Как работает механическая вентиляция с рекуператором?

Вентиляция с рекуператором является практически обязательным оборудованием в энергосберегающем доме. И не зря, иначе с удалением воздуха могло бы уйти больше тепла, чем через стены или окна. Однако для того, чтобы такая система работала действительно хорошо, должны быть выполнены определенные условия, и ошибки не редкость. Что нужно знать, чтобы их избежать?

Потери тепла естественной вентиляцией

Несколько десятилетий назад никого особо не беспокоили потери тепла из-за вентиляции. Все потому, что они составляли всего около 15% от общего баланса. Из домов просто уходило много энергии через плохо изолированные стены, крыши и окна. Вентиляция рассматривалась как второстепенное дело, и в любом случае не было рекуператоров, пригодных для использования в таких небольших помещениях, как частные жилые дома. Однако сегодня ситуация совершенно иная. Энергоэффективность — это доминирующий тренд, и требования к изоляции выросли в несколько раз.

Современная теплоизоляция стен и окон радикально стала лучше, и затем выяснилось, что естественная вентиляция, которая все еще преобладает в частных домах, является серьезной проблемой. Пропорции потерь в балансе полностью изменились. Что на самом деле означает, что в старом здании естественная вентиляция вызвала 15% потерь тепла? Другими словами, на каждые 100 кВт⋅ч потерянного тепла уходит 15 кВт⋅ч с удаленным воздухом. Остальное, то есть 85 кВт⋅ч, было потеряно домом из-за стен, окон, крыши и т. д. Так как потери через современные конструкции уменьшились как минимум в 4 раза, то есть через стены уходит не 85, а примерно 20 кВт⋅ч энергии из каждых 100 кВт⋅ч энергии.

Теперь нужно сравнить данное значение с потерями вентиляции. Допустим, это все та же естественная вентиляция, здесь ничего не изменилось, и с воздухом все еще 15 кВт⋅ч энергии уходит из нашего дома. Только теперь при 20 кВт⋅ч потерь через ограждающие конструкции получается, что 15 кВт⋅ч на вентиляцию — это уже не 15%, а более 40% всех тепловых потерь!

Получается, что с точки зрения энергии традиционная естественная вентиляция — это каменный век в современном доме. Фактически, это полностью убивает стремление к энергоэффективности. Именно рекуперация тепла из вентилируемого воздуха дает наибольшие возможности в современных домах. Это позволяет снизить потребность в тепле до 1/3 и значительно снизить коммунальные счета. На самом деле без вентиляции с рекуператором или использования возобновляемых источников энергии безумно трудно вообще вписаться в требуемый спрос на так называемую первичную энергию. Поэтому рекуперация тепла становится стандартом в новых частных домах. Конечно, стены, построенные в соответствии с действующими стандартами, еще можно улучшить. Однако эффект становится все менее и менее заметным, непропорционально затратам.

Механическая и естественная вентиляция

Механическая вентиляция с рекуперацией тепла, может дать значительную энергетическую выгоду. Однако не менее важно, что можно полностью контролировать воздухообмен, он всегда работает с установленной интенсивностью, независимо от изменений внешних условий.

Чего нельзя сказать о естественной вентиляции, которая зависит от перепадов температуры и давления. Зимой он может работать даже слишком интенсивно (большая разница температур), а летом становиться слабее (температура снаружи и внутри дома примерно одинаковая). Это вызывает явный дискомфорт, но часто также вызывает проблемы сырости в недостаточно проветриваемых помещениях. Типичный пример – ванные комнаты на чердаках. Там ничтожная активная высота вентиляционных каналов (между входной решеткой в ванной и выходом над крышей) практически мешает правильному функционированию системы.

Принцип работы вентиляции

Самое главное – понимать, что основное назначение у любого типа вентиляции одно и то же. Хотя при механической вентиляции движение воздуха полностью контролируется, поскольку оно принудительно осуществляется вентиляторами, скорость вращения которых можно регулировать, общая схема работы аналогична схеме при естественной вентиляции.

Нужно всегда удалять воздух из тех помещений, где образуется больше всего неприятных запахов и влаги, чтобы они не распространялись по остальной части дома. Поэтому основными вытяжными комнатами всегда являются кухня и санузлы. В остальных нужна подача свежего воздуха. Разумеется, в вентиляции с рекуператором вместо оконных форточек нужно предусматривать приточные воздуховоды, идущие от приточно-вытяжной установки. Тем более что диффузоры абсолютно недопустимы. Они разрушат всю систему. Воздух как удаляемый, так и подаваемый должны пройти через установку. Диффузоры и любые другие приточные устройства в ограждающих конструкциях испортят работу системы, потому что много воздуха проникает в здание, минуя центральный блок с теплообменником. И тогда воздухообмен станет неконтролируемым.

Помните, что никакая вентиляция не будет работать без эффективной вытяжки воздуха, достаточного притока свежего воздуха извне и обеспечения его непрерывного потока от приточного воздуха к вытяжным зонам. Если пренебречь одним из этих элементов, дом будет плохо проветриваться.

Расчет систем обмена воздуха

Вентиляционные стандарты четко определяют, из каких помещений и в каком количестве следует удалять воздух. Остальные комнаты требуют притока равного количества свежего воздуха. При этом существуют стандарты выраженные вкратности обмена воздуха и в м3/час на помещение.

В среднестатистических квартирах, независимо от типа вентиляции желательно удаление воздуха:

• 70-100 м3/час из кухни с газовой плитой;
• 50-70 м3/час из кухни с электроплитой;
• 50 м3/час из санузла;
• 30 м3/ч из отдельного туалета;
• 15 м3/час из подсобных помещений без окна (гардеробная, кладовая и др.);
• 30 м3/ч из жилых комнат, которые отделены от кухни или ванной более чем двумя дверями (или находятся на другом этаже).

В ночное время допускается снижение интенсивности вентиляции, но не более чем на 40%.

Однако на кухнях рекомендуется устанавливать устройства (вытяжные вентиляторы), позволяющие периодически увеличивать интенсивность вентиляции не менее чем до 120 м3/ч. Эту роль выполняют популярные вытяжки.

Нормативные требования являются отправной точкой для проектирования. Дело не только в выборе панели управления и ее эффективности. Потому что, просто суммируя количество удаленного воздуха, может показаться, что для каждого одноквартирного дома среднего размера будет достаточно купить центральный блок, производящий 150-200 м3/ч. Но кухня и 2 санузла это уже не менее 150 м3/час. На самом деле, это совсем не так просто. Такой способ выбора панели управления – очень серьезная ошибка, этого нельзя делать ни в коем случае! Ведь рекуператор должен взаимодействовать с сетью приточно-вытяжных каналов. Они, в свою очередь, могут быть длиннее или короче, располагаться по-разному, иметь разный диаметр или даже форму (круглую, прямоугольную, овальную). Параметры просто подстраиваются под специфику конкретного существующего дома – планировку комнат, их размер, наличие места для труб.

Совсем другое дело спроектировать все в новом одноэтажном доме с неиспользуемым чердаком, где можно свободно проложить трубы, чем в многоэтажном доме, где в рамках ремонта предусмотрена механическая вентиляция. Поэтому правильный проект сети каналов – а затем и ее профессиональное исполнение – не менее важны, чем покупка хорошего центрального блока. Помните, что даже устройство объективно отличного качества, но не приспособленное к остальной системе, никогда не будет хорошо работать.

Типы теплообменников рекуператора

В приточно-вытяжных установках используются различные типы теплообменников. Однако в конечном итоге их тип – дело второстепенное, потому что параметры производительности важнее. В настоящее время наиболее популярны противоточные теплообменники, в которых приточный и вытяжной каналы расположены параллельно, но потоки воздуха текут в противоположных направлениях. Теплообменники этого типа отличаются высоким КПД, но они трудно чистятся и склонны к обмерзанию (замерзанию конденсата).

Роторные теплообменники, в свою очередь, имеют форму вращающегося цилиндра. В результате приточный и вытяжной воздух то и дело проходит через разные каналы. Это защищает их от обмерзания, поэтому такие устройства популярны в более суровом климате. Недостатком роторных теплообменников является необходимость оснащения их приводом и небольшое перемешивание удаляемого и подаваемого воздуха.

С другой стороны, в небольших домашних установках больше не используются перекрестно-точные теплообменники, в которых приточные и вытяжные каналы расположены перпендикулярно. Они имеют простую конструкцию, легко чистятся и достаточно дешевы, но отличаются невысокой эффективностью.

Что касается самого материала теплообменника, то его иногда делают из меди, алюминия, пластика и даже специально подготовленной бумаги. В настоящее время большинство устройств, представленных на рынке, имеют теплообменники из алюминия или пластика, поскольку эти материалы относительно дешевы. Стремление снизить производственные затраты также показывает тенденцию к уменьшению количества теплообменников. Однако не следует переусердствовать, потому что тогда сопротивление потоку значительно возрастает с повышением эффективности. Необходимость их преодоления означает более высокое потребление энергии вентиляторами. Именно поэтому выбирать панель управления стоит с помощью специалиста, который обратит внимание на такие нюансы.

Параметры вентиляционной установки

Вероятно, наиболее спорным параметром приточно-вытяжных установок является эффективность рекуперации тепла. Все потому, что большие цифры (около 90%) производят впечатление на неориентированных покупателей и вселяют надежду на большие сбережения. Однако не стоит начинать с выбора самой установки.

Прежде всего, чтобы правильно ее выбрать, нужно знать, сколько воздуха нужно подавать и какое сопротивление потоку необходимо преодолеть, вызванное воздуховодами, фильтрами и т. д. Таким образом, двумя основными параметрами являются эффективность (расход) и давление, то есть способность преодолевать сопротивление потоку (также называемое потерей давления). Их всегда считают вместе, потому что при увеличении сопротивления поток уменьшается. Поэтому производители предоставляют таблицы или графики, показывающие эффективность и давление в документации на оборудование. Зная это, легко понять, почему так важна детальная проработка всей установки. Какая польза от панели управления, которая будет просто неэффективной в конкретном здании? Выбор следует делать с помощью специалиста, разбирающегося в этих вопросах.

С другой стороны, эффективность рекуперации тепла информирует нас о том, какую часть тепла агрегат может собирать из удаляемого воздуха и передавать его приточному воздуху. Чем он выше, тем лучше, потому что это означает, что тепло используется для нагрева подаваемого свежего воздуха. Однако не нужно вводить покупателей в заблуждение такими умно представленными данными, как «КПД до 90%». Также следует с осторожностью относиться к классам энергопотребления (A, B и т. д.), указанным на этикетках. Проблема в том, что они предназначены для более мягких климатических условий, чем наши, которые ошибочно называют зоной умеренного климата. Особенно в восточной половине страны различия могут быть значительными. Поэтому рассматривать энергетическую маркировку нужно только как предварительный критерий выбора.

На практике одной из важнейших характеристик приточно-вытяжной системы может быть ее объем. Особенно, когда предусмотрено, что панель управления будет располагаться рядом со спальней. Даже если это не так, звук от нее в некоторой степени всегда проходит через сеть каналов. Чувствительность к шуму – дело очень индивидуальное, к тому же важна высота звука. Поэтому стоит попросить продавца запустить установку и не только на самой медленной передаче, с минимальной эффективностью. В крайних случаях даже бывает, что пользователи выключают панель управления на ночь и открывают окна, потому что шум мешает им спать!

Для многих людей важна система фильтрации воздуха. В панелях управления есть два фильтра. Один, со стороны выпуска, защищает теплообменник только от загрязнения. С другой стороны, второй, где подача воздуха. Он задерживает пыль, частицы смога и т. д. с улицы. Поэтому его эффективность будет особенно важна для людей, страдающих различными аллергиями. Нужно помнить, что классы фильтров нельзя свободно увеличивать, потому что более точная фильтрация также означает более высокое сопротивление потоку. На практике также очень важна цена фильтров и необходимая периодичность их замены. Наборы могут быть довольно дорогими, но некоторые модели также могут использоваться с картриджами, во много раз более дешевыми, вырезанными из фильтрующей ткани. Нужно заботиться о чистоте фильтров, потому что сильно загрязненные могут уменьшить воздушный поток на 30-50%. Наиболее удобно, если установка оснащена датчиком, который обнаруживает снижение эффективности, вызванной чрезмерным загрязнением фильтров.

Подогреватель — это тип электрического нагревателя, который используется для нагрева воздуха, проходящего через теплообменник. Это связано с тем, что в зимние месяцы водяной пар, содержащийся в отводящем воздухе, конденсируется, а затем замерзает. Он может даже полностью перекрыть воздушный поток. Размораживание потребляет энергию, и многие люди используют ее очень неохотно, поэтому также ищутся другие способы решения этой проблемы. Во-первых, в роторных теплообменниках не происходит обледенения, потому что приточный и удаляемый воздух попеременно движется по одним и тем же каналам. В некоторых приточно-вытяжных установках режим размораживания заключается во временном ограничении или даже отключении подачи воздуха, после чего через теплообменник проходит только теплый воздух, удаляемый из здания.

Вторичный нагреватель, также называемый как комфортный нагреватель, в свою очередь, увеличивает температуру приточного воздуха. Его можно использовать для быстрого обогрева помещений, например, перед отопительным сезоном, а также в пассивных или других домах с очень низким потреблением тепла, он полностью заменяет традиционную систему отопления.

Байпас — это специальная вставка или другое решение, позволяющее воздуху проходить через AHU (вентиляционную установку), минуя теплообменник. Таким образом уменьшается сопротивление потоку и, следовательно, потребляемая мощность вентиляторами. Их используют в теплое время года, когда рекуперация тепла все равно не нужна.

Необычные варианты вентиляции

Можно сказать, что рекуператор постепенно становится стандартным решением в новых домах. Однако вряд ли кто-то осознает, что вентиляция с рекуперацией тепла — это тоже менее типичные устройства, дополнительные способы максимального использования тепла из воздуха.

Вентиляция также может быть децентрализованной. Тогда вместо центрального блока и подключенных к нему приточно-вытяжных каналов, есть небольшие устройства, каждое из которых отвечает за воздухообмен в одном помещении или их небольшой группе. Чаще всего они действуют по принципу попеременной работы в цикле вытяжка-подача. Вместо обычного теплообменника используется блок с немного большей массой, который нагревается теплом от отработанного воздуха, а затем отдает это тепло, когда приточный воздух начинает проходить через него. Такие системы чаще всего используются в ремонтируемых домах, поскольку не требуют прокладки сети каналов, что обычно является самой сложной частью всего проекта.

Воздух, выбрасываемый рекуператором, также может использоваться тепловым насосом для горячего водоснабжения. Если он не очень мощный, чтобы для него было достаточно удаляемого из комнат воздушного потока, то будет использоваться тепло по максимуму. Это имеет смысл, потому что даже после прохождения через лучший рекуператор воздух все равно на несколько градусов теплее, чем наружный воздух.

Так называемые отопительные и вентиляционные установки. Можно сказать, что тогда получается несколько устройств вместо одного. Тепловой насос, приточно-вытяжная установка и резервуар для горячей воды для бытового потребления (ГВС) подключены между собой, оптимально согласованы и настроены на заводе, и обычно скрыты в одном корпусе. За такими системами, вероятно, будущее энергоэффективного строительства. Один элемент оборудования размером с большой шкаф обеспечивает все, что до сих пор обеспечивали устройства, занимающие большую часть подсобного помещения. Что немаловажно, монтаж отопительно-вентиляционной установки требует гораздо меньше усилий и времени, и риск ошибок, допущенных подрядчиком, невелик. Такие установки легче обслуживать, потому что все оптимально подобрано и сразу предназначено для совместной работы.

Установка вентиляции в доме – сложные ситуации

Реализация вентиляции с рекуператором на практике может оказаться довольно сложной задачей. Это всегда требует индивидуального подхода и хорошего понимания принципов работы таких систем. Есть ситуации, которые существенно отличаются от типичных.

Иногда и приточная, и вытяжная система проектируются в одном помещении. Так можно решить, например, вентиляцию котельной. Тогда она по воздухообмену будет полностью независима от остальной части здания. Даже тип вентиляции там может быть другой. Это решение необходимо, если очень хочется иметь вентиляцию с рекуператором и твердотопливным котлом – на угле, паллетах или дровах. Нормы разрешают только естественную вентиляцию в помещении с таким котлом. Это оправдано тем, что они имеют открытую камеру сгорания, т.е. забирают воздух из котельной, а не напрямую извне (как котлы с закрытой камерой сгорания). Недопустимо создавать в таком помещении каким-либо вытяжным вентилятором отрицательное давление, это может привести к тяге дыма из дымохода внутрь котельной.

Гостиная с камином также требует особого подхода. Лучше всего выбирать модель с подачей воздуха снаружи прямо в камеру сгорания. Также хорошо если в гостиной будет небольшое избыточное давление, т.е. приточно-вытяжная установка подает в нее немного больше воздуха, чем отводит. Это эффективная защита в случае даже незначительных утечек дыма внутрь помещения. И нужно считаться с тем, что со временем даже уплотнители дверей потеряют первоначальную герметичность. Избыточное давление в комнате также предотвращает выход дыма, когда мы открываем дверь в гостиную. Избыточное давление в гостиной должно быть постоянно, но достаточно и простой системы с датчиком температуры под обшивкой камина, который при горении подаст соответствующий сигнал на приточно-вытяжную установку или соответствующий привод заслонки в сети воздуховодов.

Стоит подчеркнуть, что, вопреки распространенному мнению, правила не запрещают использование механической вентиляции в гостиной с камином. Недопустимо использование только вытяжной вентиляции. Вместо этого она может быть сбалансированной (одинаковый поток приточного и вытяжного воздуха) или с избыточным давлением (некоторое превышение давления на приточной стороне). Теоретически такую вентиляцию можно было бы установить даже в помещении с камином, не имеющем специальной, отдельной подачи воздуха извне.

Однако в этом не было бы особого смысла. Потому что на практике, как обеспечить хотя бы баланс между подачей и вытяжкой воздуха, когда фактическая потребность камина в воздухе очень изменчива в зависимости от мгновенной интенсивности горения. Кроме того, по требованиям на каждый 1 кВт тепловой мощности камина с топкой в помещение должно подаваться не менее 10 м3 воздуха. Согласно этому принципу, в гостиную с небольшим камином мощностью 10 кВт следует закачивать до 100 м3 воздуха в час. Стоит помнить, что воздухообмен во всем доме средней площади обычно составляет около 150 м3/ч.

На практике неприятности тоже может доставить кухня, а точнее кухонная вытяжка. Воздух, забираемый прямо от плиты, лучше не направлять в приточно-вытяжную установку, так как в нем много примесей, в том числе жирных отложений. Ломать ими обменник не стоит. Именно поэтому в домах с механической вентиляцией на кухне часто используют поглотители с угольным фильтром. Однако их эффективность часто бывает неудовлетворительной. С другой стороны, вытяжки, выбрасывающие загрязненный воздух прямо за пределы здания, нарушают вентиляцию остальных помещений (а также в домах с естественной вентиляцией). Все потому, что они обладают очень высокой производительностью, расход более 200 м3/ч не является чем-то необычным. Поэтому некоторые приточно-вытяжные установки можно комбинировать с датчиком, установленным на вытяжке. Когда он включен, приточно-вытяжная установка увеличивает интенсивность подачи воздуха, таким образом уравновешивая, по крайней мере, часть работы вытяжного воздуха.

Также стоит знать, что вентиляция гаража обычно работает независимо от рекуперации. В них обычно используется естественная вентиляция, хотя правила также разрешают использование механической вентиляции. Однако здесь пользы, скорее всего, будет меньше, чем сложностей. Температура в гараже обычно низкая, поэтому энергетическая выгода будет невелика. Вместо этого существует проблема переноса пыли и остатков выхлопных газов в остальную часть дома.