CC BY
25УДК 631.223.2:662.99
ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ ВИДОВ РЕКУПЕРАТОРОВ ДЛЯ ФЕРМ КРС
Комков И.В., Довлатов И. М.
ФГБНУ «Федеральный Научный Агроинженерный Центр ВИМ», г. Москва, Россия
Аннотация. В работе определено что такое рекуператор и его основные виды, такие как пластинчатый рекуператор, роторный рекуператор, рециркуляционный рекуператор, рекуператор с тепловыми трубками, камерный рекуператор, кровельный рекуператор, водный рекуператор. Проведен анализ рекуператоров, выявлены преимущества и недостатки каждого вида. Указан способ работы выбранных рекуператоров. Установлены наиболее эффективные типы рекуператоров. Определены те типы, которые больше всего подходят для использования в сельском хозяйстве, в отрасли животноводства. На фермах содержащих КРС наиболее подходящими являются пластинчатый, роторный, камерный, кровельный рекуператоры. Это обосновано тем, что у данных типов рекуператоров нет больших сложностей с установкой оборудования, довольно простое обслуживания по отношению к другим типам, а в большинстве случаев независимость от электроэнергии и высокое КПД.
Ключевые слова: системы обеспечения микроклимата, воздухообмен, смешение воздушных потоков, теплообмен, рекуператор.
Введение. В связи с особенностями климатических условий нашей страны существует потребность в системах отопления и вентиляции. Наиболее энергозатратными являются данные системы, около 35 % от общего потребления энергии. Одним из лучших решений является рекуперативная система. Рекуператор - устройство, использующее тепло выходящего воздуха для подогревания приточных воздушных масс. Это позволяет обеспечивать комфортную температуру в помещении [1-3].
В рекуператорах имеется теплообменник, в котором происходит передача теплоты от горячего теплоносителя к холодному в соответствии с определёнными технологическими требованиями [4].
В настоящее время существует стремление к уменьшению затрат при использовании устройств и систем. Также необходимо сохранять или усовершенствовать оборудование, чтобы достигать максимальной эффективности. В связи с этим наблюдается тенденция исследований по усовершенствованию теплообменников, улучшения возможности процесса теплообмена, изменение конструкции, использование альтернативных материалов [5-7].
Из источника [8] отмечается, что рекуператоры также успешно используется в сельском хозяйстве, что позволяет обеспечивать основные параметры микроклимата. Это позволяет увеличивать продуктивные показатели животноводства.
В источнике [9] представлен подробный обзор существующих видов рекуператоров, определены достоинства и недостатки. Виды рекуператоров:
1. пластинчатый рекуператор;
2. роторный рекуператор;
3. рециркуляционный рекуператор;
4. рекуператор с тепловыми трубками;
5. камерный рекуператор;
6. кровельный рекуператор;
7. водный рекуператор.
Целью работы является анализ рекуператоров, определение наиболее эффективных из них, а также выявление тех типов рекуператоров, которые больше подходят для использования в сельском хозяйстве, в отрасли животноводства. Результаты и их обсуждения
Таблица 1 - Краткое сравнение разных типов рекуператоров.
Исследуемые показатели
Типы рекуператоров КПД, % Простата установки Простата и регулярность технического обслуживания
Пластинчатый рекуператор 40-70 Просто Просто, нерегулярно
Роторный рекуператор До 90 Просто, возможна сложность по габаритам Просто, регулярно
Рециркуляционный рекуператор 45-55 Имеются затруднения Сложно, регулярно
Рекуператор с тепловыми трубками До 70 Имеются затруднения Сложно, регулярно
Камерный рекуператор 80-90 Просто Просто, нерегулярно
Кровельный рекуператор 55-68 Просто В зависимости от теплообменника
Водный рекуператор 50-65 Имеются затруднения Средняя сложность, регулярно
Исходя из данных таблицы 1, можно предположить, что пластинчатый, роторный, камерный и кровельный типы рекуператоров являются наиболее предпочтительными для использования, но необходимо учитывать условия их эксплуатации.
Пластинчатый рекуператор (рисунок 1). В нем не происходит смешение воздушных потоков, а теплообмен осуществляется через кассету, которая состоит из пластин. Основными преимуществами являются простота монтажа и настройки, исключение контакта воздушных масс, низкая стоимость и компактность, отсутствие трущихся и подвижных деталей. КПД достигает 40-70 %. К недостаткам можно отнести образование конденсата из-за разницы температур и наледи в холодный период. Для удаления конденсата можно предусмотреть слив, либо использовать гигроскопичный материал в конструкции. Разморозку наледи можно осуществлять с помощью нагревательных элементов, устанавливающихся в теплообменник, либо устанавливать дополнительное оборудование, калорифер.
Рисунок 1 - Схема пластинчатого рекуператора [1] Роторный рекуператор (рисунок 2). Тепловая энергия передается через вращающийся барабан. Внутренней частью ротора являются продольные ячейки, которые осуществляют передачу тепла. Вдоль оси теплообменника происходит разделение воздуховодов с выходящим и входящим потоком. Теплые воздушные массы нагревают пластины ячеек, осуществляется поворот ротора, эти пластины оказываются в зоне холодного воздуха, где осуществляется теплопередача приходящему потоку воздуха. Скорость вращения настраивается таким образом, чтобы не происходило обмерзание и осуществлялась максимальная эффективность теплопередачи. К преимуществам можно отнести высокую эффективность, КПД до 90 %, отсутствие наледи зимой, частичный возврат влаги в помещение. Из недостатков следует отметить большие габариты, зависимость от электричества, необходимость регулярного технического осмотра, износ деталей и выход из строя расходных материалов.
Рисунок 2 - Схема роторного рекуператора Рециркуляционный рекуператор (рисунок 3). Теплопередача осуществляется промежуточным теплоносителем, водой или водные растворы гликолей. Данный рекуператор имеет 2 теплообменника, соединенных между собой трубопроводом с насосом. Один теплообменник помещен в канал с удаляющимся воздухом, где нагревается и через теплоноситель передает теплоту во второй теплообменник. Второй теплообменник, находящийся в приточном канале, нагревает приходящий воздух. Отличительными преимуществами является КПД 45-55 %, регулировка скорости движения теплоносителя, возможность размещения приточных и вытяжных воздуховодов на расстоянии до 800 м, монтаж как в вертикальном, так и в горизонтальном положении, возможность использования устройства при обмерзании, окупаемость до 2 лет, возможность различной комбинации вытяжных и приточных каналов.
Рекуператор с тепловыми трубками. Принцип работы данного устройства схож с работой рекуператора с промежуточным теплоносителем. Разница заключается в том, что в воздушные каналы помещаются тепловые трубки, называемые термосифоны. Трубки герметично закрытые, внутри находится легкокипящий хладон. В вытяжном канале они нагреваются и передается тепло через хладон, нагревая воздух в приходящем канале. Достоинствами данного устройства являются эффективность до 70 %, бесшумность благодаря отсутствию движущихся элементов, простота конструкции и неприхотливость в обслуживании, компактность и небольшой вес, энергонезависимость, нет перемешивания воздуха. Из недостатков можно отметить невысокую прочность трубок, высокий уровень КПД достигается при узком температурном диапазоне.
Рекуператор камерного типа. Данное устройство является закрытой коробкой, внутри которой находится движущаяся заслонкой. Таким образом отработанный воздух нагревает поверхность одной камеры, затем перегородка меняет положение и приточный воздух, поступающий в помещение, нагревается. Потом заслонка меняет свое положения и цикл повторяется. К преимуществам относится КПД 80-90 %, простота монтажа, сохранение уровня влажности, исключено обмерзание, при использовании с качественной изоляцией расход на отопление сводится к минимуму. Недостатками являются необходимость регулярного техобслуживания подвижных элементов, частичное смешение воздушных масс.
Кровельный рекуператор воздуха. Рекуператор устанавливается на крыше однообъёмных помещений, цеха предприятий, торговый центры и так далее. Они могут оснащаться пластинчатыми, роторными или другими теплообменниками. Основными достоинствами являются невысокая стоимость, простота установки, безотказность работы.
Водный рекуператор. Теплообменником служит вода или антифриз, по конструкции похоже на систему отопления. Жидкость нагревается удаляющимся воздухом и предает тепло приточному воздуху. К преимуществам относится эффективность 50-65 %, возможность установки его отдельных частей в разных местах. Недостатками являются сложная конструкция, зависимость от электроэнергии, невозможность влагообмена.
Выводы:
Анализируя рассмотренные рекуператоры и исходя из данных таблицы 1, для сельского хозяйства наиболее подходящими являются пластинчатый, роторный, камерный, кровельный рекуператоры. Это обосновано тем, что у данных типов рекуператоров нет больших сложностей с установкой оборудования, довольно простое обслуживания по отношению к другим типам, а в большинстве случаев независимость от электроэнергии. Зависимость от электроэнергии у них достаточно низкая, если есть. Также некоторые
осуществляют частичное смешение воздушных потоков, но в некоторых случаях этим можно пренебречь из-за незначительных значений.
Роторный рекуператор, рекуператор камерного типа имеют КПД 90 %, а пластинчатый рекуператор и рекуператор с тепловыми трубками имеет КПД до 70 %. Данный показатель указывает на высокую степень эффективности устройств. Они имеют ряд своих недостатков, такие как сложность в производстве и т.д.
В дальнейшем планируются более подробная проработка с выбранными типами в лабораторных условиях. Определение возможности применения рекуператоров с иными устройствами для обеспечения основного параметров микроклимата поддержка установленной температуры.
Список использованных источников:
1. Быковский С.С. Обзор рекуператоров системы вентиляции // Молодежь и научно-технический прогресс - 2020 - С. 353-356.
2. Кректунова И. П. Эффективные рекуператоры для систем вентиляции и кондиционирования воздуха // Моделирование и ситуационное управление качеством сложных систем - 2020 - С. 86-88.
3. Саввинов И.И., Кириллина М.Ф. Анализ технической эффективности и особенностей эксплуатации комнатных рекуператоров // Форум молодёжной науки - 2021 -№ 2 (1) - С. 4-7.
4. Кобылкин М.В., Кобылкина А.В., Риккер Ю.О. Разработка эффективного бытового малогабаритного рекуператора теплоты сточных вод // Кулагинские чтения: техника и технологии производственных процессов - 2020 - С. 128-132.
5. Нуруллин Н.Ж., Ваньков Ю.В. Численное моделирование работы пластинчатого противоточного рекуператора // Инновации. наука. образование - 2020 - № 23 - С. 553-555.
6. Ростовцева И.А., Рахимова Ю.И. Энергоэкономическая целесообразность применения рекуператоров «воздух-воздух» в климатических условиях республики Крым // Наука молодых - будущее России - 2020 - С. 322-325.
7. Довлатов И.М. Сравнение теоретических и экспериментальных данных по изменению скоростного напора воздуха внутри рециркулятора // Инновации в сельском хозяйстве - 2019 - № 2 (31) - С. 154-161.
8. Кирсанов В.В., Довлатов И.М., Комков И.В., Юрочка С.С. Современные подходы к системам обеспечения параметров воздуха в животноводческих помещениях // Техника и технологии в животноводстве - 2022 - № 4 (48) - С. 61-71.
9. Ермоц В.П. Краткий обзор рекуператоров систем вентиляции. определение кпд рекуператоров // Точная наука - 2017 - № 17 - С. 9-13.
Игорь Мамедяревич Довлатов, кандидат технических наук, Илья Владимирович Комков, магистр, [email protected], Россия, Москва, ФГБНУ «Федеральный Научный Агроинженерный Центр ВИМ»
OVERVIEW OF MODERN RECUPERATORS OF INDOOR VENTILATION SYSTEMS
Komkov I.V., Dovlatov I. M.
Abstract. The paper defines what a recuperator is and its main types, such as plate recuperator, rotary recuperator, recirculation recuperator, heat pipe recuperator, chamber recuperator, roof recuperator, water recuperator. The analysis of recuperators is carried out, the advantages and disadvantages of each type of recuperators are identified. The way the chosen recuperators work is specified. The most effective types of recuperators are identified. The types that are most suitable for use in agriculture, in the livestock industry are determined. On the farms containing cattle the most suitable are plate, rotary, chamber, roof recuperators. This is justified by the fact that these types of recuperators do not have much difficulty with the installation of equipment, fairly easy maintenance in relation to other types, and in most cases independence from electricity and high efficiency.
Key words: microclimate systems, air exchange, mixing of air flows, heat exchange, recuperator.
Dovlatov I. M., Candidate of Technical Science, Komkov I.Vmaster, [email protected], Russia, Moscow, Federal Scientific Agroengineering Center VIM
