Рекуператор воздуха: бытовой вентиляционный нагреватель своими руками, воздушная установка для частного дома

Общее понятие рекуперации

Это процесс частичного возврата тепловой энергии. При рекуперации холодный поток, попадающий в помещение из внешней среды (приточный), подогревается посредством удаления вытяжного теплого (сточного). Конструкции, в которых происходит обозначенный обмен, пользуются сегодня большой популярностью. Называются они проточными рекуператорами, или устройствами приточно-вытяжного типа.

Следует понимать, что удаляемые и поступающие в комнату потоки не подвергаются смешиванию. Полная рекуперация на 100% невозможна в принципе, даже если для этих целей задействуется суперсовременная и усовершенствованная установка. Стандартно показатели прогрева варьируются в пределах от 60 до 80%.

Как сделать рекуператор своими руками, вам расскажет это видео:

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.

Особенности и принцип работы

Под рекуперацией принято понимать процесс теплообмена, когда идущий с улицы холодный воздух нагревается тёплым потоком, который удаляется из квартиры. Используемые установки отличаются простотой конструкции, они надежны, позволяя предупредить быстрое охлаждение помещения в зимнее время года. Работают рекуператоры на электричестве, при этом современное оборудование отличается экономичностью, а расход энергии будет в разы меньше, чем возможная экономия на обогреве помещения.

Принцип работы таких устройствчрезвычайно прост. Внутри рекуператора холодный и теплый поток встречаются, но не смешиваются. При этом происходит активная передача тепла холодному воздуху с улицы, который может нагреваться на 3−5 градусов. В каждом конкретном случае эффективность таких устройств и их функциональные возможности будут различаться, в зависимости от выбранной конструкции, типа техники, наличия или отсутствия дополнительных вентиляторов с теплонагревающими элементами.

Основные типы конструкций

Изначально устройства для рекуперации тепла в системах вентиляции представляли собой простейшую технику, выполненную в виде небольшого ящика с тонкой перегородкой. Сегодня появились многочисленные разновидности, которые отличаются своим принципом работы, наличием или отсутствием дополнительных нагревающих элементов, способом формирования воздушных потоков и рядом других характеристик.

Основные типы рекуператоров:

• Роторные.
• Пластинчатые.
• Канальные.
• Трубчатые.
• С отдельным теплоносителем.

Устройства с пластинчатым теплообменником используют перекрестный ток потоков, которые, не смешиваясь, эффективно передают тепло, нагревая тем самым помещение. КПД у таких установок в зависимости от их размера может составлять 60−80%. Они отличаются минимальными потерями давления, удобны в подключении и использовании, имеют компактную конструкцию, что позволяет располагать его внутри стен дома.

Комбинированные рекуператоры могут иметь два пластинчатых теплообменника, где формируется перекрестный поток воздуха. К преимуществам оборудования этого типа относится высокий коэффициент полезного действия, удобство подключения и простота обслуживания. Единственный недостаток таких установок — это существенная потеря давления, что вынуждает использовать дополнительные вентиляторы и нагнетатели для воздушного потока.

Пластинчатые промышленные теплообменники рекуператоров противоточного типа отличаются простотой конструкции, они обеспечивают КПД на уровне 90%, позволяя предупредить охлаждение помещения и эффективно нагревая поступающий в дом воздух с улицы. К недостаткам оборудования противоточного пластинчатого типа относят сложную конструкцию, высокую стоимость, а также увеличенные габариты.

Противоточные трубчатые бытовые теплообменники обеспечивают максимально возможную эффективность, имеют КПД на уровне 95%. Используя такой рекуператор в системе вентиляции, необходимо дополнительно подключать нагнетатели воздуха, так как потери давления могут составить 40−50%. Также недостатком установок этого типа являются их увеличенные габариты и высокая стоимость оборудования.

Рекуперативные теплообменники роторного типа обладают показателем КПД на уровне 75−85%, они рассчитаны на одну квартиру и имеют небольшое сопротивление потоку. Предлагаются такие установки по доступным ценам, отличаются компактными габаритами, их монтаж и последующее обслуживание не представляет какой-либо особой сложности.

Виды рекуператоров

Системы рекуперации можно разделить на несколько типов.

• Прямоточный, противоточный, перекрестный рекуператоры отличаются способом перемещения потоков воздуха.
• В зависимости от конструктивных особенностей рекуператоры могут быть ребристыми, трубчатыми, пластинчатыми и пластинчато-ребристыми.
• По материалу изготовления теплообменники бывают металлическими, пластиковыми, мембранными.
• По принципу действия выделяют:
  • пластинчатый (перекрестно-точный) рекуператор – наиболее популярный тип простой конструкции, используемый в домах и квартирах;
  • роторный рекуператорр – для работы требуется источник электроэнергии, вращающий роторный элемент, имеют большие размеры и высокий КПД (до 87 %);
  • крышный рекуператор – установка промышленного уровня;
  • коаксиальный рекуператор — легок в исполнении даже без опыта;
  • рециркуляционный (жидкостный) рекуператор – передает воздуху тепло с помощью воды или антифриза, имеют сложную конструкцию и КПД, сопоставимый с эффективностью пластинчатого теплообменника.

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

Как увеличить КПД

Аккуратная сборка и внимание к деталям при создании самодельного утилизатора тепла позволят достичь неплохих показателей эффективности. Однако собранный рекуператор воздуха своими руками можно существенно улучшить и повысить его КПД. Для этого при расчетах конструкции и воплощении ее необходимо предусмотреть следующие нюансы:

1. Максимальная герметизация устройства;
2. Использование качественных теплоизолирующих материалов;
3. Увеличить размеры рекуператора, площадь теплообменной поверхности. Так уменьшится скорость проходимого воздуха через устройство, а соответственно позволит ему лучше прогреться или остыть;
4. Использование гофрированных пластин или пластин с выштамповками, что существенно увеличит площадь теплообменной поверхности при сохранении общего объема устройства;
5. Увеличение объема вытяжки по сравнению с притоком. Так, больший объем выходящего воздуха лучше передаст тепло меньшему объему входящего.

Рекуператор воздуха своими руками – это простой, доступный, дешевый и действенный способ экономить дорогостоящую тепловую энергию и эффективно расходовать невосполнимые природные ресурсы.

Достоинства и недостатки

Разные модели приборов отличаются своими характерными особенностями. Например, аппараты с ротором обладают высокой эффективностью, не подвержены обледенению зимой, способны контролировать влажность воздуха (в некоторых пределах). К их минусам относится громоздкое строение с большим числом подвижных элементов, из-за чего увеличивается вероятность выхода из строя и учащается потребность в техобслуживании. Кроме того, они работают довольно шумно.

Пластинчатые модели часто привлекают внимание из-за низкой цены, компактности, простого строения без движущихся элементов. Но в холодную погоду под влиянием конденсата пластинки подвергаются промерзанию. Это вынуждает искать способы борьбы с таким явлением. Самый эффективный из них – установить целлюлозную кассету, впитывающую лишнюю жидкость. В этом случае вода из конденсата направляется в жилище и увлажняет воздух. Такое устройство работает при любых погодных условиях.

Правила выбора рекуператора

Приборы выбирают по мощности, чтобы справлялись с минусовыми температурами в зимнее время

При рассмотрении модели для приобретения нужно оценить, насколько ее характеристики соответствуют данным помещения, в которое планируется установить прибор (высота, площадь, нужная кратность обмена). Для вычисления этих параметров целесообразно обратиться к профессионалу, так как эта процедура требует хорошего знания строительных норм и законов перемещения потоков воздуха, а заменять прибор при ошибке в расчетах обойдется дорого.

Важно определить, сколько воздуха в кубометрах должно поступать в комнату за 1 час. Согласно санитарным нормам, минимальное значение – 30 м2 на человека. В реальности этот показатель, связанный с производительностью прибора, будет больше за счет большого числа издержек: сопротивление воздуховода, величина обслуживаемого помещения и т.д.

Также внимание при выборе обращается на чувствительность и надежность блока автоматизации. Многие современные приборы оснащены теми или иными добавочными функциями: регуляция мощности вентиляционных приборов, напора потока воздуха (оценивается количество углекислого газа в вытяжке) и т.д.

Следует оценить степень шумогенерации прибора.

Некоторые устройства подвешиваются на стену, другие – устанавливаются на пол. Бывают горизонтально расположенные модели. Подходящее исполнение подбирается в зависимости от места монтажа и параметров системы.

Как рассчитать мощность рекуператора?

Собирая такой прибор, как рекуператор, своими руками, очень важно не только грамотно выполнить все мероприятия по его изготовлению, но и правильно рассчитать мощность этого механизма.

Чтобы определить оптимальный показатель энергии тепла, которое циркулирует между пластинами, принято брать за основу следующую формулу: 20 Вт * xS * dT. S в данном случае отображает площадь пластины, измеряемую в м².

Рассчитать мощность оборудования можно при помощи следующей формулы:

p (Вт) = 0,36 * Q (м³/сек.) * dT.

Расшифровываются все переменные так:

1. Q – энергия, затраченная на нагрев или охлаждение воздушного потока. Рассчитывается этот параметр при помощи формулы 0,335 х L х (t кон. — t нач.), где:
   • L – расход воздуха, измеряемый в м³/час. В соответствии с нормами установки, этот показатель на одного человека должен составлять 60 м³/час;
   • t нач – начальный показатель температуры;
   • t кон – параметр, полученный в результате теплообмена.
2. dT – температура.

Способы улучшения вентиляции

Для того чтобы оборудование работало комфортно, существуют некоторые варианты улучшения его функционирования. Эти меры, безусловно, повысят расход электроэнергии, но эффективность возрастет.

Чтобы очистить поступающий в рекуператор воздух от частиц пыли, его каналы можно оснастить особыми фильтрами, состоящими из алюминия, пластика или волокна. Но за этими элементами обязательно нужно следить и при необходимости выполнять их замену.

Избежать обмерзания конструкции можно, периодически отключая приточный вентилятор. Это приведет к тому, что пластины внутри механизма будут согреваться при помощи выходящего теплого воздуха и, как следствие, оттаивать.

Соблюдение всех вышеописанных рекомендаций позволит создать качественную и надежную модель рекуператора, а сам процесс изготовления не отнимет много времени и сил.

Рекуператор — необходимое устройство для вентиляции помещений

Человек ежесуточно потребляет 15000 литров воздуха. В помещении, где находятся люди, воздух рекомендуется обновлять каждые два часа. Это задача вентиляции. Рекуператор заставляет выходящий воздух нагревать или охлаждать воздушный поток, который заводится в помещение.

Устройства такие просты, рекуператор своими руками может сделать человек, имеющий элементарные навыки в обработке металлов и дерева.Свежий, чистый, тёплый (прохладный) воздух, экономия электрической или тепловой энергии –круглый год.

Рекуператор воздуха

До недавнего времени такие устройства в быту практически не использовались. Эра пластиковых окон и дверей сделала жилые и рабочие помещения практически герметичными. Система приточно-вытяжной вентиляции стала обязательной, а рекуператор стал показателем не столько технической продвинутости, сколько заботой о собственном здоровье и финансах.

Инструменты и материалы

Примерный набор материалов и инструментов:

• металл 0.5-1 мм, текстолит или сотовый поликарбонат 1-5 мм в количестве 5, 10 или 15 м2 в зависимости от типа рекуператора;
• рейки 2-3 мм из дерева, технической пробки или оргстекла, шириной 1-1.5 см;
• нержавейка, ДСП, фанера для корпуса согласно чертежам;
• минеральная вата, пенополистирол для теплоизоляции;
• 4 фланца из пластика для воздуховодов на основе канализационных труб;
• лобзики по дереву и металлу, желательно электрические;
• силиконовый герметик;
• алюминиевая трубка 2-5 мм, длина по проекту;
• универсальный клей;
• саморезы;
• стальной уголок 20х20 мм, длина по проекту;
• шуруповёрт, ножовка по металлу;
• фильтры бумажные, автомобильные – сколько потребуется;
• строительный нож;
• молоток;
• дрель, набор свёрл;
• вентиляторы компьютерные или канальные в зависимости от проекта.

Фильтры заменяются или очищаются раз в 1-4 месяца.

Рекомендуются НЕРА-фильтры. Они недорогие, при этом выполняют очень глубокую очистку воздуха, в продаже есть разные типоразмеры.

Материалы заготавливаем соответственно выбранному типу рекуператора.

Схема изготовления

Прежде чем приступать к изготовлению, разберем, какие бывают рекуператоры. Приведём основные виды:

• собранные из тонких пластин;

• с применением вращения ротора;

• коаксиальные;

• изготовленные из трубок;

• с отдельным теплоносителем.

Общие параметры теплообменников:

• пластинчатый – КПД 60-80%, компактный, легко подключается;
• противоточный – КПД 80-90%, установка сложнее, более дорогой;
• роторный – КПД 75-85%, подходит для одной квартиры.

Квадратный теплообменник является основным узлом пластинчатого рекуператора. Пластины изготавливают из листов меди, алюминия толщиной 0.5-1.5 мм в зависимости от размера устройства. Можно использовать алюминиевую фольгу, но это дорого и сложно в изготовлении. Дешевле и проще в обработке полипропилен и поликарбонат 3-10 мм, практически без уменьшения КПД.

Из алюминиевых трубок можно собрать трубчатый рекуператор. От квадратного он отличается только формой в виде трубы, имея практически такой же КПД. Крепится в стене, то есть не требует системы крепления к потолку.

Из нескольких автомобильных радиаторов (обычно 2-4) можно сконструировать рекуператор с отдельным теплоносителем. Переносчиком тепла служит вода либо антифриз.

Для частного или загородного дома проще всего сделать своими руками пластинчатый рекуператор воздуха. Принцип его работы: тёплый и холодный воздушные потоки проходят сквозь друг друга не перемешиваясь.

Имеет следующие преимущества:

• простые конструкция и технология монтажа;
• КПД до 80%;
• большой срок службы;
• минимальное потребление электроэнергии;
• легко модернизировать.

Недостаток – образование водного конденсата при отрицательной температуре. Требуется как-то его удалять.

Разберем пошагово инструкцию его изготовления:

Из листов металла нарезаются квадраты 40х40, 50х50 мм в зависимости от желаемой мощности прибора в количестве 70-80 штук и площадью не меньше 3-5 м2. Плюс к этому 2 квадрата тех же размеров из фанеры или ДВП для обкладки батареи теплообменника.

Заметим, что элементы теплообменника можно изготовить из сотового поликарбоната, который дешевле и проще в обработке, а также не требует применения прокладок. Рекомендуется брать листы типа 2Н толщиной 4 мм.

Пожалуй, самая выгодная схема: для подачи тёплого воздуха использовать пластину из поликарбоната, а для холодного – металлическую.

Из рейки или пробки готовятся прокладки для металлических пластин по их размерам и шириной 1-1.5 см с расчётом 3 штуки на 1 пластину.

Рассчитывается приблизительная толщина стопки пластин по формуле Т= (тл х тп) х К + Д, где:

• тл – толщина листа;
• тп – толщина прокладки;
• К – количество листов;
• Д – допуск (сантиметров 10).

Отрезаем 4 уголка вычисленной длины, закрепляем на рабочем столе вертикально по углам 1 квадрата из дерева. Это шаблон для сборки.

Наклеиваем на каждый металлический лист по три прокладки: 1 по центру и 2 на краях параллельно друг к другу.

Формируем теплообменник, укладывая на шаблон лист за листом, поворачивая каждый раз на 90 градусов. Так организован обмен теплом в этом устройстве.

Завершается сборка вторым квадратом из дерева. Сверху кладём груз 5-6 кг до полного высыхания клея. Затем, отметив высоту пачки на уголках, снимаем их, удаляем лишнее. Саморезами прикрепляем к обкладкам.

Изготавливаем корпус по размерам теплообменника: основной масштаб – это его диагональ и толщина.

В случае одного пакета его края могут крепиться на всех сторонах корпуса. Отверстия в боковых стенках выпиливаются под имеющиеся материалы, такие как вентиляторы, входные/выходные вентиляционные короба или трубы.

Следует иметь в виду, что теплообменник монтируется вертикально так, чтобы вентиляторы оказались вверху. Это важно для оттока конденсата: сливная трубка должна находиться в правой нижней части рекуператора.

Из помещения воздух подаётся ко входу левого на рисунке вентилятора, а правый – всасывает наружный воздух.

В случае если устройство будет работать в неотапливаемом помещении, теплоизолируйте его как можно лучше, например, минеральной ватой, пенополистиролом.

Один из вариантов установки пластинчатого рекуператора приведён на рисунке.

Далее рассмотрим, как в домашних условиях собрать самому коаксиальный рекуператор.

Преимущества рассматриваемого устройства:

• не имеет движущихся частей;
• хороший КПД до 65%;
• простота конструкции;
• автономность – монтируется непосредственно в стене.

Все необходимые материалы легко приобрести в хозяйственном магазине:

• пластиковая канализационная труба диаметром 16 см;
• тройники – 2 шт.;
• соответствующие трубе и вентиляторам переходники – 3 шт.;
• алюминиевая гофротруба диаметром 10 см, длина равна 1.5 длины пластиковой трубы.

Диаметры переходников, гофротрубы и вентиляторов одинаковые:

1. Определяемся с длиной трубы, помня, что КПД напрямую зависит от этого параметра. Отрезаем по размеру обе трубы.
2. Размещаем кольцами предельно растянутый гофр внутри пластиковой трубы.
3. После растяжки присоединяем тройники с обеих сторон так, чтобы гофр проходил в ответвления. Приклеиваем алюминий по диаметру к краям пластика, отрезаем лишнее.
4. Присоединяем третий переходник со стороны домашней части трубы. С этой же стороны устанавливаем вентиляторы: через гофротрубу воздух выдувается наружу.
5. Не забываем оба уличных отверстия закрыть фильтрами, чтобы мухи не летели.

В том случае, если рекуператор проходит через стену, вставьте его в канал стены и продолжайте с пункта 2.

Для небольших помещений и при наличии материала можете собрать трубчатый теплообменник рекуперации воздуха. Комплектующие те же, что в предыдущем случае, только надо заменить гофротрубу на трубки алюминиевые или стальные с диаметром 3-5 мм, взять немного листового металла либо пластика 2-4 мм и два Т-образных тройника:

1. Из листа по диаметру трубы вырезаем 2 круга. Разметив произвольно, одновременно в обоих высверливаем отверстия под внешний размер трубок. Чем больше отверстий, тем выше КПД.
2. Все трубки собираем между кругами, проклеивая соединения. Теплообменник готов.
3. Помещаем его в трубу. На обе стороны надеваем тройники так, чтобы край каждого был выше пластин теплообменника.
4. С одной стороны конструкции в оба раструба тройника укрепляем вентиляторы.

Противоположные следует закрыть фильтрами.

Представим интересное практическое решение: парный трубчатый реверсивный рекуператор для монтирования в стене.

Необходимые материалы:

• 2 отрезка канализационной трубы;
• заглушки на них – 2 шт.;
• схема управления.

Общий вид приведён ниже:

1. Как обычно, рисуем чертеж с учётом места эксплуатации прибора. Отрезаем кусок трубы и необходимое количество трубок.
2. Забиваем рабочий объём трубками вплотную.
3. Монтируем вентиляторы в заглушку «спинами» друг к другу. С другой стороны трубы клеим фильтр.
4. Повторяем операции для второго устройства.
5. Ответственный момент – изготовление электронной схемы управления. Принцип работы системы двух блоков «тяни-толкай»: один выталкивает воздух в течение, например, минуты, другой – засасывает, и наоборот.

Вместо трубок предлагается использовать пластмассовые шарики с диаметрами около 5 мм. Поверхность обмена теплом значительно увеличится, и КПД – тоже.

Роторный рекуператор воздуха имеет высокий КПД, однако считается малопригодным для установки в жилых помещениях из-за высоких массогабаритных показателей, сложности изготовления и сборки.

Принцип функционирования понятен из рисунка: в кожухе вращается барабан, состоящий из множества канальцев, образованных гофрированным тонким металлом или трубочками, в которых и происходит теплообмен. В состав кожуха входят 2 воздушных короба подачи и отвода.

Ясно, что в такой конструкции происходит смешение потоков и частичный возврат воздуха, что уменьшает эффективность прибора. Но есть и плюс – влажность практически не изменяется.

Представляем вариант самодельного роторного рекуператора воздуха.

Материалы:

• длинный стальной стержень с резьбой, диаметр 5-10 мм;
• щипцы для блоков-заклёпок;
• G-образная струбцина.

Приведем примерный порядок действий:

• Создаём чертежи всего устройства под роторный теплообменник, включая короба отвода-подвода воздуха, крепления моторчика, привод и прочее.
• Нарезаем трубки в количестве, рассчитанном по формулам: К = (площадь барабана) / (площадь трубки) или [ (радиус барабана) / (радиус трубки) ]х2. Длина трубок меньше длины барабана сантиметра на 2, чтобы была возможность загнуть бортики сверху и снизу.
• Если удалось найти трубу из металла или пластика с нужными диаметром и длиной, переходите к следующему пункту. В противном случае из металла сделайте барабан по своему эскизу. Для этого вначале выпилите круг из фанеры, затем металлический прямоугольник. Сверните его вокруг фанерного кружка с нахлёстом, скрепите струбциной. Действуя дрелью и щипцами, склепайте края цилиндра.
• Из листа металла делаем 2 круга, и лобзиком вырезаем из них 2 торцевые крестовины.
• Концы резьбового стержня зашлифовываем – это ось теплообменника.
• Собираем каркас ротора: цилиндр + крестовины + ось. Туго набиваем цилиндр трубками.

Ротор рекуператора готов. Смонтируйте его в корпусе воздухообменника.