Анализ вариантов расчета эффективности работы различных рекуператоров номинальная (маркетинговая) и фактическая

0
515

Одна из важнейших необходимых сфер в строительстве, которому уделяется особое внимание, это отопление, комфортное пребывание в помещении. Проблема снижения затрат на отопление зданий особенно актуальна в последнее время как в частном домостроительстве, так и в многоквартирном. На величину затрат влияет не только способ отопления, но также обязательная изоляция помещений для минимизации теплопотерь. Так создаются здания с максимальной герметичностью, где происходит исключение естественной вентиляции в пользу принудительной – через вентиляционные системы.

100% = 50%?

Принимая во внимание то, что на теплопотери через вентиляции приходится в среднем 25% энергии, расходуемой на отопление здания, актуальность внедрения систем утилизации тепловой энергии из удаляемого воздуха становится наиболее актуальной задачей в сфере энергосбережения. Для принудительных систем вентиляции жилых и общественных зданий в последнее время стали применять различные типы рекуператоров. Наиболее распространены пластинчатые, роторные и рекуператоры с промежуточным теплоносителем. Производители данных аппаратов смело заявляют об их эффективности на 40, 60 и даже 90%. Например, при более детальном рассмотрении пластинчатых рекуператоров, чья эффективность сильно колеблется при изменении температуры и влажности воздуха, а также абсолютно зависит от объемов пропускаемого воздуха, в информационных брошюрах производители стараются преподнести информацию об аппарате в более выгодном свете. Так например, могут заявлять об их тепловой эффективности до 90%, но при этом, в технических характеристиках, к которым предъявляются более высокие требования, данную цифру обходят, и в то же время неявно изображают высокий коэффициент эффективности на графиках, заставляя потребителя «додумывать» об абсолютной эффективности того или иного аппарата. О том, что все тепло из выходящего воздуха возвращается в дом с прогретым чистым воздухом. То есть 100% коэффициент рекуперации выдается за 100% возврат тепла в дом.

Обратим внимание на тот момент, что никто не задается вопросом о «нереальности» данного процесса: все понимают, что, если смешать стакан кипятка со стаканом ледяной воды, получится теплая вода, но никак не снова кипяток, даже с использованием рекуператора тепловой энергии – нулевой закон термодинамики о транзитивности энергии пока никто не отменял. Но когда дело доходит до воздуха, активно навязывается мысль, что приточный воздух будет такой же температуры как и в помещении. Поэтому, чем выше разница температур между наружным и внутренним воздухом, тем ниже эффективность абсолютно любого рекуператора. Значит маркетинговые 100% = реальные 50%?

Обязательный необязательный коэффициент эффективности

Потребитель, изучающий маркетинговые и рекламные материалы различных производителей рекуператоров, при выборе аппарата отдает предпочтение европейским, японским, корейским и китайским производителям, руководствуясь высокими энергосберегающими показателями, декларируемыми зарубежными производителями и подтвержденными графиками, диаграммами, а также наличием класса энергоэффективности рекуперации тепла, 𝜂. Отметим, что на рекуперационные установки по Регламенту Regulation (EU) No 1253/2014 No 1254/2014)1 Европейского парламента вводится система классов от А до G, особое внимание уделяется таблице классов, указывающей на энергоэффективность SEC- удельный расход энергии на 1 м² площади обогреваемого здания [кВт/м²]

SEC=Ta × Pef x Qnet × MISC × CTRL × SPI -Ta x ΔTh x × ηh x Cair x × (Qdefr-Qnet × CTRL x × MISC x × (1-ηt))+Qdef

Где:

Та — часы работы в год (ч/г)

Pef- коэффициент первичной энергии

Qnet-чистая потребность вентиляции на м² (м³/ч.м²)

MISC-коэффициент управления вентиляцией

SPI-удельная потребляемая мощность кВт/(м³/ч)

Th-количество часов отопительного сезона (ч)

Th- средняя разница внутренней (19°С для средней полосы) и наружной температуры за отопительный сезон минус поправка на 3°К для солнечной и внутренней температуры(К)

h-средняя эффективность обогрева

Cair-удельная теплоемкость воздуха при постоянном объёме ( кВт/ч(м³))

Qref-эталонная естественная вентиляция на 1м2 площади отапливаемого помещения(м³/ч.м²)-при двунаправленных установках с рекуперативным теплообменником, при однонаправленных агрегатах Qdef=0.

t-тепловой КПД рекуперации тепла

Qdef-годовая тепловая энергия на м² площади обогреваемого помещения (кВт/ч/м²) для оттаивания, основанная на нагреве электрической энергией

Тdef-продолжительность периода оттаивания при температуре наружного воздуха ниже -4°С (ч/год)

CTRL-управление вентиляцией, при ручном управлении CTRL=1, при локальном контроле CTRL=0,65

MISC-вентиляционные установки с воздуховодами MISC=1.

Из формулы становится понятно сразу только то, что таким количеством показателей потребитель просто не обладает, чтобы ясно представить картину об эффективности того или иного агрегата.

Более детальное изучение вопроса эффективности рекуператоров выявило полное отсутствие четких правил для её расчета. В связи с этим существуют эмпирические методики расчета для подбора необходимых параметров рекуперационного оборудования, которые позволяют оценить основные потребительские качества вентиляционного оборудования и их энергосберегающие способности.

Но при любом расчете коэффициента, необходимо учитывать так же все слабые места различных установок, будь то остановка приточного воздуха для оттаивания наледи и «добирание» воздуха из «слабых» мест в изоляции, или вероятность смешивания приточного и выпускаемого воздуха, запуск обогрева для просушки пластин с неизбежным повышением затрат на энергию и т.д.

Как бы не желали производители убедить потребителя в абсолютной эффективности рекуператоров, на деле далеко не всегда установка подобных аппаратов оправдана.

Наиболее честный, открытый и понятный для потребителя способ оценки эффективности рекуперационной установки, главной задачей которой является перемещать теплоэнергию из удаляемого воздуха во входящий, на наш взгляд, является использование двух простых и важных показателей: температура приточного наружного до рекуператора воздуха и температура воздуха удаляемого из помещения после рекуператора:

Kv12

Т1 — температура удаляемого воздуха после рекуператора (°К)

Т2 —  температура наружного воздуха (приточного воздуха) (°К)

Данный коэффициент показывает способность рекуперационной установки извлекать тепло из удаляемого воздуха Т2-принимается равной наиболее холодной пятидневки для данного района.

Данный расчет дает более правильное представление потребителю о способности оборудования отбирать тепло, удаляемое вместе с выходящим воздухом через рекуперационное оборудование,  указывается в градусах, что легче для восприятия. Данный расчет применяется при условии одинаковых массовых потоков проходящих через теплообменник воздуха в случае, если они не равны  -потребуется корректировка поправочного коэффициента.

Таким образом, при одинаковых вводных будет видна реальная эффективность каждого аппарата, которая может быть легко рассчитана для любого сезона и климатического пояса. Данный расчет наглядно укажет на недостатки тех или иных аппаратов, стимулируя производителей улучшать их путем внедрения новых научных достижений и разработок.

Из всего вышесказанного следует, что необходимо адаптировать требования к вентиляционному энергосберегающему оборудованию с учетом местных климатических условий, утилизация теплоты — процесс требующий дальнейшего совершенствования путем внедрения новых научных достижений и разработок, которые успешно проводятся в российских научно-исследовательских институтах и технических университетах. Маркетинговые расчеты, применяемые для стимуляции рынка вентиляционного оборудования, тормозят развитие инновационных технологий. Современное состояние рекуперационного оборудования не может преодолеть 50%-ный показатель. Для повышения КПД требуется применение новых инженерных решений и внедрения систем вентиляции с  тепловыми насосами. В БГТУ им Шухова проведены инженерно–изыскательские работы по понижению теплопотерь зданий за счет создания рекуператора с колебательным контуром системы MOVEBIT и теплообменников нового поколения, способных отбирать тепло из удаляемого воздуха посредством его охлаждения до температуры близкой к температуре наружного. Таких результатов удалось достигнуть используя теплоноситель с температурой ниже температуры окружающей среды. Работая в рамках проекта «Приоритет 2030» выпущена первая мелкосерийная партия теплообменников для работы в тестовом режиме в системах вентиляции зданий. Тестовые аппараты отлично себя проявили в процессе увеличения трансформации тепла теплонасосной установки и, как следствие, привели к снижению расхода электроэнергии и повышению теплопроизводительности системы создания микроклимата.

 

По материалам GlobHeat

Орлов К.П., операционный директор GlobHeat

Якуба Ю.А., начальник технического отдела АНО ДПО УКЦ «Университет климата»

Красавцева А.А., PR-менеджер GlobHeat