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

Обязательным условием комфортного проживания в частном доме является наличие правильно подобранной системы вентиляции, которая качественно обновляет воздух в помещении. Такое оборудование поддерживает оптимальный микроклимат, регулирует влажность и не охлаждает помещение зимой. Используя специальный рекуператор воздуха, можно расширить функциональность системы вентиляции, сократить расходы домовладельца на обогрев и коммунальные платежи.

Содержание

1 Особенности и принцип работы
2 Типы конструкций
3 Основные типы конструкций
4 Принцип работы рекуператора
5 Что такое рекуператор
6 Рекуператор своими руками
7 Достоинства и недостатки
8 Правила выбора рекуператора
9 Инструменты и материалы
10 Принцип действия и особенности агрегата
11 Как увеличить КПД
12 Рекомендации

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 устройств чрезвычайно 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.

Это интересно: Как сделать кондиционер в частном доме: за и против- их виды, монтаж и как установить своими руками

Типы конструкций

Есть несколько основных видов конструкций рекуператоров:

Пластинчатый.
Роторный.
С теплоносителем.
Трубчатый.

Пластинчатый – состоит из собранных воедино листов алюминия, который обладает самыми хорошими показателями теплопроводности при приемлемой цене материала. Прост в исполнении, нет движущихся деталей, недорогой. КПД – 40-70 %.

Роторный имеет вращающийся вал, работающий от электричества, и два канала с противотоками. Воздух прогревает часть ротора, она поворачивается и передаёт тепло холодному потоку в другом канале.

КПД обычно у таких приборов выше, но:

энергозависимость;
большие размеры;
сложность воспроизведения;
сложность ремонта и обслуживания;
а также то, что потоки немного, но смешиваются…

…делают ротор не столь популярным среди потребителей.

Варианты с теплоносителем и трубчатые ещё более сложны для воспроизведения в домашних условиях.

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.

Принцип работы рекуператора

Внутренняя конструкция рекуператора позволяет передавать температуру от выходящего из комнаты потока, входящему с улицы холодному воздуху.

Происходит эта передача различными способами, но в любом случае, посредством дополнительного материала теплообмена, так что два потока не смешиваются (или практически не смешиваются).

Насколько эффективна работа рекуператора, будет зависеть от его конструкции, объёмов, которые он через себя перекачивает и температур за окном. Но в любом случае показатели значительные – от 50 до 91 % экономии.

Рекуператор полезен во все времена года – в мороз он возвращает тепло в дом, а летом, когда на улице становится жарче, происходит охлаждение потока и снижается нагрузка на кондиционеры.

Что такое рекуператор

Рекуператор – прибор, встраиваемый в вентиляцию для подогрева воздуха

Устройства передают тепло от уже подогретых воздушных масс холодным, поступающим из внешней среды.

Теплообменники для рекуператора бывают нескольких видов исполнений. Наиболее распространены пластинчатые и трубчатые рекуператоры.

Экономический эффект от применения прибора определяется вложениями в его установку и обслуживание, а также планируемой продолжительностью эксплуатации.

Это интересно: Как сделать проектирование и монтаж вентиляции и кондиционирования в частном доме: Пошагово

Рекуператор своими руками

Рекуператор воздуха сделать несложно, если подобрать верную конструкцию. Самой простой с точки зрения выполнения будет пластинчатая система. У такой модели есть и большие плюсы, и не менее заметные минусы. Если говорить о преимуществах, то даже сделанный своими руками рекуператор воздуха для частного дома даст вам:

Высокий уровень КПД.
Не потребуется привязка к электричеству.
Простота и надежность конструкции.
Доступность материалов и функциональных элементов.
Длительный срок эксплуатацию.

Но перед тем, как начать делать рекуператор воздуха своими руками, уточните все преимущества и недостатки модели. Главный недостаток – это обледенение при сильном морозе. На улице уровень влажности не настолько высокий, как в комнате, и если на нее не воздействовать, она начнет превращаться в конденсат. При морозе высокая влажность будет способствовать образованию наледи.

Есть несколько способов того, чтобы защитить устройство рекуператора от обмерзания. Это специальные решения небольшого размера, которые отличаются эффективностью и способом реализации:

Воздействие термическим путем на конструкцию, и благодаря этому наледь не будет задерживаться внутри системы (при этом КПД будет уменьшено на 20%).
Отвод воздушных масс от пластин механическим путем, получается принудительный отогрев льда.
Дополнение вентиляционной системы целлюлозными кассетами, которые будут поглощать избыточную влагу. Она будет перенаправлена в жилье, и при этом не только будет устранен конденсат, но и получится эффект увлажнения.

Большинство специалистов сошлись на мнении, что целлюлозные кассеты на сегодняшний день – это лучшее решение. Они будут функционировать при любой погоде за окном, и при этом не будет потребление электричества, не потребуется канализационный отвод и контейнер для конденсата.

Инструменты и приспособления

Итак, что следует подготовить перед тем, как начать сборку домашнего агрегата пластинчатого вида? Специалисты советуют обратить свое внимание на такие материалы:

Листы алюминия (подойдет поликарбонат или текстолит). Обратите внимание на то, что чем тоньше будет материал, тем лучше будет теплообмен. Приточная вентиляция в таком случае будет функционировать лучше.
Деревянные рейки (с шириной 1 см и толщиной 0,2 см). Они должны быть помещены между соседними пластинками.
Минеральная вата (толщина до 4 см).
Фанера или металл для изготовления корпуса устройства.
Уголок.
Клей.
Метизы.
Герметик.
Вентилятор.
4 фланца (под сечение трубы).

Важно! Диагональ корпуса обязательно должна соответствовать ширине теплообменника. Что касаемо высоты, то она должна быть отрегулирована под общее число пластин и их толщину при связке с рейками.

Чертежи

Листы металла используют для нарезания квадратов, которые по размеру должны иметь стороны от 20 до 30 см. В таком случае постарайтесь подобрать оптимальное значение с учетом того, какая система вентиляции была установлена в вашем доме. Листов должно быть не меньше 75 штук. Для того, чтобы они были ровнее, используйте одновременно только с 2-3 листами.

Для полноценного осуществления рекуперации энергии в системе следует подготовить деревянные рейки по размерам сторон квадрата. После этого аккуратно обработайте их при помощи олифы, а после каждый деревянный элемент приклейте на вторую сторону металлического квадратика. Один из квадратов обязательно должен остаться не оклеенным.

Чтобы рекуперация и вентиляция воздуха были эффективнее, каждую грань реек сверху следует тщательно промазать клеевым составом. Отдельные элементы должны быть собраны в сэндвич из квадратов. Очень важно, чтобы второй, третий и остальные квадраты были повернуты на 90 градусов по отношению к предыдущему. Благодаря такому способу изготовления рекуператора воздуха своими руками будет проведено чередование каналов и их перпендикулярное положение.

После этого на клей следует зафиксировать верхний квадрат, на котором будут отсутствовать рейки. При использовании уголков конструкцию следует аккуратно стянуть и прикрепить. Чтобы процесс рекуперации тепла в системе вентиляции был осуществлен без потерь воздуха, следует заполнить щели герметиком. Изготовьте фланцевые крепления. Изготовленное устройство поместите в корпус. Заранее на стенах устройства следует сделать несколько уголковых направляющих. Теплообменник должен быть размещен так, чтобы его углы упирались в боковые стенки, и тогда конструкция будет напоминать ромб.

Остатки в виде конденсата будут оставаться в нижней части. Главной задачей является получить два вытяжных канала, которые изолированы друг от друга. Внутри конструкции из элементов в виде пластин должно быть смешение воздушных масс. Внизу следует сделать небольшое отверстие, чтобы отвести конденсат через шланг. В конструкции сделайте четыре отверстия для фланцев.

Отдельно на входе оставьте место для фильтров. Конструкцию требуется покрыть минеральной ватой, и после установить вентилятор, а само устройство должно быть совмещено с вентиляционной системой.

Расчет устройства

Для того, чтобы определить мощность рекуператора для конкретного пространства, используйте такую формулу:

Ǫ=0,355 * L * (t_комн – t_нач.)

Ǫ – производительность (м
3

/сек).
L – общее кол-во приточного воздуха, которое должно поступить по норме на 1 человека (65 м
3

/час на того, кто в помещении постоянно, и 25 м

3

на тех, кто находится в помещении временно).
(t_комн – t_нач.) – это показатель разницы между температурой, которая требуется, и той, что на улице.

К примеру, для того, чтобы нагреть воздух в комнате до +25 градусов, где постоянно находиться один человек, требуется произвести следующий расчет: Ǫ=0.355*60*25=532, 5 Вт.

Для определения КПД агрегата будет достаточно узнать температуру в трех главных точках входа в систему:

КПД=(t_рекуп – t_улич)/ (t_дом – t_улич)

Температура, поступающая с улицы до рекуперации (t_улич).
Температура, поступающая в дом после рекуперации(t_рекуп).
Температура, выходящая из дома до рекуперации (t_дом).

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.

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.

Принцип действия и особенности агрегата

Понятие процесса

Итак, что представляет собой рекуперация тепла? Это особый процесс теплообмена, при котором не прогретый воздух с улицы нагревается благодаря выходящему потоку воздуха из помещения.

За счет такой схемы организации установка будет экономить тепло в доме. За короткий промежуток времени и с небольшими затратами электрической энергии будет сформирован идеальный микроклимат в доме.

Экономическая целесообразность теплообменника рекуперативного типа зависит и от остальных факторов:

Цены на энергоносители.
Цена установки устройства.
Затраты, которые связаны с обслуживанием устройства.
Продолжительность использования системы.

Обратите внимание, рекуператор воздуха для дома является важным, но далеко не единственным элементом, который требуется для эффективной вентиляции в жилом помещении. Вентиляция вместе с рекуперацией является комплексной системой, которая функционирует лишь при условии работы в профессиональной «связке».

Эффективность устройства

При понижении температуры окружающей среды эффективность агрегата уменьшается, но все же сделать рекуператор воздуха для частного дома своими руками важно, так как при существенной разнице система отопления будет перегружена. Если за окном лишь 0 градусов, то в жом будет попадать воздух с температурой в +16 градусов. Бытовые агрегаты с легкостью справляются со своей задачей. Эффективность устройства рассчитать несложно, если использовать следующую формулу:

Ƞ=(t_пост – t_улицы)/(t_комн – t_улицы)

t_пост– это температура поступившего воздуха (после рекуперации).
t_улицы – температура на улице.
t_комн – температура в доме по рекуперации.

Современные устройства отличаются не только высокими показателями КПД и особенностями использования, но и по конструкции. Давайте рассмотрим наиболее популярные решения и их особенности.

Основные разновидности конструкции

Специалисты уделяют особое внимание тому, что системы рекуперации с вентиляцией для тепла есть нескольких разновидностей:

Пластинчатые.
Роторные.
С отдельными теплоносителями.
Трубчатые.

Конструкция	КПД	Особенности
Теплообменник пластинчатого вида с перекрестным током	От 60 до 80%	Средний КПД, небольшие потери давления, конструкция компактная, удобно подключать.
Комбинированное устройство из двух пластинчатых теплообменников с перекрестным током	От 70 до 80%	Высокий КПД, но из-за этого потери давления выше, удобно подключать.
Теплообменник противоточный на пластиках	От 80 до (!) 90%	Высокий КПД при умеренных потерях давления, требуется место для установки, конструкция дороже вышеописанных.
Теплообменник противоточный канального типа	От 85 до 95%	Самый высокий КПД, относительно большие потери давления, потребуется дополнительно пространство для установки.
Роторный теплообменник	От 75 до 85%	Из-за риска переноса запахов подойдет только для вентиляции, которая рассчитана на одну квартиру, имеет небольшое сопротивление потоку.

Итак, давайте рассмотрим их подробнее.

Пластинчатый вид отличается от остальных видов тем, что в его конструкции есть алюминиевые листы. Такая установка считается наиболее сбалансированной даже с точки зрения стоимости и значения теплопроводности (КПД от 45% до 72%). Устройство отличается также простотой выполнения, доступной ценой и отсутствием каких-либо подвижных элементов. Для установки не потребуется специальная подготовка. Вы сможете провести ее без сложностей дома, собственноручно.

Роторные устройства являются самыми популярными. В их конструкции обязательно присутствует вал вращения, который питается от электричества, а еще 2 канала для воздухообмена с противотоками. Как именно работает подобный механизм? Один из участков ротора начинает прогреваться от воздуха, а после он поворачивается и тепло переходит к холодным массам, которые сосредоточены в соседнем канале. Но, несмотря на высокий уровень КПД у такой установки есть ряд весьма ощутимых недостатков:

Большой вес.
Требуется регулярный ремонт и техническое обслуживание.
Сложно починить устройство своими руками, сделать его вновь работоспособным.
Воздушные массы смешиваются.
Зависимость от электроэнергии.

Обратите внимание, что устройство вентиляции с трубчатыми элементами, а еще отдельными теплоносителями почти нельзя сделать в домашних условиях, даже если у вас будут все чертежи и схемы.

Как увеличить КПД

Для увеличения эффективности самодельного устройства следует тщательно исполнять технологические операции на всех этапах его проектирования и изготовления.

КПД – это доля энергии, которую при теплообмене тёплый воздух отдаёт холодному. Поэтому следует максимизировать эту долю:

увеличить габариты прибора – увеличивается время взаимодействия воздушных потоков, а значит, и теплообмен;
увеличить площадь рабочей поверхности рекуператора, используя гофрированные пластины с меньшими размерами профиля;
проектировать большие объёмы выходящего воздуха, чем входящего;
использовать теплоизолирующие материалы хорошего качества;
тщательно герметизировать все объёмы с движущимся воздухом, не допуская смешения потоков;
вовремя очищать или заменять входные/выходные фильтры, уменьшая этим сопротивление потоку воздуха и улучшая его качество;
если у вас неуправляемый рекуператор, в зимнюю пору время от времени отключайте входной вентилятор, чтобы удалить наледь внутри устройства.

После установки рекуператора в рабочее положение разумно и интересно узнать его КПД. Эта величина даёт отношение доли переданной холодному воздуху энергии от тёплого домашнего.

Порядок такой:

включаем прибор, выжидаем некоторое время;
градусником измеряем три температуры – с улицы на входе устройства, в доме, на выходе;
вычисляем по формуле КПД = (Тр-Ту) / (Тд-Ту) *100, где
- Тр – температура на выходе рекуператора;
- Ту – температура на входе, с улицы;
- Тд – температура дома.

Пример: Тр=17, Ту=5, Тд=24 градусов. КПД = (17-5) / (24-5) *100=63%.