Чи може система вентиляції з рекуперацією тепла економити енергію для будівель?

Як система вентиляції з рекуперацією тепла зменшує споживання енергії в будівлях

Розуміння ролі рекуперації тепла у зменшенні навантаження на опалення та охолодження за допомогою систем відновлення енергії

Системи вентиляції, оснащені технологією рекуперації тепла, зменшують потребу в енергії шляхом передачі теплової енергії від відпрацьованого повітря до свіжого припливного повітря. Ці системи, відомі як HRV (рекуператори тепла) та ERV (рекуператори енергії), працюють за допомогою спеціальних теплообмінників, які утилізують близько 80 відсотків втраченого тепла з внутрішнього повітря. Це відновлене тепло потім використовується для підігріву або охолодження зовнішнього повітря до того, як воно надходить у центральну систему опалення, вентиляції та кондиціонування. Міністерство енергетики США стверджує, що такі системи можуть істотно зменшити необхідність у повноцінних циклах опалення чи охолодження. Як наслідок, будівлі в цілому використовують приблизно на 30–50 відсотків менше енергії для роботи систем HVAC.

Збереження енергії шляхом постійного обміну повітря без втрати тепла

Традиційні системи вентиляції просто викидають оброблене повітря, втрачаючи велику кількість енергії, тоді як сучасні системи рекуперації тепла підтримують свіже повітря в приміщенні, не допускаючи втрат цього тепла. Коли система працює належним чином, вона балансує потоки припливного та витяжного повітря через спеціальний компонент — теплообмінник, який зазвичай виготовлений із керамічних матеріалів або певних видів пластикових полімерів. Під час цього процесу обміну захоплюється від 60 до 90 відсотків тепла. Що це означає для практичного застосування? Будівлі щороку втрачають на 50–75 % менше енергії на вентиляцію, тому люди фактично відчувають більш стабільну температуру протягом різних сезонів, замість незручних коливань температури, до яких ми всі звикли у старих системах.

Як теплообмінники в системах HRV/ERV попередньо обробляють припливне повітря для підтримання стабільності температури в приміщенні

Узимку, коли температура на вулиці опускається до приблизно -5 градусів Цельсія, система працює за рахунок відбору тепла з більш теплого витяжного повітря (приблизно 20°C) та передачі його в холодне зовнішнє повітря. На виході повітря вже попередньо нагрівається до приблизно 11°C, ще до того, як потрапити всередину будівлі. Такий простий теплообмін зменшує потребу домогосподарств у опаленні кожного дня, економлячи від 3 до, можливо, 5 кіловат-годин енергії. Влітку процес зворотний. Принцип залишається тим самим, але тепер він допомагає охолодити спекотне повітря, що надходить ззовні, шляхом передачі зайвого тепла у вихідний витяжний потік. Це означає, що приміщення залишаються комфортними зсередини, не потребуючи постійного цілоденного ввімкнення кондиціонерів. Люди справді помічають кращу стабільність температури в своїх будинках та економлять гроші на великих рахунках за опалення та кондиціонування наприкінці місяця.

Аналіз даних: середнє зниження споживання енергії на опалення та охолодження на 50–70% у житлових будинках

Дослідження Фонду THESEF показують, що житлові будинки з вентиляцією із рекуперацією тепла споживають на 50–70% менше енергії на опалення та охолодження, ніж ті, що мають традиційні системи. У пасивних будинках, де системи рекуперації тепла є стандартом, потреба у теплі часто падає нижче 15 кВт·год/м²/рік — це на 80% менше, ніж у типових будинках.

Ефективність системи вентиляції з рекуперацією тепла в різних кліматичних умовах

Вплив систем рекуперації тепла на розмір HVAC-систем та енергоефективність у холодному кліматі

Коли температура опускається нижче точки замерзання, рекуператори знижують потребу у опаленні приблизно на 38% або майже вдвічі, що дозволяє робити системи опалення, вентиляції та кондиціонування повітря меншими за розміром і ефективнішими. Технологія теплообмінника протиточної дії фактично підігріває свіже повітря, яке надходить, приблизно на 8–12 градусів Цельсія порівняно з зовнішнім, тому інженерам більше не потрібно встановлювати великі нагрівальні установки — це може дозволити заощадити обладнання на 1 або 2 тони, продовжуючи отримувати гарні результати. Сучасні функції запобігання обмерзанню забезпечують стабільну роботу майже весь час, навіть коли настає сувора зима, досягаючи приблизно 89% часу роботи при мінус 25 градусах Цельсія. Це робить рекуператори практичним рішенням також для регіонів із жорсткими зимовими умовами. Дослідження, опубліковане у 2022 році в журналі Renewable and Sustainable Energy Reviews, підтверджує їхню ефективність у екстремальних кліматичних умовах.

Ефективність вентиляції з рекуперацією тепла у вологому та помірному кліматі

Системи ERV дійсно добре працюють у спекотних, вологих районах та місцях із різкими погодними умовами, оскільки вони одночасно регулюють температуру та вологість. Ці установки можуть зменшити потребу в додатковому охолодженні приблизно на 18–27 відсотків завдяки здатності вибірково переміщувати вологу з одного боку на інший, що робить їх значно ефективнішими у підтримці сухості приміщень порівняно зі звичайними системами. Якщо розглядати конкретно середземноморський клімат, двоядерні моделі чудово працюють у холодні місяці, відновлюючи близько 74% тепла, яке інакше було б втрачено. У той же час ці системи запобігають надмірній вологості в приміщеннях у тепліший період року. Це важливо, оскільки стандартні системи кондиціонування часто витрачають від 20 до 30% енергії при надмірній вентиляції, що досить часто трапляється в багатьох будинках та будівлях.

Дослідження випадку: Економія енергії в пасивному будинку в Канаді за допомогою системи HRV протягом 12 місяців

Старий будинок у Саскачевані було модернізовано до пасивного будинку з вентиляційною установкою з рекуперацією тепла, яка працює з ефективністю близько 92%. Це покращення скоротило рахунки за опалення майже на дві третини, що означає економію близько 1240 доларів щороку порівняно з періодом, коли використовувалися звичайні витяжні вентилятори. Згідно з дослідженням журналу Energy and Buildings, у цьому будинку рівень вуглекислого газу залишався нижче 800 частин на мільйон, при цьому загальне споживання енергії скоротилося приблизно на 42%. Це насправді на 31 пункт краще, ніж вимагають стандарти ASHRAE 62.2 для належної вентиляції. Досить вражаючі результати для такого значного поліпшення як комфорту, так і економії коштів.

Максимізація енергозбереження шляхом ранньої інтеграції в проектування будівель

Зменшення навантаження системи опалення, вентиляції та кондиціонування повітря шляхом інтеграції системи вентиляції з рекуперацією тепла на етапі проектування

Коли архітектори вже на початковому етапі проектування закладають системи вентиляції з рекуперацією тепла, будівлі зазвичай демонструють підвищення ефективності систем опалення, вентиляції та кондиціонування повітря (HVAC) на 30–50% у порівнянні з випадками, коли такі системи додаються пізніше. Правильне планування на ранній стадії дозволяє проектувальникам оптимально прокласти повітроводи та підібрати розміри теплообмінників згідно з реальними потребами будівлі. Натомість, будівлі, в які системи встановлюються після завершення будівництва, часто втрачають близько 15–25% ефективності через те, що всі компоненти не так добре узгоджені між собою. Міністерство енергетики США згадує щось подібне у своїх матеріалах щодо енергетичних ресурсів для корінних племен. Будівлі з правильно інтегрованими системами зберігають високий рівень ефективності протягом усіх сезонів, підтримуючи ККД на рівні 80–90%, навіть коли зовнішня температура різко змінюється.

Аналіз тенденцій: Впровадження вентиляції з рекуперацією тепла в будівлях із нульовим енергоспоживанням

Приблизно дві третини всіх будівель із чистим нульовим енергоспоживанням по всій країні зараз обладнані системами вентиляції з рекуперацією тепла, що значною мірою зумовлено рекомендаціями Міністерства енергетики щодо комплексного проектування будівель. Коли забудовники правильно впроваджують ці системи, вони можуть скоротити потребу у системах опалення майже на половину в холодних кліматичних зонах та зменшити потребу у охолодженні приблизно на третину в районах із високою вологістю. Зокрема для будівель, сертифікованих за стандартом Passive House, раннє встановлення рекуператора тепла допомагає підтримувати високу якість повітря в приміщенні, не порушуючи герметичності, необхідної для енергоефективності. Цей баланс між циркуляцією свіжого повітря та збереженням повітряно-щільної оболонки залишається ключовим для досягнення амбітних цілей щодо нульового енергоспоживання.