Рекуператор — устройство для утилизации тепла¶

Рекуператор — теплообменное устройство, обеспечивающее возврат (рекуперацию) тепловой энергии из отработанного воздуха, дымовых газов или другой отходящей среды и передачу её приточному или технологическому потоку. В отличие от рекуператора, теплообменник в целом не предполагает обязательного разделения потоков, тогда как рекуператор всегда работает с двумя раздельными средами, не смешивая их. Наиболее широкое применение рекуператоры получили в системах вентиляции зданий, в промышленности, энергетике и транспорте.

¶Принцип работы

Принцип действия рекуператора основан на передаче тепла от более горячего потока к более холодному через стенку теплообменника или посредством промежуточного носителя. В системах вентиляции отработанный удаляемый воздух, как правило, имеет температуру +20…+25 °C, тогда как наружный приточный воздух зимой может быть отрицательным. Рекуператор передаёт часть тепла удаляемого потока приточному, снижая затраты на подогрев приточного воздуха калорифером.

КПД рекуператора зависит от типа устройства, площади поверхности теплообмена, расходов воздуха и разницы температур. Для бытовых вентиляционных установок типичный КПД составляет 60–90 %, для промышленных роторных систем — до 85–90 %, для пластинчатых — 60–75 %.

¶Основные типы

¶Пластинчатый рекуператор

Наиболее распространённый тип. Отработанный и приточный воздух проходят через каналы, разделённые тонкими пластинами из алюминия, нержавеющей стали или полимерной мембраны. Тепло передаётся через стенку без смешивания потоков. Конструкция проста, не имеет движущихся частей, однако при низких наружных температурах возможна инеизация каналов, поэтому часто применяется функция байпаса или предварительного подогрева.

¶Роторный рекуператор

Теплообменник выполнен в виде медленно вращающегося цилиндрического ротора с ячеистым наполнителем из гофрированного алюминия. Часть ротора проходит через поток удаляемого воздуха, нагреваясь, затем вращается в зону приточного потока, отдавая тепло. Дополнительно ротор может возвращать влагу (до 60–80 % влажности), что снижает нагрузку на увлажнитель. Недостаток — небольшое перетекание потоков (0–5 %) и наличие электропривода.

¶Кожухотрубный рекуператор

Используется преимущественно в промышленности и на котельных установках. Отходящие дымовые газы проходят по трубкам, окружающим их приточный воздух или вода. Применяется для утилизации тепла дымовых газов котлов, печей, газотурбинных установок.

¶Тепловой насос (рекуперативный цикл)

В широком смысле к рекуперации тепла относят и работу тепловых насосов, использующих низкопотенциальное тепло отработанных стоков, вентиляционного воздуха или грунта.

¶Жидкостный (водяной) рекуператор

Промежуточным носителем служит вода или антифриз. Отработанный воздух нагревает воду в змеевике, а та передаёт тепло приточному потоку через второй теплообменник. Позволяет разносить узлы на значительное расстояние, но имеет более сложную конструкцию и потери на циркуляции.

¶Применение

¶Вентиляция зданий

Основная область применения — приточно-вытяжные системы вентиляции жилых, общественных и промышленных зданий. Рекуператоры встраиваются в моноблочные вентиляционные установки и позволяют сократить расходы на отопление на 20–40 % в зависимости от климатической зоны и интенсивности воздухообмена.

¶Промышленность и энергетика

Рекуператоры тепла дымовых газов устанавливаются на промышленных печах, котельных, в системах сжатого воздуха (утилизация тепла компрессоров), в газотурбинных установках (рекуперативный котёл в составе ГТУ). В металлургии рекуператоры применяются для предварительного подогрева воздуходувками дутья доменных печей.

¶Транспорт

В судовых и стационарных дизельных установках рекуператоры используются для подогрева воздуха, идущего на наддув, что повышает КПД двигателя. В железнодорожном транспорте рекуперативные тормоза преобразуют кинетическую энергию поезда в электрическую или тепловую.

¶Выбор и эксплуатация

При выборе рекуператора учитывают требуемый воздухообмен, климатические условия, допустимое перетекание потоков, необходимость увлажнения приточного воздуха, габариты и стоимость обслуживания. Пластинчатые рекуператоры предпочтительны для объектов, где критична чистота потоков (больницы, лаборатории), роторные — там, где важно увлажнение и компактность.

Регулярное обслуживание включает очистку теплообменных поверхностей от пыли и жировых отложений, проверку уплотнений, смазку привода ротора. Снижение КПД со временем чаще всего связано с загрязнением каналов.

¶Экономический эффект

Срок окупаемости рекуператора в системе вентиляции определяется стоимостью оборудования и монтажа, ценой энергоносителей и режимом работы системы. При круглогодичной работе вентиляции в условиях умеренного климата окупаемость обычно составляет 2–5 лет. В промышленных системах утилизации дымовых газов установка рекуператора может снизить расход топлива на 5–15 %.

Источники:

• ГОСТ Р 51232-98. Воздуховоды. Термины и определения
• СП 60.13330.2020. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха
• Казанджиев В. П. Теплообменные аппараты вентиляционных систем
• Рабинович Б. Н., Соколов Е. И. Вентиляция: справочное пособие