Odzysk ciepła mile widziany… Obrotowe czy krzyżowe?

zobacz artykuł w wersji pdf pdf  pdf 

Spadająca temperatura za oknem skłania do przemyśleń na temat możliwości zatrzymania ciepła w pomieszczeniach. Jednym ze sposób ograniczenia strat ciepła w budynkach jest zastosowanie wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła, przy czym wybór wymiennika ciepła powinien być uzależniony od kilku warunków.

 

W Polsce największym powodzeniem cieszą się wymienniki krzyżowe i krzyżowo-przeciwprądowe, tzw. rekuperatory. Wymienniki tego typu charakteryzują się dość prostą konstrukcją i bezawaryjnym działaniem, ponieważ nie ma w nich wielu elementów mechanicznych, które mogą ulec uszkodzeniu. Jedynym elementem jest by-pass automatyczny, który nie występuje w standardzie. Czy jednak wymienniki tego typu są optymalnym rozwiązaniem dla warunków panujących w Polsce? Na to pytanie nie ma jednoznacznej odpowiedzi, można jednak, projektując układ wentylacji z odzyskiem ciepła, przeanalizować możliwość zastosowania innej formy wymiany ciepła z powietrza wentylacyjnego.

Dobrą alternatywą do popularnych rekuperatorów są, wg mnie, rzadziej stosowane regeneratory, tj. wymienniki obrotowe, w których oprócz odzysku ciepła jawnego występuje odzysk z ciepła utajonego, tj. wilgoci zawartej w powietrzu. Wymiennik obrotowy zbudowany jest z nawiniętej na osi obrotu folii aluminiowej karbowanej i płaskiej na przemian tworzącej kanały (fot. 1) przepływu powietrza.

Odzysk ciepła za pomocą wymiennika obrotowego wykorzystuje zjawisko akumulowania energii w materiale wymiennika. Strumień ciepłego powietrza, przepływając przez wymiennik, nagrzewa go, a strumień zimnego powietrza odbiera ciepło z wymiennika. Obrót wymiennika powoduje silnik napędowy, który może być o stałej lub zmiennej prędkości obrotowej. Napęd przekazywany jest z silnika na wymiennik poprzez pas napędowy.

Konstrukcja oraz sposób działania wymiennika obrotowego daje pewne ograniczenia w jego stosowaniu, zwłaszcza w obiektach o dużej wilgotności powietrza, np. basenach oraz obiektach przemysłowych od dużych zanieczyszczeniach powietrza. Kiedy nie powinno się stosować wymienników obrotowych:

* Wyciąg z kuchni powietrza o dużej zawartości tłuszczów, oleju, itp., gdyż istnieje ryzyko przedostawania się zapachów.
* Palarnie.
* Wentylacja basenów.
* Wentylacja obiektów będących pod działaniem wody morskiej lub powietrza o dużym stężeniu aktywnych chemicznie substancji.

Wymiennik obrotowy wydaje się być jednak idealny w segmencie budynków mniejszych, w których obserwujemy ostatnio znaczny wzrost zastosowania wentylacji mechanicznej, tj. w domach jednorodzinnych, rezydencjach. Zastanawia mnie jednak, dlaczego częściej wybierane są dla domków wymienniki krzyżowo lub krzyżowo-przeciwprądowe. Czy faktycznie jest to dobry wybór? Aby odpowiedzieć na to pytanie, należy przeanalizować warunki pracy centrali oraz prześledzić proces zachodzący podczas wymiany ciepła. Budynki mieszkalne to obiekty, w których nie występują znaczne zyski wilgoci, a powietrze panujące wewnątrz charakteryzuje się niskim stopniem zapylenia. Tak więc można w nich stosować zarówno rekuperatory, jak i regeneratory.

Podgrzanie wstępne
W wymiennikach krzyżowych i przeciwprądowych także pracujących warunkach domowych dochodzi do wykroplenia pary wodnej i powstawania skroplin. W przypadku, gdy temperatura spanie poniżej „zera” dojdzie do zamarzania wymiennika, a szybkość tego zjawiska jest proporcjonalna do sprawności urządzenia. W wymiennika przeciwprądowych o sprawności powyżej 90% proces ten zachodzi stosunkowo szybko. Można zapobiec takiej sytuacji w dwojaki sposób:

* Stosując zwolnienie lub zatrzymanie pracy silnika nawiewnego – wówczas ciepłe powietrze usuwane ogrzewa wymiennik i następuje oszronienie.
* Stosując nagrzewnicę wstępną podgrzewającą powietrze świeże wchodzące do centrali.
* Stosując nagrzewnicę wtórną o zwiększonej mocy oraz by-pass automatyczny.

Niestety każda z tych metod posiada pewne wady, które negatywnie wpływają na ekonomię.

Zwolnienie lub okresowe zatrzymywanie wentylatora nawiewnego powoduje powstanie niekorzystnego podciśnienia w budynku i wówczas może dojść do zassania zimnego powietrza zewnętrznego. W pewnych sytuacjach stosowanie takiej formy zabezpieczenia przed zamarzaniem powinna być zabroniona, np. jeśli w obiekcie występują paleniska z otwartą komorą spalania.

Dodatkowo należy pamiętać, że w przypadku podgrzania wstępnego znaczna cześć energii dostarczonej jest wykorzystywana na podgrzanie powietrza usuwanego (!), a ponieważ zazwyczaj do podgrzania wstępnego stosowana jest nagrzewnica elektryczna, rosną znacznie koszty eksploatacyjne.

Trzecia forma zabezpieczenia, a więc przewymiarowanie nagrzewnicy wtórnej i sprzężenie z by-pasem powoduje wzrost kosztów inwestycyjnych oraz gabarytów urządzeń, co wyklucza jej stosowanie w domach.

W przypadku central z regeneratorem nie dochodzi do zjawiska kondensacji pary wodnej w warunkach domowych, dlatego nie jest wymagane podgrzanie wstępne, gdyż układ pracuje ze stałym wydatkiem powietrza nawiewnego i wywiewnego. Nagrzewnicę dogrzewającą stosuje się, przy czym inaczej aniżeli w przypadku wymienników krzyżowych jej moc jest określona od temperatury uzyskanej za wymiennikiem, a nie od temperatury zewnętrznej obliczeniowej dla danego regionu.

Wilgotność powietrza
Kolejnym aspektem, który należy brać pod uwagę, wybierając centrale dla domów i rezydencji mieszkalnych, jest możliwość utrzymania min. poziomu wilgotności względnej powietrza. Zimą przy skutecznie działającej wentylacji (także grawitacyjnej) wilgotność powietrza często spada poniżej dopuszczalnego min. poziomu 25-30%.

Wymiennik obrotowy poprzez częściowy odzysk wilgoci wpływa pozytywnie na utrzymanie jej min. poziomu w mieszkaniach, czego nie uzyskamy, stosując wymienniki o przepływie krzyżowym czy skutecznie działającej wentylacji grawitacyjnej.

Sprawność odzysku wilgoci w regeneratorach jest tym wyższa, im niższa jest temperatura zewnętrzna (wykres). Dla uzyskania wyższej sprawności rotor wymiennika pokrywa się powłoką higroskopijną lub absorpcyjną, przy czym takie rozwiązanie stosuje się przy większych przepływach ilości powietrza aniżeli w domach. Odzysk z ciepła utajonego (wilgoci) podnosi też w sposób niemierzalny sprawność energetyczną całego układu.

Szczelność układu
Jednym z głównych argumentów, jaki pojawia się podczas wyboru wymiennika centrali, jest szczelność na mieszanie się strumieni powietrza nawiewanego i usuwanego. Teoretycznie wymienniki krzyżowe są bardziej odporne na mieszanie, przy czym nie znam producenta, który daje gwarancję na całkowitą 100% separację strumieni.

W przypadku wymienników obrotowych łatwiej dojdzie do mieszania, przy czym tylko wtedy, gdy zaburzony zostanie znacznie układ ciśnień panujący w układzie między instalacją nawiewną a wywiewną. Układy wyposażone w regeneratory wymagają więc od instalatora pewnej wiedzy oraz precyzyjnej regulacji instalacji, a kompetencje osób wykonujących instalacje wentylacji mechanicznej w Polsce to temat na osobny artykuł.

Sławomir Mencel

Wykres. Zależność odzysku wilgoci od temp. zewnętrznej (z arch. Systemair).

Fot. Precyzyjna regulacja układu wymagana dla prawidłowej pracy układu z regeneratorem (z arch. Klimatsystem).

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij