если нет грунтового теплообменника, воздух, попадающий в систему рекуперации, проникает непосредственно с улицы. С грунтовым теплообменником на глубине порядка двух метров в земле прокладывается труба. Температура воздуха ниже промерзания грунта остается всегда стабильной в районе +10◦C.

    Воздух проходит по трубе в земле и попадает в рекуперацию тепла. Разницу температур компенсировать гораздо проще. ТЭНы включаются реже, экономия тепла становится больше.

    Грунтовый теплообменник необходимо делать по проекту. В зависимости от площади дома подбирается система рекуперации, которая определенный объем воздуха забирает с улицы и, проводя через весь грунтовый теплообменник, его разогревает. Важно обратиться к опытному проектировщику. Именно он сможет рассчитать длину и глубину канала.

    Технические характеристики, на которые следует обратить внимание при выборе

    • Металлические устройства эффективны в эксплуатации до -10ºС. При пониженных температурах работоспособность заметно снижается. Вследствие чего применяется электрические преднагревательные элементы;
    • При выборе следует изучить толщину корпуса, материал мостиков холода. Толщина 3 см подлежит дополнительной изоляции, когда температура на улице станет ниже -5ºС. Вдвойне придется использовать изоляционный материал, если каркас сделан из алюминия;
    • Следует обращать особое внимание на показатели свободного напора вентиляторов. Может случиться так, что на 500 м 3 напор может полностью отсутствовать. Об этом потребители узнают, как правило, когда рекуператор выходит из строя;
    • Большой плюс, когда к автоматической системе можно подключить дополнительные функции. Благодаря усовершенствованной автоматике, снижаются издержки в эксплуатации и повышается работа всего прибора;
    • Основной показатель для принятия решения, на каком рекуператоре остановить свой выбор – это вентиляционный напор и мощность. Предварительно делается расчет, сколько воздуха должно поступать в дом за один час.
    Читайте также:
    Холодильник, встраиваемый под столешницу: критерии выбора и правила установки

    Лучшие приточно-вытяжные системы с рекуперацией тепла

    Vakio

    Это не просто вентилятор с фильтром. По отзывам потребителей, качество модели во много раз превышает цену. Расход электроэнергии от 5 до 20 Ватт в час. Малый расход в связи с тем, что нет греющего элемента, который нагревает воздух.

    Цикл притока и оттока воздуха длится по 40 секунд каждый. Вентилятор разворачивается и работает беспрерывно, выполняя разные функции. Он просто меняет направление воздуха. При этом нет перепадов шума.

    Работает в диапазоне от -47 ◦ C до +50 ◦ C. Есть режим сброса наледи. Устройство снабжено фильтром класс F6: не пропускает не только пыль, но и пыльцу, что особенно важно для тех, кто страдает аллергией. Полностью российская сборка (производитель г. Новосибирск). А значит, прибор идеально подходит для суровой зимы.

    Mitsubishi Electric VL-100EU5-E Lossnay

    Позволяет избежать сквозняков при проветривании и сохраняет микроклимат. Принцип работы предельно прост:

    • Воздух из помещения втягивается вентилятором в камеру с теплообменником;
    • В результате возникающего в комнате разряжения, поступает воздух с улицы;
    • Внутри камеры происходит обмен теплом и влажностью.

    Главный элемент системы: теплообменник Lossnay («Без потерь»). В нем происходит теплообмен между уличным и комнатным воздухом. Летом поступает охлажденный воздух, зимой – теплый. Коэффициент теплообмена рекуператора составляет 80%. Особая конструкция теплообменника позволяет снизить уровень внешнего шума в два раза. Не дает проникнуть с улицы вредным веществам из выхлопным газам.

    За счет тонких стенок в фильтре происходит активный обмен кислородом и влажностью. Теплообменник достаточно время от времени пылесосить, а фильтры промывать водой. К фильтру прилагается защитная сетка вытяжного вентилятора. При необходимости ее тоже можно снять и прочистить.

    Прана

    Компактное недорогое решение для вентиляции в частных домах. Прана решает несколько проблем:

    • Обеспечивает приток свежего воздуха в помещении;
    • Фильтрует и нагревает воздух до нужной температуры за счет тепла удаляемого воздуха;
    • Вытягивает отработанный воздух наружу.

    Рекуператор экономит до 80% затрат, связанных с вентиляцией. Прибор оснащен дистанционным (реостатным) управлением, способен плавно регулировать уровень воздухообмена. Воздух обновляется столько раз, сколько потребуется. Устройство, без внутреннего и внешнего блока устанавливается в течение нескольких часов.

    • Не требует дорогого сервисного обслуживания;
    • Значительно дешевле подвесной вентиляционной системы;
    • Не имеет альтернативы по сумме характеристик и стоимости.

    Можно ли самому сделать систему с рекуперацией

    Системы рекуперативной вентиляции становятся особенно актуальными после установки пластиковых окон. В окнах есть режим микровентиляции, но хотелось бы управлять процессом. Результатом решения вопроса у многих становится самодельная рекуперация.

    Есть множество вариантов самодельных установок. Самые простые, даже, если пульт управления не впечатляет внешним видом, в целом, неплохо справляются с задачей. Основная часть блок управления. Внутрь стены вставляется блок вентиляции. С другой стороны окна монтируется дополнительный блок. Провода лучше закладывать в стенку.


    Основная задача системы менять воздух в комнате, оставляя тепло:

    • Используется два цилиндра: диаметр — 110 мм; длина – 310 мм. С одной стороны трубы встраивается реверсивный вентилятор. Он способен переключать направление подачи воздуха и продувать теплообменник;
    • Два обычных вентилятора подключаются спина к спине. Периодически включаются то один, то другой. Вентилятор способен подавать воздух сквозь трубу в обоих направлениях. Реверсивную модель можно заменить бюджетным вариантом от старых компьютерных системных блоков. Но тогда вместо двух понадобится четыре штуки;
    • В основную часть трубы вставляют теплообменник. Задача забирать тепло у воздуха, выходящего из помещения, и отдавать тепло холодному воздуху с улицы.

    Рекуператор работает циклично, поэтому называется реверсивным. Некоторое время он вытягивает воздух из помещения, нагревая теплообменник. Потом затягивает воздух с улицы, отдавая запас накопленного тепла. Два блока включают для большей эффективности. Пока один вытягивает воздух из помещения, другой подает и наоборот. Такая схема работы позволяет избежать выпадения конденсата.

    Теплообменник представляет собой массу маленьких стеклянных трубочек, которые плотно набиваются в трубу. Они заменяют производственных соты, через которые проходит воздух. Вместо трубочек можно использовать более эффективный вариант – небольшие стеклянные шарики. Воздух в работе постоянно огибает шарики, путь прохождения удлиняется, больше отдается и поступает тепла.


    Блок управления рекуперативной вентиляцией включает:

    • Трансформатор от обычного блока питания;
    • Диодные выпрямители 4 шт.;
    • Интегральный стабилизатор 12 вольт;
    • Выпрямитель на 6-12 вольт, собранный на базе стабилизатора 5 вольт.

    Резистор регулирует напряжение от интегрального стабилизатора 6 12 вольт, подается на вентилятор. Схема управления рекуперативного цикла работает от 12 вольт.

    Отдельно вставляется микросхема таймера, который задает интервалы. Можно установить оптимальное время переключения. Две группы вентиляторов монтируются в двух блоках рекуперативной вентиляции.


    Режим:

    • Вытяжка воздуха;
    • Всасывание воздуха;
    • Обратный возврат — рекуперация.

    Пока один вентилятор засасывает воздух, другой удаляет его из помещения. Через установленное время цикл меняется.

    Дом должен иметь максимально герметичную теплоизоляцию. Естественная вентиляция заведомо не сможет обеспечить необходимый уровень воздухообмена. Механические системы вентиляции успешно справляются с работой. Лучшее решение на сегодняшний день установить принудительную систему с рекуперацией, что позволяет экономить тепловую энергию, особенно, в загородных домах средней и большой площади.

    Что такое рекуперация тепла в системе вентиляции дома

    Для создания комфортных условий проживания все застройщики стремятся создать дом, в котором расход на обогрев жилых помещений будет небольшим. Большинство владельцев частных домов полагает, что для создания энергоэффективного жилья необходимо установить теплосберегающие стеклопакеты. Но не многие знают, какую роль играет в сбережении тепла приточно вытяжная вентиляция с рекуперацией тепла. О ней мы и поговорим сегодня подробно.

    Читайте также:
    Старая новая ванна

    Современные жилые объекты теряют до 50% тепла из-за неправильно устроенной вентиляционной системы. Рациональное использование тепла в доме во многом достигается за счет энергии возвращаемого обратно использованного теплого воздуха.

    Благодаря такому подходу удается на целый месяц сократить отопительный сезон и таким образом снизить расходы на обогрев жилья. Для этого с комплексом теплоизоляционных мероприятий, направленных на утепление стен, перекрытий, кровли, оконных проемов и полов следует использовать преимущества приточно-вытяжной вентиляции, обеспечивающей рекуперацию тепла.

    Принцип действия вентиляции с рекуперацией

    Принцип действия такой вентиляционной системы строится на использовании тепла воздуха, который выводится наружу. Вентиляция с рекуперацией забирает через воздуховоды воздушные массы из помещений с повышенным уровнем влажности:

    • кухни;
    • ванной комнаты;
    • хозяйственных помещений.

    Прежде чем вывести воздушные массы наружу, вентиляционная система отправляет их в теплообменник и забирает тепло нагретого воздуха. Оно используется для повышения температуры холодных воздушных масс, поступающих в дом с улицы. Свежий воздух проходит через теплообменник и поступает в дом уже нагретым. Он идет в другие помещения:

    • гостиную;
    • детскую;
    • спальню;
    • кабинет.

    Так осуществляется постоянный обмен воздушных масс, с помощью которого можно эффективно использовать тепло воздуха тех помещений, в котором происходит его нагрев.

    Конструктивные особенности приточно-вытяжной вентиляции с рекуператором

    Мощность и размер вентиляции зависит от общей площади вентилируемого жилого пространства и особенностей функционального назначения используемых помещений. Самой простой и недорогой системой вентиляции является такая система, в которой рекуперация тепла осуществляется при помощи следующих элементов, находящихся в термически и акустически изолированном стальном корпусе:

    • теплообменника;
    • двух вентиляторов;
    • фильтров;
    • нагревательного элемента;
    • блока автоматики для удаления конденсата;
    • воздуходувов.

    Для максимально эффективного использования тепла в доме следует устанавливать комбинированную систему вентиляции: естественную и механическую с рекуперацией тепла в приточно-вытяжных системах.

    Естественная вентиляция выполняет роль запасной и может заменить рекуперационную в случае неисправностей в ее работе. Она также используется в теплое время года, когда жилое помещение не нужно отапливать. В холодный сезон воздуховоды естественной вентиляции следует плотно закрывать, чтобы не снижать эффективность работы вентиляции с рекуперацией.

    Типы конструкций рекуперационных установок

    Для установки принудительной вентиляции с рекуперацией могут использоваться конструкции теплообменников различных типов:

    • пластинчатые рекуператоры, в которых воздух идет с разных сторон пластин. Для них следует устанавливать отводы для конденсата, оборудованные водяным затвором и систему размораживания в случае образования наледи из конденсата. Их эффективность довольно высокая и составляет от 50 до90%;
    • роторные рекуператоры передают тепло от донного воздушного потока другому при помощи ротора. Система является открытой, поэтому требует дополнительной очистки поступающего с улицы воздуха. Рекуперацию тепла здесь можно регулировать при помощи скорости вращения ротора. Энергоэффективность таких ПВУ составляет 75-85%;
    • рекуператоры с промежуточным теплоносителем в виде воды или водно-гликолиевого раствора, циркулирующим между двумя теплообменниками вытяжного и приточного каналов. Нагрев теплоносителя осуществляется теплым воздухом, удаляющимся из помещений. Из-за отсутствия подвижных элементов такая система имеет невысокую эффективность: всего 45-60%;
    • камерные рекуператоры с камерой, разделенной на две части заслонкой. Выходящий воздух отдает тепло одной части камеры. Потом с помощью заслонки меняется направление приточного воздуха и он забирает тепло от нагретых стенок камеры. Запахи и мелкие частицы из воздушных масс удаляются с помощью фильтров приточной вентиляции. Эффективность такой системы составляет 80-90%;
    • тепловые трубки заполненные фреоном, испаряющемся при нагревании воздухом, идущим из дома. Холодный воздух с улицы идет вдоль трубок, превращая пар жидкость. Эффективность такой системы составляет 50-70%.

    Выбор подходящего типа приточно вытяжной вентиляции с рекуперацией тепла зависит от общей площади помещения и его планировки. Помогут правильно подобрать подходящую систему квалифицированные специалисты строительных компаний, занимающиеся монтажом вентиляционных систем для помещений различного назначения.

    Монтаж приточно вытяжной вентиляции

    Для проведения монтажных работ принудительной вентиляционной системы с рекуперацией с учетом всех технологических требований требуется учитывать все действующие СНиПы и санитарно-гигиенические нормативы. Соблюдение всех требований еще на этапе проектной разработки вентиляционной системы такого типа обеспечивает максимальную эффективность работы вентиляции и предотвращает возникновение опасных ситуаций в ходе ее эксплуатации.

    Без разработки индивидуального проекта невозможно добиться качественного проведения монтажных работ. Необходимость учета большого количества факторов и знания действующих технологических нормативов заставляет обращаться к квалифицированным специалистам для проведения таких работ под ключ.

    Самостоятельно составить проектную документацию не получится. Отсутствие плана ведения монтажных работ неизменно приводит к ошибкам в работе рекуператоров и снижению их эффективности. Кроме разработки документации и проведения монтажа, вентиляцию нужно будет еще запустить должным образом. Квалифицированные специалисты предлагают комплекс услуг по установке приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией тепла, включающие в себя:

    • разработку индивидуального проекта для конкретного помещения с учетом его площади и эксплуатационной специфики;
    • выбор подходящего типа рекуператора;
    • проведение монтажных работ;
    • проведение пуско-наладочных мероприятий.

    Выполнение работ под ключ позволяет избежать грубых ошибок в работе принудительной вентиляционной системы и дает возможность получить реальную экономию на отоплении частного дома. Вложения в услуги квалифицированных специалистов быстро оправдываются сокращением затрат на отопление дома в холодное время года.

    Наглядно посмотреть на то, что такое рекуператор в системе вентиляции частного дома, вы можете на видео:

    Рейтинг
    ( Пока оценок нет )
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Добавить комментарий

    ;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: