Анализ (сравнение) сроков окупаемости пластинчатого и роторного рекуператоров

            Выполнен сравнительный анализ сроков окупаемости вентиляционных установок с рекуператорами  пластинчатого и роторного типов для систем вентиляции и кондиционирования (СВ И СК) для объектов, расположенных в климатических регионах Беларуси. При расчете блоков теплоутилизации необходимо иметь надежную и корректно заданную информацию о наружных  климатических параметрах региона
На практике известно 4 способа представления наружных условий:
Расчетные температура  t_н^ри энтальпия h_н^рдля холодного и теплого периодов года согласно СНиП 2.04.05-91* “Отопление, вентиляция и кондиционирование”
  1.  Средние расчетные температура t_н^ри относительная влажность j_н^р согласно СНиП 23-01-99 “Строительная климатология”
  2.  Среднемесячные значения температуры наружного воздуха согласно СНиП 23-01-99 “Строительная климатология”
  3.  Задаются параметры наружного климата по повторяемости температур в течение года (пособие к СНиП 2.01.01-82 “Строительная климатология”).
  4.  Для дальнейших расчетов наружных условий выбирается четвертый метод с учетом продолжительности стояния температур как наиболее информативный и объективный.

Примем производительность установки 10000 м³/ч (L_пр=L_в). Рассчитаем затраты теплоты на нагрев наружного воздуха в системе без рекуператора:

                                                                        
где   V – расход наружного воздуха, м3/ч;
        ρ – плотность наружного воздуха, кг/м3;
        с_р – удельная теплоемкость при постоянном давлении, кДж/(кг К);
        t_пр – температура приточного воздуха, °С;
        t_н – температура наружного воздуха,°С.
         τ – продолжительность стояния температуры наружного воздуха, час.
 
           Годовые затраты тепла:
                                                                     
           Рассчитаем сроки окупаемости и экономию энергии при включении в состав приточно-вытяжной установки роторного рекуператора стоимостью П_ут=158 000 руб. Температуру приточного воздуха примем t_пр=18°С, температуру удаляемого из помещения воздуха t_у1=22°С. Расчеты будем повторять, меняя эффективность в диапазоне ε=60…90% и период работы системы вентиляции в течение суток (24, 12 или 8 часов). В данной работе ведется расчет сроков окупаемости рекуператора в зависимости от достигнутой температурной эффективности, при этом не рассматриваются способы достижения заданной эффективности.
             Температура воздуха на выходе из роторного рекуператора:
                                                                       
             Количество теплоты, необходимое на догрев наружного воздуха в приточной установке от температуры на выходе из рекуператора до параметров на притоке:
                                                        
             Количество сэкономленной энергии:
                                                                
            Затраты энергии на вращение ротора в приточной установке:
                                                                     
где  N_пр – установленная мощность привода ротора, кВт;
        τ – период работы системы вентиляции, час/год
                                                                 
           Стоимость сэкономленной энергии:
                                               
где  П^* - стоимость электрической или тепловой энергии в зависимости от типа используемого        калорифера, руб/(кВт ч);
       П_эл – стоимость электрической энергии, руб/кВт ч
           Срок окупаемости теплоутилизатора (рекуператора):
                                                          
Результаты расчетов представим в графической форме:
          
                Как видно, быстрее всего окупается система вентиляции, в которой в качестве калорифера догрева наружного воздуха до расчетных параметров используется электрический нагреватель. Однако после полной окупаемости рекуператора эксплуатация системы вентиляции и кондиционирования с электрическим нагревателем будет обходиться дороже ввиду того, что электрическая энергия значительно дороже тепловой. Поэтому приточно-вытяжная установка с водяным калорифером оказывается более предпочтительной. При установке пластинчатого теплообменника при низких температурах наружного воздуха возможно выпадение конденсата со стороны удаляемого воздуха и его замерзание, что негативно сказывается на работе теплообменника. Как показывает практика, при температуре удаляемого воздуха 20°С и относительной влажности 40% для утилизатора с эффективностью ε=60% существует опасность обмерзания рекуператора при температурах наружного воздуха ниже -5°С (данные по теплообменникам VTS). Проведем расчет сроков окупаемости при установке в систему вентиляции обработки воздуха пластинчатого рекуператора стоимостью 108000 руб., при этом в качестве меры по предотвращению обмерзания теплообменника выберем установку дополнительного калорифера преднагрева наружного воздуха стоимостью 30000 руб. в случае, если его температура будет ниже -5°С.
 
В результате проведенного расчета можно сделать следующие выводы:

1. Период окупаемости пластинчатого рекуператора практически равен периоду окупаемости роторного регенератора. К тому же конструкция пластинчатого рекуператора значительно проще, нет движущихся частей в отличие от роторного регенератора. Пластинчатый рекуператор при надежной системе защиты от обмерзания не требует обслуживания. Также пластинчатый рекуператор ввиду отсутствия перетечек воздуха может использоваться в тех системах, где недопустимо попадание вытяжного воздуха в приточный.

2. Системы вентиляции с водяным калорифером окупаются значительно дольше, но в то же время значительно дешевле в эксплуатации нежели системы с электрическим калорифером ввиду более низкой стоимости тепловой энергии.

3. Чем больше период эксплуатации системы вентиляции в течение суток, тем быстрее окупается установка теплоутилизатора.

4. Повышение эффективности утилизатора (степени рекуперации) приводит к снижению срока окупаемости системы (особенно в системах с водяным калорифером). Однако в области высоких значений эффективности повышение степени рекуперации ведет лишь к незначительному уменьшению сроков окупаемости. Поскольку повышение эффективности теплообменника как правило связано с конструктивными изменениями, а следовательно с увеличением себестоимости рекуператора, оптимальным значением достигаемой эффективности следует считать ε=80…85%.

              Следует отметить, что в расчете не учитывались единовременные затраты на доставку, монтаж систем вентиляции, затраты на сервисное обслуживание вентиляционных систем, амортизационные отчисления и другие расходы, связанные с включением в схему обработки воздуха роторного или пластинчатого рекуператора. Расчет производился только с позиций экономии энергии. Поэтому в реальности срок окупаемости утилизатора в составе вентиляционной установки может быть значительно выше, однако общая закономерность останется той же.