Тепло из воздуха

Вентиляция. Она может свести на нет приложенные нами усилия по утеплению и герметизации дома. Непонятно, зачем бороться с щелями и «мостиками холода», если мы потом сами же, проветривая комнаты, выгоняем тепло на улицу через открытую форточку или щелевые проветриватели, с помощью которых многие по-прежнему решают проблему вентиляции.

Существует ли компромисс, позволяющий обеспечить жильцов достаточным количеством свежего воздуха и сохранить полученный эффект теплосбережения? Да, и примером тому может служить механическая вентиляция с рекуперацией тепла.

Естественно, но не разумно

Поясним, почему традиционный подход к решению проблемы вентиляции в энергоэффективном доме не приемлем.

У многих домовладельцев система вентиляции решена по-старинке. Согласно существующим российским СНиПам, жилые здания в обязательном порядке оборудуются вытяжными каналами в санузле и на кухне. Какое-то количество «отработанного» воздуха удаляется с их помощью, при условии, что столько же свежего - поступает с улицы обратно. Чтобы это происходило, размер «входов» для воздухопотока должен в общей сложности равняться размеру «выходов». Только тогда можно говорить о том, что при помощи естественной приточной вентиляции будет работает вытяжка.

В советские времена такая схема работала. Потому что окна были с щелями (которые, вопреки распространенному мнению, были предусмотрены проектными расчетами, а не являлись результатом некачественного производства и монтажа), стены – без высокого уровня утепления, двери – без современных уплотнителей. И общая площадь лазеек для воздуха примерно равнялась площади вытяжных каналов. Но самое главное – размеры жилых помещений были значительно скромнее (и кратность воздухообмена соответствовала норме). А потому вентиляция, организованная нехитрым «дедовским» методом, давала должный эффект.

Сегодня изменились не только площади (средний коттедж – порядка 150-200 кв. м) и конструктивные решения квартир и домов, но и наше мышление. Появилась потребность в ресурсоэкономии, а значит – в эффективных методах теплоизоляции. Дома стали практически герметичными. Но их жильцы, довольные полученным эффектом теплосбережения, стали испытывать дискомфорт в своих жилищах из-за недостатка свежего воздуха. И вот теперь, борясь с духотой, они приоткрывают окна, искусственно создавая те самые щели, с которыми боролись с помощью герметичных окон. Стоит ли говорить, насколько вентиляция, вынуждающая жильцов обогревать улицу, убийственна для идеи энергоэффективности!

Проблема естественной вентиляции - не только в ее тепловой расточительности. Она грешит еще и тем, что совершенно не поддается прогнозированию и контролю – слишком от многих факторов зависит качество полученного с ее помощью воздухообмена: от температуры воздуха на улице, силы и направления ветра и так далее. Например, в ветреную погоду при открытии щелевых проветривателей тепло будет слишком быстро выдуваться на улицу, а в тихую – воздухообмен может вообще не замечаться.

Ощутимо, но не экономично

Итак, мы пришли к тому, что естественный воздухообмен, каким бы ни был соблазн сэкономить на дорогом оборудовании, его установке и эксплуатации, - противоречит идее энергоэффективности. Нужно признать, что качественная вентиляция дома не возникнет сама по себе. И самое лучшее – предусмотреть установку этой системы еще на стадии проектирования здания. Проблему можно решить и если дом уже построен. Правда, в этом случае придется в каждом помещении искать компромиссы между вентиляцией и вмешательством в существующий интерьер.

Достойным решением могла бы стать механическая система вентиляции, называемая так потому, что осуществляет поступление или вытягивание воздуха посредством вентиляторов. Воздух с улицы поступает в дом по специальным вентиляционным трубам, при этом проходя предварительную фильтрацию. Встроенные в систему вентиляторы и автоматика позволяют контролировать интенсивность движения и направление воздухопотоков.

Принудительный воздухообмен может быть организован по принципу приточной, вытяжной или, что более распространено, приточно-вытяжной вентиляции.

Особенность приточной вентиляции в том, что загрязненный воздух не удаляется, а просто смешивается с чистым. Напротив, вытяжная система предназначена для удаления загрязненного воздуха из помещения. Однако для ее эффективной работы необходимо, чтобы объем воздуха, который удалялся, компенсировался притоком свежего воздуха – для этого приходится использовать приемы естественной вентиляции (форточки, фрамуги, щелевые проветриватели), что сильно увеличивает теплопотери.

Наиболее ощутимый эффект воздухообмена дает приточно-вытяжная система вентиляции, работающая с использованием независимых систем притока и вытяжки.

От естественной вентиляции-вытяжки ее выгодно отличает производительность – до 1 200 куб.м/ч по сравнению с 60–90 куб.м/ч. Правильно подобранный вытяжной прибор может на 96 % очистить загрязненный воздух за 6–8 минут. Однако принцип энергоэффективности при использовании приточно-вытяжной вентиляции остается под большим вопросом - слишком расточительна такая система при эксплуатации. На ее работу затрачивается около половины всей потребляемой энергии дома, причем основная часть расходуется на нагрев приточного воздуха, который поступает в дом с улицы.

Дело в том, что, например, в холодное время года мы не можем подавать в помещение воздух минусовой температуры, его надо хотя бы частично нагреть. Если же вентиляция работает по обычной схеме: воздух с улицы взяли, нагрели и снова выпустили наружу – нагревательным элементам придется постоянно работать в удвоенном режиме. Судите сами: при температуре за окном – 20°С, чтобы воздух достиг комнатной температуры, его нужно нагреть на 40°С. Нагреть, чтобы потом снова «выбросить» на улицу. Сплошное расточительство. При этом тратится не только дорогостоящие киловатты, но и мощности отопительного оборудования, которых, как известно, в домах с высоким уровнем энергопотребления, может попросту не хватать. Уточним, что для устройства приточной вентиляции потребуется отдельный от общей системы отопления нагревательный элемент, функционирующий на любом энергоносителе. Это может быть электрический радиатор или отопительное устройство, работающее от горячего водоснабжения. В обоих случаях требуется дополнительная разводка, дополнительные энергомощности.

Рекуперация тепла: «отработанный» воздух – в дело

Сэкономить расход энергии на нагрев воздуха поможет оснащение механической вентиляции специальным устройством – рекуператором (от латинского слова recuperator – возвращающий, получающий обратно) тепла. Это энергоэффективное решение позволяет получить до 60-90 % тепла из удаляемого воздуха, что снижает затраты на обогрев дома в среднем на 25-40%.

Смысл рекуперации тепла в том, чтобы выходящий наружу воздух отдал свое тепло и нагрел воздух приточный. Рекуператоры, в зависимости от заявленного производителем КПД, могут еще на входе воздухопотока в помещение «довести» его до 70-80 процентов от необходимой для комфорта температуры. Таким образом, мы, вместо -20°С, получим, например, +10°С. Воздух останется лишь немного «донагреть» с помощью отопительного прибора.

При этом важно понимать, что в системах вентиляции с рекуперацией тепла приточные и вытяжные воздуховоды расположены таким образом, что отработанный теплый воздух, попадая в специальный теплообменник и отдавая тепло приточному холодному, не смешивается с ним.

Существует множество вариантов исполнения вентиляции с рекуперацией тепла – с помощью пластинчатого, роторного, жидкостного и других рекуператоров. Первые два типа используются наиболее часто. Наиболее известными на нижегородском рынке производителями оптимального по соотношению «цена-качество» оборудования для рекуперации тепла являются PM-LUFT (Швеция), VTS (страны ЕЭС), KORF (Россия).

Пластинчатый (перекрестно-точный) рекуператор представляет собой кассету, внутри которой вытяжной и приточный воздух текут по каналам, разделенным листами, как правило, оцинкованной стали. Эти два потока никогда не смешиваются, но процесс теплообмена проходит неизбежно, благодаря одновременному охлаждению и нагреву пластин с разных сторон. Чем тоньше эта пластина, тем лучше теплообмен.

Популярность данной конструкции рекуператора объясняется его сравнительно небольшими габаритами и дешевизной (от 15 до 40 тысяч рублей).

Недостатком пластинчатых рекуператоров считается их ограниченный КПД, а также то, что при минусовых температурах всегда есть вероятность формирования наледи со стороны вытяжки, из-за постоянного образования конденсата в вытяжных каналах. Однако для использования в частном доме это наиболее оптимальный вариант.

Для более крупных, чаще всего промышленных, объектов применяют другой тип рекуператоров - роторный. Устройство напоминает большой барабан (ротор) в мелкую ячейку, расположенный в осевом направлении приточно-вытяжной установки. Через верхнюю часть «барабана» проходит вытягиваемый воздух, через нижнюю - уличный. Теплый воздух нагревает ячейки ротора, который постоянно и очень медленно вращается, и нагретой частью передает тепло холодному потоку с улицы. У таких рекуператоров значительно выше КПД, но он имеет весьма внушительные габариты, что вызывает сложности с монтажом в частном доме. К тому же устройство имеет высокую стоимость, которая может составлять от 100 тысяч рублей.

Коэффициент полезного действия рекуператора зависит от многих параметров, но среднестатистически колеблется в интервале 50 - 65%. В случае блочной установки нескольких рекуператоров КПД установки реально может возрасти до 75%.

В большинстве случаев оборудование приточно-вытяжной вентиляции для использования в частном доме размещается на чердаке. Сюда в любом случае выходят вытяжные воздуховоды, есть необходимое пространство для размещения всех теплоизолированных агрегатов.

Попробовали и подсчитали

То, как рекуператорные установки постепенно получают признание на российском рынке, напоминает историю с кондиционерами. К охладительным приборам наш потребитель тоже привык не сразу – долгое время они воспринимались лишь как дорогостоящее излишество. Сейчас редкий домовладелец не имеет дома кондиционера. И вот что интересно. Те, кто, заботясь о комфортном микроклимате, установили у себя механическую вентиляцию с рекуперацией тепла, уже не могут себе представить, как их соседи без нее обходятся (и, кстати, оказываясь в гостях, безошибочно определяют, каким способом в незнакомом помещении осуществляется воздухообмен). Соображения их таковы: если кондиционер они используют в лучшем случае четыре недели в году (когда держится по-настоящему жаркая погода), то вентиляция, позволяющая жильцам ежедневно получать приличную дозу свежего воздуха, востребована круглогодично.

Как показывает практика, мотивом к устройству механической вентиляции чаще является потребность в комфорте, а не в энергоэкономии. Решение оборудовать систему рекуператорами тепла заказчик, как правило, принимает после представленных ему расчетов. Ему разъясняют возможную экономию буквально на пальцах. Вот вы ставите обычную вентиляцию без рекуперации (приточно-вытяжная установка, вентилятор, нагревательный элемент). Вам это будет стоит примерно 200 тысяч руб.. Но платить за ее эксплуатацию (затраты на нагрев приточного воздуха) придется в среднем 5 тысяч руб. в месяц. Вентиляция с рекуперацией тепла обойдется, по грубым расчетам, в 250-300 руб., но затраты на ее работу будут снижены до 1,5 тысяч руб. в месяц. Получаем 42 тысячи руб. чистой экономии в год. Доплата за рекуператор и его установку окупается почти за год, а дальше идет сплошная экономия.

Из чего собирается вент-конструктор

Как и любая система жизнеобеспечения, искусственная вентиляция предполагает набор обязательного и дополнительного оборудования. Она собирается по принципу конструктора, основными элементами которого будут: воздухозаборная решетка, воздушный клапан, фильтр, вентилятор, воздуховоды, распределители воздуха, калорифер или воздухонагреватель; дополнительными - шумоглушитель, рекуператор, система автоматики.

Через воздухозаборную решетку наружный воздух поступает в систему вентиляции. Выполняя декоративную функцию, этот элемент защищает внутренние помещения от попадания внутрь капель дождя и посторонних предметов.

Воздушный клапан служит для предотвращения попадания в помещение наружного воздуха при выключенной системе вентиляции. Он особенно необходим зимой, поскольку без него в помещение бесконтрольно проникал бы холодный воздух и снег. Как правило, в приточно-вытяжных системах вентиляции устанавливаются воздушные клапаны с электроприводом, что позволяет полностью автоматизировать управление системой: при включении вентилятора клапан открывается, при выключении — закрывается.

Фильтр защищает от пыли, пуха и насекомыхкак саму систему вентиляции, так и вентилируемые помещения. Система фильтрации может иметь самое разное исполнение, в зависимости от предъявляемых требований к качеству получаемого воздуха. Обычно в системе устанавливается один фильтр грубой очистки, который задерживает частицы величиной более 10 мкм. Если домовладелец подходит к вопросу экологии жилья со всей серьезностью, то дополнительно может установить фильтры тонкой очистки (для частиц до 1 мкм) и особо тонкой очистки (задерживают частицы до 0,1 мкм). Фильтрующим материалом при грубой очистке служит ткань из синтетических волокон, например акрила. Ее нужно периодически менять или очищать от грязи и пыли, обычно не реже одного раза в месяц. Иначе пострадает не только качество поступаемого воздуха и собственно воздухообмена, но и вентиляционное оборудование, так как из-за забившихся пор фильтра ему, чтобы выдать требуемый результат, придется работать в усиленном режиме.

Калорифер или воздухонагреватель, предназначенный для подогрева уличного воздуха в зимнее время, может быть водяным или электрическим. Для небольших приточных установок или систем с использованием рекуперации тепла выгоднее использовать электрические калориферы, поскольку установка такой системы требует меньших затрат. Для больших помещений (площадью более 100 кв.м) и систем, не оборудованных рекуператорами, желательно использовать водяные нагреватели, иначе затраты на электроэнергию окажутся запредельными.

Бороться с шумами, которым грешит вентиляционное оборудование, очень сложно. Основным источником этого низкочастотного весьма специфичного шума, который особенно ощутим в частных домах в ночное время суток, являются турбулентные завихрения воздуха на лопастях вентилятора, то есть аэродинамические шумы. Чтобы минимизировать звуковой эффект или свести его на нет, в системе дополнительно устанавливается шумоглушитель, который, кстати, значительно увеличивающая цену вопроса.

После выхода из шумоглушителя обработанный и нагнетаемый вентилятором воздушный поток готов к распределению по помещениям. Для этих целей используется воздухопроводная сеть, состоящая из воздуховодов и фасонных изделий (тройников, поворотов, переходников). Основными характеристиками воздуховодов являются площадь сечения, форма (круглая или прямоугольная) и жесткость (бывают жесткие, полугибкие и гибкие воздуховоды). Скорость потока в воздуховоде не должна превышать определенного значения, иначе воздуховод станет источником лишнего шума.

Как правило, в качестве воздухораспределителей, через который воздух из воздуховода попадает в помещение, используют решетки (круглые или прямоугольные, настенные или потолочные) или диффузоры (плафоны). Помимо декоративных функций они служат для равномерного рассеивания воздушного потока по помещению, а также для индивидуальной регулировки воздушного потока, направляемого из воздухораспределительной сети в каждое помещение.

Помимо рекуператорной установки, которая дает весьма ощутимый энергоэффект, система вентиляции может иметь массу дополнительных «фишек». По аналогии со всеми климатическими установками, работающими по принципу «два в одном», «три в одном» (кондиционер с функцией увлажнения и очищения воздуха), вентиляционное оборудование может еще и охлаждать приточный воздух в жаркое время года. В приточную систему встраивается охладительная секция - центральный кондиционер. Охладители бывают, например, водяные. В этом случае через теплообменник циркулирует вода, которую охлаждает чиллер (холодильная машина). Чиллер может быть расположен на крыше или на техническом этаже. Также бывают фреоновые охладители (фреоновые испарители). Для них в качестве холодильной машины используется компрессорно-конденсаторный блок.

Система управления вентиляцией может иметь простейшее исполнение: состоять только из выключателя с индикатором, позволяющим включать и выключать вентилятор. Но автоматизация управления системой имеет массу преимуществ, дающих жильцам не просто комфорт, но и реальную экономию. Система сама включит калорифер при понижении температуры приточного воздуха, проследит за чистотой фильтра, будет управлять воздушным клапаном и т. д. В качестве элементов управления используют термостаты, гигростаты, датчики давления, датчики присутствия – они дают ощутимый энергоэффект, так как не позволяют вентиляционной установке работать вхолостую. Это для энергоэффективного дома более чем актуально.

В идеале подача воздуха в помещение должна регулироваться в соответствии с количеством находящихся в нем людей, степенью их физической активности, а также интенсивности других процессов, загрязняющих воздух. В частности, при отсутствии людей вентиляцию можно прекратить или снизить до минимума. Перед появлением людей, о чем система управления зданием может быть предупреждена дистанционно, с помощью современных средств связи, может быть проведен залповый воздухообмен, который много эффективнее постоянного. Чем больше будет людей в помещении и чем выше будет их физическая активность, тем интенсивнее должна быть вентиляция. Такая регулировка вполне осуществима с помощью автоматики и будет значительно эффективнее энергетически и гигиенически используемой сейчас пассивной неуправляемой вентиляции.

Дата размещения: 1-12-2019, 17:04