VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

В России огромное количество энергии потребляется системами отопления и вентиляции. Это определяется в значительной степени особыми климатическими условиями, относительно низкими ценами на топливо и электроэнергию, а также неэффективным управлением в ЖКХ. Улучшение конструкций систем вентиляции и климатизации, совершенствование их эксплуатации в значительной степени могут повлиять на снижение потребления различных форм энергии.

Энергоэффективность систем вентиляции и кондиционирования следует обеспечивать за счет выбора энергоэффективных схемных решений, оптимизации управления системами, применения приточно-вытяжных вентиляционных систем с механическим побуждением, с утилизацией теплоты удаляемого воздуха. [1]

В общественных и промышленных зданиях снижение потребления электроэнергии, а также сокращение расходов теплоты, холода и электроэнергии на тепловлажностную обработку воздуха достигаются за счет применения:

• рециркуляции воздуха;

• отдельных систем для помещений разного функционального назначения и разных режимов работы;

• систем с регулируемым переменным расходом воздуха;

• снижения аэродинамического сопротивления систем, применения воздуховодов круглого сечения и более высокого класса плотности;

• энергоэффективных схем обработки воздуха, включая схемы косвенного и двухступенчатого испарительного охлаждения воздуха, аппаратов для утилизации теплоты и холода удаляемого из помещений воздуха;

• энергоэффективного оборудования для увлажнения, нагревания и охлаждения (вентиляторов, насосов, градирен, холодильного оборудования и др.);

• аккумуляторов теплоты и холода для сокращения пиковых нагрузок потребления холода и др. [1]

Конструктивные решения энергоэффективных вентиляционных систем базируются на совместном использовании двух принципов энергосбережения, которые лежат в основе современного направления вентиляции и кондиционирования производственных и общественных зданий большого объема, а именно рециркуляция воздуха и рекуперация отводимого тепла.

Рециркуляция воздуха – подмешивание воздуха помещения к наружному воздуху и подача этой смеси в данное или другие помещения (после очистки и тепловлажностной обработки); рециркуляцией не является перемешивание воздуха в пределах одного помещения, в том числе сопровождаемое нагреванием (охлаждением) [1].

Рекуперация отводимого тепла это процесс, при котором приточный воздух обогревается теплым воздухом, удаляемым из помещения. Теплый воздух в рекуперационном теплообменнике отдает большую часть своего тепла приточному воздуху. Таким образом, отбирая теплоту от удаляемого из помещения воздуха можно, во-первых – снизить количество теплоты на нагрев приточного воздуха и сэкономить топливо и, во-вторых – уменьшить тепловые выбросы в атмосферу.

Рассмотрим подробнее конструктивные особенности различных рекуператоров. Рекуператоры бывают нескольких типов.

Самый распространенный тип: перекрестно-точный или пластинчатый рекуператор. Перекрестно-точный(рис.1) или пластинчатый рекуператор представляет собой кассету, в которой вытяжной и приточный воздух проходят по каналам, разделенными листами оцинкованной стали. Оба потока не смешиваются, но происходит теплообмен за счет одновременного нагрева и охлаждения пластин с разных сторон.

Рисунок 1.- Перекрестно-точный рекуператор

 

Пластинчатый рекуператор (рис.2) является одним из самых распространенных благодаря своей дешевизне и компактной конструкции. Однако, есть вероятность обмерзания рекуператора со стороны вытяжки при очень низких наружных температурах, так как в вытяжных каналах постоянно образуется конденсат.

Рисунок 2. – Пластинчатый рекуператор

 

Эффективность утилизации тепла в перекрестно-точных или пластинчатых рекуператорах можно оценить, как среднюю. И все-таки такие устройства являются оптимальным решением для систем средних размеров и расходов.

Для более крупных помещений применяют другой тип рекуператоров: роторный.

Роторный рекуператор (рис.3) представляет собой короткий цилиндр, начиненный продольно расположенными плотно упакованными слоями гофрированной стали. Такой ротор располагается в осевом направлении приточно-вытяжной установки. Вращаясь, барабан рекуператора сначала пропускает через себя теплый вытяжной, затем холодный приточный воздух. Пластины поочередно нагреваются и охлаждаются, отдавая тепло поступающему холодному воздуху, непрерывно подогревая его. Такой тип теплоутилизатора является наиболее эффективным, но в то же время и довольно громоздким. Поэтому такие установки применяют чаще всего на больших объектах, где есть возможность расположить приточно-вытяжную установку в просторной венткамере.

Рисунок 3. – Роторный рекуператор

 

В камерных рекуператорах (рис.4) камера разделяется на две части заслонкой. Удаляемый воздух нагревает одну часть камеры, затем заслонка изменяет направление воздушного потока таким образом, что приточный воздух нагревается от нагретых стенок камеры.

Недостатком такого рекуператора является то, что загрязнения и запахи из удаляемого воздуха могут передаваться приточному. Однако такие рекуператоры характеризуются высокой эффективностью, их КПД достигает 70-80%.

Рисунок 4. – Камерный рекуператор

 

Рекуператоры с промежуточным теплоносителем. Теплоноситель чаще всего вода или водные растворы гликолей. Такой рекуператор состоит из двух теплообменников, соединенных между собой трубопроводами с насосом для циркуляции и арматурой (рис. 5). Один из теплообменников помещен в канал с потоком вытяжного воздуха и получает теплоту от него. Теплота через теплоноситель с помощью насоса и труб переносится в другой теплообменник, расположенный в канале приточного воздуха. Приточный воздух воспринимает это тепло и нагревается. Смешивание потоков в этом случае полностью исключено, но из-за наличия промежуточного теплоносителя коэффициент эффективности этого типа рекуператоров относительно низок и составляет 45-55%.[6]

Рисунок 5. – Рекуператор с промежуточным теплоносителем

На эффективность можно влиять с помощью насоса, воздействуя на скорость движения теплоносителя. Основное преимущество и отличие рекуператора с промежуточным теплоносителем от рекуператора с тепловой трубой в том, что теплообменники в вытяжной и приточной установках можно располагать на расстоянии друг от друга. Положение для монтажа теплообменников, насоса и трубопроводов может быть как вертикальным, так и горизонтальным.

Рекуператор с тепловыми трубами (рис. 6).По принципу работы рекуператор с тепловыми трубами похож на рекуператор с промежуточным теплоносителем. Разница лишь в том, что в потоки воздуха помещают не теплообменники, а так называемые тепловые трубы или точнее термосифоны. Конструктивно это герметично закрытые отрезки медной оребренной трубы, заполненные внутри специально подобранным легкокипящим хладоном (фреоном и т.п.). Один конец трубы в вытяжном потоке нагревается, хладон в этом месте кипит и передает воспринятое от воздуха тепло на другой конец трубы, обдуваемый потоком приточного воздуха. Здесь хладон внутри трубы конденсируется и передает тепло воздуху, который нагревается. [6]

Рисунок 6. – Рекуператор с тепловыми трубами

 

В таком рекуператоре полностью исключены взаимное смешивание потоков, их загрязнение и передача запахов. Подвижных элементов нет, трубы в потоки помещают только вертикально либо под небольшим уклоном, чтобы хладон двигался внутри труб от холодного конца к горячему за счет силы тяжести. Коэффициент эффективности 50-70%. Важное условие для обеспечения работы его работы: воздуховоды, в которые установлены термосифоны, должны располагаться вертикально друг над другом.

Выводы

Преимущества использования рекуператора:

• экономия на отоплении;

• экономия на вентиляции;

• очищение помещения от неприятных запахов;

• удаление пыли;

• низкая стоимость эксплуатации;

• простота установки;

• долгий срок службы устройства.

Плюсом рекуперации является экономия энергии, и как следствие, экономия средств на эксплуатацию системы вентиляции. Иногда, когда имеется ограничение в возможном объеме потребляемой энергии и установить мощную обогревательную систему невозможно использование рекуператора является хорошим решением задачи. Минусом является необходимые дополнительные первоначальные вложения на установку рекуператора.

Наибольшей эффективностью обладают роторные, пластинчатые и камерные рекуперативные установки. Они обеспечивают возврат тепла в объеме 75-90%. Также достаточно производительными являются рекуператоры с тепловыми трубами, т.к. они способны обеспечить эффективность теплового обмена 50-70%.

Среди рекуператоров в нашей стране наибольшее распространение получил роторный агрегат, так как обладает самым высоким КПД по теплу и при этом не допускает попадания загрязненного воздуха обратно в помещение. Роторные рекуператоры в основном монтируются в офисных зданиях и торговых центрах. Для нужд промышленных предприятий, особенно тех, где требуется очень чистый воздух, подходит рекуператор с промежуточным теплоносителем.

Список источников

1. СП 60.13330.2012Отопление, вентиляция и кондиционирование. Актуализированная редакция СНиП 41-01-2003 : утв. Приказом Минрегион России от 30.06.2012 г. №279 : дата введ. 01.01.2013. - 56 с.

2. http://oventilyatsii.ru/rekuperaciya-tepla-v-sistemax-ventilyacii.html

3. http://stroimsvoidom.com/sistemy-ventilyacii-s-rekuperaciej-tepla/

4. http://greenevolution.ru/enc/wiki/rekuperaciya-tepla/

5. http://strmnt.com/dom/comm/d-ventilation/rekuperator-vozduxa.html

6. http://www.promventholod.ru/tekhnicheskaya-biblioteka/rekuperatsiya-v-sistemakh-ventilyatsii-analiz-sistem-rekuperatsii-i-ekonomicheskaya-tselesoobraznost.html

Код для цитирования: Скопировать