Рекуператор тепла вентиляционного воздуха

Вентиляция с рекуперацией тепла - C.O.K. N 12 | 2006г. Рубрика: КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ

В.Г. БАРОН, к.т.н., директор ООО «Теплообмен», г. Севастополь
Проблема энергосбережения и энергоэффективности из разряда умозрительной, лежащей в области интересов узкого круга профессионалов, в последнее время решительно и безоговорочно перешла в область интересов не только широких масс общественности, но и вышла на самый высокий межгосударственный, более того, планетарный уровень. Подтверждением тому служит включение вопросов энергообеспечения в повестку дня саммита Большой Восьмерки летом 2006 г.

Главы ведущих мировых держав обсуждали вопросы, связанные с очевидной дилеммой — наблюдающимся стремительным ростом потребностей человечества в энергетических ресурсах, с одной стороны, и встречным процессом не менее стремительного оскудения запасов этих самых ресурсов (по крайней мере, их традиционной составляющей, наиболее широко востребованной сегодня в мире).
Острота проблемы не могла не интенсифицировать работы по внедрению в практику отопления и кондиционирования зданий и сооружений ранее почти не применявшихся на территории СНГ машин и устройств, способных обеспечить снижение необходимого уровня энергопотребления при сохранении современных требований к тепловому комфорту.

Рекуператор тепла вентиляционного воздуха — что это?
К числу таких устройств относятся и рекуператоры тепла вентиляционного воздуха. Но если центральные рекуператоры, пусть и в ограниченных количествах, применялись еще с советских времен и сегодня более-менее известны, то децентрализованные рекуператоры еще совсем недавно промышленностью не выпускались, т.к. по объективным причинам не были востребованы, а потому были не известны не только потребителям, но и специалистам, работающим в соответствующих областях техники. Ситуация радикально изменилась с появлением современных, высококачественных окон с высокоплотными притворами и стеклопакетами, а в последнее время, на наш взгляд, резко обостряется и вопрос использования децентрализованных рекуператоров может потребовать первоочередного решения.
Действительно, применение современных, энергосберегающих окон, как это ни прискорбно признавать, все еще продолжаетзамалчиваться их производителями, несет с собой и существенные проблемы. Причем это многоплановые проблемы, лежащие как в области охраны здоровья людей, находящихся в помещениях, оборудованных такими окнами, так и в области сохранности самих зданий, помещения в которых имеют такие окна [1]. Кратко можно напомнить, что применение таких окон без сопряженных специальных мер по обеспечению контролируемой принудительной вентиляции ведет к изменению качественного состава воздуха в помещениях (снижается уровень кислорода, повышается содержание углекислого газа, радона и пр.), что отрицательно сказывается и на текущем самочувствии, и на общем состоянии здоровья людей. Кроме того, применение таких окон приводит, как правило, к росту влажности в помещениях, обуславливающей появление и развитие (в дальнейшем очень трудно удаляемой) плесени, т.е. колоний грибков, что имеет двояко проявляющиеся, отсроченные негативные последствия— во-первых, некоторые виды плесневых грибков смертельно опасны для человека и, во-вторых, все виды плесневых грибков оказывают разрушительное воздействие на строительные конструкции зданий и сооружений. В Европе в связи с начавшимся, после замены ранее установленных окон на современные энергосберегающие, ускоренным процессом разрушения зданий, стоявших до этого столетия, даже сформировался термин «синдром больного здания», и в настоящее время запрещена установка таких окон без выполнения специальных мер, обеспечивающих необходимую вентиляцию.
Обострению ситуации в части необходимости использования рекуператоров на территории СНГ способствуют как стремительно дорожающие энергоносители (что объективно подталкивает людей искать пути снижения расхода энергии на поддержание комфортной температуры в помещениях), так и призывы руководителей разного уровня, от самого высокого до низового, в массовом порядке заменять ранее установленные окна на современные.
Наше предприятие, разработавшее и выпускающее децентрализованные рекуператоры тепла вентиляционного воздуха типа «ТеФо» (по нашим сведениям мы единственное на территории СНГ предприятие, выпускающее такого рода технику, причем западноевропейские аналоги, появившиеся на рынке практически одновременно с нашими изделиями, уступают нам по большинству потребительских показателей), на своем опыте ощутило, что люди, стремящиеся экономить тепло и устанавливающие современные окна, все чаще сталкиваются с обозначенной проблемой, т.е. с необходимостью при этом как-то решать вопросы вентиляции. В частности, если в течение 2005 г., прошедшего с момента завершения нами работ по постановке на производство этих изделий и выходу с ними на рынок, к этим изделиям проявили интерес единицы, то только за 1-й квартал 2006 г. обратившихся за дополнительной информацией было больше, чем за весь предыдущий год.
Итак, что же такое рекуператор тепла, как и когда его применять и что он дает?
Рекуператор тепла вентиляционного воздуха — это устройство, обязательно имеющее в своем составе теплообменный элемент, имеющее, как правило, вентиляторы (обычно — два) для прокачивания через этот теплообменник потоков вытяжного, удаляемого из помещения, и свежего, подаваемого в помещение воздуха и зачастую оснащенное различными дополнительными приспособлениями, призванными автоматизировать работу устройства, улучшить качество подаваемого воздуха (или хотя бы, предотвратить его ухудшение) и т.д. В таком устройстве тепло от воздуха, который должен быть удален из помещения, отдается воздуху, поступающему в помещение (а летом наоборот— поступающий воздух охлаждается более прохладным удаляемым воздухом, если, конечно, помещение оснащено кондиционером), т.е. практически даром осуществляется тепловая подготовка воздуха перед подачей его в помещение. Схема работы рекуператора изображена на рис. 1.
Таким образом, рекуператор выполняет, по сути, роль обычной форточки, которая столетия успешно справлялась с задачей воздухообмена в помещениях, но только рекуператор — это, образно говоря, теплая форточка (применительно к зимнему, основному режиму функционирования), т.к. воздух, проходя через рекуператор в помещение, одновременно подвергается тепловой обработке. (Первые буквы слов «теплая форточка» дали имя рекуператору — «ТеФо».)
В принципе, как было отмечено выше, рекуператоры тепла вентиляционного воздуха использовались и раньше, но в весьма ограниченных количествах и исключительно для тепловой обработки общего потока воздуха, поступающего-удаляемого из здания целиком (т.н. центральные рекуператоры). Необходимость применения децентрализованных рекуператоров возникла относительно недавно и полностью обусловлена применением в зданиях современных энергосберегающих окон. Дело в том, что применение таких окон, особенно в ранее построенных зданиях (впрочем, и в строящихся в настоящее время зданиях зачастую возникают те же проблемы), приводит к полному нарушению вентиляции помещений, а центральной вентиляции, обеспечивающей возможность применения центральных рекуператоров, такие здания либо не имеют, либо ею по ряду причин нецелесообразно пользоваться.
Столкнувшись с этим, люди, порой даже не осознавая причин повышенной утомляемости, снижения работоспособности и других симптомов недомогания, формулируют свое видение проблемы очень просто— «в помещении душно», и открывают (приоткрывают) окна, тем самым сводя практически на нет их энергосберегающую функцию. Единственный выход из положения состоит в применении децентрализованных рекуператоров тепла вентиляционного воздуха. Такие рекуператоры, будучи установлены в каждом помещении, позволяют, во-первых, вентилировать только те помещения, которые в этом объективно нуждаются, например те, в которых находятся люди (что уже является энергосберегающим мероприятием), во-вторых, вентилировать контролированно, т.к. речь идет все же о принудительной вентиляции, и, что самое главное, при таком вентилировании удается сохранить почти в полном объеме энергосбережение современных окон. Правда, все же «почти в полном», т.к. часть тепловой энергии неизбежно будет уходить с вытяжным воздухом ввиду того, что не существует (да и не может быть создано в принципе) устройства, обеспечивающего 100% рекуперацию.
Применение децентрализованного рекуператора, в отличие от центрального, доступно каждому отдельно взятому владельцу помещения. Причем его применение не сопряжено ни с какими более-менее значимыми строительными или ремонтными работами. Достаточно принять принципиальное решение, приобрести подходящий рекуператор и установить его в помещении. Причем даже установку на месте, в принципе, под силу выполнить самостоятельно любому владельцу помещения (другое дело, что не каждый будет самостоятельно выполнять эти работы). Установка рекуператора на месте сводится к образованию в наружных стенах двух отверстий (заметим сразу— небольшого размера), закреплению рекуператора в выбранном месте и подключению его к источнику электропитания (весьма и весьма маломощному). Применение децентрализованного рекуператора целесообразно, если помещение оборудовано современными энергосберегающими окнами и не имеет центральной принудительной вентиляции. Иначе возникает дилемма: что важнее—здоровье и сохранность здания или энергосбережение.И только применение децентрализованного рекуператора удовлетворительно решает эту дилемму.
Решение указанной дилеммы таким путем не только позволяет добиться энергосбережения на высоком уровне, обеспечивая при этом помещение свежим воздухом, необходимым для дыхания находящихся там людей и исключающим образование колоний плесневых грибков, но и имеет некоторые иные, менее значимые положительные стороны. В частности, такую, как подача воздуха в помещение с температурой, близкой к той, которую находящийся в помещении человек считает для себя комфортной. Действительно, если бы мы в вышеобозначенной дилемме выбрали в качестве приоритета здоровье (сознательно жертвуя энергосбережением), то это предполагало бы частичное приоткрытие окон для обеспечения воздухообмена в помещении. Но такое приоткрытие, почти не заметное при положительной температуре наружного воздуха, будет восприниматься как крайне нежелательное и создающее тепловой дискомфорт при глубоко отрицательной температуре наружного воздуха, например, при –20°С, что все же вынудит человека закрыть окно. Кроме того, применение рекуператора позволяет сразу же при поступлении воздуха в помещение распределять его более равномерно, чем это имеет место при частичном приоткрытии окна, когда создается острая струя наружного воздуха (кстати, известны случаи, когда такая струя приводила к размораживанию стояков). Таким образом, применение рекуператоров— это одновременно инвестиции в здоровье, в энергосбережение и обеспечение теплового комфорта.
Однако автору уже приходилось сталкиваться и с негативным отношением к самой идее использования рекуператоров, особенно децентрализованных. Во всех этих случаях, при отсутствии каких-либо подкрепляющих такое мнение аргументов, высказывалось голословное утверждение о том, что это экономически невыгодно, т.к. и само изделие не из дешевых, кроме того, для его работы требуется электроэнергия. Такие заявления нельзя просто игнорировать. Напротив, раз существуют такие сомнения, то они должны быть либо признаны, либо аргументировано опровергнуты. Приводимые в настоящей статье цифры и соображения должны послужить такой доказательной основой.

Какие бывают рекуператоры тепла и по каким критериям их сравнивать
По принципу действия рекуператоры тепла бывают регенеративного и рекуперативного типа (смешивающего типа здесь не рассматриваются, как в наименьшей степени удовлетворяющие санитарно-гигиеническим требованиям). Аппараты регенеративного типа, как правило,имеют более высокую степень энергосбережения, доходящую у наиболее совершенных моделей до 85% (т.е. до 85% тепла, которое могло быть потеряно с вытяжным воздухом, возвращается обратно в помещение).Однако эти аппараты характеризуются повышенным удельным энергопотреблением, конструктивно не способны обеспечить исключение подмеса удаляемого воздуха в поступающий (или, по крайней мере, влияние свойств удаляемого воздуха на поступающий), имеют большие удельный объем и удельную стоимость и, что основное, автору не известны децентрализованные аппараты регенеративного типа, т.е. аппараты, рассчитанные на относительно небольшие потоки воздуха, например, в диапазоне 20–100 м3/ч.
Что касается аппаратов рекуперативного типа, то существует уже целый ряд децентрализованных аппаратов такого типа. На территории СНГ кроме рекуператоров, выпускаемых нашим предприятием, нам не известны аналогичные изделия. Однако на территории Западной Европы децентрализованные рекуператоры выпускаются несколькими фирмами, причем, следует отметить: абсолютное большинство из них освоило выпуск таких изделий буквально в течение последних полутора лет.
Как определить, какой же из существующих на рынке децентрализованных рекуператоров наиболее полно отвечает пожеланиям конкретного потребителя?
Очевидно, что однозначный и формализованный ответ дать невозможно, на то есть «конкретный потребитель», его пристрастия и приоритеты всегда специфичны и часто субъективны. Но все же основные объективные критерии обозначить можно и мы постараемся это сделать.
Во-первых, степень рекуперации, т.е. фактически степень энергосбережения. Этот показатель колеблется в зависимости от производителя и даже от конкретной модели в очень широких пределах — от 40% до более чем 70%, он один из основных.
Во-вторых, энергетическая эффективность, характеризующая собственное удельное энергопотребление. Эта величина показывает, как много энергии потребляет рекуператор для улавливания и возврата единицы энергии от удаляемого воздуха.
В-третьих, приемлемые ценовые характеристики. Этот показатель хоть и оказался оттесненным на третье место, в рыночных условиях является одним из основных и, к сожалению, может быть иногда решающим.
В-четвертых, (а может быть «вопервых») — санитарно-гигиенические показатели. Дело в том, что рекуператор — это устройство, через которое проходит воздух, поступающий в помещение и которым люди впоследствии дышат. Таким образом, рекуператор должен создавать как можно меньше предпосылок для загрязнения проходящего через него воздуха, а также быть максимально приспособленным для осуществления операций по контролю его состояния и очистке.
В-пятых,— ресурсные характеристики. Аппарат должен иметь длительный срок службы в штатных условиях эксплуатации, в т.ч. учитывая необходимые периодические очистки (промывки), требовать минимального обслуживания и иметь хорошую ремонтопригодность.
Наконец (если говорить о перечне основных показателей), это массо-габаритные показатели. Рекуператор должен занимать по возможности меньше места и удобно компоноваться на объекте. Существуют еще ряд второстепенных показателей, таких как степень автоматизации (обеспечивающая, например, включение-выключение по какому-то наперед заданному показателю), оснащенность дополнительными функциями (например, озонация воздуха), дизайн корпуса и пр. Объективный анализ этих показателей весьма затруднен, да и является неблагодарным занятием, т.к. значимость каждого из них глубоко субъективна (для кого-то, например, внешний вид может оказаться решающим).