Rekuperacja

Oszczędne gospodarowanie zasobami energii staje się we współczesnym świecie koniecznością i obowiązkiem. Od wielu lat profesorowie najlepszych uczelni, na całym świecie, pracują nad coraz lepszymi urządzeniami, które będą racjonalnie zużywać zasoby energii, a także odzyskiwać wcześniej wyprodukowaną energię w późniejszych procesach. Równocześnie stosowanie energooszczędnych rozwiązań w budownictwie indywidualnym doprowadziło do dramatycznego pogorszenia jakości powietrza wewnątrz pomieszczeń. Szczelna stolarka okienna likwiduje swobodną infiltrację powietrza zewnętrznego. Skutkiem ograniczonej wentylacji jest koncentracja zanieczyszczeń wydzielających się podczas procesu użytkowania pomieszczeń oraz nadmierna ilość pary wodnej mogącej wykraplać się na zimnych elementach konstrukcyjnych budynku, co prowadzi do rozwoju pleśni i grzybów. Wszystkie te czynniki wpływają niekorzystnie na nasz stan zdrowia. Powstało więc zapotrzebowanie na system wentylacji, który zapewniłby wymianę powietrza, a tym samym podstawowy komfort bytowy, a jednocześnie w maksymalnym stopniu oszczędzał drogą energię cieplną. Zatem ważne, a zarazem bardzo ekonomiczne stało się odzyskiwanie ciepła wentylacyjnego. Obecnie jest to szczególnie łatwe ponieważ coraz więcej budynków wyposażanych jest w mechaniczne instalacje wentylacyjne z odzyskiem ciepła .

Najprostszym, a zarazem najtańszym sposobem odzyskiwania ciepła wentylacyjnego jest recyrkulacja powietrza wentylacyjnego, polegająca na wprowadzeniu usuwanego powietrza do instalacji nawiewnych. Rozwiązanie to może być jednak stosowane tylko w nielicznych przypadkach. Obecność w usuwanym powietrzu dymu papierosowego, zapachów kuchennych, bakterii oraz pyłów wyklucza możliwość stosowania recyrkulacji. Najkorzystniejszym rozwiązaniem jest zastosowanie rekuperatorów, które są sercem systemu poprawnej higienicznie instalacji wentylacji mechanicznej. Podstawową zaletą systemu rekuperacji jest fakt iż strumień powietrza usuwanego, z którego odzyskujemy ciepło wentylacyjne nie styka się bezpośrednio z nawiewanym świeżym powietrzem.

Rodzaje konstrukcji rekuperatorów

Opracowano, skonstruowano oraz podłączono do instalacji nawiewno-wywiewnej szeroką gamę różnego rodzaju rekuperatorów, które odzyskują bardzo cenne ciepło. Najczęściej w instalacjach wentylacyjnych do odzyskiwania ciepła stosuje się następujące urządzenia: • rekuperatory z czynnikiem pośrednim (glikol albo freon), w tym rurka ciepła, a także pompy ciepła,
• rekuperatory z ruchomym wypełnieniem (wymienniki obrotowe),
• rekuperatory płytowe.
Zaznaczyć tu należy iż efektywność stosowania wszystkich typów rekuperatorów ograniczona jest nieodwracalnością procesów wymiany ciepła i oporami przepływu strumieni powietrza nawiewanego oraz usuwanego z pomieszczeń. Sprawność rekuperatorów jest obniżona, gdyż wymiana ciepła odbywa się na skutek różnic temperatury pomiędzy powietrzem nawiewanym, a usuwanym z pomieszczeń. Jest to związane z powierzchnią wymiany ciepła, tzn. aby uzyskać większą sprawność procesu odebrania ciepła od powietrza wywiewanego należy zastosować większą powierzchnię wymiany ciepła, co z kolei prowadzi do zwiększenia oporów przepływu i podnosi koszty urządzenia, ponieważ zwiększamy powierzchnię wymiennika.

• Rekuperatory z czynnikiem pośrednim – są konstrukcyjnie najbardziej złożone co przekłada się na najszersze możliwości stosowania. Strumienie powietrzne są od siebie całkowicie oddzielone, a odległości między nimi dochodzą nawet do kilkudziesięciu metrów. W takim przypadku usytuowanie głównych przewodów nawiewnych i wywiewnych jest praktycznie dowolne. Pompy ciepła – najczęściej stosowany jest sprężarkowy układ parowy. Znajdują zastosowanie tam gdzie jest potrzeba zarówno ogrzewania jak i chłodzenia pomieszczeń (przeważnie duże obiekty). Rurka ciepła – jest to ożebrowana rurka, wypełniona niskowrzącym czynnikiem chłodniczym. Jedna część znajduje się w kanale nawiewnym, druga w wywiewnym. Ograniczeniem stosowania tego rozwiązania jest konieczność umiejscowienia kanału nawiewnego nad kanałem wywiewnym, jeśli rurka pracuje w układzie grawitacyjnym.

• Rekuperatory z ruchomym wypełnieniem (obrotowe) – składają się z wirnika z wypełnieniem akumulacyjnym napędzanym silnikiem elektrycznym oraz ze śluzy i obudowy. Proces przekazywania ciepła odbywa się dzięki ruchowi obrotowemu wirnika wymiennika. Mimo iż urządzenia te posiadają wiele zalet są jednak niechętnie instalowane ze względu na konieczność stosowania silników elektrycznych (także o znacznych mocach) do obracania wirnika z wypełnieniem akumulacyjnym. Ponadto występują problemy z uszczelnieniem między ruchomym wypełnieniem, a nieruchomą obudową. Prowadzi to do niepożądanego przepływu powietrza przez te nieszczelności.

• Rekuperatory płytowe – posiadają nieco gorsze parametry techniczne jednak są najchętniej stosowane (szczególnie w budownictwie jednorodzinnym) ze względu na prostą konstrukcję, a zarazem konkurencyjną cenę. Brak ruchomych części oraz czynnika pośredniego upraszcza eksploatację i w sposób istotny obniża jej koszty. W grupie tej stosuje się następujące konstrukcje: -wymiennik płytowy krzyżowoprądowy, -wymiennik przeciwprądowy z płyt płaskich, -wymiennik spiralny. Wśród rekuperatorów płytowych najczęściej stosowane są wymienniki o przepływie krzyżowym w kształcie prostopadłościanu, a często nawet sześcianu, co bardzo dobrze komponuje się w segmentach centrali wentylacyjnej. Przepływ strumienia powietrza chłodzonego i ogrzewanego odbywa się w kierunkach prostopadłych. Aby zapobiec zamarzaniu wykroplonej wilgoci na wymienniku rekuperatora stosuje się tu układ rozmrożeniowy. Podczas silnych mrozów powietrze zewnętrzne omija rekuperator, który jest praktycznie wyłączony z pracy lub wyłączany jest czasowo wentylator doprowadzający zewnętrzne powietrze do systemu. Wymiennik spiralny powstaje poprzez nawijanie arkuszy blachy z zachowaniem między nimi stałej odległości przez co powstaje konstrukcja w kształcie walca. Rozwiązania tego typu mogą być stosowane w przypadku niewielkich strumieni powietrza wentylacyjnego, ze względu na małę przekroje poprzeczne kanałów. Najbardziej przyszłościowe i obiecujące wydają się być rozwiązania wymienników wykonanych w układzie przeciwprądowym, ze względu na osiąganie przez nie największych efektywności odzysku ciepła. Dodatkowo, dzięki równomiernemu rozkładowi temperatury w poszczególnych przekrojach poprzecznych strumienia powietrza chłodzonego są one bardziej odporne na zjawisko wykraplania wilgoci, a szronienie praktycznie nie występuje. W tych typach rekuperatorów występuje skuteczne odprowadzanie skondensowanej pary wodnej, zatem należy urządzenia te montować prawie pionowo tak, aby strumień powietrza chłodzonego przepływał ku dołowi, a skropliny spływały do rurki ściekowej, zamontowanej w pobliżu króćca wentylacyjnego w dolnej części rekuperatora. Kondensat powinien być odprowadzany do kanalizacji.

Przed podjęciem decyzji o wyborze instalacji wentylacji mechanicznej oraz rekuperatora

Na wstępie należy przeanalizować korzyści płynące z zastosowania instalacji wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła w domach mieszkalnych. Problem ten możemy rozpatrywać w dwóch aspektach: komfortu i ekonomi. Większość opracowań mówi, że systemy te zapewniają:
– filtrację powietrza
– skuteczne usuwanie przykrych zapachów
– brak przeciągów oraz coraz to bardziej uciążliwego hałasu ulicznego
– likwidację nadmiernej ilości pary wodnej z pomieszczeń
– stały dopływ świeżego powietrza
– znaczną oszczędność w kosztach ogrzewania
O ile pierwsze trzy punkty wydają się być jasne, to kolejne nie są już tak oczywiste. Należy je rozumieć przez pryzmat zagadnienia tzw. komfortu klimatycznego. Pamiętać też musimy aby powietrze, które nas otacza miało takie właściwości fizyczne, aby człowiek przy różnych stanach pracy oraz odpoczynku odczuwał komfort przebywania w pomieszczeniu. Zatem odpowiednia ilość świeżego powietrza, jego temperatura, ruch, czystość, wilgotność i jonizacja są to czynniki decydujące o odczuwanym komforcie, które należy mieć szczególnie na uwadze podczas podejmowania decyzji o zastosowaniu wentylacji mechanicznej.
Zastosowanie wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła jest najbardziej opłacalne w obiektach mieszkalnych o bardzo dobrej izolacji cieplnej. W takich budynkach zużycie ciepła na ogrzanie powietrza wentylacyjnego stanowi znaczną część całości zużywanego ciepła, a co za tym idzie także zużywanej energii. Drugim istotnym warunkiem jest zastosowanie w budynku wentylacji mechanicznej.
Powyższe stwierdzenia prowadzą do wniosku iż aby w pełni wykorzystać zalety systemu wentylacji z odzyskiem ciepła w budynkach mieszkalnych należy rozwiązanie to uwzględnić już na etapie projektowania budynku. System ten może być stosowany też w obiektach modernizowanych, gdzie przeprowadzono termorenowację. Istotny jest odpowiedni dobór urządzeń i prawidłowy rozdział powietrza w instalacji wentylacyjnej. Wydajność centrali rekuperacyjnej można dobrać w oparciu o kryterium sanitarno-higieniczne tzn. minimum świeżego powietrza na osobę. Nie powinno się oszczędzać na wydajności centrali rekuperacyjnej, gdyż możemy nie uzyskać w pewnych okresach wyżej wymienionego minimum ilości świeżego powietrza w pomieszczeniach. Rozdział powietrza we właściwie wentylowanym domu powinien być taki aby świeże powietrze z zewnątrz napływało do pomieszczeń zwykle najmniej zanieczyszczonych: pokoi dziennych lub sypialni. Stamtąd przepływa do przedpokoju, a następnie do pomieszczeń, w których wydziela się dużo zanieczyszczeń i wilgoci, czyli do kuchni, łazienki lub toalety skąd jest usuwane poprzez rekuperator na zewnątrz. Taki sposób przepływu powoduje, że do pokoi nie napływają zanieczyszczenia i wilgoć z kuchni, łazienki i toalety. Biorąc pod uwagę dokumentacje dostarczane przez producentów zastosowanie rekuperatorów do odzysku ciepła pozwala zaoszczędzić w optymalnych warunkach nawet 75%, a niekiedy ponad 80%, energii cieplnej potrzebnej na ogrzanie powietrza wentylacyjnego. Dane te nie odbiegają znacznie od wyników uzyskiwanych podczas normalnej eksploatacji.
Głównym czynnikiem warunkującym wybór odpowiedniego urządzenia do odzysku ciepła wentylacyjnego jest kryterium energetyczne – koszty eksploatacji i racjonalizacja zużycia energii. Zatem wybierając Rekuperator należy zwrócić szczególną uwagę na sprawność wymiennika oraz efektywność odzysku ciepła. Koszty ponoszone na zakup urządzeń z wymiennikiem obrotowym i krzyżowym są zbliżone do siebie. Zastosowanie rurki ciepła będzie wiązało się z większym początkowym wydatkiem gdyż jest ona droższa, ale koszty eksploatacji są mniejsze poniewaz nie wymaga ona dostarczania energii zewnętrznej i posiada nieduże wymiary. Wymienniki z glikolem są stosunkowo drogie, głównie z uwagi na koszt pompy cyrkulacyjnej, przewodów i armatury. Największy koszt ponosi się przy zakupie pompy ciepła, jest to związane z faktem iż urządzenie to zapewnia zarówno odzysk ciepła zimą, a latem schładza powietrze. Stosując pompy ciepła ponosimy też większe koszty eksploatacyjne z uwagi na zwiększone zużycie energii elektrycznej. Jednakże ciepło powstające w wyniku pracy pompy jest oddawane do powietrza nawiewanego. Najmniejsze koszty eksploatacyjne ponosi się w przypadku zastosowania central z wymiennikami obrotowymi (wysoka sprawność). Koszty eksploatacji central z wymiennikami płytowo-krzyżowymi, krzyżowo-przeciwprądowymi oraz rurkami ciepła są porównywalne.
Dokonując wyboru urządzenia rekuperacyjnego należy także zwrócić uwagę na rodzaje izolacji i zabezpieczenia antykorozyjne. W prawidłowo wykonanej centrali rekuperacyjnej powinno być również wyeliminowane przenoszenie drgań wentylatora na obudowę urządzenia. Nie należy równocześnie zapominać o wentylatorach, które muszą być odpowiedniej wielkości. Zagwarantuje to , że będą one dysponowały odpowiednią wydajnością przy stosunkowo niskich obrotach co zaowocuje niewielkim poziomem hałasu. Obok jakości filtrów istotna jest też ich lokalizacja, tak w przypadku powietrza nawiewanego i wywiewanego powinny być umiejscowione przed wentylatorem (na ssaniu) dzięki czemu zdołają wychwycić różnorakie pyły, co wpływa korzystnie na żywotność wentylatora i silnika. Gdy centrala wyposażona jest w czujnik zabrudzenia filtrów, wówczas sama „przypomni” nam o konieczności ich wymiany. Istotne są również zabezpieczenia przeciw szronieniu na wymienniku.
Z uwagi na konieczność obsługi opisywanych urządzeń przez człowieka nie bez znaczenia jest także automatyka i sterowanie. Może to być sterowanie mechaniczno-elektryczne, elektroniczne lub cyfrowe. W centralach przeznaczonych do stosowania w domach jednorodzinnych jest ono przeważnie uproszczone. Jednak możliwości płynące ze sterowania cyfrowego lub elektronicznego wpływają istotnie na łatwość i wygodę obsługi systemu, pozwalając np. na czasowe wyłączanie i włączanie centrali w cyklach dobowych czy tygodniowych, uzależnienie parametrów pracy urządzenia od warunków panujących wewnątrz i na zewnątrz pomieszczeń, czy na włączenie jej do systemu sterowania budynkiem. Jednakże wszystkie te udogodnienia podnoszą znacząco koszty inwestycyjne.

Podsumowanie

Celem stosowania wentylacji z odzyskiem ciepła jest dostarczanie świeżego powietrza w sposób zapewniający komfort cieplny, przy jednoczesnym oszczędzaniu energii, dzięki zastosowaniu rekuperatora zapewniającego wymianę ciepła pomiędzy powietrzem usuwanym, a powietrzem świeżym. Rozważając zakup takiego urządzenia należy zauważyć iż największą i nie słabnącą popularnością na rynku cieszą się urządzenia z wymiennikami krzyżowymi z uwagi na koszty inwestycyjne i eksploatacyjne oraz opłacalność stosowania w małych budynkach, takich jak domki jednorodzinne. Zastosowanie odzysku ciepła wentylacyjnego w obiektach o dużych kubaturach wymaga nie tylko dość kosztownej inwestycji w urządzenia, ale także kosztowna jest sama instalacja wentylacyjna. Z tego względu coraz częściej stosowane są w takich obiektach nowoczesne układy odzysku ciepła wentylacyjnego specjalnie dobierane już na etapie projektowania budynku.

Źródło: www.rekuperacja-rekuperatory.pl.