Может ли система вентиляции с рекуперацией тепла экономить энергию для зданий?

Как система вентиляции с рекуперацией тепла снижает энергопотребление зданий

Понимание роли рекуперации тепла в снижении нагрузок на отопление и охлаждение с использованием систем рекуперации энергии

Системы вентиляции, оснащённые технологией рекуперации тепла, снижают потребность в энергии за счёт передачи тепловой энергии от удаляемого воздуха к поступающему свежему воздуху. Эти системы, известные как HRV (рекуператоры тепла) и ERV (рекуператоры энергии), работают с помощью специальных теплообменников, которые улавливают около 80 процентов избыточного тепла из внутреннего воздуха. Затем это тепло используется для нагрева или охлаждения наружного воздуха до его поступления в основную систему отопления, вентиляции и кондиционирования. По оценкам Министерства энергетики США, такие системы действительно способны значительно снизить необходимость в полном цикле обогрева или охлаждения. В результате здания в целом расходуют примерно на 30–50 процентов меньше энергии на работу систем ОВК.

Энергосбережение за счёт непрерывного обмена воздуха без потерь тепла

Традиционные системы вентиляции просто выбрасывают кондиционированный воздух и тратят впустую огромное количество энергии, тогда как современные системы рекуперации тепла поддерживают свежесть воздуха в помещении, не позволяя теплу уходить наружу. Когда система работает правильно, она уравновешивает потоки поступающего и выходящего воздуха через специальный компонент — теплообменник, который обычно изготавливается из керамических материалов или определённых видов пластиковых полимеров. В процессе обмена захватывается от 60 до 90 процентов тепла. Что это означает для реального применения? Здания теряют на половину — три четверти меньше энергии на вентиляцию каждый год, поэтому люди фактически ощущают более стабильную температуру в течение разных сезонов, а не сталкиваются с неприятными перепадами температур, к которым все мы привыкли в старых системах.

Как теплообменники в системах рекуперации тепла/влаги предварительно кондиционируют поступающий воздух для поддержания стабильной температуры внутри помещения

В зимние месяцы, когда температура на улице опускается до примерно -5 градусов Цельсия, система работает за счёт забора тепла из более тёплого вытяжного воздуха (около 20 °C) и передачи его в холодный наружный воздух. На выходе воздух уже предварительно подогревается до приблизительно 11 °C, прежде чем попасть в здание. Такой простой теплообмен позволяет сократить объём энергии, необходимой домохозяйствам для отопления каждый день, примерно на 3–5 киловатт-часов. Летом процесс меняется на противоположный. Тот же принцип применяется, но теперь он помогает охлаждать раскалённый горячий воздух, поступающий снаружи, путём передачи избыточного тепла в исходящий вытяжной поток. Это позволяет поддерживать комфортную температуру внутри зданий, не требуя постоянной круглосуточной работы кондиционеров. Люди действительно замечают более стабильную температуру во всём доме и тратят меньше денег на счета за отопление и кондиционирование в конце месяца.

Аналитика данных: среднее сокращение потребления энергии на отопление и охлаждение на 50–70% в жилых зданиях

Исследования фонда THESEF показывают, что жилые здания с вентиляцией с рекуперацией тепла потребляют на 50–70% меньше энергии на отопление и охлаждение по сравнению с зданиями, оснащёнными традиционными системами. В пассивных домах, где системы рекуперации тепла являются стандартом, потребность в отоплении зачастую падает ниже 15 кВт·ч/м²/год — что соответствует снижению на 80% по сравнению с типичными домами.

Эффективность системы вентиляции с рекуперацией тепла в различных климатических условиях

Влияние систем рекуперации тепла на подбор мощности систем отопления, вентиляции и кондиционирования и их энергоэффективность в холодных климатах

Когда температура опускается ниже точки замерзания, рекуператоры снижают потребность в отоплении примерно на 38 % или почти вдвое, что позволяет делать системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха более компактными и эффективными. Технология противоточного теплообменника фактически нагревает поступающий свежий воздух примерно на 8–12 градусов Цельсия по сравнению с наружной температурой, поэтому инженерам больше не нужно устанавливать громоздкие нагревательные блоки — это может сэкономить до одного или двух тонн оборудования при сохранении высоких результатов. Современные функции защиты от обмерзания обеспечивают бесперебойную работу большую часть времени даже при очень низких температурах, достигая около 89 % времени работы при минус 25 градусах Цельсия. Это делает рекуператоры практичным решением и для регионов с суровыми зимними условиями. Исследование, опубликованное в 2022 году в журнале Renewable and Sustainable Energy Reviews, подтверждает их эффективность в экстремальных климатических условиях.

Эффективность вентиляции с рекуперацией тепла во влажных и смешанных климатах

Системы ERV особенно эффективны в жарких, влажных районах и местах с разнообразными погодными условиями, поскольку они одновременно управляют как температурой, так и влажностью. Эти установки могут сократить потребность в дополнительном охлаждении примерно на 18–27 процентов благодаря способности избирательно перемещать влагу с одной стороны на другую, что делает их значительно более эффективными в поддержании сухости помещений по сравнению с обычными системами. В частности, в климате средиземноморского типа двухконтурные модели отлично работают в холодные месяцы, восстанавливая около 74% тепла, которое в противном случае было бы потеряно. В то же время такие системы предотвращают чрезмерное увлажнение воздуха в помещениях в тёплые сезоны. Это важно, потому что стандартные системы кондиционирования часто теряют от 20 до 30% энергии при избыточной вентиляции — явлении, довольно распространённом во многих домах и зданиях.

Пример из практики: Экономия энергии в пассивном доме в Канаде с использованием системы HRV в течение 12 месяцев

Старый дом в Саскачеване был переоборудован в пассивный дом с установкой системы вентиляции с рекуперацией тепла, эффективность которой составляет около 92%. Это модернизация сократила расходы на отопление почти на две трети, что позволяет экономить около 1240 долларов в год по сравнению с использованием обычных вытяжных вентиляторов. Согласно исследованию из журнала Energy and Buildings, уровень диоксида углерода в этом доме оставался ниже 800 частей на миллион, при этом общее энергопотребление сократилось примерно на 42%. Это на 31 пункт лучше показателей, требуемых стандартом ASHRAE 62.2 для правильной вентиляции. Довольно впечатляющие результаты для такого значительного улучшения как комфорта, так и экономии затрат.

Максимизация энергосбережения за счёт ранней интеграции в проект здания

Снижение нагрузки на систему отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха путём интеграции системы вентиляции с рекуперацией тепла на этапе проектирования

Когда архитекторы изначально проектируют системы вентиляции с рекуперацией тепла, здания, как правило, демонстрируют повышение эффективности систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха на 30–50 % по сравнению с теми случаями, когда такие системы устанавливаются позже. Правильная интеграция на раннем этапе позволяет проектировщикам грамотно спланировать разводку воздуховодов и подобрать размер теплообменников в соответствии с реальными потребностями здания. В противном случае здания, в которые системы устанавливаются после завершения строительства, теряют около 15–25 % эффективности, поскольку все компоненты не так хорошо согласованы между собой. Министерство энергетики США упоминает нечто подобное в своих материалах по энергетическим ресурсам для племён. Здания с правильно интегрированными системами сохраняют высокую производительность в течение разных сезонов, поддерживая эффективность на уровне 80–90 %, даже когда наружная температура резко меняется.

Анализ тенденций: внедрение вентиляции с рекуперацией тепла в зданиях с нулевым энергопотреблением

Около двух третей всех зданий с нулевым энергопотреблением по стране теперь оснащены системами вентиляции с рекуперацией тепла, что во многом обусловлено руководящими принципами Министерства энергетики по комплексному проектированию зданий. При правильном внедрении этих систем строители могут сократить потребность в отопительном оборудовании почти на половину в холодных климатах и уменьшить потребность в охлаждении примерно на треть в регионах с высокой влажностью. Для зданий, сертифицированных по стандарту Passive House, ранняя установка рекуператора тепла помогает поддерживать высокое качество внутреннего воздуха, не нарушая герметичности, необходимой для энергоэффективности. Сочетание эффективной циркуляции свежего воздуха и сохранение герметичной оболочки остаётся ключевым фактором для достижения амбициозных целей по нулевому энергопотреблению.