Устройство рекуператора: Что такое рекуператор?

Что такое рекуператор?

С наступлением холодов все мечтают о том, чтобы скорее вернулись теплые летние дни и ночи. И это происходит не только из-за того, что мы замерзаем на улице, но и потому, что наступает время задуматься о сохранении тепла в своих квартирах и домах. Мало только отопить помещение, важно заботиться о постоянном поддержании необходимого температурного режима. На сегодняшний день производители энергосберегающего оборудования достигли того уровня, когда стал возможен выпуск приборов, работающих без нанесения урона окружающей среде. В число таких устройств входят рекуператоры, которые пока еще не столь популярны и востребованы среди потребителей, но по праву считаются незаменимым оборудованием в теплообмене.

Связь рекуперации и вентиляции

Всем известно, что такое вентиляция, каков ее принцип и в чем заключается главная роль. Но не столь часто мы встречаемся с понятием «рекуперация». На самом деле, эти два процесса тесно связаны друг с другом. Рекуперация в переводе с латинского языка означает «обратное получение» или «возвращение», что подразумевает под собой возврат тепла из того воздуха, который был нагрет и «выброшен» при вентиляции. При строительстве зданий в советское время о вентиляции помещений мало кто задумывался, да и по сути, она происходила естественным путем. Ведь окна были деревянными и со временем очень сильно изнашивались, что вынуждало хозяев прибегать к их утеплению подручными средствами. С одной стороны, это очень неудобно и трудоемко, с другой – осуществлялась самостоятельная циркуляция воздуха. С приходом пластиковых оконных конструкций осуществление вентиляции стало одной из важных задач в современном строительстве. Качественную циркуляцию воздуха сегодня можно осуществить только при полном проветривании помещения при помощи настежь открытых окон, что недопустимо в зимний период времени. Следовательно, возникла острая потребность в таких устройствах, которые бы осуществляли естественный процесс принудительно. Хотя до сих пор многие хозяева своих домов, квартир, коттеджей не понимают всю суть и важность процессов вентиляции и рекуперации, поэтому продолжают активно заниматься только утеплением и герметизацией жилья, что является большой ошибкой. Ведь при поддержании данных процессов значительно экономятся энергия и время, затраченные на поддержание тепла в помещении.

Что такое рекуператор?

Рекуператор – это устройство теплообмена, принцип работы которого заключается в отдаче основной части тепла нагретого в помещении воздуха тем холодным воздушным массам, что поступают с улицы. Грубо говоря, входящий холод нагревается выходящим теплом.

Рекуператор в нашей стране довольно молодое и неизвестное устройство. Длительное время рынок был ориентирован на выпуск крупногабаритных промышленных установок мощностью от 3 000 до 20 000 м³

, которые применялись в основном на производстве, в крупных комплексах, бассейнах, спортивных залах. Такие устройства осуществляли лишь автоматическое поступление воздуха и его дальнейшее удаление, а нагрев происходил от основной системы отопления. Совсем недавно (около 5 лет назад) рекуператор для частных домов, квартир и коммерческих помещений найти было очень сложно. Но сейчас с развитием рынка поиск и приобретение данного устройства стал гораздо проще.

Одним из важных свойств рекуператора является возможность его применения не только в холодное время года, но и летом. Ведь суть работы устройства заключается как в нагревании входящего воздуха, так и в его охлаждении.

Главной характеристикой рекуператоров является эффективность, то есть, коэффициент полезного действия (КПД). Знание показателя КПД позволит с точностью определить насколько хорошо нагреются (охладятся) приточные воздушные массы. На уровень прогрева также влияют температуры снаружи и внутри. КПД рекуператоров варьируется в диапазоне 30-96%, и чем выше показатель, тем, соответственно, лучше обеспечивается энергосбережение. На КПД также влияет конструкция устройства.

Расчет температуры воздуха после нагрева рекуператором производится по следующей формуле:

(t_{помещения} – t_улицы) * КПД_{рекуператора} + t_улицы = t_{после рекуператора} (нагрев)

А узнать температуру воздуха после охлаждения рекуператором поможет несколько иная формула:

t_улицы + (t_{помещения} + t_улицы) * КПД_{рекуператора} = t_{после рекуператора} (охлаждение)

У большинства наверняка возник вопрос об уместности рекуператора, если и так уже имеется котел отопления и кондиционеры охлаждения. На самом деле, весь плюс в большой экономии средств, поскольку рекуператорам не требуется энергоноситель, чтобы выполнять функции обогрева и охлаждения.

Виды рекуператоров

Как говорилось ранее, рекуператоры на данный момент не столь популярны по сравнению с иной климатической техникой. Тем не менее, данное оборудование включает в себя пять подвидов, а деление происходит на основе принципа их конструкции. Существуют пластинчатые рекуператоры, роторные, камерные, с промежуточным теплоносителем и тепловые трубы. Рассмотрим каждый вид отдельно.

Наиболее простым и самым популярным устройством является пластинчатый рекуператор, внутри которого находится теплообменник в виде кассеты с большим количеством тоненьких листов из различного материала (сталь, алюминиевая фольга, пластик, специальная бумага). Листы внутри кассет бывают гофрированными и гладкими. Сама рекуперационная система включает в себя основной блок, вентилятор, обязательный отвод конденсата и перепускной клапан для регулирования интенсивности потока воздуха. Главными преимуществами данного вида рекуператоров являются отсутствие подвижных элементов и высокий КПД.

Кстати, коэффициент полезного действия в пластинчатых устройствах напрямую зависит от пластин:

• Пластины из алюминия, а также теплообменники из оцинкованной стали – самые популярные устройства, поскольку отличаются наиболее низкой стоимостью. Минус – необходимость постоянно прибегать к режиму оттаивания.
• Теплообменник из пластика отличается самым высоким КПД, но при этом, соответственно, и высокой ценой;
• Специальная бумага, из которой изготавливаются пластины, также высокоэффективна. Но такие устройства ограничены в местах эксплуатации. Например, помещения с высокой влажностью находятся под запретом, ведь они отличаются большим скоплением конденсата, который мгновенно проникает через стенки кассеты. Также применяются пластины из двойной бумаги, что делает КПД еще больше, но при этом они также не защищены от влаги.

Стоит отметить, что при температуре от -20⁰С пластинчатые рекуператоры начинают сильно обмерзать, что существенно снижает показатель их эффективности. Более-менее оптимальный КПД сохраняется при температуре поступающего воздуха не ниже -5-7⁰С. Но русские зимы отличаются более низкой температурой, поэтому для поддержания коэффициента полезного действия рекуператора необходимо производить дополнительное нагревание воздуха.

 

Вторым по востребованности является роторный рекуператор, основной деталью которого является роторный теплообменник с определенной скоростью вращения. При вращении температура теплообменника повышается в области вытяжного канала, после он охлаждается в приточном канале. То есть,

происходит передача тепла из вытяжного воздуха в поступающий. Кроме того, возобновляется влага благодаря возникновению конденсации из вытяжных воздушных масс и за счет испарения уличного воздуха. КПД роторных рекуператоров гораздо выше по сравнению с пластинчатыми устройствами. Также, огромным плюсом является возможность их применения при низких температурах без дополнительного обогрева воздуха (-20 — -25⁰С). Но на фоне всех имеющихся положительных свойств существуют и минусы. 

Например, осуществляется передача вытяжных воздушных масс в приток. Чтобы максимально избежать этого процесса на данных рекуператорах размещаются специальные секторы, которые продувает приточный воздух, впоследствии моментально переходящий в вытяжку. Правда при этом происходит снижение общего коэффициента полезного действия. В конструкцию роторного теплообменника входят такие элементы, как ротор и его привод, а также ремень. От количества составляющих устройства напрямую зависит частота выхода прибора из строя и, соответственно, необходимость технического обслуживания, что является вторым недостатком роторных рекуператоров. Последний негативный момент — значительное потребление электроэнергии приводом ротора, следовательно, снижение экономии ресурсов.

Приборы, в устройстве которых имеется промежуточный теплоноситель, отличаются совершенно иной конструкцией. Внутри такого рекуператора находится два теплообменника, которые располагаются в вытяжном и приточном каналах соответственно. Между ними активно циркулирует вода или же водно-гликолевый состав. Удаляемый воздух нагревает сам теплоноситель, который в дальнейшем отдает тепло приточным воздушным массам. Поскольку работа теплоносителя осуществляется в замкнутой системе, снижается до минимума вероятность попадания грязи и микрочастиц в приточный воздух. Кроме того, в рекуператорах с промежуточным теплоносителем существует возможность регулировки передачи тепла за счет изменения скорости циркуляции теплоносителя. Данный вид устройства — отличный вариант модернизации имеющихся систем вентиляции раздельного типа. Отрицательная черта данного рекуператора – низкий коэффициент полезного действия. Такие устройства возвращают 25-55% тепла.

Камерные рекуператоры отличаются тем, что имеют в своей конструкции заслонки, которые делят теплообменную камеру пополам. Именно они влияют на столь высокий КПД, достигающий 80-ти %, изменяя направление воздуха. При этом происходит смешивание воздушных потоков и передаются запахи, что относится к отрицательным характеристикам камерных рекуператоров. Кроме того, в конструкции присутствуют подвижные элементы.

Последним видом рекуператоров являются устройства, конструкция которых представлена закрытой системой трубок с фреоном, испаряющимся при нагревании. При прохождении холодного воздуха через трубки происходит конденсация пара с последующим его превращением в жидкость. КПД таких устройств варьируется от 50 до 70%.

Компания NIBE – ведущий производитель отопительного оборудования возобновляемыми источниками энергии

NIBE – крупный концерн, в состав которого входит известный завод Genvex, специализирующийся на производстве систем вентиляции и рекуперации.

Датским заводом был разработан пластинчатый рекуператор NIBE GV-HR110, активно распространяющийся на территории России. Данный прибор отличается очень высоким КПД, показатель которого достигает 96%.

Рекуператор NIBE GV-HR110 укомплектован следующими элементами:

• противоточным теплообмеником;
• энергосберегающими вентиляторами, лопасти которых загнуты вперед;
• бесколлекторными электродвигателями;
• фильтром всасывания и откачки воздушных масс;
• контейнером для отвода конденсата;
• панелью управления контроля системы.

Кроме вышеперечисленных компонентов в комплект рекуператора NIBE GV-HR110 может входить электрический теплообменник, который выполняет роль дополнительного нагревателя воздуха. Это помогает предотвратить сильное обмерзание устройства.

Существует две модификации данной модели рекуператора от NIBЕ:

• для помещений площадью не более 180 м² — NIBE GV-HR110–250;
• для помещений площадью не более 380 м² — NIBE GV-HR110–400.

Раздумывая о том, стоит ли приобретать рекуператор, помните следующее:

Как бы Вы не утепляли фасад своего дома, какие бы надежные и дорогие окна Вы не ставили и как бы не старались оптимизировать вашу отопительную систему – все это будет перечеркнуто при проветривании помещения. Вентиляция забирает 50-70% всего тепла, которое было накоплено с течением определенного времени. Только применение рекуператоров позволит Вам производить необходимую вентиляцию помещения без особых теплопотерь.

Торговая сеть «Планета Электрика» рада представить свои покупателям ассортимент рекуператоров NIBE, с которым более подробно Вы можете ознакомиться в нашем каталоге.  

Рекуператор что это такое? Назначение, преимущества, устройство рекуператора воздуха

Тепло возвращается

Когда, как не зимой, мы вспоминаем теплые летние деньки и ждем возвращения тепла. Но, как говорил известный советский биолог Иван Владимирович Мичурин «мы не можем ждать милостей от природы, взять их у нее — наша задача». Этот лозунг, адресованный плодоводам, давно принят на вооружение производителями энергосберегающего оборудования, которые берут у природы максимум возможного, сводя к нулю наносимый ей урон. Сегодня в центре нашего внимания рекуператор — устройство, позволяющее возвращать тепло.

Recuperatio & ventilatio

В теплотехнике строительства темы рекуперации и вентиляции неразрывно связаны, потому что возврат тепла (recuperatio — «возвращение») происходит из нагретого в помещении и «выбрасываемого» в процессе вентиляции наружу воздуха.

В застройках советских времен вопрос организации вентиляции в жилых домах не стоял так остро, как сегодня. Несовершенство оконных конструкций, с одной стороны, вынуждало население заклеивать окна зимой, но с другой обеспечивало естественную циркуляцию воздуха. С заменой окон на пластиковые или более совершенные деревянные тема вентиляции становится все более актуальной.

При использовании естественной вентиляции для достижения необходимой интенсивности циркуляции воздушных масс окна должны быть открыты круглосуточно, что недостижимо в холодное время года. Именно поэтому более правильным и рациональным подходом считается устройство принудительной вентиляции. Иногда, например, в производственных помещениях, без нее просто невозможно обойтись.

Современное жилищное строительство все больше разворачивается в сторону энергоэффективности, но зачастую в погоне за экономией владельцы коттеджей, загородных домов или квартир вкладывают массу средств в утепление и герметизацию жилья, забывая об обратной стороне — необходимости притока свежего воздуха в помещение. Обеспечить и грамотный воздухообмен, и энергоэффективность позволяет принудительно-вытяжная вентиляция с рекуперацией тепла.

Рекуператор — это…

По сути рекуператор воздуха представляет собой теплообменник, в котором выходящий из помещения нагретый воздух отдает большую часть своего тепла холодному воздуху, входящему с улицы. То есть выходящий воздух нагревает входящий.

«Рынок рекуператоров в нашей стране довольно молод и долгое время был ориентирован исключительно на производство крупных установок мощностью 3 000–20 000 куб. м для промышленного сектора, а также для крупных деловых комплексов и бассейнов, где механическая вентиляция всегда была необходима по нормам. Но чаще эти установки работали лишь на автоматическую подачу и удаление воздуха, а догревался он централизованными системами отопления. Что касается жилищного и коммерческого строительства (в т.ч. и малоэтажного), то еще пять лет назад «Яндекс. Поиск» не выдавал практически ни одного реального предложения по рекуператорам этого типа (кроме шведских роторных), и путь к поставщику был долог и тернист. Теперь ситуация постепенно меняется, и купить рекуператор больше не проблема» (Светлана Дувинг, http://green-city.su).

РЕКУПЕРАТОР ПОДОГРЕВАЕТ ПОСТУПАЮЩИЙ В ПОМЕЩЕНИЕ ХОЛОДНЫЙ ВОЗДУХ ЗА СЧЕТ ТЕПЛА, ПОЛУЧАЕМОГО ОТ ВЫТЯЖНОГО ВОЗДУХА. А ЛЕТОМ НАОБОРОТ – ОХЛАЖДАЕТ ПРИТОЧНЫЙ ВОЗДУХ. И ВСЕ ЭТО ПРАКТИЧЕСКИ БЕЗ ЗАТРАТ!

Важнейшая характеристика рекуператора определяется эффективностью рекуперации, или КПД. Зная КПД рекуператора, можно определить, насколько подогреется уличный воздух. Это зависит не только от КПД, но и от температур — наружной и внутренней.

t (после рекуператора) = (t (внутри помещения) — t (на улице)) x K (КПД рекуператора) + t (на улице)

Например, при КПД, равном 77%, температуре внутри помещения 20°C, на улице — 0°C температура рекупирируемого воздуха составит 15,4°C.

Приятный сюрприз — рекуператор способен не только нагревать приточный воздух, но и охлаждать его. Летом, когда в помещении работает кондиционер, при помощи рекуператора можно добиться того, чтобы с улицы поступал уже охлажденный воздух.

t (после рекуператора) = t (на улице) + (t (внутри помещения) — t (на улице)) x K (КПД рекуператора)

То есть при уличной температуре в 35°C и температуре в помещении 21°C рекуператор остудит поступающий воздух до 24°C.

Казалось бы, есть отопительный котел для обогрева, кондиционер для охлаждения, зачем еще один прибор, который все равно не сможет полностью обеспечить необходимый климат в помещении? Ответ прост: рекуператору для подогрева и охлаждения воздуха не нужен энергоноситель. Поэтому использование рекуператора — это в первую очередь реальная экономия средств.

Коэффициент полезного действия рекуператоров может колебаться в широком диапазоне: от 30 до 96%. Естественно, чем он выше, тем выше энергосберегающие свойства прибора. КПД рекуператора во многом определяется его конструкцией.

СУЩЕСТВУЕТ ПЯТЬ ОСНОВНЫХ ТИПОВ КОНСТРУКЦИЙ РЕКУПЕРАТОРОВ ВОЗДУХА. ИЗ НИХ НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫМИ ЯВЛЯЮТСЯ ПРИБОРЫ ПЛАСТИНЧАТОГО ТИПА.

Видовое разнообразие

Несмотря на казалось бы небольшую распространенность рекуператоров, по принципу устройства выделяют несколько видов приборов:

1. Пластинчатые рекуператоры
2. Роторные рекуператоры
3. Рекуператоры с промежуточным теплоносителем
4. Камерные рекуператоры
5. Тепловые трубы

Пластинчатый рекуператор — самый простой тип устройства. Теплообменник прибора представляет собой кассету, оснащенную множеством тонких листов, которые могут быть выполнены из различных материалов: оцинкованной стали, алюминиевой фольги, пластика или специальной бумаги. Листы могут быть как гладкими, так и гофрированными.

В состав рекуперационной системы пластинчатого типа входят:

• основной блок с пластинами;
• вентилятор;
• система отвода конденсата, неизбежно образующегося на пластинах;
• специальный перепускной клапан, регулирующий интенсивность воздушных потоков.

Важной положительной конструктивной особенностью пластинчатого рекуператора является полное отсутствие подвижных деталей. КПД пластинчатых рекуператоров достаточно высок и зависит от вида используемых пластин:

• Алюминиевые пластины или теплообменники из оцинкованной стали пользуются достаточно высокой популярностью из-за относительно невысокой стоимости. Однако они регулярно нуждаются в использовании режима оттаивания.
• Пластиковые теплообменники обладают более высоким коэффициентом полезного действия, но и стоят значительно дороже.
• Пластины из специальной бумаги также отличаются высокой эффективностью, но такие теплообменники нельзя применять в помещениях с высоким уровнем влажности (бассейны, автомойки, некоторые промышленные помещения), поскольку конденсат довольно легко преодолевает стенки кассеты. Используются также и рекуператоры с двойной бумажной кассетой. Их КПД существенно выше, за счет дополнительного прогрева воздуха, но они также боятся большого уровня влажности воздуха.

Объективности ради нужно сказать, что в двадцатиградусные морозы пластинчатый рекуператор обмерзнет и заметно снизит свою эффективность. Для того, чтобы КПД рекуператора оставался на высоком уровне, поступающий наружный воздух должен быть не ниже –5… – 7°С. А так как на большей части территории России температура значительные периоды времени ниже этих отметок, то для сохранения КПД рекуператора требуется использование дополнительного оборудования, которое позволяет догревать воздух до нужных температур.

Следующий по популярности тип рекуператора — роторный. Основная часть данного прибора — роторный теплообменник, вращающийся с определенной скоростью. Вращаясь, теплообменник нагревается в зоне вытяжного канала, а затем охлаждается в зоне приточного канала. В итоге тепло из вытяжного воздуха передается в приточный. Также возвращается часть влаги в результате конденсации из вытяжного воздуха и испарения в потоке приточного воздуха с улицы. Роторные рекуператоры обладают более высоким КПД, чем пластинчатые. Кроме того, их можно применять при более низких температурах, вплоть до —20… —25°С, без установки дополнительных устройств.

Вместе с тем роторные рекуператоры имеют ряд недостатков. Первый — это передача вытяжного воздуха в приток. В микроканалах роторного рекуператора поочередно проходят то вытяжной, то приточный потоки воздуха — часть вытяжного воздуха попадает в приток. Для минимизации этого явления на роторные рекуператоры устанавливаются продувочные сектора, где микроканалы рекуператора продуваются приточным воздухом, который сразу отправляется обратно в вытяжку, но при таком действии снижается общий КПД.

Сложная конструкция роторного теплообменника включает в себя сам ротор, ремень, привод ротора. Чем больше составляющих, тем чаще техобслуживание и вероятность выхода из строя. Это второй недостаток роторных систем. Ну и наконец, привод роторного рекуператора потребляет электроэнергию, то есть снижает экономию ресурсов, ради которой, собственно, и используется рекуператор.

Рекуператоры с промежуточным теплоносителем устроены совершенно иначе. Вода или водно-гликолевый раствор циркулируют между двумя теплообменниками, один из которых расположен в вытяжном канале, а другой в приточном. Теплоноситель нагревается удаляемым воздухом, а затем передает тепло приточному воздуху. Теплоноситель циркулирует в замкнутой системе, и отсутствует риск передачи загрязнений из удаляемого воздуха в приточный. Передача тепла может регулироваться изменением скорости циркуляции теплоносителя. Такой тип рекуператора оптимально подходит для модернизации уже существующих раздельных систем вентиляции.

Но и этот тип устройства имеет недостаток — довольно невысокий КПД. Рекуператоры с промежуточным теплоносителем позволяют вернуть от 25 до 55% тепла.

ВАЖНЕЙШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЕКУПЕРАТОРА – КПД, ИЛИ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕКУПЕРАЦИИ – ПОКАЗЫВАЕТ, КАКОЙ ПРОЦЕНТ ТЕПЛА ПРИБОР МОЖЕТ ИЗВЛЕЧЬ ИЗ ВЫТЯЖНОГО ВОЗДУХА. ДЛЯ РЕКУПЕРАТОРОВ NIBE ЭТОТ ПОКАЗАТЕЛЬ ДОСТИГАЕТ 96%.

Отличительной особенностью камерных рекуператоров является наличие заслонки, разделяющей камеру теплообменника на две части. Высокий КПД (70–80%) достигается благодаря возможности изменения направления воздушного потока путем движения заслонки. К недостаткам камерных рекуператоров можно отнести небольшое смешивание потоков, передачу запахов и наличие подвижных деталей.

И наконец, завершают типологию рекуператоров приборы, состоящие из закрытой системы трубок, заполненных фреоном. При нагревании удаляемым воздухом фреон испаряется. Когда приточный холодный воздух проходит вдоль трубок, пар конденсируется и вновь превращается в жидкость. Эффективность такого типа рекуператоров составляет 50–70%.

NIBE выбирает пластинчатый

Вошедший в состав концерна NIBE в 2011 году датский завод Genvex был основан в 1974 году в Копенгагене. Именно тогда, в мае 1974 года, заводом была выпущена первая пассивная система утилизации тепла. За 40 лет развития Genvex существенно расширил линейку производимой продукции, однако системы вентиляции и рекуперации остаются ведущим направлением деятельности компании.

Разработанный в Дании рекуператор NIBE GV-HR110, который компания ЭВАН предлагает на российском рынке, это прибор пластинчатого типа с высочайшим КПД, достигающим 96%. В комплект поставки NIBE GV-HR110 входит противоточный теплообменник, энергосберегающие вентиляторы с загнутыми вперед лопастями, бесколлекторные электродвигатели, фильтр на всасывание и на откачку воздуха, контейнер для отвода конденсата, панель управления для полного контроля за системой.

В противоточном теплообменнике вытяжка и приток движутся в противоположных направлениях, при этом достигается максимальная площадь теплообмена и, соответственно, высокий КПД. Дополнительно NIBE GV-HR110 может быть укомплектован электрическим теплообменником для догрева воздуха с целью предотвращения обмерзания прибора при низких наружных температурах.

Рекуператор NIBE выпускается в двух модификациях: NIBE GV-HR110–250 (для домов площадью до 180 кв. м) и NIBE GV-HR110–400 (для домов площадью до 380 кв. м).

NIBE GV-HR110

КПД рекуператора (эффективность теплопередачи) — величина непостоянная и зависит от температуры приточного воздуха, температуры вытяжного воздуха, скорости воздушного потока и даже влажности в помещении. Зависимость КПД рекуператора NIBE GV-HR110 от скорости воздушного потока проиллюстрирована на рис. 1.

Рис. 1. Эффективность рекуперации тепла согласно сертификату EN 308 при равномерном потоке на стороне приточного и вытяжного воздуха*, при следующих условиях:

• температуре приточного воздуха 5°С
• температуре вытяжного воздуха 25°С
• влажности вытяжного воздуха

---

*без учета возможного обледенения при низких наружных температурах

По различным оценкам от 50 до 70% утечек тепла из помещения приходится на вентиляцию. Можно утеплять фасады, ставить энергосберегающие окна, оптимизировать отопительную систему, но все усилия будут сведены на нет открытыми форточками. Применение рекуператоров, кардинально снижающих вентиляционные теплопотери, это совершенно необходимый элемент энергоэффективного строительства.

Принцип работы вентиляции с рекуператором воздуха

Свежий воздух не только в промышленных, но и в жилых помещениях – это залог здоровья людей и безопасного микроклимата. Но, у классической вентиляции есть существенный недостаток – в зимний период вместе с воздухом уходит драгоценное тепло. В летние месяцы, если в помещении установлен кондиционер, он будет чаще включаться в работу. Чтобы не выбрасывать деньги вместе с потоком ветра, существует технология рекуперации воздуха.

Что такое рекуператор?

Простыми словами, это специальный теплообменник для воздуха. Он способен частично возвращать уходящее тепло в зимнее время, и охлаждать поступающий с улицы воздух в летний период. Рекуперация – простой и эффективный способ снизить затраты на подержание нормального микроклимата в помещениях.

Что такое рекуператор?

Это специальная труба с двумя стенками, в которой поступающий поток и вытяжной не смешиваются друг с другом. Но, так как они тесно взаимосвязаны тонкими стенками теплообменника, температура двух потоков выравнивается относительно друг друга. Кроме этого, теплообменник способен уменьшать влажность воздуха путем конденсации излишек влаги на холодных стенках рекуператора.

Технология, по сути, разновидность энергосберегающих систем, призванных уменьшить потери тепла. При этом сохраняется нормальная циркуляция воздуха в доме или любом другом помещении. Исследования показали, что грамотно продуманная система сохраняет до 70% уходящего тепла. Благодаря разнообразию конструкций, подобрать оптимальное устройство можно для любого помещения или целого здания.

Классифицировать рекуператоры можно по следующим различиям:

Роторный тип устройства с механическим приводом.

Прямоточные и противоточные теплоносители системы.

Пластинчатые, ребристые или трубчатые конструкции.

Для подогрева воздуха или жидкого теплоносителя.

Первая конструкция имеет самый высокий показатель КПД. Но, система имеет один значительный недостаток, большие размеры устройства требуют большие габариты приточно-вытяжной системы чтобы обеспечить эффективную работу пластинчатого ротора.

Пластинчатый рекуператор воздуха — одна из самых компактных и недорогих конструкций, не требующих значительных изменений в уже существующей системе вентиляции. Работает по принципу несмешиваемых потоков воздуха. Но, благодаря этому обладает одним существенным недостатком – в зимний период вытяжная труба очень часто обмерзает. Повышенная влажность мгновенно конденсируется на стенках трубы, и превращается в растущую корку льда. Тем не менее, рекуператор пользуется популярностью, и широко применяется практически во всех широтах.

Подробное устройство и принцип работы

Отсутствие трущихся и движущихся деталей делает устройство очень надёжным в повседневной эксплуатации. КПД достигает средних показателей 60% за счёт простого устройства теплообменника. Несмотря на некоторые недостатки, связанные с частым обмерзанием в зимний период, конструкция теплообменника достаточно простая. Чаще всего применяется в квартирах, жилых домах и отапливаемых гаражах.

Частично нивелировать обмерзание удаётся установкой вентилятора принудительного обдува. Который необходимо периодически включать в работу. Клапан байпас тоже может решить проблему обмерзания, но он немного усложнит конструкцию рекуператора.

Технология достаточно простая, и вполне реализуема своими силами. Для этого не потребуется покупать сложные материалы, и иметь сложный электрический и ручной инструмент.

Самодельный рекуператор

Любой современный дом просто обязан иметь качественную вентиляцию. Отделочные материалы и пластиковые окна делают его практически герметичным. Если не обеспечить нормальное движение воздушных масс, люди, проживающие в таком доме, будут страдать от повышенной влажности воздуха и частыми респираторными болезнями. Кроме этого, вопрос энергосбережения с каждым годом всё острее становится перед владельцами частной недвижимости. Поэтому вполне оправданно желание самостоятельно изготовить недорогой, но эффективный теплообменник.

Перед тем как приступить к изготовлению, необходимо купить 4 квадратных метра жести, можно оцинкованной, и разрезать её на пластины размером 30 х 20 см. Пластины должны быть максимально точными. Это необходимо для создания эффективного рекуператора с показателем КПД не ниже 50%.

Важно: лучше воспользоваться не ножницами по металлу, а болгаркой. Резка отрезным кругом ускорит процесс и даст большую точность, если сложить листы в несколько слоёв.

Пластины не должны создавать повышенного сопротивления воздуху, то есть, зазор между отдельно взятыми кусками жести минимум 4 мм. В идеальных условиях поток воздуха должен быть максимально близким к значению 1 м/с. При такой скорости как раз можно выйти на показатель эффективности в 50-60%. Уложенные пластины дополнительно герметизируют любым веществом с нейтральными характеристиками.

Основной корпус рекуператора делают из жести или более толстого металла. Дополнительно его упаковывают в деревянный короб из фанеры или ДВП. Между деревянной и стальной частью обязательно должна быть прослойка из утеплителя. На эту роль лучше использовать минеральную вату. Общая эффективная площадь пластин будет 3,3 м кубических, этого вполне достаточно для обмена воздуха 150 м3/ч.

Важно: в зимний период, когда температура будет опускаться ниже -10, выходной фланец будет частично обмерзать. Датчик изменения давления позволит своевременно направлять приточный воздух через байпас, давая возможность тёплому потоку избавить фланец от накопившегося льда.

Рекуператор воздуха своими руками — как сделать для дома или квартиры, в том числе пластинчатый, чертежи и схемы, устройство, виды + видео

О комфортабельности современного жилища у разных людей разные представления. Но в целом они выражаются в простой формулировке благоприятных условий обитания человека в нём, зимой тут должно быть тепло, а летом прохладно. Это требует затрат на обогрев и охлаждение дома или квартиры. Учитывая постоянно растущую стоимость энергоресурсов, содержание жилья обходится всё дороже. Теплоизоляция жилища становится особенно актуальной, обогревать улицу стало непозволительной роскошью.
Качественное утепление жилья немыслимо без выполнения герметизации дома или квартиры. Специальными материалами уплотняются все дверные и оконные примыкания к стенам, конструкции окон и дверей обеспечивают герметичность их закрывания и т. п. Но в результате жилище превращается в своеобразный термос, в котором, без использования принудительной вентиляции, жить становится очень некомфортно. И что, дополнительный обогрев/охлаждение свежего воздуха, который теперь сможет проникать в дом только через вентиляционные каналы, вызовет новые неизбежные расходы на электроэнергию? Напротив, экономии способствуют сами вентиляционные системы. Всё дело в их конструкции. Ниже рассмотрены способы вентиляции помещений с помощью рекуператоров воздуха. Что это такое, как устроены эти агрегаты и можно ли сделать своими руками?

Преимущества системы вентиляции с рекуперацией

Современная принудительная приточно-вытяжная вентиляция с рекуперацией обеспечивает, как минимум, трёхкратное повышение эффективности и энергосбережение по сравнению с традиционными прямоточными схемами. Благодаря применению устройства утилизации тепла, называемого рекуператором, очень эффективно решается задача ограничения дополнительного расхода энергии, притока чистого и свежего воздуха, обеспечения требуемого уровня влажности в помещениях. При этом важно, что в закрытом объёме, постоянно обеспечиваемая принудительная смена воздуха обладает следующими преимуществами:

• не даёт развиваться колониям опасных микробов, плесени;
• удаляет углекислый газ и пыль.

Внешние атмосферные условия не влияют на принудительную вентиляцию с рекуператором, что выгодно отличает её от естественного вентилирования.

Типы рекуператоров

Рекуператор является фактическим теплообменником, центральным узлом такой эффективной системы. В нём воздух, нагнетаемый в дом, нагревается или охлаждается за счет части энергии, получаемой от удаляемого воздушного потока, не смешиваясь с ним, благодаря особенностям конструкции. По мнению специалистов, за схемами рекуперационной вентиляции будущее, поскольку именно они дают существенную экономию энергоресурсов.

Пластинчатый

Важным параметром блока рекуператора является его коэффициент полезного действия. Для обеспечения требуемой эффективности он должен быть не менее 70−80%. Путей повышения КПД несколько. Это увеличение времени и площади теплообмена или предварительный нагрев подаваемого воздуха. В условиях частного домовладения, добиться роста КПД таким способом достаточно легко, используя грунтовые теплообменники. Пластиковая труба, диаметром до 200 мм, проложенная на расстояние до 50 метров, на глубине около 2 метров, позволит дополнительно согреть зимой и охладить летом подаваемый в дом воздух.

Важным параметром блока рекуператора является его КПД

Приём значительно увеличивает общую эффективность всей системы вентилирования с рекуперацией. При использовании грунтового теплообменника зимой снижается риск возникновения обледенения или инея на пластинах теплообменника перекрёстной или противоточной конструкции за счёт большого перепада температур воздушных потоков. Исключаются расходы энергии на нагрев входящего потока, упрощается конструкция теплообменника и снижается его конечная стоимость. Если не применять грунтовой теплообмен, то неизбежное выпадение конденсата на пластинах приведет зимой к их обмерзанию. В этом случае в блоке теплообмена устанавливается дополнительное оборудование. Сюда входит блок автоматики, управляющий по сигналам датчиков температуры и давления, заслонкой обходного воздуховода («байпас») и включением дополнительного калорифера для нагрева поступающего воздуха до оттаивания пластин рекуператора.

Чертёж и схема работы

Принцип работы пластинчатого рекуператора

Схема пластинчатого рекуператора

Децентрализованный

В условиях многоэтажных домов, для квартир удобнее другой тип теплообменника, более компактный, называемый децентрализованным рекуператором тепла вентиляционного воздуха (ДРТВВ), попросту «тёплой форточкой». Такие системы не занимают много места в установке. Их легко расположить открыто или замаскированно в нише под окном, на боковой стене, в откосе оконного проёма и т. п. Использование такого устройства совершенно необходимо при установке герметичных пластиковых окон. Этот теплообменник обеспечивает поступление согретого свежего воздуха в зимнее время и охлаждённого летом, особенно, если в помещении установлен кондиционер. Работа рекуператора не влияет на температуру в квартире.

В квартире обычно устанавливаем более компактный рекуператор — децентрализованный

Конструкция этого типа представляет пластиковую трубу диаметром до 200 мм и длиной до 1,5 метров, в которую вставлен пучок тонкостенных трубок (алюминий) равной длины. Их развальцованные торцы собраны в кассету на двух фланцевых пластинах, равных внутреннему диаметру внешней пластиковой трубы. В конструкции используются два тройника и Г-образных колена из пластика, того же диаметра, что и основная труба. Кассета алюминиевых трубок вставляется в пластиковую трубу. На внешние края одеваются тройники и колена. С одной стороны в колене и тройнике установлены по одному электрическому вентилятору, которые обеспечивают вытяжку и приток воздуха. Длина внутренней трубчатой кассеты подобрана так, чтобы обеспечить проход подаваемого воздуха через два колена, удаляемый воздух проходит через тройники.

Чертёж и принцип работы

Принцип работы децентрализованного рекуператора

Схема децентрализованного рекуператора

Роторного типа

Наиболее высоким КПД обладает конструкция рекуператора роторного типа. В них встречные воздушные потоки проходят через двухканальный короб. Посередине короба перпендикулярно потокам вращается диск. Диск выполнен из пластин, укреплённых в одной с потоками плоскости или сплошной гофрированной металлической полосы, свёрнутой в неплотную спираль. Металл пластин или полосы вращающегося диска нагревается в теплом выходящем потоке воздуха. Поворачиваясь, нагретая часть попадает в холодный входящий поток и нагревает его.

Рекуператоры роторного типа обладают наибольшим показателем КПД

Для эффективной работы конструкции диск должен иметь большой диаметр и это один из недостатков, ограничивающий применение роторных рекуператоров в бытовой сфере. Кроме того, в отличие от двух предыдущих типов, в этой конструкции присутствует частичное смешивание потоков, что требует применения более сложной фильтрации. А наличие вращающихся элементов можно считать ещё одним «не достоинством».

Схема устройства и работы (система воздух-воздух)

Принцип работы роторного рекуператора

Схема рекуператора роторного типа

Какой выбрать для квартиры или дома

Рассмотрение типов существующих рекуператоров можно продолжать и далее, рассказав о типах рёберных пластинчатых рекуператоров и т. п. Но интерес представляет вопрос самостоятельного изготовления подобной конструкции и практическое её применение в собственном доме или квартире. Прежде всего, нужно подумать о необходимом типе такого блока теплообмена. Если в квартире все окна пластиковые и требуется эффективная вентиляция, лучше отдать предпочтение готовой промышленной компактной сборке ДРТВВ («тёплой форточке»).

Рекуператор обеспечит хорошую вентиляцию в помещении

Для частного домовладения, где вопрос свободного места не стоит так остро, вполне подойдёт одна из конструкций пластинчатого перекрёстного или противоточного типов. Именно они наиболее просты в самостоятельном изготовлении. Ниже рассмотрен наиболее простой способ самостоятельного изготовления самого теплообменника пластинчатого типа. Схемные решения автоматики управления, устройство заслонки переключения на канал «байпас» и т. п. можно найти на соответствующих ресурсах Сети или в специальной литературе.

Как сделать пластинчатый рекуператор своими руками?

Материалы для пластин

При выборе материала для изготовления кассеты самого пластинчатого теплообменника, принципиальной разницы, из чего набирать пластины, нет. Подойдёт:

• тонкий лист алюминия или меди;
• тонкая кровельная оцинковка;
• листовой текстолит или гетинакс;
• другой вид пластика.

На теплообмен теплопроводность материала пластин почти не влияет. Сколько нужно? Зависит от количества собираемых кассет. Для одной хватит около 4 квадратных метров. Если, руководствуясь изложенной выше теорией, захочется повысить КПД, нужно в два раза больше для кассеты того же размера. Можно сделать и одну, но большую. Однако требования по удалению возможного конденсата из корпуса не позволят «уложить» кассету на бок и придётся искать место для установки.

Понадобится уголок для стоек обоймы кассеты и фланцев. Перекладывать пластины можно проолифленной рейкой, полосовой технической пробкой. Если есть возможность, подготовленные для пластин заготовки можно штамповать в п-образные заготовки с высотой бортика от 4 до 5 миллиметров. Той же толщины должны быть рейки и пробковая полоса, ширина их до 10 миллиметров.

Материал для изготовления корпуса

• металлический лист или фанера;
• МДФ толщиной до 20 миллиметров;
• брусок для каркаса;
• метизы для крепежа;
• минеральная вата;
• силиконовый герметик.

Пошаговые действия

1. Сначала аккуратно нарезаются пластины квадратной формы. Сторона до 300 миллиметров. Важно выполнить все пластины одинакового размера, стараясь не деформировать их края. Лучше всего пользоваться электроинструментом, разрезая несколько листов, сложенных пачкой. Всего нужно около 70 таких заготовок на кассету. На противоположные края квадратов наклеиваются рейки или пробка, нарезанные по размеру стороны пластины. На последний лист ничего не клеится. Клею даётся время высохнуть. Подготовленные заготовки склеиваются в кассету. Для чего клеем намазываются верхние стороны реек или полос пробки, а каждый последующий лист укладывается с поворотом на 90 градусов. Завершает набор пластина без прокладок. Получится кассета с чередующимися каналами, направленными перпендикулярно друг другу — будущий теплообменник.
2. Кассета стягивается каркасом из уголка. В щели заполняют силиконовый герметик. На сторонах кассеты выполняются крепления для фланцевых соединений. Нужно учесть, что кассета должна располагаться вертикально на одном из углов квадрата, образуя равносторонний ромб. В нижней её части будет скапливаться образующийся конденсат. Тут предусматривается дренажное отверстие с трубкой отвода скопившейся влаги. Как говорилось выше, в одном корпусе может быть установлено более одной кассеты теплообменника для большего КПД. В этом случае, вторая должна иметь такие же габариты, как и первая. Их смежные углы должны плотно соприкасаться, не допуская щелей и просветов. Снизу и сверху на стык поместить силиконовый герметик.
3. Подготовленная кассета вставляется в корпус. Его внутренняя высота и длина равны диагонали квадрата (если используется одна кассета), а ширина — толщине набора пластин. В стенках корпуса, напротив соответствующих сторон кассеты, выполняются отверстия для крепления пластиковых фланцев под воздуховоды. Устанавливать теплообменник нужно в специальные направляющие из уголка, укреплённые на стенках корпуса. Кассета получается съёмной, что важно для её обслуживания.
4. Для входящих потоков нужно предусмотреть возможность установки простейших съёмных кассетных фильтров. На внутреннюю поверхность стенок корпуса крепится минеральная вата толщиной около 4 сантиметров. Для обеспечения принудительной вентиляции устанавливаются вентиляторы, позволяющие регулировать скорость вращения.

Видео: изготовление рекуператора в домашних условиях

Часть 1: сборка корпуса

Часть 2: пластины

Часть 3: монтаж

Для создания благоприятного микроклимата в доме или квартире, помещения нужно регулярно проветривать. Чтобы обеспечить баланс свежего воздуха и влажности нужно обеспечить жилище хорошей вентиляцией. Установка рекуператора решит эту проблему и кроме того, сэкономит энергоресурсы.

 

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Что такое рекуператор воздуха и как сделать его своими руками

Еще в недавнем времени проточно-вытяжные вентиляции с рекуператорами в России и близлежащих странах использовались довольно редко. В последние же годы ими стали массово оборудовать разнообразные помещения, что обусловлено прежде всего надежностью и эффективностью таких систем.

Основная их особенность — возврат части тепла из отработанного ранее воздуха. Покидая комнату, он немного нагревает встречный поток в теплообменнике. Вследствие этого в помещение попадает не только свежий, но и немного подогретый воздух, создающий комфортные условия для людей.

Что такое рекуператор воздуха?

Рекуператор воздуха представляет собой теплообменник поверхностного типа. Он используется для повторного применения теплоты выводящих газов. Это непрерывно происходит через стенку, выполняющую роль разделителя. В отличие от такого устройства, как регенератор, в рекуператоре потоки не меняют своего расположения.

Рекуператор воздуха — это приспособление, обеспечивающее минимизацию потерь через вентиляционную систему. Вследствие этого данное устройство можно назвать энергосберегающим прибором. Он подразумевает повторное использование тепла в осуществлении одного технологического процесса.

Как работает устройство

Устройство рекуператора воздуха довольно простое. Это отражается на работе данного приспособления. Его функционирование происходит следующим образом:

1. Приток воздуха в помещение и его вытяжка из комнаты происходят одновременно — параллельно друг с другом.
2. Теплый отработанный воздух всасывается посредством вентилятора в устройство, попадя таким образом в теплообменник.
3. Проходя сквозь теплообменник, теплый отработанный воздух выходит наружу самого сооружения.
4. Холодный свежий воздух при помощи обратной тяги всасывается в помещение, проходя через другие части теплообменника.
5. Тепло воздуха из комнаты таким образом используется для подогрева холодного потока, который попадает в комнату через устройство.

Постоянные непересекающиеся друг с другом потоки воздуха разных температур могут обеспечить эффективность рекуперации более чем на 90%.

Для чего нужен рекуператор

Популярность рекуператоров воздуха обусловлена несколькими факторами. Используются они в следующих целях:

• улучшение функционирования приточно-вытяжных вентиляций в помещениях;
• обеспечение квартир, частных домов, предприятий и офисов чистым воздухом;
• нормализация температуры потока воздуха, попадающего извне;
• создание оптимального для жизнедеятельности человека микроклимата в комнате.

Рекуператор — это эффективное и надежное устройство, которое намного лучше стандартных приточно-вытяжных вентиляций. Оно позволяет удалять отработанных воздух из помещений, используя его тепло для нагрева поступающих снаружи здания потоков. В свою очередь в летний период времени прибор работает обратным образом. В таких ситуациях более прохладный воздух в помещении охлаждает теплый поток, который поступает в комнату снаружи.

Виды рекуператоров

В настоящее время существует несколько различных типов рекуператоров воздуха. Они отличаются друг от друга такими своими особенностями, как:

• Схема движения теплоносителей. В этом плане рекуператоры бывают противоточными, перекрестными прямоточными и т.д.
• Конструкция. В зависимости от собственного устройства, приборы могут быть трубчатыми, пластинчатыми, роторными, ребристыми, оребренно пластинчатыми типа ОПТ и др.
• Материал изготовления. Чаще всего производятся металлические, мембранные и пластиковые рекуператоры.
• Назначение. Устройства могут иметь такие функции, как подогрев воздуха, подогрев жидкости, испарение влаги, конденсация излишней жидкости и т.д.

Наиболее популярными по своей конструкции являются пластинчатые и роторные рекуператоры. Прежде чем приобрести одну из этих типов моделей, необходимо обратить на все их особенности и основные отличия.

Пластинчатый рекуператор

Наибольшим спросом на сегодняшний день пользуются именно пластинчатые рекуператоры. Это обусловлено прежде всего простотой их конструкции и дешевизной. Несмотря на это, эффективность теплообменников таких устройств, как правило, не превышает 50%.

Основным преимуществом любого пластинчатого рекуператора является полное изолирование воздушных потоков друг от друга. Вследствие этого не происходит подмешивание вытяжного воздуха в приточный. Тепло удаляемого из помещения потока передается через алюминиевые пластины воздушной массе, которая поступает в комнату.

К минусам пластинчатых рекуператоров можно отнести потребность в обеспечении отвода дренажа. Вследствие этого происходит осушение воздуха.

В северных широтах и средней климатической полосе России специалисты не рекомендуют использовать пластинчатые рекуператоры. Это связано прежде всего с их низкой эффективностью. К тому же такие устройства не очень хорошо функционируют в подобных условиях вследствие постоянных циклов заморозки и оттаивания.

Роторный рекуператор

Отличительной особенностью роторных рекуператоров является их большая эффективность. Вследствие этого подобные устройства реализуются по более дорогой стоимости, нежели пластинчатые.

Эффективность работы роторных рекуператоров составляет около 82%. Таким образом, если температура воздуха на улице составляет −28 градусов по Цельсию, его подогрев в устройстве возможен до +14 градусов по Цельсию.

В основе принципа работы роторных рекуператоров лежит регенерация тепла. Вращающий барабан устройства, выполненный из фольги, поглощает тепловую энергию удаляемого из комнаты потока воздуха, передавая ее приточному.

Также роторные рекуператоры отличаются и некоторыми другими преимуществами. К ним относится отсутствие циклов оттаивания и потребность отводить конденсат. Вследствие этого в последнее время данные типы устройств обретают все больший спрос.

Основные отличия

Прежде чем приобрести роторный или же пластинчатый рекуператор, необходимо обратить внимание на такие основные отличия между ними:

Особенности устройства	Пластинчатый рекуператор	Роторный рекуператор
Уровень эффективности	Около 50%	Около 82%
Стоимость прибора	Низкая	Высокая
Циклы оттаивания	Присутствуют	Отсутствуют
Потребность в отводе конденсата	Присутствует	Отсутствует
Конструкция	Изолированные друг от друга алюминиевые пластины, предназначенные для разных потоков воздуха	Вращающийся барабан из алюминиевой фольги, поглощает тепло одного потока воздуха, передавая его другому
Окупаемость	Около 3-4 лет	Около 1,5-2 лет
Степень экономии	Небольшая	Весьма существенная

Окупаемость рекуператоров напрямую зависит от нескольких факторов. К ним можно отнести климатические особенности региона, площадь помещения, эффективность конструкции и т.д. Некоторые устройства при достаточно холодных зимах могут окупиться всего лишь за один сезон. Система может существенно уменьшить статью эксплуатационных расходов в быту.

Пошаговая инструкция по изготовлению самодельного рекуператора с чертежами

Несмотря на наличие большого количества рекуператоров воздуха в продаже, такое устройство можно самостоятельно создать своими руками в домашних условиях. Прежде чем приступить к выполнению данного задания, необходимо обратить внимание на некоторые важные особенности. К ним относятся материалы для изготовления, чертежи и инструкция.

Материалы для изготовления

Перед процессом создания рекуператора для воздуха необходимо приобрести такие материалы для его изготовления, как:

1. Листовой металл. Лучше всего использовать алюминий. Вместо него может подойти также кровельное железо, текстолит, гетинакс или же сотовый поликарбонат. Для того чтобы улучшить уровень теплообмена устройства, необходимо выбрать наиболее тонкий листовой металл.
2. Деревянные рейки. Они требуются для прокладки между металлическими пластинами. Вместо деревянных реек допускается использование технических пробок или же простого шнура. Их толщина быть не более 2-3 миллиметров. При этом ширина данных изделия должна достигать 10 миллиметров.
3. Герметик. Он должен быть основан не на кислоте, а на других веществах.
4. Клей. Необходимо обратить внимание, для каких материалов он предназначен. Клей, предназначенный для металла, не может использоваться для крепления дерева.
5. Материал для корпуса устройства. Это может быть фанера, металл или же древесноволокнистая плита средней плотности (МДФ). Вместо них специалисты советуют приобрести готовую деревянную коробку необходимых герметических размеров.
6. Четыре фланца. Они должны иметь точно такой же размер, что и ранее подобранные трубы для устройства.
7. Минеральная вата. Толщина данного изделия должна быть примерное 4 сантиметра. Этот материал необходим для обеспечения теплоизоляции помещения.
8. Металлический уголок. Он предназначены для обеспечения надежного и эффективного крепления устройства к стене.
9. Метизы. Они представляют собой крепежные детали, которые потребуются для сборки всей системы.
10. Вентилятор или же кулер. Основное предназначение такого приспособление — обеспечение потока воздуха в помещение или же из него.

Для осуществления резьбы некоторых деталей в процессе работы может понадобится электроинструмент. Ширина корпуса устройства должна соответствовать диагонали будущего теплообменника. В свою очередь высота системы напрямую зависит от того, каково количество пластин будет использоваться в создании приспособления для вентиляции.

Пошаговая инструкция

Для того чтобы создать действительно надежный и эффективный рекуператор воздуха необходимо выполнить следующий алгоритм действий:

1. Первоначально нужно нарезать металл на квадраты со сторонами 20-30 сантиметров. Понадобится около 70 таких пластин.
2. Рейки стоит покрыть олифой. После этого их нужно нарезать таким же размеров, что и стороны квадратных листов металла.
3. Рейки необходимо приклеить с двух сторон к каждой пластине. После этого нужно дождаться полного высыхания вещества. На один из квадратов приклеивать рейки не требуется.
4. Промазав клеем верхние части реек, необходимо соединить между собой все пластины. Нужно обратить внимание на то, что каждую следующую пластину следует класть на предыдущий с поворотом в 90 градусов. Таким образом, каналы, образованные между квадратами, будут перпендикулярными друг к другу.
5. В конце необходимо приклеить верхний квадрат, на котором отсутствуют рейки. Для стягивания и фиксации собранной конструкции нужно использовать металлические уголки.
6. Все образованные в результате щели следует тщательно замазать с использованием ранее приобретенного герметика.
7. Дополнительно нужно сделать крепления и четыре отверстия, предназначенные для монтажа фланцев.
8. Теплообменник необходимо вставить в корпус. Для того чтобы он там был хорошо закреплен, нужно внутри предварительно привинтить уголки, которые в итоге будут служить направляющими. Стоит обратить внимание на то, что теплообменник должен быть расположен таким образом, чтобы своими углами он упирался в стороны корпуса (в итоге получится ромб).
9. Также необходимо сделать отверстие, в которое следует вставить шланг. Он будет использоваться для отвода конденсата.
10. На входе лучше всего предусмотреть специальное крепление, которое будет предназначенное для установки фильтра.
11. Стенки корпуса необходимо оббить минеральной ватой. Таким образом можно обеспечить должный уровень теплоизоляции.
12. В конце нужно осуществить монтаж вентилятора. Как только это будет сделано, необходимо установить собранную конструкцию в систему вентиляции.

Готовый прибор можно установить как на стене, так и в специальное подготовленной нише. Уровень шума напрямую будет зависеть от нескольких факторов. К ним относится мощность вентилятора, использующие материалы и т.д. В большинстве случаев прибор издает звуки, не превышающие гудение кулера компьютера.

Рекуператор своими руками — теплообменник, рекуперация

Рекуператор – функциональное, практичное устройство, предназначенное для энергосбережения и экономии средств на отопление помещений. В результате рекуперации происходит передача тепла вытяжного воздуха, более теплого, холодным приточным массам. В теплообменнике наружному воздуху передается существенная часть накопленного в процессе эксплуатации помещений тепла, при этом тепловая энергия не теряется, выходя наружу, а работает на экономию энергии. Потоки входящего, чистого, и выходящего, использованного, воздуха, в устройстве не перемешиваются, благодаря наличию теплопроводящих пластин, разделяющих два потока.

Принцип рекуперации

Смонтировать рекуператор своими руками можно в виде самой простой и доступной конструкции пластинчатого типа. Такая модель самая распространенная и востребованная среди потребителей нашей страны. Более сложные устройства используются в промышленных целях или на крупных объектах.

Пластинчатый рекуператор можно сделать самому, даже не обладая обширными знаниями и познаниями в механике и инженерии. Любой автолюбитель, который умеет держать в руках отвертку, может собрать устройство самостоятельно.

Достоинства рекуператоров:

• Рекуператор Даже самые простые и доступные пластинчатые рекуператоры работают с КПД до 65%.
• Устройство редко ломается, так как теплообменник в этом типе агрегата устроен просто и надежно, не обладает трущимися и подвижными деталями.
• Рекуператор легок и в уходе и техническом обслуживании.
• В пластинчатом типе рекуператоров нет каких-либо расходующих электроэнергию частей, что значительно снижает затраты на содержание этого оборудования.

Следует отметить, чтов зимнее время года теплообменник пластинчатого рекуператора может обмерзать при низких температурах.

Технология изготовления

Внутреннее устройство рекуператора

Сначала необходимо приобрести 4 кв. м оцинковки для кровли. Примечание: пластики могут быть не только из оцинкованного металла. Допускается использование любого не толстого листового материала. Например, можно использовать текстолит. На эффективность работы рекуператора теплопроводность материала для пластин практически не влияет. Листы режутся на отдельные пластины размером 200х300 мм.

Внимание! Пластины необходимо резать идеально ровно. Если для их изготовления используется оцинкованный металл, то ножницы по металлу лучше не применять, так как потом будет сложно выпрямить каждую заготовку. Резать оцинковку рекомендуется электрическим лобзиком.

Для дистанционной рамки, устанавливаемой между пластинками, можно применить полоски из технической пробки. Толщина материала 2-3 мм. Между пластинками оставляются промежутки не менее 4 мм, иначе может в процессе эксплуатации возникнуть значительное сопротивление воздушным потокам.

Работа рекуператора

Для сбора конструкции следует использовать герметик нейтрального типа, так как обычный состав может со временем вызвать коррозию устройства. После полного высыхания герметика его укладывают в корпус, сделать который можно из прочной жестяной коробки, подходящей по размеру. Для рекуператора короб можно изготовить из шлифованного МДФ толщиной в 18 мм и деревянного бруса. Все стенки изнутри рекомендуется проложить утеплителем, минеральной ватой или стекловолокном толщиной в 50 мм.

В коробке необходимо сделать отверстия и вставить в них предварительно приобретенные пластиковые фланцы, параметры которых совпадают с сечением труб воздуховода. Наполненные щели нужно залить силиконом.

Готовая площадь пластин в рекуператоре должна приблизительно составлять 3 кв.м, тогда эффективность работы агрегата будет составлять около 60%. Другими словами, на выходе из устройства температура приточного воздуха будет выше, чем исходящего.

Дополнительные рекомендации

Устройство рекуператора В связи с тем, что пластинчатые рекуператоры в зимнее время имеют обыкновение обмерзать, необходимо провести дополнительные работы. Обычно теплообменник пластинчатых рекуператоров обмерзает при температуре воздуха менее 10 градусов. Для проведения периодического размораживания устройства в теплой части рекуператора нужно поставить датчик, фиксирующий перепад давления. Когда агрегат будет обмерзать, показатель перепада давления увеличится, и приточный воздух будет прогоняться сквозь байпас, а калорифер согреется вытяжным воздухом. У установленного датчика гистерезис должен составлять 30Па.

В месте, где находится выход гибкого воздуховода, нужно сделать из двух слоев влагостойкого гипсокартона короб и проложить в нем минеральную вату или стекловолокно. С помощью этого приема решается проблема шумоизоляции работающей системы. Необходимо отметить, что при качественно выполненном рекуператоре, правильной герметизации и изоляции короба в помещении можно сэкономить до 30% энергии.

Рекуператор воздуха для квартиры: вентиляция и подогрев

Каждое жилое помещение должно регулярно проветриваться. В зимний период проветривание значительно понижает температуру в квартире. Поэтому сегодня активно применяются рекуператоры, которые обеспечивают приток подогретого свежего воздуха за счет передачи тепла из квартиры. Таким образом, в квартире всегда будет чистый воздух и благоприятный микроклимат.

Что такое рекуператор?

Рекуператор воздуха — устройство принудительной приточно-вытяжной вентиляции. Установка вытягивает отработанный воздух из помещения, и затягивает свежий, используя принцип удержания тепла.

Рекуператор для вентиляции квартиры в зимнее время обеспечивает приток подогретого чистого воздуха с улицы.

Система разработана так, что тепло комнатного воздуха сохраняет энергию в устройстве, и частично передает ее в приточный поток воздушной массы. Таким образом, удается подогреть воздух с улицы, еще до того как он попал в помещение. Рекуператор для квартиры состоит из следующих комплектующих:

• воздуховод, который выступает корпусом устройства;
• теплообменник для сбережения и передачи энергии;
• фильтр для очистки воздуха;
• реверсивный вентилятор, обеспечивающий продув воздуха по системе;
• вентиляционный зонт для защиты внутренней системы рекуператора.

Рекуператор воздуха для дома и квартиры обладает высокой производительностью и низким показателем энергопотребления. Устройства практически бесшумные, поэтому только положительно влияют на атмосферу квартиры.

Вентиляция квартиры в зимний период холодным воздухом поступающим из открытых окон.

Принцип действия теплообменника

Теплообменник может вернуть до 90% тепла, исходящего из квартиры, воздуха. Чем больше размер теплообменника, тем больше его теплоемкость. Аэродинамические свойства детали обеспечивают свободный проход воздушных масс в корпусе.

Устройство рекуператора и принцип работы

Цикл работы рекуператора состоит из 4 фаз:

1. Вытяжной поток попадает к системе теплообменника с помощью вентилятора. Теплообменник сохраняет тепло из воздуха.
2. Когда теплообменник прогрет, вентилятор направляет холодный воздух с улицы в квартиру.
3. Проходя через систему теплообменников, свежий воздух быстро прогревается почти до комнатной температуры. Теплообменник остывает.
4. После охлаждения теплообменника, вентилятор приступает к 1 фазе цикла, и выводит воздух из помещения.

Теплообменники имеют двухстенное строение, благодаря чему приточный и вытяжной потоки воздуха не смешиваются. Примерная схема перемены температур воздуха: вытяжная воздушная масса с температурой +21ºС, выходит наружу с показателем +1ºС. Холодный поток с улицы температурой -5ºС попадает в помещение, прогретым до +15ºС.

Зачем рекуператор в квартире? Функции устройств

Самой главной, выполняемой рекуператором, функцией является обеспечение вентиляции помещения. Использование оборудования дает много других положительных эффектов, выполняя ряд функций:

Функциональность рекуператора

• Экономия электроэнергии;
• Проветривание. Вместо отработанного теплого воздуха с низким содержанием кислорода, квартира наполняется свежим;
• Отопление. Устройство наполняет квартиру теплым воздухом, даже если на улице -30 градусов;
• Очистка воздуха. Избавляет помещение от неприятных запахов и грязи в воздухе;
• В отличие от обыкновенного проветривания, во время обмена воздушных масс, в дом не попадает грязь с улицы, пыль, насекомые, а также исключены сквозняки.

В процессе рекуперации передача тепла происходит природным путем, без использования нагревателей. Теплообменник никак не влияет на химический состав воздуха.

Какие бывают рекуператоры?

Назначение у всех типов рекуператоров одинаковое, но вот технология теплообмена значительно отличается. По методу передачи тепла рекуператоры различают:

• пластинчатые;
• роторные;
• с этиленгликолем.

Устанавливаться оборудование может как в стене, так и на крыше. Кровельные устройства имеют другое строение, но принцип работы остается прежним.

Пластинчатые

Пластинчатый рекуператор и схема его работы

Самым популярным типом устройств считаются пластинчатые рекуператоры. Теплообменником выступает слоенная кассета из металла с высоким показателем теплопроводности. Каналы расположены так, что приточные и вытяжные потоки воздуха не контактируют между собой, а происходит процесс передачи тепла через металлические пластины. Фильтры способствуют проникновению чистого воздуха в квартиру, а система отвода конденсата обеспечивает сток влаги.

Пластинчатые рекуператоры обычно довольно компактные, и подходят для установки в любом помещении.

Роторные

Роторный рекуператор для вентиляции квартиры изготавливается из гофрированной стали

Механизм теплообмена в устройствах данного типа сложнее предыдущего, поэтому размеры роторных рекуператоров значительно больше, как и производительность. Для работы устройства необходимо движение приводных роторов, поэтому потребляет оборудование больше электричества. Ротор изготавливается из гофрированной стали.

Входящие и исходящие потоки воздуха могут смешиваться, если система не оборудована дополнительной вытяжкой. Скорость вращения вентилятора может регулироваться, в таких случаях можно увеличить или уменьшить подачу воздуха.

Рекуператор с этиленгликолем

Третий тип устройств использует еще один теплоноситель, которые значительно повышает производительность оборудования.

Рекуператор пластиковый с этиленгликолем.

Гликолевые рекуператоры имеют два теплообменника, по которым циркулирует водно-гликолевый раствор. Вещество обладает высоким показателем теплоемкости. Сохраняет намного больше тепла, чем металлические кассеты. Если климат местности слишком холодный, вместо этиленгликоля можно использовать антифриз.

Монтаж гликолевых приборов — процесс сложный, поэтому используется преимущественно на больших территориях, циркуляция воздуха на которых будет происходить намного быстрее.

Крышные рекуператор воздуха

Система приточно-вытяжной вентиляции с выходом на крышу применяется в зданиях с большой площадью как склады, цехи, супермаркеты и другие. Такие устройства называют кровельными рекуператорами. Монтаж и эксплуатация рекуператоров простые. Стоимость такой вентиляции не должна превышать пластинчатой системы, принцип действия которых аналогичен.

Приточная вентиляция в частном доме.

Достоинством данного типа выступает хорошая шумоизоляция, поскольку выход наружу находится на крыше здания. В квартире крышный рекуператор установить невозможно, поэтому он используется только в частной собственности.

Как происходит монтаж рекуператора?

Установку рекуператора проводят в комнате, в которой жильцы квартиры проводят много времени, так как воздух в ней самый свежий. Если квартира расположена на 1 этаже, то монтаж нельзя проводить на высоте, ниже 1 м от уровня устойчивого снегового покрова. Расположение устройства около окна приемлемо, и упрощает процесс монтажа. Не рекомендуется устанавливать рекуператор возле внешнего блока сплит-системы. Загрязненный воздух из кондиционера может попасть в рекуператор.

Устройство приточной вентиляции в квартире.

Для монтажа необходимо сделать сквозное отверстие в стене. Для этого используются инструменты с алмазным напылением. Диаметр отверстия напрямую зависит от выбранной модели и варьируется в пределах 150−250 мм. Процесс пыльный, и оставляет много отходов, поэтому лучше с первого раза правильно подсчитать необходимый диаметр отверстия.

Оборудование надежно закрепляется в стене с помощью крепежных деталей, которые обязательно должны быть в упаковке. С улицы на рекуператор надевается решетка. Когда устройство зафиксировано, можно подключать его к линии 220 В.

Особенности работы и эксплуатации

Рекуператор должен быть постоянно подключенным к сети электропитания. Таким образом, эксплуатация устройства будет максимально удобной, благодаря дистанционному пульту управления. Обычно на пульте расположены 4 кнопки:

Схема внутреннего устройства рекуператора

• 2 кнопки настройки производительности;
• 1 кнопка вкл/выкл;
• 1 кнопка летний режим.

Эффективность работы прибора напрямую зависит от теплообменника, а именно его материала, системы и площади поверхностей кассет.

Совет: При покупке нужно обратить особое внимание на площадь кассеты. Чем больше площадь теплообменника, тем быстрее и сильнее нагревается холодный приточный воздух.

Расчёт рекуператора

Произвести расчет эффективности рекуператора можно самостоятельно. Коэффициент полезного действия определяется по формуле:

n=0.335*L*(t₁-t₂)

Переменными выступают:

• L — расход воздуха;
• t — температура приточного воздуха;
• t — температура вытяжного воздуха;
• 0.335 — региональный коэффициент.

Лучшие модели обладают показателем КПД до 80%. Это значит, что при температуре в доме =22ºС, на улице — 16ºС ниже ноля, то приточный воздух будет прогрет до +12ºС.

Принцип работы рекуператора в квартире

Для того чтобы определить эффективность устройства, используют формулу:

E=Q*n

Переменными выступают:

• Q — затраты электроэнергии в процессе рекуперации;
• n — коэффициент полезного действия, вычисленный ранее.

Потребляемая мощность оборудования обязательно должна быть указана в инструкции. Однако для точно определения показателя можно провести замеры самостоятельно.

Обзор самых популярных рекуператоров

Подходить к выбору устройства приточно-вытяжной вентиляции нужно серьезно. Для маленькой квартиры нужно брать рекуператор небольших габаритов, низкой потребляемой мощности и с минимальным уровнем издаваемого шума. В складских помещениях чаще используются крышные устройства, которые потребляют много электроэнергии, и могут быть очень шумными, но обладают большой вытягиваемой силой.

Рекуператор ПРАНА

Недорогим и эффективным методом вывести из квартиры отработанный воздух, и наполнить ее свежим является установка рекуператора Прана. Производитель использовал систему медных теплообменников, которые быстро прогревается, и передают тепло в холодные потоки воздушных масс. В рабочем модуле нет фильтров, поскольку материал теплообменника обладает обеззараживающими свойствами. Воздуховоды короткие и прямоточные, поэтому удается полностью сохранить ионный состав воздушной массы.

Состав монтажного комплекта рекуператора ПРАНА

Потребляемая мощность рекуператоров Прана составляет не больше 30 Вт/час. Диаметр устройств составляет от 15 см, поэтому их можно без проблем вмонтировать в стену даже самых маленьких квартир. Для управления используется дистанционный пульт.

Главные преимущества рекуператоров Прана:

• лучшее соотношение цена-качество;
• высокая производительность;
• экономичность;
• простота монтажа и эксплуатации;
• компактность.

Ассортимент Прана представлен большим количеством моделей, которые разнятся по цене, функциональности и техническим характеристикам.

Видео: обзор рекуператора ПРАНА

Рекуператор MARLEY

Немецкая техника всегда славится высоким качеством. Рекуператоры Marley от немецкого концерна — не являются исключением. Продукция компании знаменита малой потребляемой мощностью от 3.5 до 8 Ватт. При этом КПД устройств может быть до 85%. Аккумулятор для сбережения тепла керамический. Мощность рекуператоров регулируется по 3 ступеням: 15, 25 и 440 м³/ч. Уровень шума оборудования минимальный, поскольку вентилятор расположен с внешней стороны и оснащен системой подшипников.

Рекуператор MARLEY очень экономичный в использовании электронергии

Для монтажа в стене необходимо проделать отверстие диаметром 18 см. Благодаря простоте монтажа рекуператор удобен в сервисе. Управление проводится с помощью дистанционного пульта.

Конденсат из влажного вытяжного потока воздуха образуется непосредственно в корпусе, и выходит с прогретым уличным воздухом в случае изменения направления подачи. Такая технология помогает избежать чрезмерно сухого воздуха в квартире.

Рекомендация: Для получения максимального эффекта, можно установить два, синхронно работающих, устройства Marley в одной комнате. Один рекуператор отводит воздух из помещения, другой обеспечивает приток воздуха с улицы, меняя направление каждые 70 сек.

Видео: обзор рекуператора Marley

Способ самостоятельного изготовления рекуператора

Каждый, кто знаком с инструментами, легко может самостоятельно сконструировать рабочий рекуператор воздуха. Процесс состоит из следующих шагов:

Рекуператор изготавливаем своими руками для вентиляции квартиры

1. В стене делается отверстие для воздуховода. Диаметр напрямую зависит от размера корпуса.
2. Листы оцинкованной стали болгаркой нарезаются на пластины 20×30 см. Всего понадобится около 3 кв.м. материала.
3. По периметру пластин наносится теплоизоляционный материал как пробковый, деревянный и др. Высота теплоизоляции должна составлять от 4 мм.
4. Пластины укладываются друг на друга. Стыки нужно заделать нейтральным герметиком.
5. Устройство корпуса. Размер корпуса должен позволять поместить внутрь систему пластин из стали. В стенках корпуса делают 2 отверстия под пластмассовые фланцы. Размер фланцев соответствует размеру воздуховодов. Стыки заделываются герметиком.
6. Система из стали устанавливается в корпус.
7. Внешние стенки корпуса обшиваются термоизоляцией как стекловата или пенополистирол.
8. Для безопасности и эстетичности рекуператор лучше поместить в короб из дерева или пластмассы.

Сборка рекуператора самостоятельно в целом не сложная задача

Чтобы рекуператор был максимально эффективен, и не требовал лишних затрат, выбирать его нужно, опираясь на площадь помещения. Но монтаж оборудования также немало влияет на функциональность, поэтому установку следует проводить по инструкции, ведь эффективный рекуператор не только делает воздух в квартире очищенным, но и позволяет экономить на отоплении.

Что такое рекуператор?

Рекуператор — это устройство, используемое для рекуперации тепловой энергии из систем отопления, вентиляции и кондиционирования (HVAC) или промышленного процесса. Это устройство помогает повысить энергоэффективность, что может снизить затраты, связанные с отоплением или производством. В зависимости от области применения рекуператор может также называться теплообменником или рекуператором тепла.

Эти блоки обычно находятся в системах HVAC здания.Рекуператор устанавливается в воздуховоде непосредственно перед вытяжными отверстиями или решетками. Пара параллельных пластин внутри блока отделяет горячий воздух от холодного, направляя воздух в два разных места. Холодный воздух просто удаляется из здания через традиционные вытяжные системы, а горячий воздух направляется обратно в приточные каналы для повторного использования в системе отопления.

Различные типы конструкций рекуператоров могут повлиять на возможности рекуперации тепла этих систем.Вертикальные агрегаты наименее эффективны и состоят из вертикальных пластин внутри большого внешнего кожуха. Горизонтальные устройства, которые более компактны и используют горизонтальные пластины, как правило, более эффективны. Наиболее эффективные агрегаты имеют внутреннюю ячеистую структуру, которая утилизирует до 99 процентов тепловой энергии.

Рекуператор HVAC нельзя использовать круглый год в регионах с жарким летом и холодной зимой.Вместо этого пользователи полагаются на серию заслонок для обхода рекуператора, когда он не нужен. Например, летом заслонка будет закрыта, чтобы воздух не попадал в рекуператор. Вместо этого весь отработанный воздух просто выводится наружу, и нет необходимости или желания поддерживать циркуляцию тепловой энергии внутри здания.

Аналогичная технология используется для рекуперации тепловой энергии на производственных предприятиях.Многие из этих объектов полагаются на газотурбинный двигатель, в котором для обеспечения процесса сгорания используется смесь горячего воздуха и топлива. Как правило, воздух перед сжиганием необходимо нагреть с помощью дополнительного источника тепла. В зданиях с рекуператором горячий воздух, образующийся при сгорании, просто рециркулируется обратно в двигатель, чтобы смешаться с топливом и привести в действие следующий цикл сгорания. Это устраняет необходимость во втором источнике тепла, а также помогает снизить затраты на топливо, связанные с отоплением.

Рекуператоры

предлагают множество преимуществ домовладельцам, владельцам бизнеса и обществу в целом.Повышая энергоэффективность, они помогают сократить расходы на топливо и даже повысить комфорт в доме или коммерческом здании. Это повышение энергоэффективности также снижает зависимость от ископаемых видов топлива, таких как уголь и нефть. Ограничивая зависимость от этих видов топлива, устройства для рекуперации тепла помогают уменьшить загрязнение и выбросы парниковых газов, а также сохранить ограниченные ресурсы.

Как выбрать рекуператор.Как работает рекуператор?

Высокотемпературный рекуператор имеет множество преимуществ, включая энергонезависимость и долговечность. По эффективности рекуператор не уступает другим приборам для нагрева поступающей среды, однако необходимо правильно выбрать вариант.

Как работает рекуператор?

Рекуператор — это теплообменник, в котором входящие потоки нагреваются выходящей средой. Теплообмен происходит через стенку, разделяющую среду, и для повышения эффективности устройство может быть оборудовано несколькими каналами.Производительность во многом зависит от площади теплопоглощающей поверхности, для многих моделей это фактор, определяющий размер теплообменника.

Как выбрать рекуператор

На рынке представлены различные типы теплообменников:

• Трубка;
• Поворотный;
• Камера;
• Плита;
Рекуператоры
• OPT.

При выборе теплообменника следует руководствоваться условиями эксплуатации и назначением теплообменника.Также важно свободное пространство для установки теплообменника: в зависимости от типа устройства небольшие размеры теплообменника могут не позволить достичь желаемой производительности (недостаточная площадь поверхности теплообмена).

Какой рекуператор лучше?

Как правило, критерием вождения при выборе рекуператора являются небольшие габариты устройства, однако при этом рекуператор должен обладать достаточной мощностью, чтобы соответствовать требованиям по поддержанию температуры на необходимом уровне.Этим требованиям отвечают рекуператоры OPT, относящиеся к теплообменникам нового поколения.

Как выбрать рекуператор

При выборе теплообменника должен руководствоваться опытным инженером. В этом случае установка рекуператора позволит получить желаемую температуру входящей среды, которая используется для повышения эффективности технологических процессов.

Для расчета теплообменника используются данные о температуре на входе и выходе, относительной влажности воздуха, объеме помещения и ряде других важных факторов.Специалисты рассчитают необходимую площадь теплообменной поверхности и габариты устройства. Изготовление теплообменника по индивидуальному заказу на основании выполненных расчетов обеспечит оптимальные условия в помещении.

Коммерческие устройства рекуперации отходящего тепла

Коммерческие устройства для утилизации отработанного тепла

8.5 Промышленные устройства для рекуперации тепла

Рекуператоры

В рекуператоре происходит теплообмен между дымовыми газами и воздух через металлические или керамические стены.Воздух переносится по воздуховоду или трубкам для предварительного нагрева сгорания другая сторона содержит отходящее тепло поток. Показан рекуператор для утилизации отработанного тепла дымовых газов. на рисунке 8.1.

Самая простая конфигурация рекуператора — это металлическое излучение. рекуператор, состоящий из двух концентрических отрезков металлических трубок как показано на рисунке 8.2. По внутренней трубе проходят горячие выхлопные газы, пока внешнее кольцевое пространство переносит воздух для горения из атмосферы в воздухозаборники горелок топки.Горячие газы охлаждаются поступающий воздух для горения, который теперь несет дополнительную энергию в горение камера. Это энергия, которая не обязательно должна поступать из топлива; следовательно, при данной загрузке печи сжигается меньше топлива.

Рисунок 8.2 Металлический рекуператор излучения

Экономия топлива также означает уменьшение количества воздуха для горения и, следовательно, потери в дымовой трубе уменьшаются не только за счет снижения температуры дымовых газов но также за счет выпуска меньшего количества выхлопных газов.Радиация Рекуператор получил свое название от того факта, что значительная часть передача тепла от горячих газов к поверхности внутренней трубы происходит за счет лучистой теплопередачи. Однако холодный воздух однолетних растений почти прозрачен для инфракрасного излучения, так что только конвекционное тепло передача происходит во входящий воздух. Как показано на диаграмме, два газовых потока обычно параллельны, хотя конфигурация будет проще и теплопередача более эффективна, если потоки были противоположными по направлению (или противотоку).Причина использования параллельного потока заключается в том, что рекуператоры часто выполняют дополнительную функцию охлаждения канал, отводящий выхлопные газы и, следовательно, расширяющий его срок службы.

Вторая распространенная конфигурация рекуператоров называется трубчатого типа. или конвективный рекуператор.

Горячие газы проходят через ряд параллельных труб малого диаметра. трубы, в то время как поступающий воздух, который нужно нагреть, входит в оболочку, окружающую трубы и проходит над горячими трубками один или несколько раз в направлении перпендикулярно их осям

Если трубки имеют перегородки, позволяющие газу проходить через них дважды, теплообменник называется двухходовым рекуператором; если используются две перегородки, трехходовой рекуператор и др.Хотя сбивает с толку и увеличивает стоимость теплообменника и падения давления в воздушном тракте горения, это увеличивает эффективность теплообмена. Рекуператоры кожухотрубного типа обычно более компактны и имеют более высокую эффективность, чем радиационные рекуператоров, поскольку большая площадь теплообмена стала возможной благодаря использование нескольких трубок и многократных проходов газов.

Радиационно-конвективный гибридный рекуператор:

Для максимальной эффективности теплопередачи, комбинации излучения используются конвективные конструкции, с рекуператором высокотемпературного излучения. сначала следует конвекционный тип.

Они дороже простых металлических рекуператоров излучения, но менее громоздки. Показан конвективный / радиационный гибридный рекуператор. на рисунке 8.4

Керамический рекуператор

Основное ограничение на рекуперацию тепла металлических рекуператоров сокращение срока службы футеровки при температурах на входе, превышающих 1100oC. Чтобы преодолеть температурные ограничения металлических рекуператоров, были разработаны керамические трубчатые рекуператоры, материалы которых позволяют работать на стороне газа до 1550 ° C и на стороне предварительно нагретого воздуха до 815 ° C на более-менее практическая основа.Ранние керамические рекуператоры были построены из черепица и соединенная с печным цементом, а термоциклирование вызвало растрескивание стыков и быстрое изнашивание трубок. Более поздние разработки представили различные виды коротких трубок из карбида кремния, которые можно соединять гибкими уплотнения, расположенные в коллекторах воздуха.

В более ранних конструкциях уровень утечки составлял от 8 до 60 процентов. Сообщается, что новые конструкции прослужат два года с температурой предварительного нагрева воздуха. до 700oC, с гораздо более низкими показателями утечки.

Регенератор

Регенерация, предпочтительная для больших мощностей, была очень широко используется в стекловаренных и сталеплавильных печах. Важные отношения существуют между размером регенератора, временем между реверсами, толщиной кирпича, теплопроводность кирпича и коэффициент теплоемкости кирпича.

В регенераторе время между реверсиями является важным аспектом. Длительные периоды означают более высокий запас тепла и, следовательно, более высокую стоимость.Также длительные периоды реверсирования приводят к более низкой средней температуре предварительного нагрева. и, как следствие, снижение расхода топлива. (См. Рисунок 8.5).

Накопление пыли и шлаков на поверхностях снижает эффективность теплопередачи по мере старения печи. Тепловые потери от стенки регенератора и воздух в утечках во время газового периода и на утечках во время воздушного периода также снижает теплопередачу.

Тепловые Колеса

Тепловое колесо находит все большее применение при низких и средних температурах системы утилизации отходящего тепла.Рисунок 8.6 — это эскиз, иллюстрирующий приложение. теплового колеса.

Это большой пористый диск, изготовленный из материала, имеющего довольно высокая теплоемкость, которая вращается между двумя соседними воздуховодами: одним один канал холодного газа, другой канал горячего газа. Ось диска расположена параллельно и на перегородке между двумя воздуховодами. Как диск медленно вращается, ощутимое тепло (влага, содержащая скрытое тепло) переносится на диск горячим воздухом и по мере вращения диска из диск на холодный воздух.Общая эффективность явной теплопередачи для этого типа регенератора может достигать 85 процентов. Колеса с подогревом были построены диаметром 21 метр с пропускной способностью воздуха до 1130 м3 / мин.

Вариантом теплового колеса является роторный регенератор, в котором матрица находится в цилиндре, вращающемся поперек потоков отработанного газа и воздуха. Жара или колесо рекуперации энергии представляет собой роторный регенератор тепла газа, который может передавать тепло от выхлопных газов к входящим газам.Его основная область применения — это где теплообмен между большими массами воздуха с небольшими перепадами температур требуется. Системы отопления, вентиляции и рекуперация тепла от осушитель отработанного воздуха является типичным применением.

Тепловая трубка

Тепловая трубка может передавать до 100 раз больше тепловой энергии, чем медь, самый известный дирижер. Другими словами, тепловая труба — это тепловая энергия. абсорбирующая и передающая система и не имеют движущихся частей и поэтому минимальное обслуживание.

Тепловая трубка состоит из трех элементов — герметичного контейнера и капилляра. фитиль и рабочая жидкость. Конструкция капиллярного фитиля является неотъемлемой частью встроен во внутреннюю поверхность тубы контейнера и запечатан под вакуумом. Тепловая энергия, приложенная к внешней поверхности тепла труба находится в равновесии с собственным паром, так как трубка контейнера запечатана под вакуумом. Тепловая энергия, приложенная к внешней поверхности тепла труба вызывает мгновенное испарение рабочей жидкости у поверхности.Образовавшийся таким образом пар поглощает скрытую теплоту испарения, и эта часть тепловой трубы становится испарительной областью. Затем пар перемещается к другому концу трубы, где отводится тепловая энергия, вызывая пар снова конденсируется в жидкость, тем самым избавляясь от скрытых тепло конденсации. Эта часть тепловой трубы работает как конденсатор. область, край. Затем конденсированная жидкость течет обратно в испаренную область. Рисунок тепловой трубы показан на рисунке 8.7

Производительность и преимущество

Теплообменник с тепловыми трубками (HPHE) представляет собой легкий компактный рекуператор тепла. система. Практически не требует механического обслуживания, так как есть нет движущихся частей, которые изнашиваются. Для работы не требуется входная мощность и не содержит охлаждающей воды и систем смазки. Это также снижает Требуемая мощность вентилятора и увеличивает общую тепловую эффективность системы. Системы рекуперации тепла с тепловыми трубками могут работать при 315oC.с возможностью рекуперации тепла от 60% до 80%.

Типичное приложение

Тепловые трубки используются в следующих промышленных приложениях:

1. От процесса к обогреву помещения: теплообменник с тепловыми трубками передает тепловая энергия от технологического выхлопа для отопления здания. В При необходимости можно подмешать предварительно нагретый воздух. Требование дополнительных значительно сокращается количество нагревательного оборудования для подачи нагретого подпиточного воздуха или устранены.
2. От процесса к процессу: теплообменники с тепловыми трубками утилизируют отходы. тепловая энергия от технологического выхлопа и передача этой энергии в поступающий технологический воздух. Поступающий воздух нагревается и может использоваться для того же процесса / других процессов и снижает потребление энергии потребление.
3. Приложения HVAC:

Охлаждение: Теплообменники с тепловыми трубками обеспечивают предварительное охлаждение конструкции здания. воздух летом и, таким образом, уменьшает общее количество холода в тоннах, кроме от оперативной экономии системы охлаждения.Термальная энергия приток восстанавливается из холодного выхлопа и передается в горячий подача подпиточного воздуха.

Обогрев: Зимой вышеописанный процесс меняется на обратный для предварительного нагрева. воздух для макияжа.

Другие области применения в промышленности:

• Подогрев воздуха для горения котла
• Утилизация отходящего тепла печей
• Подогрев свежего воздуха для сушилок горячего воздуха
• Рекуперация отходящего тепла оборудования каталитического дезодорирования
• Повторное использование отработанного тепла печи в качестве источника тепла для другой печи
• Охлаждение закрытых помещений наружным воздухом
• Предварительный подогрев питательной воды котла с рекуперацией отходящего тепла из дымовых газов газы в тепловых трубках экономайзеров.
• Сушильные, сушильные и хлебопекарные печи
• Рекуперация отработанного пара
• Печи для обжига кирпича (вторичное извлечение)
• Отражательные печи (вторичная регенерация)
• Системы отопления, вентиляции и кондиционирования

Экономайзер

В случае котельной системы может быть предусмотрен экономайзер для использования тепло дымовых газов для предварительного нагрева питательной воды котла. С другой стороны, в воздухонагревателе отработанное тепло используется для нагрева воздуха для горения.В В обоих случаях наблюдается соответствующее снижение потребности в топливе. котла. Экономайзер показан на рисунке 8.8.

На каждые 220 ° C снижения температуры дымовых газов при прохождении через экономайзер или подогреватель, в котле экономия топлива 1%. Другими словами, на каждые 60 ° C повышение температуры питательной воды через экономайзер, или повышение температуры воздуха для горения на 200 ° C предпусковой подогреватель, экономия топлива в котле составляет 1%.

Кожухотрубный теплообменник:

Когда среда, содержащая отходящее тепло, представляет собой жидкость или пар, который нагревается другая жидкость, тогда необходимо использовать кожухотрубный теплообменник, так как оба пути должны быть загерметизированы, чтобы выдержать давление их соответствующих жидкости. Оболочка содержит пучок труб и обычно внутренние перегородки, для направления жидкости в кожухе по трубам за несколько проходов. В оболочка по своей природе более слабая, чем трубки, поэтому более высокое давление жидкость циркулирует в трубках, в то время как жидкость более низкого давления течет через оболочку.Когда пар содержит отходящее тепло, он обычно конденсируется, отдавая свою скрытую теплоту нагретой жидкости. В этом приложении пар почти всегда находится внутри оболочки. Если наоборот предпринята попытка конденсации паров в пределах малого диаметра параллельно трубки вызывают нестабильность потока. Доступны трубчатые и кожухотрубные теплообменники. в широком диапазоне стандартных размеров с множеством комбинаций материалов для трубок и гильз. Изображен кожухотрубный теплообменник. на рисунке 8.9.

Рисунок 8.9 Кожухотрубный теплообменник

Типичные области применения кожухотрубных теплообменников включают отопление жидкости с теплотой, содержащейся в конденсатах от холодильных и системы кондиционирования; конденсат технологического пара; охлаждающие жидкости из топочные дверцы, решетки и опоры для труб; охлаждающие жидкости двигателей, воздушных компрессоров, подшипники и смазочные материалы; и конденсаты от процессов дистилляции.

Пластинчатый теплообменник

Стоимость поверхностей теплообмена является основным фактором затрат, когда температура отличия не большие. Один из способов решения этой проблемы — пластина Тип теплообменника, который состоит из ряда отдельных параллельных пластин формирование тонкого прохода потока. Каждая пластина отделена от следующей прокладками. и горячий поток проходит параллельно через альтернативные пластины, в то время как Нагреваемая жидкость проходит параллельно между горячими плитами.К улучшают теплоотдачу пластины гофрированные.

Горячая жидкость, проходящая через нижнее отверстие в головке, может проходите вверх между каждой второй тарелкой, пока холодная жидкость находится наверху голова может проходить вниз между нечетными пластинами. Когда направления горячих и холодных жидкостей противоположны, расположение описано как противоток. Пластинчатый теплообменник показан на рисунке 8.10.

Типичные промышленные применения:

• Участок пастеризации цеха упаковки молока.
• Выпарные установки в пищевой промышленности.

Змеевиковый теплообменник

Принципиально он очень похож на теплообменник с тепловыми трубками. Жара из горячей жидкости передается в более холодную жидкость через промежуточный жидкость, известная как жидкость-теплоноситель. Один виток этого замкнутого контура установлен в горячем потоке, а другой — в холодном потоке. Тираж Эта жидкость поддерживается с помощью циркуляционного насоса.

Это более полезно, когда горячая земля и холодные жидкости расположены далеко друг от друга и труднодоступны.

Типичные промышленные применения — рекуперация тепла от вентиляции, кондиционер и низкотемпературная рекуперация тепла.

Котлы-утилизаторы

Котлы-утилизаторы — это обычно водотрубные котлы, в которых выхлопные газы газовых турбин, мусоросжигательных заводов и т. д. проходят через ряд параллельных трубок, содержащих воду.Вода испаряется в трубках и собирается в паровом барабане, из которого он отводится для использования в качестве нагревателя. или технологический пар.

Поскольку выхлопные газы обычно находятся в среднем диапазоне температур а в целях экономии места можно изготовить более компактный котел. если водяные трубы оребрены, чтобы увеличить эффективный нагрев зона передачи на газовой стороне. На рисунке 8.11 показан грязевой барабан, комплект труб, по которым горячие газы проходят двойной проход, и паровой барабан который собирает пар, образующийся над поверхностью воды.Давление при котором вырабатывается пар, и скорость производства пара зависит от температуры отходящего тепла. Давление чистого пара в наличие жидкости зависит от температуры жидкости из которого он испаряется. Таблицы пара отображают это соотношение между давлением насыщения и температурой. Если отработанное тепло в выхлопных газов недостаточно для производства необходимого количества технологического паровые, вспомогательные горелки, сжигающие топливо в котле-утилизаторе или добавлены дожигатели в дымоходе выхлопных газов.Котлы-утилизаторы бывают встроенные мощности от 25 м3 почти 30 000 м3 / мин. выхлопных газов.

Типичным применением котлов-утилизаторов является рекуперация энергии из выхлопы газовых турбин, поршневых двигателей, мусоросжигательных заводов и печи.

Тепловые насосы:

В различных коммерческих вариантах, рассмотренных ранее, мы находим отходы тепло передается от горячей жидкости к жидкости с более низкой температурой.Тепло должно спонтанно течь «под гору», то есть от системы на высокой температура до единицы при более низкой температуре. Когда энергия передается многократно или преобразованный, он становится все менее и менее доступным для использования. В конце концов эта энергия имеет такую ​​низкую интенсивность (находится в среде при такой низкой температуре) что он больше не доступен для выполнения полезной функции.

Это было принято в качестве общего правила в промышленных операциях. что жидкости с температурой ниже 120oC (или, лучше, 150oC, чтобы обеспечить безопасный запас), как предел для рекуперации отходящего тепла из-за риска конденсация агрессивных жидкостей.Однако, поскольку расходы на топливо продолжают расти. повышается, даже такое отходящее тепло можно экономно использовать для отопления помещений и другие низкотемпературные приложения. Можно отменить направление спонтанного потока энергии с помощью термодинамической системы известный как тепловой насос.

Большинство тепловых насосов работают по принципу сжатия пара. цикл. В этом цикле циркулирующее вещество физически отделяется. от источника (отходящее тепло с температурой олова) и пользователя (тепло для использования в процессе (Tout), и повторно используется в циклических мода, поэтому называется «замкнутым циклом».В тепловом насосе следующие процессы проходят:

1. В испарителе тепло от источника тепла отбирается в прокипятить циркулирующее вещество;
2. Циркулирующее вещество сжимается компрессором, поднимая его давление и температура; Низкотемпературный пар сжимается компрессором, требующим внешних работ. Проделанная работа на пар повышает давление и температуру до уровня, при котором его энергия становится доступным для использования
3. Тепло отводится в конденсатор;
4. Давление циркулирующего вещества (рабочей жидкости) снижено обратно в состояние испарителя в дроссельном клапане, где цикл повторяется.

Тепловой насос был разработан как система отопления помещений с низкотемпературным энергия из окружающего воздуха, воды или земли передается в систему отопления температуры, выполняя работу по сжатию с помощью компрессора с электродвигателем. Расположение теплового насоса показано на рисунке 8.12.

Тепловые насосы могут увеличивать количество тепла до значения, превышающего вдвое больше энергии, потребляемой устройством. Возможности применения тепловых насосов растет, и ряд отраслей получили выгоду от рекуперация низкопотенциального отходящего тепла путем его модернизации и использования в основном технологический поток.

Применение теплового насоса наиболее перспективно, когда и отопление, и возможности охлаждения можно использовать в комбинации. Один из таких примеров этого завод по производству пластмасс, где охлажденная вода от жары используется для охлаждения термопластавтоматы, в то время как тепловая мощность теплового насоса используется для обогрева фабрики или офиса. Другие примеры теплового насоса установка включает сушку продукта, поддержание сухой атмосферы для хранения и осушение сжатым воздухом.

Термокомпрессор:

Во многих случаях пар очень низкого давления повторно используется в качестве воды после конденсации. из-за отсутствия лучшего варианта повторного использования. Во многих случаях это становится возможным для сжатия этого пара низкого давления паром очень высокого давления и повторного использования это как пар среднего давления. Основная энергия пара находится в его скрытой теплотворная способность и, следовательно, термокомпрессия дадут значительное улучшение утилизация отходящего тепла.

Термокомпрессор представляет собой простое оборудование с соплом, в котором пар высокого давления ускоряется в жидкость с высокой скоростью.Это увлекает пар НД. путем передачи импульса, а затем повторно сжимается в расходящейся трубке Вентури. Фигура термокомпрессора показан на рисунке 8.13.

Обычно используется в испарителях, где кипящий пар повторно сжимается. и используется как греющий пар.

Рисунок 8.13 Термокомпрессор

Теплообменник с прямым контактом:

Пар низкого давления может также использоваться для предварительного нагрева питательной воды или некоторых другая жидкость, смешиваемость которой приемлема.Этот принцип используется в Теплообменник с прямым контактом и находит широкое применение в парогенерации. станция. По сути, они состоят из нескольких лотков, установленных один над другие или упакованные кровати. Пар подается под набивку, в то время как сверху распыляется холодная вода. Пар полностью конденсируется в поступающая вода тем самым нагревает ее. Фигура прямого контакта тепла Обменник показан на рисунке 8.14. Типичное применение — деаэратор. парогенератора.

Компактная встроенная микроканальная камера сгорания, рекуператор и теплообменник Для хранения водорода | Институт передовых технологий и производства (ATAMI)

Название

Компактная встроенная микроканальная камера сгорания, рекуператор и теплообменник Для хранения водорода

Реферат

В этой диссертации представлен новый микромасштабный теплообменник камеры сгорания (μCHX) для приложений хранения водорода.Конструкция μCHX мотивирована его применением в двух конкретных системах для автомобильного использования — тех, которые используют гидриды металлов (MH) и криоадсорбенты (CA) для хранения водорода. В слой MH необходимо подавать тепловую энергию, чтобы поднять его температуру до 170 ° C, чтобы десорбировать водород для использования в топливном элементе. С другой стороны, в системе CA водородный газ, который выходит из резервуара для хранения, необходимо нагреть до минимальной температуры -40 ° C перед входом в топливный элемент. В условиях холодного пуска теплообмена с окружающим воздухом или хладагентом топливных элементов недостаточна для обеспечения этой минимальной температуры, что требует дополнительного источника тепловой энергии.Для обеих систем хранения требуемая тепловая энергия может быть обеспечена за счет окисления небольшого количества водорода и передачи тепла от горения рабочей жидкости, которой является масло в системе MH и водород в системе CA. Представленный здесь μCHX представляет собой компактный и высокоэффективный способ обеспечения необходимого уровня тепловой энергии. ΜCHX состоит из повторяющихся элементарных ячеек, каждая из которых выполняет идентичные единичные операции, а именно (а) каталитическое сжигание водородно-воздушной смеси, (б) передачу выработанной тепловой энергии теплоносителю и (в) рекуперацию между поток выхлопных газов и поступающие газы-реагенты.Гетерогенно-каталитическое горение происходит на стенках микроканалов в присутствии платинового катализатора. Многокиловаттное устройство µCHX может быть достигнуто за счет наличия нескольких элементарных ячеек с соответствующими распределительными коллекторами для жидкости. Конструкция μCHX является общей для обеих систем хранения водорода с небольшими изменениями. Конструкция µCHX выполняется с использованием моделирования динамики жидкости (CFD) на уровне элементарной ячейки и устройства. На уровне элементарной ячейки производительность документируется с использованием проверенных моделей CFD для вариаций геометрических и жидкостных параметров.Различные геометрические параметры включают длину и расположение слоя катализатора, длину устройства и высоту канала сгорания. Различные параметры текучей среды включают температуру рабочей жидкости на входе, расход рабочей жидкости и реагентов, а также отношение эквивалентности реагентов. Производительность характеризуется общей эффективностью, эффективностью теплопередачи и конверсией водорода. Параметрические вариации фиксируются безразмерно как вариации чисел Дамколера и Пекле, которые, в свою очередь, используются для описания изменений в конверсии водорода и эффективности.Карты характеристик конверсии водорода и падения давления в канале сгорания представлены на основе значений чисел Дамколера и Пекле, а также определены области желаемой работоспособности камеры сгорания. Для CA µCHX показано, что с помощью новой системы распределенного катализатора предотвращается затухание реакции из-за потока холодного газа и достигается конверсия водорода, превышающая 95 процентов для ряда рабочих условий. Сравнение моделирования и экспериментов не проводится, поскольку при моделировании (а) предполагаются идеальная активность катализатора и поверхностное распределение, и (б) влияние проводимости подложки не учитывается.На уровне устройства выполняется трехмерное моделирование потока жидкости для обеспечения однородности распределения потока при сохранении низкого перепада давления в устройстве. Ограничения изготовления также включены в дизайн и моделирование на уровне устройства. Мульти-ваттный CA µCHX, состоящий из 16 элементарных ячеек, экспериментально охарактеризован с использованием азота в качестве суррогатного теплоносителя. В экспериментах общая длина катализатора 22,5 мм используется вместо 12,5 мм (которые использовались для моделирования) для учета пониженной активности катализатора в смоделированном идеальном случае.Результаты экспериментов показывают, что время пребывания водорода и температура тела существенно влияют на общую эффективность устройства. Достигнуты конверсии до 94,1% и КПД до 88,3%. Наибольшая конверсия водорода зафиксирована при коэффициенте эквивалентности 0,6.

Заключительный отчет, Материалы для промышленных систем рекуперации тепла, Задача 1 Улучшенные материалы и работа рекуператоров для алюминиевых плавильных печей (Технический отчет)

Кейзер, Джеймс Р., Сарма, Горти Б., Текди, Арвинд, Мейснер, Роберта А., Фелпс, Тони, Уиллоуби, Адам В., Горог, Дж. Питер, Зе, Джон, Нингилери, Шридас, Лю, Яншэн и Сяо, Чэнхэ. Заключительный отчет, Материалы для промышленных систем рекуперации тепла, Задача 1 Улучшенные материалы и работа рекуператоров для плавильных печей для алюминия . США: Н. П., 2007. Интернет. DOI: 10.2172 / 919037.

Кейзер, Джеймс Р., Сарма, Горти Б., Текди, Арвинд, Мейснер, Роберта А., Фелпс, Тони, Уиллоуби, Адам В., Горог, Дж. Питер, Зе, Джон, Нингилери, Шридас, Лю, Яншэн и Сяо, Чэнхэ. Заключительный отчет, Материалы для промышленных систем рекуперации тепла, Задача 1 Улучшенные материалы и работа рекуператоров для плавильных печей для алюминия . Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/919037

Кейзер, Джеймс Р., Сарма, Горти Б., Текди, Арвинд, Мейснер, Роберта А., Фелпс, Тони, Уиллоуби, Адам В., Горог, Дж. Питер, Зе, Джон, Нингилери, Шридас, Лю, Яншэн и Сяо, Чэнхэ.Солнце . «Итоговый отчет, Материалы для промышленных систем рекуперации тепла, Задача 1. Улучшенные материалы и работа рекуператоров для плавильных печей для алюминия». Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/919037. https://www.osti.gov/servlets/purl/919037.

@article {osti_919037,
title = {Итоговый отчет, Материалы для промышленных систем рекуперации тепла, Задача 1. Улучшенные материалы и работа рекуператоров для плавильных печей для алюминия},
автор = {Кейзер, Джеймс Р. и Сарма, Горти Б. и Текди, Арвинд и Мейснер, Роберта А. и Фелпс, Тони и Уиллоуби, Адам В. и Горог, Дж. Питер и Зе, Джон и Нингилери, Шридас и Лю, Яншэн и Сяо, Chenghe},
abstractNote = {Производство алюминия - очень энергоемкий процесс, который приобретает все большее значение в США.Этот проект был сосредоточен на вопросах материалов, связанных с рекуперацией энергии из потока дымовых газов во вторичной промышленности, где лом и переработанный металл плавятся в больших печах с использованием газовых горелок. Рекуператоры - это один из методов передачи тепла от дымовых газов воздуху, предназначенный для использования в газовых горелках. За счет предварительного нагрева воздуха для горения необходимо использовать меньше топлива для повышения температуры газа до желаемого уровня. Рекуператоры успешно используются для предварительного нагрева воздуха, однако во многих случаях металлические трубы рекуператора имеют относительно ограниченный срок службы - от 6 до 9 месяцев.Цель этого проекта состояла в том, чтобы определить причину быстрого разрушения трубок, а затем рекомендовать альтернативные материалы или условия эксплуатации для продления срока службы трубок рекуператора. Первым шагом к пониманию деградации труб было исследование открытых труб для выявления продуктов коррозии. Анализ поверхностной окалины показал, что в первую очередь оксиды железа, а не оксид хрома, предполагают, что трубы, вероятно, подвергались циклическому воздействию до относительно высоких температур до такой степени, что циклирование и последующее отслаивание оксида снижали поверхностную концентрацию хрома ниже критического уровня.Чтобы охарактеризовать температуры, достигаемые трубками, на выбранные трубки устанавливали термопары и измеряли температуры. В течение нескольких часов цикла печи температура трубы значительно превышала 1000 ° C, а в некоторых случаях измерялась температура более 1100 ° C. Дальнейшие температурные характеристики были выполнены с помощью инфракрасной камеры, и эта камера четко показала изменения температуры в первом ряду трубок в четырех модулях рекуператора. Вычислительная гидродинамика использовалась для моделирования потока воздуха для горения в трубах и дымового газа вокруг внешней стороны труб.Это моделирование показало, что распределение воздуха в трубах не было равномерным, и на него сильно влияли скорость и турбулентность, создаваемая элементами в нижней камере, такими как прорези вилочного погрузчика, конструктивные элементы и сломанные спиральные ребра, изначально предназначенные для способствовать нелинейному течению в трубках. Конечно-элементное моделирование напряжений, возникающих между трубками в первом и втором рядах, показало, как напряжения могут стать достаточно большими, чтобы учесть изгиб и изгиб трубок в первом ряду.Для предотвращения быстрой деградации и, как следствие, короткого срока службы трубок рекуператора были предложены два подхода. Сплавы, которые образуют поверхностный слой оксида алюминия, с большей вероятностью выдержат переходы к очень высоким температурам. Однако наличие этих сплавов в трубах требуемых размеров может быть проблемой, как и возможность сварки этих сплавов с другими компонентами рекуператора. Другой подход повлечет за собой улучшение конструкции модуля рекуператора и изменение рабочих процедур, чтобы избежать условий, в которых очень горячие дымовые газы протекают через трубы рекуператора, в то время как воздух с пониженным содержанием воздуха для горения течет через трубы рекуператора.},
doi = {10.2172 / 919037},
url = {https://www.osti.gov/biblio/919037}, journal = {},
number =,
объем =,
place = {United States},
год = {2007},
месяц = ​​{9}
}

Конструкция двигателя

— Может ли турбовинтовой двигатель использовать рекуператор?

Авиационный двигатель — это термодинамическое устройство, преобразующее тепло в механическую энергию.«Виртуальный» воздушный пакет, попадающий в двигатель, проходит через термодинамический цикл, который определяет большую часть эффективности силовой установки, которая включает в себя довольно большой патрон необратимого воздушного трения с незначительной ролью потерь в подшипниках.

Однако процесс инженерной оптимизации включает в себя гораздо больше, чем просто эффективность электростанции. В конечном итоге оптимизация ориентирована на получение максимальной прибыли в долларах за единицу времени, но более оптимистичный взгляд заключается в том, что инженер оптимизирует топливную эффективность самолета в целом.На практике это приводит к нахождению баланса между удельной мощностью и топливной экономичностью, поскольку дополнительный вес увеличивает требуемую мощность.

Рекуператор — это теплообменник между воздухом нагнетания компрессора и воздухом выхлопа двигателя ^* . Его цель — заменить часть энергии, необходимой для сгорания топлива, энергией, извлекаемой из выхлопных газов, и никоим образом не изменяет термодинамический цикл. Я просмотрел некоторые (приблизительные) данные турбовинтового ПТ-6 на 850shp: [источник, скопирован из учебного руководства]

• Окружающий: 300K
• Нагнетание компрессора: 600K
• Вход турбины: 1200K
• Выхлоп: 800K

Рекуператор теоретически может охлаждать выхлоп до 600K и нагревать сжатый воздух до 800K (идеальный противоточный теплообменник бесконечно длинной длины) для дельты 200K.Общее желаемое повышение температуры от нагнетания компрессора до входа в турбину составляет 600K (1200K-600K), поэтому мы можем уменьшить требуемый расход топлива на 1/3 (по-прежнему требуется только дельта 400K). Кажется, отлично!

На практике теплообменники громоздкие (воздух — ужасная жидкость для переноса тепла). Кроме того, он работает только с разницей в 200К. В таком случае реальный вопрос заключается в том, можно ли сделать реальный теплообменник воздух-воздух (вероятно, перекрестного типа, например, автомобильный интеркулер, менее эффективный, чем теплообменник противотока) настолько эффективным, чтобы он не вносил больше потерь, чем прибылей.Исторические данные показывают, что это маловероятно, особенно с учетом стоимости (материал должен выдерживать 800 тыс.).

Кроме того, если мы идем по пути теплообменников, доступны различные варианты. Например, промежуточный охладитель (охлаждение между ступенями компрессора, что на самом деле улучшает термодинамический цикл) может работать как при более высокой разнице температур, так и при более низкой абсолютной температуре, и будет создавать только одно препятствие потоку, когда воздух все еще достаточно компактный (требуется мощность это объемный расход, умноженный на падение давления!) внутри двигателя.Однако исторические данные снова говорят о том, что это нерентабельно, и вместо этого, похоже, способствует увеличению температуры и давления в камере сгорания.

^* Вы спросите, а почему бы не обогреть приточный воздух отработанным? Мы бы работали над гораздо большей разницей температур! Фактически, это было бы контрпродуктивно, поскольку термодинамический цикл работает на разнице между высокой и низкой температурой. Повышение температуры на входе непропорционально увеличивает мощность, необходимую для сжатия воздуха, и не приводит к увеличению мощности турбины (которая, в конце концов, работает на перепаде давления и не может извлекать работу из горячего воздуха при атмосферном давлении).Есть причина, по которой мы используем промежуточные охладители, а не промежуточные нагреватели в компрессорах.

(PDF) Высокоэффективный рекуператор с низким перепадом давления для высокоскоростного и мощного безмасляного турбогенератора

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ И ДАЛЬНЕЙШИЕ ДЕЙСТВИЯ

Сводка достижений

Возможность разработки компактного турбогенератора

Система, способная производить 8 + кВт в упаковке

примерно 5 кг было ранее продемонстрировано [3]. Удельная мощность

1.5 кВт / кг было достигнуто при рабочей скорости

приблизительно 154000 об / мин. Пиковая мгновенная мощность 8,8

кВт была достигнута при проектной скорости 180000 об / мин, что дает удельную мощность

1,76 кВт / кг, а при номинальной мощности 8 кВт удельная мощность

составляет 1,6 кВт / кг (1 л.с. / фунт-метр). Также было продемонстрировано, что

продемонстрировала, что система со спаренными роторами, изолирующая секцию генератора

от тепла секции газотурбинного двигателя

, является жизнеспособной и технологией, обеспечивающей надлежащее управление температурой двигателя

.Продемонстрирована стабильная работа системы с фольгированным подшипником

и сцепной системой на полном ходу.

Тепловой КПД без рекуперации был определен на основе

экспериментальных измерений и составляет примерно 12%. Ожидается, что

обеспечит адекватную основу для достижения

большей, чем желаемая эффективность рекуперации в 25%.

Рекуператор радиальной конфигурации был также разработан, и

продемонстрировал эффективность теплопередачи выше

примерно 90% в условиях работы двигателя.При этом уровне эффективности

можно достичь рабочего цикла двигателя или

термического КПД, превышающего 25%, потенциально до 30%.

Понятно, что добавление рекуператора

увеличит общий вес и, следовательно, снизит удельную мощность.

Однако, в зависимости от области применения, можно утверждать, что повышение эффективности

легко компенсирует вес рекуператора.

Учитывая, что эти усилия продемонстрировали машину мощностью 8 кВт, а

тот факт, что существуют более крупные коммерческие турбогенераторы и

авиационных вспомогательных силовых агрегатов мощностью 30 кВт и выше, эти усилия

обеспечивают путь к еще меньшим, более высоким

и турбогенераторы высокой мощности для различных применений: от роботов

до небольших дистанционно управляемых транспортных средств, БПЛА и даже

автомобильных расширителей диапазона.

Следующие шаги

Как описано выше, авторы завершили предварительные испытания макета

полномасштабных компонентов и подсистем, чтобы

продемонстрировали выходную мощность 8 кВт в пакете 1,6 кВт / кг, эффективность рекуператора

> 90%, и прогнозируемый КПД

30% на основе измеренного КПД

без рекуперации 12%. Следовательно, следующим логическим и критическим этапом в разработке

высокоэффективных, с высокой удельной мощностью, малых турбогенераторов

является демонстрация работы компрессора

, турбины, камеры сгорания, рекуператора и генератора

, работающих вместе как единое целое. функционирующая система.

Комплексное тестирование системы с использованием существующих и уже проверенных конструкций компонентов

предоставит важные данные, которые необходимы

для проверки влияния рекуператора на эффективность системы, расход топлива

и выходную мощность, а также предоставят данные

для турбогенератора в целом система терморегулирования и окончательная конфигурация системы турбогенератора

.

В то время как вторичный воздушный поток может и будет использоваться для управления

температурных градиентов внутри турбогенератора, приближается к

, которые используют минимальное количество воздушного потока, необходимы для максимизации эффективности системы

.Кроме того, чтобы минимизировать вес и объем

турбогенератора с рекуперацией, необходимо доработать общую конфигурацию системы

. Наконец, тестирование для оценки способности

справляться с быстрыми переходными процессами при запуске и отключениями,

, а также горячими перезапусками с текущим оборудованием, поможет

выявить любые дополнительные проблемы конструкции перед более мощным интегрированным прототипом машины

, показанном концептуально на рисунке 12,

спроектирован и разработан.

БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы благодарят Майка Томашевски и Чарльза

Showalter за их работу по интеграции и тестированию прототипа рекуператора

. Мы также с благодарностью признаем спонсорство

DARPA за поддержку программы через нашу программу

менеджеров

доктора Билла Кобленца и доктора Джона Мэйна.

ССЫЛКИ

[1] Доулинг, К., 1997 «Источники энергии для малых роботов»,

CMU-RI-TR-97-02, Университет Карнеги-Меллона

[2] Fu, K., Knobloch, AJ, Martinez, FC, Walther, DC,

Fernandez-Pello, C., 2001, Pisano, AP, Liepmann, D.,

Miyaska, K., Maruta, K «Дизайн и экспериментальные результаты

малых роторных двигателей », IMECE2001 / MEMS-23924

[3] Хешмат, Х., Уолтон, Дж. Ф., и Хансбергер, А.,« Безмасляный 8

Высокоскоростной турбогенератор большой мощности мощностью

кВт, «

Материалы выставки ASME Turbo Expo 2014, GT2014-27306

[4] Вик, М.J., Heyes, A., Pullen, K., 2010 «Обзор конструкции

трехкиловаттного керамического турбовального двигателя

», J. Eng. Газ Турб. & Power-Transactions

ASME, 132, ISSN: 0742-4795

[5] Дж. Кессели, Т. Вольф, Дж. Нэш и С. Фридман, «Micro,

Промышленные и современные газовые турбины, использующие

Рекуператоры », Документ ASME № GT2003-38938, 2 июня 2003 г.

[6] Макдональд, К.Ф.,« Рекомендации по рекуператору для будущего

Микротурбины с повышенным КПД », Applied Thermal

Engineering 23 (2003) 1463-87

[7] С.Л. Гамильтон, 2003, Справочник по генераторам микротурбин

, PennWell Corp., Талса, OK

[8] А. Ромье, «Технология малых газовых турбин», Applied

Тепловая инженерия 24 (2004) 1709–1723

[9] S. Gillette, «Технология микротурбин созревает», Power 154

(11) (2010) 52-53

[10] Incropera, FP, DeWitt, DP, Fundamentals of Heat and

Mass Transfer, 1996 , Wiley, стр. 600

[11] Кольцевой рекуператор с перекрывающимися квазигратами

трактов потока, предварительная U.S. Заявка на патент. № 62/040,559

[12] Мэтьюз, У. Дж., Мор, К.Л., Уокер, Л.Р. 2009

«Сравнение трех рекуператоров с первичной поверхностью

микротурбин», документ ASME № GT2009-59041 8 июня 2009 г.

[13] Макдональд, К.Ф., Роджерс, К. «Малая рекуперированная керамическая концепция

, демонстрационный образец микротурбины», Приложение . Thermal Eng. 28

(2008) 60-74

Авторские права © 2015, ASME

.