Свежий воздух зимой: почему вентиляция без возврата тепла отапливает улицу

Офис на сорок человек, окна закрыты, к четырём часам дня в переговорной тяжело дышать. Кто-то открывает створку, и через десять минут половина комнаты сидит в куртках.

Это не про отопление. Это про воздухообмен.

Сколько воздуха нужно на самом деле

Расчёт начинается с человека. В помещении с естественным проветриванием на одного присутствующего закладывают порядка 30 м³/ч наружного воздуха, а если открывающихся окон нет, норму удваивают. Для торгового зала или производственного участка считают по кратности и по избыткам тепла и влаги. Порядок цифр от этого не меняется: сотня людей в здании требует нескольких тысяч кубометров свежего воздуха в час.

Бизнес-центр средней величины выходит на 20 000 м³/ч. Зимой этот воздух приходит при минус двадцати, а в помещение должен попасть хотя бы при плюс восемнадцати. Нагреть такой поток на 38 градусов стоит около 255 кВт тепловой мощности, и работать она будет весь световой день.

Дальше начинается интересное. Ровно столько же тепла вытяжка забирает из помещения и выбрасывает наружу, если между двумя потоками ничего не стоит. Поэтому в проектах для Алматы и Астаны приточная вентиляция считается сразу вместе с теплообменником: при континентальной зиме до минус тридцати разница в счетах за сезон измеряется не процентами.

Что происходит внутри рекуператора

Идея простая: тёплый воздух, который здание всё равно выбрасывает, отдаёт тепло холодному приточному через стенку теплообменника, не смешиваясь с ним.

Пластинчатый рекуператор собран из тонких листов алюминия или полимера, между которыми в шахматном порядке идут приточные и вытяжные каналы. Движущихся частей нет, эффективность на реальных объектах держится в диапазоне 50–65 %. При улице минус двадцать и вытяжке плюс двадцать два такой аппарат отдаёт в приток воздух температурой около плюс пяти.

Роторный работает иначе. Внутри вращается барабан с сотовой насадкой: одной половиной он стоит в вытяжном потоке и накапливает тепло, другой отдаёт его приточному. Эффективность доходит до 80 %, тот же расчётный случай даёт на притоке уже плюс тринадцать. Ротор частично возвращает и влагу, что зимой заметно: в помещениях с сухим воздухом это спасает и людей, и паркет, и серверные стойки.

Плата за эффективность — небольшой переток вытяжного воздуха в приточный. Для офиса или торгового центра это допустимо, для инфекционного отделения и покрасочной камеры роторную схему не применяют вовсе.

Мороз, при котором теплообменник встаёт

Вытяжной воздух из помещения несёт влагу. Отдавая тепло, он охлаждается ниже точки росы, влага выпадает конденсатом на пластинах, а при наружной температуре ниже минус десяти-пятнадцати этот конденсат замерзает. Каналы затягивает льдом, сопротивление растёт, расход падает, установка начинает работать сама на себя.

Лечится это несколькими способами, и все они встречаются в казахстанских проектах.

• Байпас. Часть приточного воздуха пускают мимо теплообменника, температура пластин поднимается выше нуля, лёд не образуется. Дёшево, надёжно, но эффективность возврата в мороз проседает.
• Преднагрев. Перед рекуператором ставят электрический нагреватель, поднимающий наружный воздух до минус пяти. Теплообменник после этого работает на полную, но в самые холодные дни растёт потребление электричества.
• Периодическая оттайка с остановкой притока. Вариант для объектов, где короткий перерыв в подаче никого не смутит.
• Переход на роторную схему. Насадка проходит через тёплый поток каждые несколько секунд и намерзать физически не успевает.

Калорифер: сколько киловатт и что его убивает

Рекуператор редко доводит воздух до нужной температуры в одиночку, за ним всегда стоит догреватель. Без возврата тепла на 10 000 м³/ч при разнице в 40 градусов калорифер обязан выдавать порядка 135 кВт. С пластиной на 60 % та же установка обходится примерно 50 кВт, и это уже другой разговор с энергетиками здания.

Водяной калорифер дешевле в эксплуатации, но боится мороза. Схема защиты собирается из капиллярного термостата по воздуху за секцией, датчика на обратном трубопроводе с уставкой около плюс десяти, циркуляционного насоса в смесительном узле и приводов воздушных заслонок с возвратной пружиной. Если пропало питание, заслонка обязана закрыться сама, за пятнадцать-двадцать секунд, без команды контроллера.

Один разморозенный калорифер на объекте в минус двадцать восемь стоит дороже, чем вся автоматика, которую на нём когда-то решили сэкономить.

Электрический вариант проще: разморозить нечего, защита сводится к термостатам перегрева. Проблема в другом. Найти в существующем здании 135 свободных киловатт электрической мощности получается далеко не всегда, и тогда решение снова упирается в рекуперацию.

Фильтры и перепад давления

Первая ступень G4 задерживает пух, насекомых и крупную пыль, защищая теплообменник от зарастания. Вторая, F7, снимает мелкую фракцию, включая городскую взвесь, которой в алматинской зиме хватает с избытком.

Менять их надо не по календарю, а по перепаду давления. Чистая кассета G4 даёт около 50 Па, рабочий предел лежит в районе 150–200 Па. Забитый фильтр душит расход, вентилятор пытается вытянуть уставку и потребляет больше, а в худшем случае секция начинает подсасывать воздух мимо кассеты. Дифференциальный манометр на каждой ступени стоит копейки и закрывает вопрос.

Углекислый газ как приборный аргумент

Спор о том, душно в кабинете или нет, заканчивается в момент появления датчика. Наружный воздух содержит около 400 ppm CO₂. До 800 ppm человек чувствует себя нормально. За 1400 ppm падает внимание, появляется сонливость, и к концу совещания люди перестают спорить не потому, что договорились.

Датчик полезен и деньгами: регулирование по фактической загрузке не гоняет установку на полной производительности, когда в зале три человека вместо ста.

Когда рекуперация отбивается, а когда нет

Экономика упирается в число рабочих часов. Объект с двенадцатичасовым днём, потоком 20 000 м³/ч и отопительным сезоном в шесть-семь месяцев возвращает вложения в теплообменник и автоматику за два-четыре года.

Склад, где два человека появляются на час в сутки, столько не сэкономит никогда, и там честнее поставить простую приточку с догревом.

При приёмке требуйте протокол с фактическими расходами по каждой ветке, а не проектные цифры из спецификации. Отдельным пунктом идёт замер температуры за рекуператором при отрицательной улице: он показывает, работает заявленный процент возврата или существует только в паспорте оборудования.

Иллюстрация к статье: Яндекс.Картинки