Рекуперация

(от лат. recuperatio — обратное получение, возвращение), возвращение части материала или энергии, расходуемых при проведении того или иного технологического процесса, для повторного использования в том же процессе. Так, ценные растворители в химической технологии извлекаются из отработанных смесей с газами, инертными к данным растворителям (например, с воздухом), путём прямой конденсации или иными способами. Р. тепла применяется в различных теплотехнических установках (рекуператорах), когда конечный продукт обладает высокой температурой и перед выпуском из установки нуждается в охлаждении. Например, при разделении смесей перегонкой охлаждение выделяемого компонента производится самой перегоняемой смесью, которая при этом нагревается перед поступлением в перегонный аппарат.

БСЭ

Применительно к системам вентиляции под рекуперацией тепловой энергии (утилизацией тепла) подразумевается передача тепловой энергии от удаляемого воздуха приточному воздуху. Использование в системе приточно-вытяжной вентиляции  рекуперационных теплообменников позволяет существенно сократить затраты на обогрев подающегося в здание воздуха.

Конструктивно можно выделить несколько схем утилизации тепла:

- с применением промежуточного теплоносителя

- с применением перекрестноточного теплообменника

- с применением регенеративного (вращающегося) теплообменника

Рассмотрим подробнее каждую из этих схем:

Схема с промежуточным теплоносителем

Уже из определения схемы можно сделать вывод, что перенос энергии осуществляется  не от отепленного воздуха к холодному воздуху, а с применением другого «рабочего тела» (чаще всего для этих целей используется незамерзающая жидкость).

Такая схема применяется в системах, где недопустимо смешение потоков воздуха, а также в случае большого расстояния между приточной и вытяжной установкой. Эффективность теплоутилизации в такой системе обычно не высока. Теоретически эффективность может достигать 40% (см. «Современные системы кондиционирования» О.Я. Кокорин), однако, на практике зачастую приходится видеть неработоспособность данных систем  – виной тому неграмотно выполненный расчет теплоизвлекающего теплообменника.

Однако, не стоит забывать и о достоинстве данной системы  - отсутствие смешения потоков вытяжного и приточного воздуха.

Система состоит из двух теплообменников (теплоизвлекающий – красный контур и теплопринимающий – синий контур). Теплообменник, расположенный в потоке удаляемого воздуха (теплоизвлекающий), оснащен каплеуловителем. В поддоне каплеуловителя установлен переливной патрубок, выходящий наружу кожуха секции.

Рисунок 1. Принципиальная схема утилизации тепла с промежуточным теплоносителем

Теплообменники соединяются системой трубопроводов, заполненных теплоносителем. Теплоноситель, нагревшись в теплоизвлекающем теплообменнике, обдуваемом теплым вытяжным воздухом, переносит это тепло в теплопринимающий теплообменник, расположенный в потоке приточного воздуха. Работа осуществляется в замкнутом контуре. Теплопринимающий теплообменник, расположенный на приточной стороне, чаще всего играет роль подогревателя первой ступени. Эту схему можно использовать в системах кондиционирования помещений с высокими требованиями к чистоте воздуха, а также в случае большого расстояния между приточной и вытяжной установкой.

Несколько слов о теплоносителе-антифризе.

В качестве теплоносителя следует использовать наиболее безопасные незамерзающие жидкости:

• Экосол (водный  раствор этилкарбитола (ЭТК) - моноэтилового эфира диэтиленгликоля)
• Водный раствор пропиленгликоля и его модификации (в частности ХНТ-НВ)

Использование в качестве незамерзающих жидкостей всевозможных растворов этиленгликоля – «моветон», хотя бы  в силу чрезвычайной ядовитости данных типов антифризов.  

Схема с перекрестноточным теплообменником

Теплообменник изготовлен из пластин, создающих систему каналов для протекания двух потоков воздуха. В теплообменнике происходит теплопередача между этими потоками с различной температурой. Вытяжной, удаляемый из помещения воздух, протекает в каждом втором канале между пластинами теплообменника, нагревая их.

Приточный воздух протекает через остальные каналы теплообменника и поглощает тепло нагретых пластин. Благодаря турбулентному течению воздуха в каналах теплообменника, добиваются высокой эффективности утилизации тепла при сравнительно низком гидравлическом сопротивлении. В связи с возможностью конденсации влаги из удаляемого воздуха, за теплообменником установлен сепаратор со сливным поддоном и отводом конденсата через сифон.

Для исключения обледенения зимой на теплообменнике установлен термостат, управляющий положением клапана обводной линии.

Схема с регенеративным (вращающемся) теплообменником

Это наиболее эффективная схема утилизации тепла отработанного воздуха, однако следует иметь в виду, что в ней возможны перетоки воздуха в ту или другую сторону в зависимости от перепада давлений приточного и вытяжного воздуха. Ротор теплообменника заполнен попеременно уложенными по кругу листами гладкой и волнообразной алюминиевой фольги. Ротор укреплен в корпусе из алюминиевых профилей и закрыт панелями.

Регенератор изготавливается в двух версиях:

• негигроскопической, позволяющей утилизировать только явную теплоту;
• гигроскопической, когда поверхность ротора покрыта слоем, поглощающим водяные пары из воздуха. В этом случае утилизируется также скрытая теплота, а приточный воздух не только нагревается, но и увлажняется.

   Ротор вращается электродвигателем с регулируемым числом оборотов (2-12 и более об/мин). При угрозе обмерзания «насадки» происходит снижение числа оборотов.

Рисунок 4. Регенеративный (роторный, вращающийся) теплообменник

Применение «шлюзования» позволяет значительно снизить попадание удаляемого воздуха в приточный. Движение потоков воздуха всегда противоточно. Эффективность теплоутилизации зависит от соотношения потоков приточного и удаляемого воздуха, числа оборотов и может достигать 80%. Максимально допускаемая температура воздуха – 75°C.

Несколько слов об эффективности теплоутилизации (о чем не пишет производитель).

Всегда с недоверием и осторожностью воспринимайте слова о «чудесной теплоутилизации всего и вся». Когда Вам говорят о том, что эффективность может достигать стольких-то процентов, ключевое слово здесь: «может».

А может и не достигать. Ведь, правда? "Правда, правда" – скажите Вы и будете правы.

И ведь, ни один производитель оборудования не расскажет Вам, какие алгоритмы «заложены» в программу подбора утилизатора. И ведь, не обратят внимание на то, что красивые цифры были получены при нестандартных значениях влажности удаляемого воздуха.

При всем при этом, никто не умаляет значение утилизации отработанного тепла. Более того, на наш взгляд утилизаторы тепла неотъемлемая часть инженерных систем. (покупайте наших слонов ©).

P.S.

Рекуператоры являются логическим дополнением к вентиляционным системам, используемым на крупных объектах. Они позволяют экономить от 10 до 50% тепла, раньше буквально "вылетавшего в форточку".  Однако для систем более скромного масштаба (с воздухообменом менее тысячи кубометров в час) затраты на приобретение, монтаж и обслуживание теплообменной установки, как правило, окупается слишком медленно и мы не советуем нашим заказчикам закладывать подобное оборудование небольшие проекты с ограниченным бюджетом.