Як працює механічна вентиляція із рекуператором?

Вентиляція з рекуператором є обов’язковим обладнанням в енергозберігаючому будинку. І не дарма, інакше з видаленням повітря могло б піти більше тепла, ніж через стіни чи вікна. Однак для того, щоб така система працювала дійсно добре, мають бути виконані певні умови, і помилки не рідкість. Що потрібно знати, щоби їх уникнути?

Втрати тепла природною вентиляцією

Декілька десятиліть тому нікого особливо не турбували втрати тепла через вентиляцію. Все тому, що вони становили лише близько 15% від загального балансу. З будинків просто йшло багато енергії через погано ізольовані стіни, дахи та вікна. Вентиляція розглядалася як другорядна справа, і в жодному разі не було рекуператорів, придатних для використання в таких невеликих приміщеннях, як приватні житлові будинки. Однак сьогодні ситуація зовсім інша. Енергоефективність – це домінуючий тренд, і вимоги до ізоляції зросли у кілька разів.

Сучасна теплоізоляція стін та вікон радикально стала кращою, і потім з’ясувалося, що природна вентиляція, яка все ще переважає у приватних будинках, є серйозною проблемою. Пропорції втрат у балансі повністю змінились. Що насправді означає, що у старій будівлі природна вентиляція викликала 15% втрат тепла? Іншими словами, на кожні 100 кВт·год втраченого тепла йде 15 кВт·год з віддаленим повітрям. Решта, тобто 85 кВт·ч, було втрачено будинком через стіни, вікна, дахи тощо. ⋅год енергії з кожних 100 кВт⋅год енергії.

Тепер потрібно порівняти це значення з втратами вентиляції. Допустимо це все та ж природна вентиляція, тут нічого не змінилося, і з повітрям все ще 15 кВт·год енергії йде з нашого будинку. Тільки тепер при 20 кВт·год втрат через огороджувальні конструкції виходить, що 15 кВт·ч на вентиляцію – це вже не 15%, а більше 40% всіх теплових втрат!

Виходить, що з погляду енергії традиційна природна вентиляція — кам’яний вік у сучасному будинку. Фактично це повністю вбиває прагнення до енергоефективності. Саме рекуперація тепла з повітря, що вентилюється, дає найбільші можливості в сучасних будинках. Це дозволяє знизити потребу в теплі до 1/3 та значно знизити комунальні рахунки. Насправді без вентиляції з рекуператором або використання відновлюваних джерел енергії дуже важко взагалі вписатися в необхідний попит на так звану первинну енергію. Тому рекуперація тепла стає стандартом у нових приватних будинках. Звичайно, стіни, побудовані відповідно до чинних стандартів, ще можна покращити. Проте ефект стає менш і менш помітним, непропорційно витратам.

Механічна та природна вентиляція

Механічна вентиляція з рекуперацією тепла може дати значну енергетичну вигоду. Однак не менш важливо, що можна повністю контролювати повітрообмін, він завжди працює із встановленою інтенсивністю, незалежно від змін зовнішніх умов.

Чого не можна сказати про природну вентиляцію, яка залежить від перепадів температури та тиску. Взимку він може працювати навіть занадто інтенсивно (велика різниця температур), а влітку стає слабкішим (температура зовні і всередині будинку приблизно однакова). Це викликає явний дискомфорт, але часто також викликає проблеми вогкості в приміщеннях, що недостатньо провітрюються. Типовий приклад – ванні кімнати на горищах. Там нікчемна активна висота вентиляційних каналів (між вхідними гратами у ванній та виходом над дахом) практично заважає правильному функціонуванню системи.

Принцип роботи вентиляції

Найголовніше – розуміти, що основне призначення у будь-якого типу вентиляції одне й те саме. Хоча при механічній вентиляції рух повітря повністю контролюється, оскільки він примусово здійснюється вентиляторами, швидкість обертання яких можна регулювати, загальна схема роботи аналогічна до схеми при природній вентиляції.

Потрібно завжди видаляти повітря з тих приміщень, де утворюється найбільше неприємних запахів і вологи, щоб вони не поширювалися рештою будинку. Тому основними витяжними кімнатами завжди є кухня та санвузли. В інших потрібна подача свіжого повітря. Зрозуміло, у вентиляції з рекуператором замість віконних кватирок потрібно передбачати припливні повітропроводи, що йдуть від припливно-витяжної установки. Тим більше, що дифузори абсолютно неприпустимі. Вони зруйнують усю систему. Повітря як видалене, так і подається повинні пройти через установку. Дифузори та будь-які інші припливні пристрої в конструкціях, що захищають, зіпсують роботу системи, тому що багато повітря проникає в будинок, минаючи центральний блок з теплообмінником. І тоді повітрообмін стане неконтрольованим.

Пам’ятайте, що ніяка вентиляція не буде працювати без ефективної витяжки повітря, достатнього припливу свіжого повітря ззовні та забезпечення його безперервного потоку від припливного повітря до витяжних зон. Якщо знехтувати одним із цих елементів, будинок погано провітрюватиметься.

Розрахунок систем обміну повітря

Вентиляційні стандарти чітко визначають, з яких приміщень і скільки слід видаляти повітря. Інші кімнати вимагають припливу рівної кількості свіжого повітря.

Незалежно від типу вентиляції бажано видалення повітря:

• 70-100 м3/година з кухні з газовою плитою;
• 50-70 м3/година з кухні з електроплитою;
• 50 м3/година із санвузла;
• 30 м3/год із окремого туалету;
• 15 м3/година з підсобних приміщень без вікна (гардеробна, комора та ін.);
• 30 м3/год із житлових кімнат, які відокремлені від кухні чи ванної більш ніж двома дверима (або знаходяться на іншому поверсі).

У нічний час допускається зниження інтенсивності вентиляції, але не більш як на 40%.

Однак на кухнях рекомендується встановлювати пристрої (витяжні вентилятори), що дозволяють періодично збільшувати інтенсивність вентиляції щонайменше до 120 м3/год. Цю роль виконують найпопулярніші витяжки.

Нормативні вимоги є точкою для проектування. Справа не тільки у виборі панелі керування та її ефективності. Тому що, просто підсумовуючи кількість віддаленого повітря, може здатися, що для кожного одноквартирного будинку середнього розміру достатньо купити центральний блок, що виробляє 150-200 м3/год. Але кухня та 2 санвузли це вже не менше 150 м3/година. Насправді це зовсім не так просто. Такий спосіб вибору панелі управління – дуже серйозна помилка, цього не можна робити в жодному разі! Адже рекуператор має взаємодіяти із мережею припливно-витяжних каналів. Вони, у свою чергу, можуть бути довшими або коротшими, розташовуватися по-різному, мати різний діаметр або навіть форму (круглу, прямокутну, овальну). Параметри просто підлаштовуються під специфіку конкретного будинку – планування кімнат, їх розмір, наявність місця для труб.

Зовсім інша справа спроектувати все в новому одноповерховому будинку з горищем, що не використовується, де можна вільно прокласти труби, ніж у багатоповерховому будинку, де в рамках ремонту передбачена механічна вентиляція. Тому правильний проект мережі каналів – а потім і її професійне виконання – не менш важливий, ніж покупка хорошого центрального блоку. Пам’ятайте, що навіть пристрій об’єктивно відмінної якості, але не пристосований до іншої системи ніколи не буде добре працювати.

Типи теплообмінників

У припливно-витяжних установках використовують різні типи теплообмінників. Однак зрештою їх тип – справа другорядна, тому що параметри продуктивності важливіші. В даний час найбільш популярні протиточні теплообмінники, в яких припливний та витяжний канали розташовані паралельно, але потоки повітря течуть у протилежних напрямках. Теплообмінники цього типу відрізняються високим ККД, але вони важко чистяться і схильні до обмерзання (замерзання конденсату).

Роторні теплообмінники, у свою чергу, мають форму циліндра, що обертається. В результаті припливне і витяжне повітря постійно проходить через різні канали. Це захищає їх від обмерзання, тому такі пристрої популярні у суворішому кліматі. Недоліком роторних теплообмінників є необхідність оснащення їх приводом і невелике перемішування повітря, що видаляється і подається.

З іншого боку, у невеликих домашніх установках більше використовуються перехресно-проточні теплообмінники, в яких припливні та витяжні канали розташовані перпендикулярно. Вони мають просту конструкцію, легко чистяться та досить дешеві, але відрізняються невисокою ефективністю.

Що стосується самого матеріалу теплообмінника, його іноді роблять з міді, алюмінію, пластику, кераміки і навіть спеціально підготовленого паперу. В даний час більшість пристроїв, що представлені на ринку, мають теплообмінники з кераміки і алюмінію, оскільки ці матеріали відносно дешеві. Прагнення зменшити виробничі витрати також показує тенденцію до зменшення кількості теплообмінників. Однак не слід перестаратися, тому що тоді із підвищенням ефективності опір потоку значно зростає. Необхідність їх подолання означає вищу споживання енергії вентиляторами. Саме тому вибирати панель керування варто за допомогою спеціаліста, який зверне увагу на такі нюанси.

Параметри вентиляційної установки

Мабуть, найбільш спірним параметром припливно-витяжних установок є ефективність рекуперації тепла. Все тому, що великі цифри (близько 90%) справляють враження на неорієнтованих покупців та вселяють надію на великі заощадження. Однак не варто починати з вибору установки.

Насамперед, щоб правильно її вибрати, потрібно знати, скільки повітря потрібно подавати і який опір потоку необхідно подолати, викликане повітропроводами, фільтрами тощо. Таким чином, двома основними параметрами є ефективність (витрата) та тиск, тобто здатність долати опір потоку (також зване втратою тиску). Їх завжди рахують разом, тому що зі збільшенням опору потік зменшується. Тому виробники надають таблиці або графіки, що показують ефективність та тиск у документації на обладнання. Знаючи це, легко зрозуміти, чому таке важливе детальне опрацювання всієї установки. Яка користь від панелі керування, яка буде просто неефективною у конкретній будівлі? Вибір слід робити за допомогою фахівця, який знається на цих питаннях.

З іншого боку, ефективність рекуперації тепла інформує нас про те, яку частину тепла агрегат може збирати з повітря, що видаляється, і передавати його припливному повітрі. Чим він вище, тим краще, тому що це означає, що тепло використовується для нагріву свіжого повітря, що подається. Однак не потрібно вводити покупців в оману такими розумно представленими даними, як ККД до 90%. Також слід обережно ставитися до класів енергоспоживання (A, B тощо), зазначених на етикетках. Проблема в тому, що вони призначені для більш м’яких кліматичних умов ніж наші, які помилково називають зоною помірного клімату. Особливо у східній половині країни розбіжності може бути значними. Тому розглядати енергетичне маркування потрібно лише як попередній критерій вибору.

Насправді однією з найважливіших характеристик припливно-витяжної системи може бути її розмір. Особливо, коли передбачено, що панель управління розташовуватиметься поряд зі спальнею. Навіть якщо це не так, звук від неї певною мірою завжди проходить через мережу каналів. Чутливість до шуму – справа дуже індивідуальна, до того ж важлива висота звуку. Тому варто попросити продавця запустити установку і не тільки на повільній передачі, з мінімальною ефективністю. У крайніх випадках навіть буває, що користувачі вимикають панель керування на ніч і відчиняють вікна, тому що шум заважає їм спати!

Для багатьох важлива система фільтрації повітря. У панелях управління є два фільтри. Один з боку випуску захищає теплообмінник тільки від забруднення. З іншого боку, другий, де подача повітря. Він затримує пил, частинки смогу тощо з вулиці. Тому його ефективність буде особливо важливою для людей, які страждають на різні алергії. Потрібно пам’ятати, що класи фільтрів не можна вільно збільшувати, тому що точніша фільтрація також означає більш високий опір потоку. На практиці також дуже важливою є ціна фільтрів і необхідна періодичність їх заміни. Набори можуть бути досить дорогими, але деякі моделі також можуть використовуватися з картриджами, набагато дешевше, вирізаними з фільтруючої тканини. Потрібно дбати про чистоту фільтрів, тому що дуже забруднені можуть зменшити повітряний потік на 30-50%. Найбільш зручно, якщо установка оснащена датчиком, який виявляє зниження ефективності, спричиненої надмірним забрудненням фільтрів.

Підігрівач – це тип електричного нагрівача, який використовується для нагрівання повітря через теплообмінник. Це пов’язано з тим, що в зимові місяці водяна пара, що міститься в повітрі, що відводить, конденсується, а потім замерзає. Він навіть може повністю перекрити повітряний потік. Розморожування споживає енергію, і багато людей використовують її дуже неохоче, тому також шукають інші способи вирішення цієї проблеми. По-перше, в роторних теплообмінниках не відбувається зледеніння, тому що припливне і повітря, що видаляється, поперемінно рухається по одним і тим же каналам. У деяких припливно-витяжних установках режим розморожування полягає у тимчасовому обмеженні або навіть відключенні подачі повітря, після чого через теплообмінник проходить лише тепле повітря, яке видаляється з будівлі.

Вторинний нагрівач, також званий як комфортний нагрівач, у свою чергу збільшує температуру припливного повітря. Його можна використовувати для швидкого обігріву приміщень, наприклад перед опалювальним сезоном, а також у пасивних або інших будинках з дуже низьким споживанням тепла, він повністю замінює традиційну систему опалення.

Байпас – це спеціальна вставка або інше рішення, що дозволяє повітря проходити через AHU (вентиляційну установку), минаючи теплообмінник. Таким чином зменшується опір потоку і, отже, споживана потужність вентиляторами. Їх використовують у теплу пору року, коли рекуперація тепла все одно не потрібна.

Незвичайні варіанти вентиляції

Можна сміливо сказати, що рекуператор поступово стає стандартним рішенням у нових будинках. Однак навряд чи хтось усвідомлює, що вентиляція з рекуперацією тепла – це також менш типові пристрої, додаткові способи максимального використання тепла з повітря.

Вентиляція також може бути децентралізованою. Тоді замість центрального блоку та підключених до нього припливно-витяжних каналів є невеликі пристрої, кожне з яких відповідає за повітрообмін в одному приміщенні або їх невеликій групі. Найчастіше вони діють за принципом поперемінної роботи у циклі витяжка-подача. Замість звичайного теплообмінника використовується блок з трохи більшою масою, який нагрівається теплом від відпрацьованого повітря, а потім віддає це тепло, коли припливне повітря починає проходити через нього. Такі системи найчастіше використовуються в будинках, що ремонтуються, оскільки не вимагають прокладки мережі каналів, що зазвичай є найскладнішою частиною всього проекту.

Повітря, яке викидається рекуператором, також може використовуватися тепловим насосом для гарячого водопостачання. Якщо він не дуже потужний, щоб для нього було достатньо повітряного потоку, що видаляється з кімнат, то буде використовуватися тепло по максимуму. Це має сенс, тому що навіть після проходження через найкращий рекуператор повітря все одно на кілька градусів тепліше, ніж зовнішнє повітря.

Так звані опалювальні та вентиляційні установки. Можна сказати, що тоді виходить кілька пристроїв замість одного. Тепловий насос, припливно-витяжна установка та резервуар для гарячої води для побутового споживання (ГВП) підключені між собою, оптимально узгоджені та налаштовані на заводі та зазвичай приховані в одному корпусі. За такими системами, мабуть, майбутнє енергоефективного будівництва. Один елемент обладнання розміром з великою шафою забезпечує все, що досі забезпечували пристрої, що займають більшу частину підсобного приміщення. Що важливо, монтаж опалювально-вентиляційної установки вимагає набагато менше зусиль і часу, і ризик помилок, допущених підрядником, невеликий. Такі установки легко обслуговувати, тому що все оптимально підібрано і відразу призначено для спільної роботи.

Встановлення вентиляції в будинку – складні ситуації

Реалізація вентиляції з рекуператором практично може виявитися досить складним завданням. Це завжди потребує індивідуального підходу та хорошого розуміння принципів роботи таких систем. Є ситуації, які суттєво відрізняються від типових.

Іноді і припливна і витяжна система проектуються в одному приміщенні. Так можна вирішити, наприклад, вентиляцію котельні. Тоді вона за повітрообміном буде повністю незалежною від решти будівлі. Навіть тип вентиляції може бути інший. Це рішення необхідно, якщо дуже хочеться мати вентиляцію з рекуператором та твердопаливним котлом – на вугіллі, палетах чи дровах. Норми дозволяють лише природну вентиляцію у приміщенні з таким котлом. Це тим, що вони мають відкриту камеру згоряння, тобто. забирають повітря з котельні, а не безпосередньо ззовні (як котли із закритою камерою згоряння). Неприпустимо створювати у такому приміщенні будь-яким витяжним вентилятором негативний тиск, це може призвести до тяги диму з димоходу всередину котельні.

Вітальня з каміном також потребує особливого підходу. Найкраще вибирати модель із подачею повітря зовні прямо в камеру згоряння. Також добре якщо у вітальні буде невеликий надлишковий тиск, тобто. припливно-витяжна установка подає до неї трохи більше повітря, ніж відводить. Це ефективний захист у разі навіть незначних витоків диму усередину приміщення. І треба зважати на те, що згодом навіть ущільнювачі дверей втратять початкову герметичність. Надлишковий тиск у кімнаті також запобігає виходу диму, коли ми відкриваємо двері у вітальню. Надлишковий тиск у вітальні має бути постійно, але достатньо і простою системою з датчиком температури під обшивкою каміна, який при горінні подасть відповідний сигнал на припливно-витяжну установку або відповідний привід заслінки в мережі повітроводів.

Варто наголосити, що, всупереч поширеній думці, правила не забороняють використання механічної вентиляції у вітальні з каміном. Неприпустиме використання лише витяжної вентиляції. Натомість вона може бути збалансованою (однаковий потік припливного та витяжного повітря) або з надлишковим тиском (певне перевищення тиску на припливній стороні). Теоретично таку вентиляцію можна було б встановити навіть у приміщенні з каміном, що не має спеціальної окремої подачі повітря ззовні.

Однак у цьому не було б особливого сенсу. Тому що на практиці, як забезпечити хоча б баланс між подачею та витяжкою повітря, коли фактична потреба каміна у повітрі дуже мінлива залежно від миттєвої інтенсивності горіння. Крім того, за вимогами на кожний 1 кВт теплової потужності каміна з топкою до приміщення повинно подаватися щонайменше 10 м3 повітря. Відповідно до цього принципу, у вітальню з невеликим каміном потужністю 10 кВт слід закачувати до 100 м3 повітря на годину. Варто пам’ятати, що повітрообмін у всьому будинку середньої площі зазвичай становить близько 150 м3/год.

На практиці проблеми теж може доставити кухня, а точніше кухонна витяжка. Повітря, що забирається прямо від плити, краще не направляти в припливно-витяжну установку, тому що в ньому багато домішок, у тому числі жирних відкладень. Ламати ними обмінник не варто. Саме тому у будинках з механічною вентиляцією на кухні часто використовують поглиначі з вугільним фільтром. Проте їхня ефективність часто буває незадовільною. З іншого боку, витяжки, що викидають забруднене повітря прямо за межі будівлі, порушують вентиляцію інших приміщень (а також у будинках з природною вентиляцією). Все тому, що вони мають дуже високу продуктивність, витрата понад 200 м3/год не є чимось незвичайним. Тому деякі припливно-витяжні установки можна поєднувати з датчиком, встановленим на витяжці. Коли він увімкнений, припливно-витяжна установка збільшує інтенсивність подачі повітря, таким чином врівноважуючи принаймні частину роботи витяжного повітря.

Також варто знати, що вентиляція гаража зазвичай працює незалежно від рекуперації. Вони зазвичай використовується природна вентиляція, хоча правила також дозволяють використання механічної вентиляції. Однак тут користі, швидше за все, буде менше, ніж складнощів. Температура в гаражі зазвичай низька, тому енергетична вигода буде невеликою. Натомість існує проблема перенесення пилу та залишків вихлопних газів в решту будинку.