Некоммерческое
партнерство
инженеров
Инженеры по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике
(495) 984-99-72 НП "АВОК"

(495) 621-80-48 Секретарь (тел./факс) ООО ИИП "АВОК-ПРЕСС"
(495) 107-91-50

АВОК ассоциированный
член
Summary:

Apartment heat recuperators from exhaust air

A. L. Naumov, S. F. Serov, A. O. Budza

Keywords: exhaust air heat recuperators, mechanical supply and exhaust ventilation, ventilation, heating

The article gives justification for the need to use mechanical supply and exhaust ventilation with heat recuperation from exhaust air in buildings allowing for significant decrease in energy intensity of building utility systems.
 

Описание:

А. Л. Наумов, ООО «НПО ТЕРМЭК»
С. Ф. Серов, ООО «МИКТЕРМ»
А. О. Будза, ОАО «ЦНИИПромзданий»

В статье приведено обоснование необходимости использования механической приточноытяжной вентиляции с утилизацией теплоты вытяжного воздуха в зданиях, позволяющей существенно снизить энергоемкость инженерных систем зданий.
 

Квартирные утилизаторы теплоты вытяжного воздуха

В статье приведено обоснование необходимости использования механической приточно-вытяжной вентиляции с утилизацией теплоты вытяжного воздуха в зданиях, позволяющей существенно снизить энергоемкость инженерных систем зданий. Практика эксплуатации пилотных многоэтажных жилых зданий с поквартирными системами утилизации теплоты вытяжного воздуха показала эффективность этого направления энергосбережения.

В рамках Федерального закона № 261-ФЗ «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности…» поставлена задача радикального снижения энергоемкости систем инженерного обеспечения зданий. К 2020 году должно быть достигнуто снижение энергоемкости ВВП на 40% к уровню 2007 года.

Особенно остро проблема стоит в жилищном секторе. На рис. 1 показана примерная структура энергопотребления в жилых зданиях и возможный экономически целесообразный потенциал энергосбережения.

Структура энергопотребления и потенциала энергосбережения в жилых зданиях

Рисунок 1.

Структура энергопотребления и потенциала энергосбережения в жилых зданиях: 1 – трансмиссионные теплопотери; 2 – расход теплоты на вентиляцию; 3 – расход теплоты на горячее водоснабжение; 4– энергосбережение

Наибольшие возможности снижения энергопотребления связаны с совершенствованием систем вентиляции и с утилизацией теплоты вытяжного воздуха для нагрева приточного. Такие системы вентиляции получили распространение в Северной Европе и Скандинавии.

К настоящему времени массовое применение нашли теплоутилизаторы:

  • рекуперативного типа на базе пластинчатых воздухо-воздушных теплообменников;
  • регенеративные с вращающейся теплообменной насадкой;
  • с промежуточным теплоносителем с теплообменниками «жидкость-воздух».

По своему исполнению в многоэтажных жилых зданиях теплоутилизаторы могут быть центральными на все здания или группу квартир и индивидуальными, поквартирными.

При сходных массогабаритных показателях наибольшей энергетической эффективностью обладают регенеративные теплоутилизаторы (80–95%), далее следуют рекуперативные (до 65%) и на последнем месте находятся теплоутилизаторы с промежуточным теплоносителем (45–55%).

По своим конструктивным особенностям теплоутилизаторы с промежуточным теплоносителем мало пригодны для индивидуальной поквартирной вентиляции, и поэтому на практике их используют для центральных систем.

Регенеративные теплоутилизаторы обладают существенным недостатком – вероятностью смешивания определенной части удаляемого воздуха с приточным в корпусе аппарата, что, в свою очередь, может привести к переносу неприятных запахов и болезнетворных бактерий. Рекомендуется ограничить их область применения пределами одной квартиры, коттеджа или одного помещения в общественных зданиях.

Рекуперативные теплоутилизаторы, как правило, включают в свой состав два вентилятора (приточный и вытяжной), пластинчатый теплообменник, фильтры.

Эти системы, по сравнению с традиционными, обладают рядом достоинств, к числу которых следует отнести существенную экономию тепловой энергии, расходуемой на нагрев вентиляционного воздуха – от 50 до 90% в зависимости от типа применяемого утилизатора; а также высокий уровень воздушно-тепловой комфортности, обусловленный аэродинамической устойчивостью вентиляционной системы и сбалансированностью расходов приточного и удаляемого воздуха.

При установке рекуперативных теплоутилизаторов поквартирно появляется возможность:

  • гибко регулировать воздушно-тепловой режим в зависимости от режима эксплуатации квартиры, в том числе с использованием рециркуляционного воздуха;
  • защиты от городского, внешнего шума (при использовании герметичных светопрозрачных ограждений);
  • очистки приточного воздуха с помощью высокоэффективных фильтров.

Практика эксплуатации первых пилотных многоэтажных жилых зданий с поквартирными системами утилизации теплоты вытяжного воздуха показала эффективность этого направления энергосбережения.

Пилотные проекты

ООО «НПО ТЕРМЭК» в 2000 году запроектировало одну из первых систем поквартирной приточно-вытяжной вентиляции с утилизацией теплоты вытяжного воздуха в 18-этажном жилом доме в Москве по Красностуденческому проезду, д. 6. Проект энергоэффективного 260-квартирного дома был выполнен архитектурной мастерской П.П. Пахомова по инженерной концепции НП «АВОК» (руководитель Ю.А. Табунщиков).

В проекте использованы компактные подвесные приточно-вытяжные установки с пластинчатыми теплоутилизаторами RIS 400 P. Установки размещены в подшивном потолке туалетной комнаты. Забор приточного воздуха осуществляется из лоджий квартир или с фасадов.

Вытяжной воздух удаляется в общий вентиляционный стояк. Испытания, проведенные в 2004 году, показали энергетическую эффективность теплоутилизационных вентустановок в диапазоне 65–75%.

В отопительный сезон 2008–2009 годов было проведено энергетическое обследование систем теплопотребления всего жилого дома, показавшее экономию теплоты на отопление и вентиляцию в размере 43% по сравнению с аналогичными домами того же года постройки.

Интересно отметить, что тариф на оплату отопления и вентиляции в 2011 году в доме составляет 6,11 руб./мес. в расчете на 1 м2 площади квартир и в него входит, помимо обогрева вспомогательных зон, еще более 2000 м2 нежилых помещений (спорткомплекс, 1-й этаж и др.), в то время как в соседних домах тариф на отопление превышает 16 руб./мес. в расчете на 1 м2.

В 2011 году НП «АВОК» совместно с «НПО ТЕРМЭК» запроектировали системы механической приточно-вытяжной вентиляции в двух многоквартирных экспериментальных домах в Северном Измайлове (генпроектировщик – «Капстройпроект»). В одном из домов запроектированы поквартирные системы приточно-вытяжной вентиляции с утилизацией теплоты вытяжного воздуха, в другом – централизованные. В сочетании с другими мерами энергосбережения (усиленная теплозащита ограждающих конструкций, горизонтальные поквартирные системы отопления) расчетный показатель годового теплопотребления на отопление и вентиляцию составил менее 40 кВт·ч/м2·год.

Следует отметить, что новые требования по энергоэффективности зданий в Москве, предусмотренные Постановлением Правительства города № 900 от 5 октября 2010 года «О повышении энергетической эффективности жилых, социальных и общественно-деловых зданий в городе Москве…», устанавливают уровень энергопотребления, обеспечить который возможно с утилизацией теплоты вытяжного воздуха.

Это означает необходимость перехода в массовом строительстве к механической приточно-вытяжной вентиляции с утилизацией теплоты вытяжного воздуха.

К сожалению, массовое применение систем вентиляции с утилизаторами сдерживается отсутствием отечественного серийного производства установок малой производительности по доступным ценам, а импортные предложения стоят достаточно дорого (от 40 до 60 тыс. руб.).

Отечественные разработки

ООО «МИКТЕРМ» разработаны технические решения и макетные образцы бюджетного квартирного теплоутилизатора.

При постановке задачи были сформулированы целевые функции для бюджетного теплоутилизатора:

  • простота конструкции и технологичность изготовления;
  • отказ от дренажа конденсата, обеспечение увлажнения приточного воздуха за счет конденсата;
  • среднегодовая эффективность не ниже 65%;
  • защита от обмерзания теплоутилизатора;
  • себестоимость установки не более 10 тыс. руб.;
  • удобство технического обслуживания.

В качестве материала для рекуперативного теплообменного блока использован сотовый поликарбонат – материал, освоенный в серийном производстве отечественными предприятиями.

Материал обладает высокими санитарно-гигиеническими качествами, легко моется, имеет низкое аэродинамическое сопротивление, устойчив к температуре (+40…–40 ˚С), разрешен к применению в строительстве.

В теплообменнике выполнены специальные отверстия для отвода конденсата из вытяжных каналов в приточные с перегородками из гигроскопичного нетканого материала. Конденсат, проходя через отверстия, «растекается» по гигроскопичному материалу и испаряется сухим приточным воздухом (рис. 2).

Фрагмент теплоутилизатора с системой отвода конденсата

Рисунок 2.

Фрагмент теплоутилизатора с системой отвода конденсата

Установку планируется выпускать в двух вариантах:

  • с одним вытяжным вентилятором;
  • с вытяжным и приточным вентиляторами.

В первом случае вытяжной воздух собирается из туалета, ванной комнаты и кухни и поступает в теплоутилизатор. Приточный воздух поступает в квартиру «самотеком», как через приточный клапан. Установка работает на «дебалансе» – объем прокачиваемого приточного воздуха составляет 60–80% от расхода вытяжного.

Дефицит приточного воздуха восполняется инфильтрацией через светопрозрачные ограждения. Как правило, объем инфильтрации в современных многоэтажных домах составляет 0,1–0,2 воздухообмена.

Приточный воздух сосредоточенно подается в «чистую» зону квартиры (холл, гостиная). Такое решение позволяет повысить температуру приточного воздуха, поступающего через теплоутилизатор, на 2–3 °C и обеспечить незамерзающий режим работы утилизатора до температуры наружного воздуха –15 °C.

При более низкой температуре наружного воздуха предусмотрено устройство снижения расхода приточного воздуха с сохранением незамерзающего режима.

В этом случае воздушный баланс будет сохраняться с помощью приточного клапана в обвод утилизатора.

Время работы установки в таком режиме для условий Москвы составляет не более 5% от продолжительности отопительного периода, зато позволяет отказаться от энергорасточительных электрических догревателей.

Второй вариант установки с приточным вентилятором работает в тех же режимах, что и первый, но позволяет осуществлять разводку приточного воздуха по сети воздуховодов в жилые комнаты квартиры.

Для оценки режимов эксплуатации установки была разработана физико-математическая модель процессов тепловлагопереноса при переменных расходах приточного и вытяжного воздуха.

Расчеты были выполнены для следующих начальных условий:

  • расход вытяжного воздуха 150 м3/ч;
  • температура вытяжного воздуха +24 °C;
  • относительная влажность вытяжного воздуха 50%.

Результаты расчетов температуры приточного воздуха при различных значениях его расхода и температуры наружного воздуха представлены на рис. 3, а температура поверхности теплообменника – на рис. 4.

Рисунок 2.

Без линка

Рисунок 2.

Без линка

По результатам расчетов, зона незамерзаемости утилизатора при наружной температуре воздуха от –22 °C при расходе приточного воздуха 50 м3/ч, от –15 °C при расходе приточного воздуха 112 м3/ч и от –11 °C при сбалансированном расходе в 150 м3/ч.

Температура приточного воздуха при его расходах ниже 120 м3/ч поддерживается выше +15 °C даже при температуре наружного воздуха –15 °C.

Расчетная эффективность теплоутилизатора при наружной температуре –15 °C составляет свыше 60% при расходе приточного воздуха в 112 м3/ч и свыше 80% – при наружной температуре –5 °C.

Тестовые испытания макетного образца (рис. 5) при температуре наружного воздуха 0…+5 °C подтвердили расчетную эффективность установки.

Испытательный стенд макетного образца теплоутилизатора

Рисунок 5.

Испытательный стенд макетного образца теплоутилизатора

Надо отметить, что авторы разработки не стремились достичь рекордной энергоэффективности установки (эффективность ряда импортных изделий достигает 90%), сделав акцент на простоте конструкции, ее технологичности, низкой себестоимости и удобстве технического обслуживания.

Принятые в стране нормативные акты по энергосбережению ставят строителей перед необходимостью повсеместного применения теплоутилизаторов в жилом фонде уже с 2012 года.

Планируется, что в будущем году предложенные технические решения будут реализованы в опытно-промышленные образцы.

Литература

  1. ТР АВОК–4–2004. Технические рекомендации по организации воздухообмена в квартирах многоэтажного жилого дома.– М.: АВОК-ПРЕСС, 2004.
  2. Богословский В.Н., Пох М.Я. Теплофизика аппаратов утилизации тепла систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.– М.: Стройиздат, 1983.
  3. Ливчак И.Ф., Наумов А.Л. Регулируемая вентиляция многоэтажных жилых домов // АВОК – 2004.– № 5.
  4. Ливчак И. Ф., Наумов А. Л. Вентиляция многоэтажных жилых зданий. – М.: АВОК-ПРЕСС, 2005.
купить online журнал подписаться на журнал
Поделиться статьей в социальных сетях:

Статья опубликована в журнале “АВОК” за №1'2012

распечатать статью распечатать статью


Реклама
Реклама на нашем сайте
Rambler's Top100 Rambler's Top100 Яндекс цитирования



Кондиционирование, отопление, вентиляция

Подписка на журналы

АВОК
АВОК
Энергосбережение
Энергосбережение
Сантехника
Сантехника
Онлайн-словарь АВОК!


Реклама на нашем сайте