Вестник УКЦ АПИК: Современные технологии, применяемые в приточно-вытяжных установках

Ежегодно производители вентиляционного оборудования обновляют модельный ряд своего оборудования. В данной статье мы акцентировали внимание на наиболее важных и заметных новинках в сегменте средних и крупных вентустановок. Некоторые их представленных инновационных технологий уже успешно зарекомендовали себя в жизни в рамках реализованных проектов с их применением.

Энергосбережение на уровне вентиляторов

Энергоэффективные решения одинаково популярны как в оборудовании малой производительности для домашнего использования, так и в крупных установках для объектов большой площади.

Так, в бытовых агрегатах серии VR компании Systemair используются высокоэффективные ЕС-двигатели, которые позволяют достичь 50% экономии энергии по сравнению с обычными АС-двигателями. Кроме того, современные технологии позволяют обеспечить низкое удельное энергопотребление вентилятора, поддерживать постоянный расход воздуха и баланс между приточным и вытяжным воздухом. В установках VX, VR используется принцип утилизации тепла/холода. За счет этого удалось минимизировать расходы на нагрев свежего воздуха и снизить установочную электрическую мощность системы вентиляции.

Centriflow Plus с электронно-коммутируемым электродвигателем
Рис. 1. Centriflow Plus с электронно-коммутируемым электродвигателем

От клиноременной передачи решили избавиться инженеры компании Korf. При этом, по их словам, исчезли 5%-ные потери на ременной привод. Кроме того, отпала необходимость контролировать натяжение ремня в процессе работы и автоматически исчезла угроза его обрыва. Также удалось достичь лучшей балансировки и меньшей вибрации установки. Наконец, декларируется и снижение аэродинамических потерь, и общее повышение КПД вентилятора благодаря отсутствию опорного подшипника и шкива перед всасывающим патрубком.

В вентустановках FlaktWoods серии eQ применены вентиляторы Centriflow Plus EC. По данным компании, ранее выпущенный на рынок радиально-осевой вентилятор Centriflow Plus установил рекорд эффективности, а последовавший за ним Centriflow Plus EC побил этот рекорд. Благодаря преимуществам электродвигателей с постоянным магнитом, отличающихся повышенной эффективностью, а также за счет оптимизации потока воздуха на рабочем колесе вентилятора удалось увеличить полную производительность двигателя вентилятора на 6%. Внешний вид вентилятора представлен на рис. 1.

Вентиляторы вентустановок Wolf подсоединены непосредственно к бесконтактному электродвигателю постоянного тока
Рис. 2. Вентиляторы вентустановок Wolf подсоединены непосредственно к бесконтактному электродвигателю постоянного тока

Двигатели Centriflow Plus EC выпускаются в диапазоне мощностей от 750 Вт до 22 кВт, позволяя транспортировать до 36 000 м3/ч воздуха. Нагнетательный вентилятор оборудован четырьмя точками замера для регистрации расхода воздуха, что дает очень высокую точность измерений. Это важно для достижения минимального потребления энергии. Отсутствие крышки вентилятора облегчает очистку. Поскольку вентилятор можно отбалансировать для обеспечения низкого уровня вибрации, он подходит для применения там, где требуется безвибрационная работа. Вентиляторный блок в сборе, смонтированный на виброгасителях, может иметь максимальную виброскорость 7,1 мм/с при замере на подшипниковых щитах двигателя.

Тем временем, как в бытовых, так и промышленных сериях вентустановок компании Wolf используются вентиляторы, подсоединенные непосредственно к бесконтактному электронно-коммутируемому электродвигателю постоянного тока (рис. 2). При этом производительность вентилятора непрерывно регулируется сигналом 0—10 В. Как заявляют в Wolf, подобное сочетание вентилятора и двигателя характеризуется очень низким уровнем шума.

Рекуперация тепла

Внешний вид роторного рукуператора Turboterm в установках eQ компании Flaktwoods
Рис. 3. Внешний вид роторного рукуператора Turboterm в установках eQ компании Flaktwoods

Второй элемент вентустановок, обеспечивающий энергосбережение, — это теплоутилизатор, выполняющий функцию рекуперации тепла.

Вытяжной воздух обладает оптимальной температурой, так как забирается непосредственно из помещений, в которых поддерживаются оптимальные параметры. При этом вытяжной воздух выбрасывается на улицу. Забираемый же с улицы приточный воздух большую часть времени обладает далеко не оптимальными параметрами, и приточная вентиляционная установка должна довести его до оптимальных кондиций, на что тратится значительная часть энергии (зимой — на нагрев, летом — на охлаждение). Существенно сократить подобные затраты помогает использование рекуперации тепла.

Итак, функция рекуперации полезна в двух случаях:

  • когда вытяжной воздух существенно теплее наружного — для его подогрева,
  • когда вытяжной воздух существенно холоднее наружного — для его охлаждения.

Приточно-вытяжные агрегаты Flaktwoods могут быть укомплектованы роторным рекуператором Turboterm, обладающим высокой эффективностью рекуперации за счет более плотного расположения лопастей. При этом отсутствует необходимость в размораживании для нормальной комфортной вентиляции. Риск образования наледи может присутствовать при относительной влажности вытяжного воздуха выше 30% и наружной температуре ниже –15 °C.

Роторный теплообменник в установках компании Systemair
Рис. 4. Роторный теплообменник в установках компании Systemair

Ротор из гофрированного алюминия в вентиляционных установках Danvent компании Systemair имеет хорошо спрофилированную конструкцию с точки зрения высокого КПД и низкого падения давления. Стабилизация вала ротора обеспечивает надежность работы в течение долгого срока. В агрегатах DVCompact роторный теплообменник также доступен в гигроскопичном и сорбционном исполнении. При этом гигроскопичный теплообменник может утилизировать не только тепло, но и влагу, а сорбционный роторный теплообменник хорошо подходит для климата с высокой температурой и влажностью летом, поскольку он позволяет осушать входящий воздух, тем самым снижая нагрузку на охлаждение.

Пластинчатые противоточные рекуператоры обладают несколько более высокой эффективностью, чем привычные всем перекрестноточные, за счет наличия противоточного участка.

Так, в установках компании Flaktwoods используется рекуператор eQ Plate противоточного типа, как вариант для случаев, когда перенос запахов и влаги между приточным и вытяжным воздухом недопустим. Его эффективность выше, чем у традиционных пластинчатых рекуператоров, и достигает уровня роторных рекуператоров.

Эффект от использования роторного рекуператора

Рассмотрим эффект от роторного рекуператора на основе технических характеристик реального вентиляционного агрегата.

Параметры системы вентиляции:
Расход приточного воздуха вентустановки составляет
G = 14400 м3/час = 4,1 м3/сек.
Необходим нагрев наружного воздуха с –28 °C до +20 °C.
Температура вытяжного воздуха +22 °C.

Физические свойства воздуха:
Теплоемкость воздуха: cвозд = 1,005 кДж/(кг∙°C)
Плотность воздуха: ρвозд = 1,2 кг/м3

Необходимая мощность воздухонагревателя без использования рекуператора:
Потребуется нагрев приточного воздуха с –28 °C до +20 °C,
т. е. ΔT1=48 °C. Необходимая мощность нагрева составит:
N1 = cвозд ∙ ρвозд ∙ G ∙ ΔT1 = 1,005 ∙ 1,2 ∙ 4,1 ∙ 48 = 237,3 кВт.

Мощность нагревателя с использованием рекуператора:
В секции рекуператора вытяжной воздух отдаст свое тепло приточному воздуху, при этом он охладится с +20 °C до –18,3 °C. Приточный воздух в свою очередь нагреется с –28 °C до +9,6 °C. Таким образом, приточный воздух останется лишь догреть с +9,6 °C до +20 °C — всего на ΔT2=20–9,6=10,4 °C.
Мощность, требуемая для этого:
N2 = cвозд ∙ ρвозд ∙ G ∙ ΔT1 = 1,005 ∙ 1,2 ∙ 4,1 ∙ 10,4 = 51,4 кВт

Вывод исходя из сравнения результатов расчета:
Необходимая для нагрева воздуха мощность снизилась с 237,3 кВт до 51,4 кВт, т. е. на 185,9 кВт.
Относительное снижение (то есть — эффективность рекуперации) составляет (237,3–51,4)/237,3=78,3%.
Итак, использование рекуперации позволило снизить мощность воздухонагревателя на 78,3%, т. е. более чем в четыре раза.

Напомним, что один из недостатков роторных рекуператоров заключается именно в том, что в них возможен небольшой переток вытяжного воздуха в приточный.

Пластинчатый противоточный рекуперативный теплообменник eQ Plate компании Flaktwoods
Рис. 5. Пластинчатый противоточный рекуперативный теплообменник eQ Plate компании Flaktwoods

Отдельно стоит отметить пластинчатые перекрестно-точные теплоутилизаторы компании Systemair, используемые в установках DVCompact. Перенос тепла в них улучшен за счет турбулентности, создаваемой поверхностями теплообменника. При этом турбулентность не влияет на изменение скорости потока. Данная конструкция позволяет максимально эффективно задействовать всю поверхность теплообменника. В стандартном исполнении производительность достигает 65%, в зависимости от режима работы.

Если необходимо предотвратить перенос влаги, используется пластинчатый теплообменник DVQ в стандартном или высокоэффективном исполнении. Алюминиевые теплообменники устанавливают в вентиляционных системах общего назначения, в помещениях с неагрессивной воздушной средой, таких как школы, детские сады, офисы и отели. Коррозионностойкие теплообменники со специальным покрытием алюминиевых пластин устанавливают в помещениях с агрессивной воздушной средой. Эффективность утилизации тепла регулируется с помощью встроенного байпаса.

Кожух и рама вентагрегатов

Кожух вентустановки состоит из закрытых рамных профилей из листовой стали с покрытием из цинка и алюминия, соединяемых между собой прочными угловыми крепежными элементами. Все вместе образует крепкую и стабильную раму.

Некоторые примеры компоновки вентиляционных установок
Рис. 6. Некоторые примеры компоновки вентиляционных установок

Элементы кожуха и инспекционные дверцы вентустановок Flaktwoods представляют собой конструкцию из двойных панелей с изоляционной прослойкой из минеральной ваты 50 мм. Инспекционные дверцы монтируются на регулируемых петлях для всех размеров установки и оснащаются механически закрепленными уплотнителями.

Кожух корпуса спроектирован с расчетом на: отрицательное или положительное давление 2500 Па, максимальную температуру воздуха 70 °C и минимальную температуру воздуха –30 °C.

Даже в базовом варианте установка Flaktwoods eQ соответствует очень жестким гигиеническим стандартам. Боковые стороны кожуха каждого модуля очень гладкие, что обеспечивает отсутствие перепада уровней между поверхностями панелей и закрытыми профилями рамы. В основании установки нет выступа. Большие инспекционные дверцы позволяют легко проводить очистку внутри установки. В специальной гигиенической версии eQ кожух снабжен внутренним уплотнением между панелями и рамой. Это облегчает очистку и препятствует скапливанию пыли.

Внешняя сторона кожуха установок для наружного монтажа покрыта перманентным эластичным герметизирующим составом.

Отдельного внимания заслуживают установки уличного исполнения компании Wolf, которые могут быть выполнены в виде наружного шкафа с рядом мер по предупреждению негативного влияния окружающей среды на внутренние элементы системы вентиляции. Это и защитный корпус, и качественное периметральное уплотнение, и полноценная верхняя стенка («кровля») вентустановки. Отдельное внимание конструкторов было уделено исключению тепловых мостов между внутренней и наружной обшивками вентустановки.

В установках Korf используются тепло- и звукоизоляционные трехслойные сэндвич-панели толщиной 25 мм, состоящие из двух стальных оцинкованных листов, пространство между которыми заполнено легким пенополиуретановым наполнителем. Это, по словам производителей, позволяет достичь большего снижения шума и придать конструкции большую прочность и жесткость.

Systemair в своих решениях использует корпус из полых замкнутых профилей и литых алюминиевых уголков. Панели выполнены из двух слоев листовой стали, защищенной от коррозии алюмоцинковым покрытием AZ185 и имеют класс коррозионной защиты С4 (по стандарту EN ISO 12944). Более детальную информацию об алюмоцинковом покрытии читайте в одном из следующих номеров журнала «Мир Климата».

Компоновка вентагрегатов

Еще один важный параметр, характеризующий вентиляционные агрегаты, — это гибкость их проектирования и конфигурирования. При этом речь идет о геометрии итоговой установки.

Зачастую в венткамере недостаточно места для вентустановки, построенной по классической схеме. В этом случае весьма полезно помнить, что входные и выходные отверстия, да и компоновку агрегата в целом можно производить в соответствии с нуждами заказчика.

Вентустановка шкафного типа компании Wolf и схема ее компоновки
Рис. 7. Вентустановка шкафного типа компании Wolf и схема ее компоновки

Так, весьма широкими возможностями по компоновке обладают вентустановки компании Wolf. Помимо различных конфигураций и состава установок, а также ряда вариантов размещения входных и выходных отверстий, Wolf производит шкафные вентустановки (рис. 7). Подобные агрегаты могут быть установлены не только и не столько в венткамерах, сколько в непосредственно обслуживаемых помещениях, поскольку спроектированы с максимальной шумоизоляцией. Постепенное механическое вентилирование помещений происходит по датчику CO2. Рекомендуемый расход воздуха от 300 м3/ч до 800 м3/ч. Рекуперация тепла осуществляется при помощи алюминиевого перекрестноточного пластинчатого теплообменника с КПД до 90%.

3D-моделирование внешнего вида и компоновки вентиляционных установок в программе SystemairCAD
Рис. 8. 3D-моделирование внешнего вида и компоновки вентиляционных установок в программе SystemairCAD

Как на этапе предпродаж, так и на этапе проектирования большую популярность имеет 3D-моделирование внешнего вида и компоновки вентиляционных установок (рис. 8). Подобные программы есть практически у всех производителей вентиляционной техники. В частности, для проектирования агрегатов создана интеллектуальная компьютерная программа SystemairCAD, обеспечивающая точное соответствие параметров агрегата требованиям конкретного задания. Для удобства программа поставляется с готовыми стандартными компоновочными решениями, которые можно легко и быстро изменять путем добавления или удаления компонентов и, таким образом, получать агрегат с требуемыми техническими характеристиками.

Современные технологии, применяемые в приточно-вытяжных установках Во-первых, «красивые картинки» как нельзя лучше подходят для визуализации будущей системы в рамках разного рода совещаний и технико-коммерческих предложений. Во-вторых, подобные изображения полезны и проектировщикам, с целью более точного понимания габаритов каждой из секций и их визуализации с различных сторон.

Заключение

В мире вентиляционных агрегатов постоянно появляются новые решения, происходит усовершенствование имеющихся видов установок. При этом улучшаются аэродинамические характеристики, оптимизируются шумовые параметры, исследуются новые варианты компоновок, проводятся и другие работы. Все это обеспечивает потребителю широкий выбор решений для вентиляции объектов различного назначения.

Юрий Хомутский, технический редактор журнала «Мир климата»



наши проекты
  • АПИК
  • Университет климата
  • Выставка «Мир климата»
  • АПИК-тест