Экономит ли энергоресурсы вентиляционная система с рекуперацией тепла?

Как система вентиляции с рекуперацией тепла позволяет экономить энергию

Основной принцип: передача тепловой энергии в режиме реального времени через теплообменники

Системы вентиляции с рекуперацией тепла работают за счёт обмена тепловой энергией между выходящим и поступающим воздухом, при этом не допуская смешивания этих воздушных потоков. В основе этого процесса лежёт специальное теплообменное ядро, способное передавать до 90 % фактического теплового содержания от тёплого, затхлого вытяжного воздуха к более холодному свежему воздуху, поступающему в здание. Рассмотрим типичный пример: внутри температура составляет около 20 градусов Цельсия, а снаружи мороз минус 5 градусов. Устройство с КПД 80 % нагреет поступающий холодный наружный воздух примерно до 16 градусов ещё до того, как он достигнет основной системы отопления. Такая оперативная корректировка температуры снижает нагрузку на систему отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), поскольку уменьшается разница между температурой поступающего и уже находящегося внутри воздуха. А в жаркие месяцы процесс меняется на противоположный: система использует прохладный воздух, покидающий здание, чтобы охладить горячий воздух, поступающий снаружи, что позволяет кондиционированию не так интенсивно бороться с палящими летними температурами.

Основные компоненты включают:

• Теплообменный сердечник (пластинчатый, роторный или термосифонного типа), обеспечивающий теплопроводную или конвективную передачу тепла
• Системы фильтрации , удаляя воздушные частицы, сохраняя при этом целостность воздушного потока
• Сбалансированные вентиляторы , поддерживающие постоянное давление и объёмный расход воздуха

Полевые данные показывают, что такая замкнутая система повторного использования энергии сокращает потребление энергии на отопление и охлаждение на 30–50% в жилых помещениях — особенно там, где механическая вентиляция заменяет неконтролируемое проникновение воздуха.

Факторы эффективности: климат, конструкция и качество монтажа

Реальная экономия энергии зависит от трёх взаимосвязанных факторов:

• Климат : В холодных регионах (например, при средних зимних температурах < -10 °C) наблюдается более высокая рекуперация явного тепла из-за большой разницы температур между внутренним и наружным воздухом. Влажный или смешанный влажный климат больше выигрывает от установок ERV, которые передают как тепло, так и влагу, обеспечивая контроль скрытых тепловых нагрузок.
• Дизайн :
  • Правильный подбор мощности предотвращает частые циклы включения/выключения (при избыточной мощности) или недостаточную вентиляцию (при недостаточной мощности)
  • Выбор теплообменника имеет значение: пластинчатые теплообменники обеспечивают максимальную эффективность сухого тепла в сухом климате; роторные рекуператоры лучше справляются с влажностью и риском обмерзания
  • Трассировка воздуховодов должна минимизировать изгибы и переходы для поддержания расчетной скорости воздушного потока и статического давления
• Установка :
  • Утечки в воздуховодах могут снизить эффективность системы на 15–30% (ASHRAE 2022)
  • Неправильная балансировка воздушных потоков увеличивает неконтролируемые потери инфильтрации на 20–40%
  • Установка агрегата внутри отапливаемого помещения предотвращает замерзание и сохраняет производительность теплообменника

При оптимальном монтаже в холодных климатах такие системы снижают потребность в тепловой энергии на 40–60% по сравнению с зданиями без вентиляции. Ежеквартальная очистка фильтров и ежегодный профессиональный осмотр помогают сохранять более 85% номинальной эффективности в течение времени

Количественная оценка энергосбережения от системы вентиляции с рекуперацией тепла

Модернизация жилых зданий: измеренное сокращение потребности в тепловой энергии

Когда в старых домах устанавливают системы HRV или ERV, расходы домовладельцев на отопление в холодных регионах, таких как климатические зоны с 5 по 7, обычно снижаются на 25–40 %. Эти системы рекуперации воздуха работают за счёт извлечения около 80 % тепла из выводимого из дома воздуха, поэтому мы не теряем всё это тепло каждый раз, когда нуждаемся во внутреннем притоке свежего воздуха. Например, в домах, построенных в середине 1900-х годов, после установки таких систем наблюдалось в среднем снижение потребления энергии на отопление примерно на 32 %. Это означает экономию для большинства семей в размере приблизительно от 1200 до 1800 киловатт-часов в год. Такая экономия позволяет одновременно снизить зависимость от ископаемого топлива и уменьшить ежемесячные счета.

Снижение нагрузки на системы отопления, вентиляции и кондиционирования и влияние на коммунальные платежи: данные исследования ASHRAE RP-1679

Исследование ASHRAE RP-1679 (2019) количественно определило снижение нагрузки в коммерческих зданиях при использовании вентиляции с рекуперацией тепла:

Подогрев приточного воздуха сократил время работы системы отопления, вентиляции и кондиционирования на 26 %, что ежегодно снижает счета за коммунальные услуги на $0,15–$0,28 на квадратный фут — особенно заметно в регионах с более чем 4000 градусо-дней отопительного периода.

HRV против ERV: Выбор подходящей системы вентиляции с рекуперацией тепла для вашего климата

Устройства рекуперации тепла (HRV) и установки рекуперации энергии (ERV) оба восстанавливают тепловую энергию посредством теплообменников, но существенно различаются по способу управления влажностью, что определяет их производительность в зависимости от климата.

В холодных и сухих районах эффективны рекуператоры (HRV), которые в основном утилизируют явное тепло, снижая потребность в отоплении зимой примерно на 60–80 процентов согласно рекомендациям ASHRAE. Эти системы также помогают поддерживать уровень влажности в помещениях, не допуская чрезмерного пересушивания воздуха в суровые зимние месяцы. Однако для регионов со смешанной влажностью необходимы установки ERV, поскольку они контролируют как передачу тепла, так и влаги. В летние месяцы такие устройства выводят избыточную влажность снаружи, что может снизить потребность в охлаждении примерно на 15–30%. Зимой они сохраняют влажность внутри помещений — это особенно важно при значительных сезонных колебаниях влажности, влияющих как на комфорт, так и на долговечность оборудования зданий.

Несоответствие выбора чревато потерей эффективности на 20–40 %: в очень холодных зонах ERV могут сталкиваться с обледенением без систем разморозки, а HRV во влажных зонах увеличивают расходы на осушение и вызывают дискомфорт у occupants.

Реальная окупаемость: эксплуатационная динамика и соотношение затрат и выгод вентиляционной системы с рекуперацией тепла

Вентиляционные системы с рекуперацией тепла, как правило, окупаются за 2–4 года в жилых и коммерческих объектах — в основном за счёт снижения энергонагрузки на системы отопления и кондиционирования. В холодных климатах достигается экономия тепловой энергии на уровне 25–40 %; в смешанных влажных зонах ценность проявляется в стабильности влажности и снижении потребности в скрытом охлаждении.

В одной больнице, где были внедрены такие системы, ежегодное энергопотребление снизилось примерно на 30%. Фактические испытания показали, что механическая вентиляция работала дольше без ухудшения качества внутреннего воздуха. При анализе всех расходов — покупка оборудования, его установка и текущие затраты на техническое обслуживание — больницы отметили, что их ежемесячные счета за электроэнергию снизились от 20% до почти половины. Самое важное для сохранения этих экономических выгод — правильный подбор размеров системы с самого начала, обеспечение корректной работы всего оборудования при первоначальной настройке, а также вовлечение персонала и пациентов в активное использование доступных возможностей. Практика показывает, что хороший результат со временем зависит не от наличия современного оборудования, простаивающего без дела, а от того, насколько эффективно все участники взаимодействуют в повседневной эксплуатации.

Часто задаваемые вопросы

• Что такое теплообменник?

  Теплообменник — это устройство, которое передаёт тепло от одной среды к другой. В системах вентиляции он позволяет использовать тепло уходящего воздуха для обогрева поступающего свежего воздуха.

• Сколько энергии может сэкономить система вентиляции с рекуперацией тепла?

  Эти системы могут сократить расход энергии на отопление и охлаждение на 30–50% в жилых помещениях, особенно при использовании механической вентиляции.

• В чём разница между HRV и ERV?

  HRV в основном утилизирует явное тепло и подходит для холодного, сухого климата, тогда как ERV обеспечивает передачу как тепла, так и влаги, что идеально подходит для влажных смешанных климатических условий.

• Что влияет на эффективность системы вентиляции с рекуперацией тепла?

  На эффективность влияют климат, конструкция и качество монтажа. Правильный подбор размеров и установка снижают потери, тогда как утечки воздуха через воздуховоды и неправильная балансировка воздушного потока могут снизить эффективность.

• Как долго окупается установка таких систем?

  Окупаемость обычно наступает через 2–4 года за счёт снижения нагрузки на системы отопления, вентиляции и кондиционирования, в зависимости от климата.