27 Фев 2010
Для борьбы с данным негативным явлением в некоторых конструкциях рекуператоров вводятся предвключенные ТЭНы, которые подогревают поступающий морозный воздух до температур, исключающих намерзание инея на теплопередающих поверхностях. Однако, такое конструктивное решение, во-первых, частично меняет саму суть рекуператоров, превращая их в некоторой мере в электрический подогреватель поступающего воздуха и, во-вторых, снижает тепловую эффективность непосредственно рекуператора, т.к. наружный воздух, поступающий на рекуператор после прохождения предвключенного ТЭНа, имеет уже повышенную против исходной температуру, что, ввиду уменьшившегося таким образом температурного напора, снижает тепловую эффективность рекуперативного теплообмена в изделии.
Вопрос о возможном намерзании инея на теплопередающих поверхностях выпускаемых нами децентрализованных рекуператоров тепла вентиляционного воздуха «ТеФо» нередко задают и нам, тем более, что в конструкции наших рекуператоров не предусмотрено никаких устройств для предварительного подогрева наружного воздуха. Дать корректный и однозначный ответ на такой вопрос не представляется возможным, т.к. динамика намерзания инея в рекуператоре зависит не только от его конструкции, но и от массы взаимонезависимых и произвольно сочетающихся между собой в каждом конкретном случае факторов. Основными из них являются: исходная степень рекуперации данного изделия, температура наружного воздуха, соотношение расходов удаляемого и поступающего воздуха, абсолютное значение расхода удаляемого воздуха, температура, а также относительная влажность воздуха в помещении. Однако некоторые качественные оценки этого процесса очевидны и были приведены нами еще на стадии разработки технической документации на рекуператоры «ТеФо».
В частности, в «Техническом описании и Инструкции по эксплуатации «ТеФо» в п. 2.5.3 записано: «Процесс инееобразования при базовых расходах удаляемого и подаваемого воздуха, как правило, вообще не наблюдается при температурах наружного воздуха, превышающих –10–15 °C»; и далее: «Процесс намерзания льда, как правило, носит пульсирующий около некоторого значения толщины наледи характер («шуба» увеличивается до определенных размеров, после чего увеличение скорости потока теплого воздуха, с одной стороны, и уменьшившаяся из-за обледенения теплопроводность стенки, с другой стороны, приводят к остановке процесса намерзания и некоторому его обратному течению и т.д., благодаря чему процесс колеблется около некоторого положения равновесия)... Если же, ввиду неблагоприятного сочетания факторов, обмерзание будет развиваться даже до смыкания ледяных корок соседних трубочек вплоть до полного перекрытия проходного сечения удаляемого воздуха, то ни к каким опасным последствиям это привести не может. В этом случае рекуператор просто прекратит функционировать в качестве такового и превратится в обычный канал для подачи наружного воздуха. После оттайки образовавшейся наледи рекуператор полностью восстановит свои первоначальные свойства. Достижение такого, безусловно нежелательного, режима, как правило, не вызывает дефектов самого рекуператора».
К настоящему времени появились некоторые фактические данные, позволяющие с качественной точки зрения подтвердить справедливость указаний, приведенных в «Техническом описании», а также количественно охарактеризовать динамику снижения степени рекуперации из-за образования «шубы» инея. В настоящей статье проанализированы результаты эксплуатации по прямому назначению рекуператоров «ТеФо» в зимний период 2008–2009 гг., а также дана аналитическая обработка результатов периодических испытаний одного из серийных рекуператоров «ТеФо» в климатической камере.
Результаты эксплуатации рекуператоров «ТеФо» в зимний период 2008–2009 гг.
Представилось возможным проанализировать работу двух рекуператоров «ТеФо» по итогам зимней эксплуатации 2008–2009 гг. Один из рекуператоров был установлен в жилом помещении в Санкт-Петербурге, второй — в офисном помещении в г. Прокопьевске Кемеровской обл. Микроклимат в жилом помещении в Санкт-Петербурге, где был установлен рекуператор, обеспечивался с помощью дополнительных средств климатизации и характеризовался повышенной влажностью и повышенной температурой (относительная влажность находилась на уровне 50 % при температуре порядка 23–24 °C). Длительная и непрерывная круглосуточная эксплуатация этого рекуператора при характерных для СанктПетербурга в этот период года температурах не вызывала никаких изменений в характеристиках работы рекуператора до тех пор, пока температура наружного воздуха не опустилась до отметки ниже –15 °C.
При произошедшем в конце января 2009 г. понижении температуры наружного воздуха до –20 °C на наружной стене здания было визуально обнаружено образование наледи, спускающейся вниз, начиная от нижней образующей выходного патрубка рекуператора. Необходимо особо подчеркнуть, что этот эффект (образование наледи на выходе патрубка из стены) не является одной из особенностей, присущих именно рекуператорам «ТеФо», а предопределен законами природы и будет характерен для работы абсолютно любого рекуператора, обладающего более менее неплохой тепловой эффективностью (конечно, при степени рекуперации, например, 10 % — если кому-то придет в голову сделать рекуператор с такой бессмысленно низкой эффективностью,— наледь может и не образоваться). Это легко увидеть, обратившись к таблицам, содержащим сведения о свойствах влажного воздуха. В частности, при температуре воздуха в помещении 24 °C и относительной влажности 50 % в 1 кг воздуха содержится 9,3 г водяных паров, а при температуре воздуха –4 °C, т.е. при той температуре, которая будет на выходе из рекуператора при степени рекуперации 70 % и вышеуказанных температурах на улице и в помещении, в 1 кг воздуха не может содержаться более 2,8 г водяных паров. Таким образом, при расходе воздуха на уровне 30 м3/ч (т.е. примерно 37 кг/ч) каждый час из рекуператора вместе с выходящим на улицу потоком 100 % влажного воздуха будет выходить в виде жидкой фазы (подчеркиваем — не в виде паров, а именно в виде жидкой фазы) примерно 240 мл воды. Попав на наружную кромку стены, имеющую температуру существенно ниже 0 °C, эта вода, естественно, превращается в лед. Учитывая, что рекуператор в описываемом случае был расположен вертикально, и поэтому его патрубок забора наружного воздуха находился на стене здания строго внизу по отношению к выходному патрубку, входное отверстие патрубка забора воздуха оказалось частично перекрыто спускающейся наледью, что уменьшило подачу свежего воздуха, правда, при одновременном повышении температуры последнего.
В офисном помещении в Прокопьевске никаких специальных устройств климатизации, призванных искусственно поддерживать измененные параметры воздуха, не применялось. Согласно информации, полученной от людей, работавших в этом офисе, в процессе функционирования рекуператора наблюдалась следующая картина. При температуре наружного воздуха на уровне –20 °C на наружной поверхности теплопередающих трубочек в районе выхода из рекуператора удаляемого из помещения воздуха, примерно через 1,5–2,0 ч от момента включения рекуператора появлялась белесоватая пленка инея. Эта пленка, согласно визуальным наблюдениям, продолжала нарастать в течение еще нескольких часов, и к середине рабочего дня ее толщина стабилизировалась около некоего псевдостационарного значения. При этом ее толщина была такой, что ее наличие не оказывало заметного влияния на характеристики рекуператора (температура поступающего в помещение наружного воздуха контролировалась спиртовым термометром).
Помимо эксплуатации в описанном штатном режиме сотрудниками офиса был проведен эксперимент с целью определить, как повлияют длительно воздействующие экстремально низкие температуры наружного воздуха на работоспособность рекуператора. Для этого в период стояния наибольших холодов (температура опустилась до уровня –40 °C) рекуператор был включен в начале рабочего дня и не выключен после его завершения, таким образом, рекуператор работал сутки при температуре наружного воздуха –40 °C и температуре воздуха в помещении 20 °C. Утренний осмотр рекуператора на следующий день показал, что выходное сечение патрубка для выхода удаляемого из помещения воздуха оказалось практически полностью перекрыто толстой «шубой» инея. Включение режима «оттайка» позволило довольно быстро растопить образовавшийся иней и ввести рекуператор в режим нормального функционирования. Никаких негативных последствий на работоспособность рекуператора этот эксперимент не имел — все детали и узлы рекуператора сохранили целостность и свои первоначальные геометрические размеры, и потребительские свойства самого рекуператора также в процессе эксперимента не изменились.
Визуальные наблюдения за работой этих двух рекуператоров очень хорошо согласуются с теоретическими предположениями, сформулированными нами в процессе создания рекуператоров и изложенными, как отмечено выше, в «Техническом описании и Инструкции по эксплуатации рекуператоров «ТеФо».
Анализ двух вышеописанных примеров использования рекуператоров «ТеФо» в условиях достаточно низких температур позволяет сделать ряд основанных на опыте эксплуатации практических выводов.
1. До температур наружного воздуха не ниже –15 °C никаких изменений в нормальном функционировании рекуператоров «ТеФо» не происходит. Таким образом, можно утверждать, что, если рекуператор предназначен для эксплуатации в районах с расчетной зимней температурой на уровне –14 °C–15 °C, то никаких специальных, т.н. «зимних» функций в такой рекуператор встраивать не нужно.
2. При вертикальном расположении рекуператора и возможности понижения температуры наружного воздуха до значений ниже –15 °C возможно образование наледи, спускающейся вниз от выходного патрубка рекуператора. По этой причине необходимо либо принять меры по защите нижележащего патрубка забора наружного воздуха, например, путем устройства козырька над ним, либо вывести выходной патрубок с выпуском примерно на 60–70 мм из стены, с тем, чтобы образующаяся наледь свисала с него в виде сосульки и не перекрывала входное сечение патрубка забора воздуха.
3. При создании условий, способствующих образованию существенной «шубы» инея, т.е. если температура наружного воздуха может длительно опускаться ниже –20–22 °C, рекуператор должен снабжаться кнопкой «оттайка». Следует отметить, что такую кнопку, предусматривающую выключение только вентилятора, подающего наружный воздух, мы в прежние годы предусматривали по умолчанию на всех рекуператорах, но, как показывал предыдущий опыт эксплуатации рекуператоров (а до зимы 2008–2009 гг. рекуператоры не эксплуатировались в регионах с возможным длительным снижением температур ниже –25 °C, необходимости в ней не возникало, и мы оставили эту функцию в качестве дополнительной опции, встраиваемой по отдельному согласованию.
По итогам вышеописанной зимней эксплуатации в Прокопьевске принято решение изменить уровень приоритета функции «оттайка» — теперь, как в первые годы выпуска нами рекуператоров, она предусматривается по умолчанию и, только если известно, что регион, где предполагается эксплуатация изделия, имеет расчетную зимнюю температуру выше –12 °C, эта функция вводиться не будет. Аналитическое описание динамики образования «шубы» инея Вышеописанные наблюдения, проведенные на двух рекуператорах во время их эксплуатации по прямому назначению при суровых зимних температурах, позволили получить качественное описание функционирования рекуператоров в этих условиях и сформулировать некоторые полезные выводы.
Материал предоставлен журналом "Сантехника. Отопление. Кондиционирование", №5, 2009 г.
Начало активности (дата): 27.02.2010
