Рекуперация тепла в системах вентиляции: принцип работы и варианты исполнения. Рекуператоры тепла для вентиляции — какие они бывают и как работают? Принцип рекуперации

Рекуперация тепла стала довольно часто использоваться в последнее время в системах вентиляции. Если рассматривать более подробно сам процесс, то сначала следует определиться и понять, что означает сам термин рекуперация. Рекуперация тепла в системах вентиляции означает, что пропускаемый воздух, который удаляется специальными установками, пропускается сквозь систему фильтров и подается обратно.

Стоит обратить особое внимание на то, что в вентиляционных системах с долей отработанного воздуха вытягивается и часть тепла из помещения. И вот именно данная тепловая энергия и возвращается обратно.

Данные системы эффективно применяется на больших производствах и в крупных цехах, поскольку, чтобы обеспечить оптимальную температуру для таких помещений зимой необходимо подвергнуть себя большим затратам. Данные установки же позволяют значительно компенсировать такие потери и сократить затраты.

Даже в частном доме вентиляционные установки с рекуперацией тепла сегодня будут достаточно актуальны. Даже в индивидуальном доме всегда выполняется вентиляция и при циркулировании воздуха тепло точно также уходит из любого помещения. Согласитесь, что загерметезировать здание полностью и тем самым избежать всяких потерь тепла просто невозможно.

Сегодня данные системы стоит применять даже в частном доме по следующим причинам:

Для быстрого удаления воздуха с большой примесью углекислого газа;
Для притока необходимого количества свежего воздуха в жилые помещения;
Для устранения повышенной влажности в комнатах, а также устранения неприятных запахов;
Для экономии тепла;
А также для удаления пыли и вредных микроорганизмов, которые могут в ней содержаться.

Системы приточного типа с рекуперацией

Приточная установка с рекуперацией тепла начинает пользоваться все большим спросом среди частных домовладельцев. И ее достоинства, особенно в холодный период года, очень высоки.

Как известно, обеспечить жилое помещение необходимой вентиляцией можно многими способами. Это и естественная циркуляция воздуха, которая в основном осуществляется за счет проветривания комнат. Но согласитесь, что использовать такой способ зимой просто невозможно, поскольку все тепло быстро покинет жилые помещения.

Если же в доме, в котором циркуляция воздуха выполняется только естественным путем нет более эффективной системы, то получается, что в холода комнаты не получают нужного объема свежего воздуха и кислорода соответственно что в дальнейшем негативно сказывается на самочувствии всех членов семьи.

Разумеется, в последнее время, когда практически все владельцы устанавливают пластиковые окна и двери, получается, что устраивать вентиляцию естественным способом просто неэффективно. Поэтому возникает необходимость в установке дополнительного оборудования, которое способно обеспечить хорошую циркуляцию воздуха внутри помещений. И, конечно же, каждый владелец согласится с тем, что хотелось бы, чтобы любая система тратила электроэнергию экономно.

И вот здесь самым оптимальным вариантом будет рекуперация тепла в системах вентиляции. В идеальном варианте желательно приобретать установку, которая могла бы обеспечить и рекуперацию влажности.

Что представляет собой рекуперация влаги?

В любом помещении должен всегда поддерживаться определенный уровень влажности, при котором каждый человек чувствует себя наиболее комфортно. Данная норма имеет величину от 45 до 65%. Зимой большинство людей сталкиваются с излишне сухим воздухом в помещении. Особенно в квартирах, когда отопление включают на полную и воздух становится очень сухим имеющим влажность около 25%.

Кроме того, часто получается и так, что с такими перепадами влажности страдает не только человек. Но и полы с мебелью, как известно дерево имеет высокую гигроскопичность. Очень часто мебель и полы от слишком сухого воздуха пересыхают, и в дальнейшем получается, что полы начинают скрипеть, а мебель разваливаться. Данные установки в первую очередь будут поддерживать и необходимый уровень влажности в любом помещении, независимо от времени года.

Виды рекуператоров

В индивидуальных жилых домах наиболее часто устанавливают системы вентилирования, имеющие централизованные теплообменники. Кроме того, сегодня можно выбирать из нескольких видов конструкций рекуперативной вентиляции, но более высоким спросом пользуются нижеперечисленные:

Пластинчатые.
Роторные.
Камерные.
Имеющие промежуточный теплоноситель.

Теплообменники пластинчатого типа

Самые простые конструкции для систем вентиляции. Теплообменник выполнен в виде камеры, разделенной на отдельные каналы, расположенные параллельно относительно друг друга. Между ними находится тонкая пластинчатая перегородка, которая имеет высокие теплопроводные свойства.

Принцип действия основан на обмене теплом воздушных потоков, то есть отработанный воздух, который удаляется из помещения и отдает свое тепло приточному воздуху, который поступает внутрь дома уже теплым, благодаря такому обмену.

К преимуществам такой технологии можно отнести:

простую настройку устройства;
полное отсутствие каких-либо движущихся деталей;
высокую эффективность действия.

Ну, и одним наиболее существенным недостатком в работе такого рекуператора является образование конденсата на самой пластине. Обычно такие теплообменники требуется дополнительно монтировать специальными каплеуловителями. Это необходимый параметр, поскольку в зимнее время конденсат может замерзнуть и остановить устройство. Именно поэтому в некоторых устройствах данного типа есть встроенные системы размораживания.

Теплообменники роторного типа

Здесь главную деталь берет на себя ротор, который располагается между воздуховодными каналами и нагревает воздух при помощи постоянного вращения. Вентиляция с рекуперацией тепла роторного типа имеет очень высокую эффективность работы. Такая система позволяет возвращать обратно в помещение около 80% тепла.

А вот существенным недостатком является неполноценность работы системы относительно грязи, пыли и запахов. В конструкции между ротором и корпусом есть не плотности. Из-за них потоки воздуха могут смешиваться и поэтому все загрязнения могут вновь попасть обратно. И естественно уровень шума здесь на порядок выше, чем у пластинчатого теплообменника.

Теплообменники камерного типа

В рекуператоре данного типа воздушные потоки разделены непосредственно самой камерой. Обмен тепла происходит благодаря заслонке, которая периодически меняет направление потоков воздуха. Данная система обладает высокой эффективностью в работе. А к недостаткам можно отнести только наличие подвижных деталей внутри устройства.

Теплообменники с промежуточным носителем

Принцип работы данного устройства практически аналогичен работе пластинчатого рекуператора. Здесь теплообменником является замкнутый контур из трубки. В нем происходит постоянная циркуляция воды или водно-гликолевого раствора. Эффективность процессов теплообмена напрямую зависит от скорости циркуляции в замкнутом контуре жидкости.

В таком устройстве смешение потоков воздуха полностью исключено. К минусам относится только недостаточная эффективность. Такое устройство способно вернуть примерно 50% забранного из помещения тепла.

Тепловые трубки

Стоит выделить и еще один тип рекуператоров. Рекуперация тепла в доме с использованием тепловых трубок достаточно эффективна. Такие устройства представляют собой запаянные трубки, изготовленные из металла, который обладает высокими тепло проводимыми свойствами. Внутри такой трубки находится жидкость, которая имеет очень низкую температуру кипения (обычно здесь используют фреон).

Такой теплообменник всегда устанавливается в вертикальном положении, причем один из его концов расположен в канале вытяжки, а другой в приточном канале.

Принцип действия прост. Вытягиваемый теплый воздух, омывая трубу, передает тепло фреону, который закипая, перемещается вверх, с большим количеством тепла. А приточный воздух, омывающий верх трубки забирает данное тепло с собой.

К достоинствам можно отнести высокую эффективность, бесшумность работы и высокий коэффициент полезного действия. Так что сегодня можно значительно сэкономить на обогреве дома, частично возвращая его обратно.

Переименуйте тему. На ликбез не тянет вовсе. Тянет только на пиар.
Теперь поправлю немного.
Плюсы роторного рекуператора:
1. Высокий КПД передачи тепла
Да, согласен. Самый высокий КПД среди бытовых вентсистем.
2. Осушает воздух в помещении, так как не гигроскопичен.
Никто специально не применяет ротора для осушения. Почему это зачислено в плюсы?
Минусы:
1. Большие размеры.
Не согласен.
2. Ротор-сложный движащуйся механизм, который подвержен износу, соответственно и вырастут эксплуатационные расходы.
Маленький пошаговый двигатель, который вращает ротор, стоит 3 копейки и достаточно редко выходит из строя Вы называете "сложным движущимся механизмом", который увеличивает эксплуатационные расходы?
3. Воздушные потоки контактируют, за счет чего подмес составляет до 20%, по некоторым сведениям до 30%.
Кто сказал 30? Где Вы взяли её? Ссылку предъявите нам пожалуйста. В 10 процентов перетока я еще могу поверить, но 30 это бред. Некоторые пластинчатые рекуператоры далеко не герметичны в этом плане и небольшой переток там в порядке вещей.
4. Нужен отвод конденсата
Уважаемый ликбезёр, прочтите хотя бы одну инструкцию по эксплуатации роторной установки для квартир и коттеджей. Там написано черным по белому: при стандартной влажности воздуха отвод конденсата не требуется.
5. Крепление ПВУ в одном положении.
Почему это минус?
6. Осушает воздух в помещении, так как не гигроскопичен.
Если Вы знаете рынок вентсистем, то уже обратили внимание на разработки роторов из гигроскопичного материала. Вопрос насколько это нужно и насколько вся эта гигроскопия нужна в том числе и в рекуператорах пластинчатого типа - вопрос довольно спорный и зачастую не в пользу гигроскопичности.
Спасибо за ответ.
На ликбес никто и не претендовал. Тема для обсуждения и возможной помощи для пользователя, так же и для меня, как пользователя.
"Так как я лицо немного заинтересованное, буду сравнивать с тем с чем работаю я." - я написал в самом начале. Сравниваю с тем с чем работаю.
У роторного размеры больше чем у пластинчатого. Так как сравниваю с тем с чем работаю.
То, что у него самые высокие показатели КПД, на мой взгляд не правда, у тройного пластинчатого они больше и морозостойкость Выше. Опять же сравниваю с тем с чем работаю.
Это движущийся механизм и подвержен износу, то что он стоит три копейки. Это хорошо.
Крепление в одном положении это минус. Не всегда есть возможность поставить именно так как показано на схеме.
Гигроскопия нужна для уменьшения рабочей температуры, при которой рекуператор не будет обмерзать.

Электродвигатели предназначены для приведения в движение различных механизмов, но после завершения движения механизм необходимо остановить. Для этого можно использовать тоже электрическую машину и метод рекуперации. О том, что такое рекуперация электроэнергии, рассказывается в этой статье.

Что такое рекуперация

Название этого процесса происходит от латинского слова “recuperatio”, которое переводится как “обратное получение”. Это возврат части израсходованной энергии или материалов для повторного использования.

Этот процесс широко используется в электротранспорте, особенно работающем на аккумуляторах. При движении под уклон и во время торможения системы рекуперации возвращает кинетическую энергию движения обратно в аккумулятор, подзаряжая их. Это позволяет проехать без подзарядки большее расстояние.

Рекуперативное торможение

Один из видов торможения – это рекуперативное. При этом скорость вращения электродвигателя больше, чем заданная параметрами сети: напряжением на якоре и обмотке возбуждения в двигателях постоянного тока или частотой питающего напряжения в синхронных или асинхронных двигателях. При этом электродвигатель переходит в режим генератора, а выработанную энергию отдаёт обратно в сеть.

Основным достоинством рекуператора является экономия электроэнергии. Это особенно заметно при движении по городу с постоянно изменяющейся скоростью, пригородном электротранспорте и метрополитене с большим количеством остановок и торможением перед ними.

Кроме достоинств, рекуперация имеет недостатки:

невозможность полной остановки транспорта;
медленная остановка при малых скоростях;
отсутствие тормозного усилия на стоянке.

Для компенсации этих недостатков на транспортных средствах устанавливается дополнительная система механических тормозов.

Как работает система рекуперации

Для обеспечения работы эта система должна обеспечивать питание электродвигателя от сети и возврат энергии во время торможения. Проще всего это осуществляется в городском электротранспорте, а также в старых электромобилях, оснащенных свинцовыми аккумуляторами, электродвигателями постоянного тока и контакторами, – при переходе на пониженную передачу при высокой скорости режим возврата энергии включается автоматически.

В современном транспорте вместо контакторов используется ШИМ-контроллер. Это устройство позволяет возвращать энергию как в сеть постоянного, так и переменного тока. При работе оно работает как выпрямитель, а во время торможения определяет частоту и фазу сети, создавая обратный ток.

Интересно. При динамическом торможении электродвигателей постоянного тока они так же переходят в режим генератора, но вырабатывающаяся энергия не возвращается в сеть, а рассеивается на добавочном сопротивлении.

Силовой спуск

Кроме торможения, рекуператор используется для уменьшения скорости при опускании грузов грузоподъёмными механизмами и во время движения вниз по наклонной дороге электротранспорта. Это позволяет не использовать при этом изнашиваемый механический тормоз.

Применение рекуперации в транспорте

Этот метод торможения используется много лет. В зависимости от вида транспорта, его применение имеет свои особенности.

В электромобилях и электровелосипедах

При движении по дороге, а тем более, по бездорожью электропривод почти всё время работает в тяговом режиме, а перед остановкой или перекрёстком – “накатом”. Остановка производится, используя механические тормоза из-за того, что рекуперация при малых скоростях неэффективна.

Кроме того, КПД аккумуляторов в цикле “заряд-разряд” далёк от 100%. Поэтому, хотя такие системы и устанавливаются на электромобили, большую экономию заряда они не обеспечивают.

На железной дороге

Рекуперация в электровозах осуществляется тяговыми электродвигателями. При этом они включаются в режиме генератора, преобразующего кинетическую энергию поезда в электроэнергию. Эта энергия отдаётся обратно в сеть, в отличие от реостатного торможения, вызывающего нагрев реостатов.

Рекуперация используется также при длительном спуске по склону для поддержания постоянной скорости. Этот метод позволяет экономить электроэнергию, которая отдается обратно в сеть и используется другими поездами.

Раньше этой системой оборудовались только локомотивы, работающие от сети постоянного тока. В аппаратах, работающих от сети переменного тока, есть сложность с синхронизацией частоты отданной энергии с частотой сети. Сейчас эта проблема решается при помощи тиристорных преобразователей.

В метро

В метрополитене во время движения поездов происходит постоянный разгон и торможение вагонов. Поэтому рекуперация энергии даёт большой экономический эффект. Он достигает максимума, если это происходит одновременно в разных поездах на одной станции. Это учитывается при составлении расписания.

В городском общественном транспорте

В городском электротранспорте эта система устанавливается практически во всех моделях. Она используется в качестве основной до скорости 1-2 км/ч, после чего становится неэффективной, и вместо неё включается стояночный тормоз.

В Формуле-1

Начиная с 2009 года, в некоторых машинах устанавливается система рекуперации. В этом году такие устройства ещё не давали ощутимого превосходства.

В 2010 году такие системы не использовались. Их установка с ограничением на мощность и объём рекуперированной энергии возобновилась в 2011 году.

Торможение асинхронных двигателей

Снижение скорости асинхронных электродвигателей осуществляется тремя способами:

рекуперация;
противовключение;
динамическое.

Рекуперативное торможение асинхронного двигателя

Рекуперация асинхронных двигателей возможна в трёх случаях:

Изменение частоты питающего напряжения. Возможно при питании электродвигателя от преобразователя частоты. Для перехода в режим торможения частота уменьшается так, чтобы скорость вращения ротора оказалась больше синхронной;
Переключением обмоток и изменением числа полюсов. Возможно только в двух,- и многоскоростных электродвигателях, в которых несколько скоростей предусмотрены конструктивно;
Силовой спуск. Применяется в грузоподъёмных механизмах. В этих аппаратах устанавливаются электродвигатели с фазным ротором, регулировка скорости в которых осуществляется изменением величины сопротивления, подключаемого к обмоткам ротора.

В любом случае при торможении ротор начинает обгонять поле статора, скольжение становится больше 1, и электромашина начинает работать как генератор, отдавая энергию в сеть.

Противовключение

Режим противовключения осуществляется переключением двух фаз, питающих электромашину, между собой и включением вращения аппарата в обратную сторону.

Возможен вариант включения при противовключении добавочных сопротивлений в цепь статора или обмоток фазного ротора. Это уменьшает ток и тормозной момент.

Важно! На практике этот способ применяется редко из-за превышения токов в 8-10 раз выше номинальных (за исключением двигателей с фазным ротором). Кроме того, аппарат необходимо вовремя отключить, иначе он начнёт вращаться в обратную сторону.

Динамическое торможение асинхронного двигателя

Этот метод осуществляется подачей в обмотку статора постоянного напряжения. Для обеспечения безаварийной работы электромашины ток торможения не должен превышать 4-5 токов холостого хода. Это достигается включением в цепь статора дополнительного сопротивления или использованием понижающего трансформатора.

Постоянный ток, протекающий в обмотках статора, создаёт магнитное поле. При пересечении его в обмотках ротора наводится ЭДС, и протекает ток. Выделившаяся мощность создаёт тормозной момент, сила которого тем больше, чем выше скорость вращения электромашины.

Фактически асинхронный электродвигатель в режиме динамического торможения превращается в генератор постоянного тока , выходные клеммы которого закорочены (в машине с короткозамкнутым ротором) или включенные на добавочное сопротивление (электромашина с фазным ротором).

Рекуперация в электрических машинах – это вид торможения, позволяющий сэкономить электроэнергию и избежать износа механических тормозов.