Tematyka energooszczędności znajduje miejsce na pierwszych stronach prasy nie tylko specjalistycznej, ale również popularnej.

Nie dziwi ten fakt w kontekście obowiązujących trendów wynikających z polityki, wdrażanego prawa i wzrastającej świadomości. Nie ominęły one również technik instalacyjnych, w przypadku których energooszczędność powinna być naturalna. W artykule przedstawiono zagadnienia energooszczędności w wentylacji w ujęciu instalacji, centrali, wymiennika ciepła.

Energooszczędność w technice instalacyjnej

Do tematu energooszczędności nawiązują co najmniej dwie dyrektywy:

  • ErP 2009/125/WE (Energy-related Products) – wymagania do urządzeń związanych z wykorzystaniem energii (m.in. silników wentylatorów, kotłów grzewczych – ograniczenie emisji);
  • ELD – 2010/30/WE (Energy Labelling Directive) – etykiety energetyczne m.in. dla kołów, central wentylacyjnych. Obecnie wprowadzane jest nowe rozporządzenie Rady UE 2017/1369, które zastępować będzie poprzednie.

Prawo wymusza stosowanie urządzeń jak najbardziej energooszczędnych (o wysokiej sprawności; dla kotłów na paliwa stała nie może być niższa niż 75% dla najmniejszych urządzeń – od 2020 r.).

W technice wentylacyjnej, celem zapewniania niskiego zużycia energii, konieczny jest wysoki odzysk ciepła z usuwanego z pomieszczenia powietrza, przy wykorzystaniu energooszczędnych wentylatorów i zaawansowanej automatyki.

Do dyrektywy ErP wprowadzono rozporządzenia wykonawcze obowiązujące producentów wprowadzających urządzenia na rynek. Wg nich każdy z systemów wentylacyjnych musi mieć: odzysk ciepła, obejście, co najmniej wielobiegowy wentylator (najlepiej z płynną regulacją), sygnalizację zabrudzenia filtra. Centrale mieszkaniowe (SWM), tj. do 1000 m3/h, powinny posiadać etykietę informującą o klasie energetycznej. Na etykiecie powinna znajdować się informacja związana z przepływem dla 100 Pa. Dodatkowo do produktów powinna być dołączana karta produktu informująca o: sprawności cieplnej odzysku ciepła (nie mniej niż 73%); jednostkowym poborze mocy (JPM); rocznym zużyciu energii elektrycznej (RZE), które nie powinno przekraczać 20 kWh/(m2 * rok).

Energooszczędność w wentylacji

Współczesne systemy wentylacji bazują coraz częściej na wymuszonym przepływie powietrza – wentylacji mechanicznej lub hybrydowej, które ograniczają przepływ powietrza w sposób niekontrolowany, powodując mniejsze straty. W budownictwie jednorodzinnym wykorzystywane są centrale wentylacyjne, stające się powoli standardem w perspektywie wymagań zawartych w WT 2021. Jakość urządzeń wentylacyjnych i jakość wykonania rosną.

Energooszczędne systemy wentylacji realizują wymianę powietrza z wykorzystaniem minimalnej ilości energii. Celem zapewnienia energooszczędności, spełnione muszą być następujące aspekty:

  • prawidłowe projektowanie i instalowanie;
  • nowoczesne rozwiązania jednostek centralnych;
  • optymalne użytkowanie instalacji.

Podczas projektowania należy określić:

  • ilość powietrza wentylacyjnego – duża wiąże się z dużymi nakładami energii na transport i obróbkę, zbyt mała to nie zapewnione warunki higieniczne;
  • wielkość kanałów inwestycyjnie – mniejsze – tańsze, z drugiej strony droższe w eksploatacji, ze względu na większe opory; dodatkowo większy hałas;
  • izolacja kanałów – pokutuje błędne przekonanie, że izolacja nie jest niezbędna – temperatury transportowanego powietrza są niewielkie, jednak duże ilości powietrza tłoczone w czasie i różnice temperatur, szczególnie w porze zimowej i letniej, powodują istotne straty. Jednocześnie odpowiedniej grubości izolacja ogranicza również hałas związany z przepływem;
  • umiejscowienie rekuperatora – najlepiej centralnie, w pomieszczeniu ogrzewanym, w innym wypadku istnieje konieczność dodatkowego zaizolowania.

Należy także zadbać o:

  • szczelność budynku (w tym zamknięcie kanałów wentylacji grawitacyjnej) – otwarte kanały mogą zniweczyć działanie wentylacji z odzyskiem ciepła;
  • okresową wymianę filtrów – oprócz zapewniania czystości powietrza, ogranicza również straty na zapchanym filtrze;
  • dopasowanie do rytmu życia domowników – ograniczenie przepływu w porze nieobecności czy snu, zwiększanie np. podczas spotkań rodzinnych).

Centrala wentylacyjna – energooszczędność

Fundamentalną rolę w zapewnieniu energooszczędności wentylacji mogą spełniać centrale wentylacyjne, w których realizowane są procesy obróbki powietrza.

Cechy energooszczędnego rekuperatora:

  • wysoka sprawność odzysku ciepła,
  • energooszczędne wentylatory,
  • by-pass,
  • system antyzamrożeniowy,
  • automatyka,
  • izolacja termiczna i akustyczna.

Wymienniki ciepła w centralach wentylacyjnych odzyskują ciepło z powietrza usuwanego i przekazują do powietrza świeżego. Sprawność odzysku determinowana jest rodzajem stosowanego wymiennika oraz parametrami procesowymi wymiany ciepła między dwoma strumieniami powietrza. Wykorzystuje się wymienniki krzyżowe, przeciwprądowe i obrotowe. Wymienniki krzyżowe stosowane są nadal w najprostszych rozwiązaniach. Sprawność temperaturowa dochodzi do 60%. Zwiększoną powierzchnią kontaktu charakteryzują się wymienniki przeciwprądowe – sprawność do 90%. Wymienniki obrotowe mogą osiągnąć podobny poziom sprawności, jak te przeciwprądowe, jednak wymagają dodatkowych nakładów energii. Sprawności eksploatacyjne są niższe i dla dobrych wymienników oscylują wokół 80%.

Wykorzystanie wentylatorów stałoprądowych umożliwia płynną regulację i ograniczenie zużycia energii. Z punktu widzenia instalatora wentylator EC traktować można jako falownik zespolony z silnikiem. Oszczędność energii w porównaniu do silników asynchronicznych (AC) wynosi do 35%. Głównym elementem odpowiedzialnym za energooszczędność jest silnik. Powinno stosować się silniki energooszczędne co najmniej klasy IE2, a najlepiej IE3.

Wykorzystanie by-passu jest niezbędne w okresie letnim w nocy, celem schłodzenia budynku, w zimowym zaś – by zabezpieczyć wymiennik przed zamarzaniem. W okresie wykorzystania by-passu nie odzyskujemy ciepła. Zalecane jest wykorzystanie by-passu automatycznego.

Układ antyzamrożeniowy

Układ antyzamrożeniowy ma na celu zabezpieczenie wymiennika ciepła (płytowego) przed szronieniem – wykorzystuje się tu układy automatyczne. Jednym z najpopularniejszych sposobów jest zastosowanie elektrycznej nagrzewnicy wstępnej. Zastosowanie funkcji stopniominut – załączanej w zależności od temp. zewnętrznej – umożliwia ograniczenie zużycia energii. Inne sposoby realizacji odmrażania obejmują wykorzystanie automatycznego by-passu czy balansowanie wentylatorów. Rozwiązania te ograniczają zdecydowanie zużycie energii, jednak czas realizacji procesu jest dłuższy niż z wykorzystaniem grzałki. Funkcję zabezpieczającą przed zamrożeniem się wymiennika pełni również wymiennik gruntowy. Wymienniki obrotowe nie wymagają układów antyzamrożeniowych.

Sterowanie

Sterowanie rekuperatorem odgrywa decydującą rolę w zakresie efektywnej wentylacji. Odchodzi się od sterowania opartego na wykorzystaniu przełącznika trzypozycyjnego. Wyposażenie obecnych central w: układy płynnej regulacji, automatyczny by-pass, monitorowanie zabrudzenia filtrów czy wymiennika, układy antyzamrożeniowe, możliwość sterowania dowolnym urządzeniem wentylacyjnym, czujniki temperatur, wilgotności, zawartości dwutlenku węgla – spowodowały wyposażanie obecnych jednostek w układy programowalne z wizualizacją parametrów pracy i dostosowaniem sposobu pracy do bieżących warunków. Ostatnim trendem jest możliwość podłączenia centrali pod system BMS.

Budowa rekuperatora umożliwia zamontowanie go w pomieszczeniach ogrzewanych. Zamontowana izolacja chroni przed ucieczką ciepła dla różnicy temperatur paru stopni. W przypadku większych różnic, należy jednostkę dodatkowo izolować. Zastosowana ochrona izolacyjna tłumi również dźwięk emitowany przez zamontowane wentylatory, tak iż w połączeniu z poprawnie wykonaną instalacją, centrala wentylacyjna nie emituje dokuczliwego hałasu.

Odzysk ciepła w rekuperatorze

Może istnieć znacząca różnica pomiędzy sprawnością rekuperatora osiąganą w laboratorium i w warunkach rzeczywistej pracy. Spowodowane jest to specyficznymi warunkami podczas badań laboratoryjnych: zapewnieniem 100% szczelności obudowy, wymiennika, brakiem strat ciepła, czy zaniżaniem przepływu przez wymiennik. Różnice mogą przekraczać 20%.

Odzysk energii może zachodzić zarówno w zakresie ciepła jawnego (bez wykraplania się wilgoci), jak i utajonego. Sprawność zwykle uwzględnia oba rodzaje ciepła, jednak ciepło związane z wykraplaniem się wilgoci w okresie grzewczym praktycznie nie występuje (wilgotność względna jest niewielka). Różnica w sprawności może sięgać 10%. Określając sprawność dla temperatury niskiej zewnętrznej, sprawność również może być sztucznie podniesiona. Bardziej rzetelnym byłoby przyjęcie temperatury zewnętrznej na poziomie min. -10ºC, czy nawet 0ºC. Sprawność centrali w stosunku do sprawności wymiennika jest pomniejszona o straty związane z ograniczoną izolacją, mostkami ciepła, nieszczelnościami.

Podsumowanie

Instalacje wentylacji mechanicznej z założenia są realną alternatywą dla powszechnie wykorzystywanych instalacji wentylacji grawitacyjnej – zapewniają energooszczędność.

W rzeczywistości, aby uzyskać energooszczędność, należy zwracać szczególną uwagę na poszczególne elementy instalacji, szczególnie centrali. Dopiero wtedy, wraz ze świadomą eksploatacją instalacji, uzyskać można realne oszczędności w funkcjonowaniu wentylacji i obniżyć koszty użytkowania budynku.

dr inż. Krystian Kurowski

Fot. Centrala wentylacyjna (z arch. Stiebel Eltron).

Polecamy też artykuł na temat energooszczędności w central wentylacyjnych pt. Rekuperacja i czyste powietrze

Prenumerata Magazynu Instalatora

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