Rekuperatory

(fot. www.rekuperatory.pl)

Obecnie budowane domy charakteryzują się wysoką energooszczędnością wynikającą z lepszej jakości stosowanych materiałów, z dbałości o odpowiednią termoizolację budynku i ze szczelności nowoczesnej stolarki budowlanej. Jednak w tak zbudowanych budynkach pojawiły się problemy z zapewnieniem odpowiedniej jakości powietrza wewnętrznego.

Zbyt mała ilość napływającego z zewnątrz powietrza świeżego jest przyczyną złego samopoczucia osób w nich przebywających. Jedynym rozwiązaniem jest stosowanie systemów wentylacyjnych. W systemach wentylacji grawitacyjnej i mechanicznej indywidualnej nie ma możliwości odzyskiwania ciepła z powietrza usuwanego z budynku.

Taką możliwość dają jedynie systemy scentralizowanej wentylacji. W systemie takim wszystkie przewody wentylacji zarówno nawiewnej, jak i wywiewnej łączą się w jednym przewodzie zbiorczym. To pozwala na podłączenie ich do centrali wentylacyjnej z wymiennikiem ciepła. Dzięki niemu możemy odzyskiwać ciepło z powietrza usuwanego i przekazywać je do powietrza pobieranego z zewnątrz.

Jak działa system?

Tradycyjny system wentylacji bez odzysku ciepła; (na górze) Nowoczesny system wentylacji z odzyskiem ciepła (na dole)

Powietrze jest pobierane przez czerpnię i za pośrednictwem kanału trafia do centrali wentylacyjnej. Następnie przez filtr powietrza jest kierowane na wymiennik ciepła. Zimą zostaje w nim podgrzane, latem – ochłodzone.

Jego przepływ odbywa się pod działaniem wentylatora wbudowanego w centralę. Po wyjściu z centrali wentylacyjnej powietrze jest siecią przewodów rozprowadzane po budynku. Kanały rozprowadzające powietrze powinny być zaizolowane termicznie i posiadać odpowiednie przekroje.

Do pomieszczeń powietrze świeże wpływa za pośrednictwem nawiewników. Następnie kratki wywiewne wyciągają powietrze zużyte z pomieszczenia i przez sieć kanałów wywiewnych przesyłają z powrotem do centrali.

Tam wentylator wyciągowy kieruje powietrze przez filtr do wymiennika. Z centrali jest kierowane do wyrzutni powietrza, umieszczonej na dachu. Powinna być od czerpni oddalona o co najmniej 15 m, aby nie dochodziło do zanieczyszczania powietrza pobieranego przez system wentylacji.

Centrala wentylacyjna

W skład typowej centrali wchodzą następujące elementy:

• wentylator nawiewny – wymusza przepływ powietrza w sieci kanałów nawiewnych,
  
  
• wentylator wywiewny – wymusza przepływ powietrza w sieci kanałów wywiewnych,
  
  
• wymiennik ciepła – ciepło z powietrza usuwanego jest w nim przekazywane do powietrza nawiewanego; powinien być wyposażony w pojemnik na skropliny, powstające w czasie jego pracy,
  
  
• filtry – oczyszczają powietrze z zanieczyszczeń, które by się osadzały w wymienniku, co mogłoby doprowadzić do jego zatkania,
  
  
• nagrzewnica elektryczna – dogrzewa powietrze po wstępnym ogrzaniu w wymienniku ciepła,
  
  
• system rozmrożeniowy – zapobiega szronieniu wymiennika przy ujemnej temperaturze powietrza zewnętrznego,
  
  
• automatyka sterująca – steruje pracą centrali wentylacyjnej, utrzymuje wymaganą temperaturę i ilość powietrza,

Centrala z wymiennikiem obrotowym - budowa i zasada działania (fot. Centrum Klima)

Wyposażenie dodatkowe mogą stanowić:

• filtry dokładne – montowane za wymiennikiem ciepła, służą do dokładnego oczyszczenia powietrza z zanieczyszczeń; zaleca się je stosować w domach osób cierpiących na alergię i choroby dróg oddechowych lub w budynkach znajdujących się na terenach przemysłowych o wysokim zanieczyszczeniu powietrza,
  
  
• nawilżacz parowy – stosowany w okresie zimowym, w celu nawilżenia suchego powietrza nawiewanego.

Rodzaje wymienników ciepła

Podstawowym elementem każdej centrali z odzyskiem ciepła jest wymiennik. Poniżej zostały omówione ich rodzaje.

Wymienniki krzyżowe

Wymiennik krzyżowy (fot. Ekoklimax-Projekt)

Obecnie najczęściej się stosuje rekuperatory z wymiennikami płytowymi krzyżowymi. Powietrze zewnętrzne i usuwane przepływają w nich naprzemianlegle między płytami.

Zaletą stosowania rekuperatorów z wymiennikami płytowymi są niskie koszty ich produkcji oraz brak konieczności doprowadzania energii zewnętrznej do pracy urządzenia. Dodatkową zaletą tego rozwiązania jest rozdzielenie strumieni powietrza nawiewanego i usuwanego.

Jednak wadą jest podatność na szronienie już przy temperaturze -5°C. Proces szronienia może doprowadzić do zupełnego braku przepływu przez wymiennik powietrza usuwanego z budynku. Aby tego uniknąć, stosuje się obejście (by-pass), pozwalające na zmniejszenie ilości świeżego powietrza przepływającego przez wymiennik.

Alternatywnie może być również zastosowana nagrzewnica wstępna powietrza świeżego. Sprawność odzysku ciepła w rekuperatorach dochodzi do 60%. Łącząc szeregowo dwa wymienniki można uzyskać jej zwiększenie do ponad 80%.

W wymiennikach przeciwprądowych, stosowanych coraz częściej w domach jednorodzinnych, strumienie powietrza płyną równolegle w przeciwnych kierunkach. Sprawność odzysku dochodzi do 85%. Zaletą tego wymiennika w stosunku do krzyżowego jest wyeliminowanie zjawiska szronienia.

Droższym rozwiązaniem (raczej nie dla domów jednorodzinnych) jest wykorzystanie do odzysku ciepła obrotowego wymiennika ciepła. Składa się on z obudowy, wewnątrz której obraca się wirnik z masą akumulującą ciepło. Masę akumulacyjną stanowią płyty miliporowe i folia aluminiowa, tworzące sieć kanalików do przepływu powietrza.

Wirnik obraca się z prędkością 10-20 obrotów na minutę. Stały kierunek obrotu pozwala na ogrzanie każdego kanalika najpierw powietrzem usuwanym, a następnie schłodzenie powietrzem pobieranym. Zaletę wymiennika stanowi wysoka sprawność odzysku ciepła, dochodząca do 90%.

Konstrukcja pozwala na odzysk nie tylko ciepła, ale także wilgoci. Gdy wymiennik zostanie pokryty substancją higroskopijną, to w okresie zimowym będzie ona odbierała wilgoć z powietrza usuwanego i przekazywała ją powietrzu świeżemu. Ponieważ powietrze świeże w okresie zimowym jest po podgrzaniu przesuszone, wymiennik będzie je nawilżał, poprawiając jakość powietrza w pomieszczeniu. Regulując prędkość obrotową można zmieniać wydajność i uniknąć wymrażania wilgoci na powierzchni wymiennika.

Inne urządzenia do odzysku ciepła

Pierwszym elementem służącym do pobierania powietrza z otoczenia na potrzeby wentylacji jest czerpnia powietrza. Najczęściej się ją umieszcza w zewnętrznej ścianie budynku, z dala od kominów i wywiewek pionów kanalizacyjnych, aby zapobiec pobieraniu powietrza zanieczyszczonego. Umieszczenie czerpni na południowej ścianie budynku zapewnia pobieranie cieplejszego powietrza zewnętrznego niż przy innej jej lokalizacji. Jest to korzystne w okresie zimowym, lecz niekorzystne w letnim. Z odwrotną sytuacją mamy do czynienia przy umieszczeniu czerpni w ścianie północnej.

Chłodniejsze powietrze jest dostępne zarówno latem, jak i zimą. Tej sprzeczności można uniknąć, wykonując dwie czerpnie – północną i południową. Na kanałach, łączących je z centralą, powinny się znajdować przepustnice, umożliwiające przełączanie miejsca pobierania powietrza odpowiednio do pory roku. Dobrym rozwiązaniem jest zbudowanie czerpni wolno stojącej w przydomowym ogródku, na wysokości metra nad ziemią.

Kanał wentylacyjny, odchodzący od czerpni do centrali, jest zakopany w ziemi poniżej głębokości zamarzania gruntu i spełnia rolę wymiennika gruntowego, dogrzewającego lub ochładzającego powietrze w zależności od pory roku.

Dostępne są całe systemy rur do wykonania wymiennika wraz z czerpnią w wersji instalacji blokowej w układzie Tichelmanna'a i pierścieniowej.

Cechą szczególną tych rur jest posiadanie dodatkowej specjalnej warstwy wewnętrznej o właściwościach przeciwbakteryjnych. Możliwe jest również zbudowanie wymiennika gruntowego w postaci komory wypełnionej kamieniami i żwirem. Temperatura ścianek wymiennika jest zbliżona do temperatury gruntu, wynoszącej +8°C. Zimą powietrze przepływając przez komorę i omywając kamienie ulega wstępnemu ogrzaniu, natomiast latem jest wychładzane.

W okresach przejściowych (wiosna i jesień) wymienniki gruntowe powodują niekorzystne wychładzanie powietrza świeżego. Dlatego w tym okresie zalecane jest wykorzystywanie czerpni ściennych. Jednak należy zwrócić uwagę, że wymienniki gruntowe możemy stosować tylko na działkach o niskim poziomie wód gruntowych. Przy wysokim poziomie będą one zalewane wodą i nie spełnią swojej funkcji.

Gruntowy wymiennik ciepła znajduje się poza domem

Sieć kanałów

W rekuperatorach bardzo istotną rolę odgrywają kanały wentylacyjne. Projektując dom, należy przewidzieć trasy prowadzenia przewodów, gdyż ich wymiary wahają się od 80 do 250 mm. Z reguły centralę wentylacyjną lokalizuje się na poddaszu lub w piwnicy, centralnie względem obrysu budynku. Pozwala to na minimalizację poziomych odcinków kanałów i w miarę symetryczne układy kanałów rozprowadzających powietrze do pomieszczeń.

Również połączenie z czerpnią i wyrzutnią nie nastręcza kłopotów, a powstający w czasie pracy hałas nie przeszkadza osobom przebywającym w innych pomieszczeniach. Kanały wentylacyjne z reguły wykonuje się z rur spiro z uwagi na ich niską cenę i prosty montaż. Należy zwrócić uwagę, aby średnice kanałów nie były zbyt małe, bo powoduje to wzrost oporów przepływu.

Zbyt małe średnice przewodów są ponadto dodatkowym źródłem hałasu w instalacji. Nawiewniki z przewodami spiro łączy się przy użyciu przewodów elastycznych. Zaleca się, aby posiadały one izolację termiczno-akustyczną. Przewody elastyczne z taką izolacją mają od wewnętrznej strony perforację, natomiast przewody z izolacją jedynie termiczną nie mają perforacji.

Zastosowanie izolacji termiczno-akustycznej pozwala z jednej strony zabezpieczyć się przed wykraplaniem wilgoci w przewodach, z drugiej – wytłumić hałas powstający w instalacji.

Zasada działania systemu wentylacyjnego (rys. Bursa)

Nawiewniki

Najczęściej stosuje się anemostaty lub kratki nawiewne. Lepiej, żeby były z metalu. Plastikowe ulegają silnemu naelektryzowaniu i przyciągają kurz. Nawiewniki metalowe prawie się nie elektryzują. O wiele rzadziej zatem trzeba je czyścić.

Automatyka

Zastosowanie sterowników i programatorów pozwala na optymalne sterowanie ilością i temperaturą powietrza nawiewanego, odpowiednio do pory dnia. Z reguły można zaprogramować kilka cykli pracy centrali. W systemie znajdują się czujniki temperatury powietrza, wilgotności, zawartości dwutlenku węgla. Automatyka może informować o uszkodzeniach i koniecznych pracach serwisowych.

Źródła hałasu

Podstawowym źródłem hałasu w instalacjach są wentylatory. W centrali znajdują się dwa: nawiewny i wywiewny. Oprócz nich źródłem hałasu są wymienniki ciepła. Okazuje się, że im wyższa sprawność wymiennika, tym bardziej on hałasuje. Aby ten hałas zmniejszyć, stosuje się tłumiki, montowane na kanale zarówno nawiewnym, jak i wyciągowym. W dobrej klasy centralach znajdują się ciche wentylatory i dobrze wytłumiona obudowa.

Na co zwrócić uwagę przy zakupie

Podstawowym parametrem, jakim się należy kierować przy wyborze centrali, jest poziom emitowanego przez nią hałasu. Dlatego warto wybrać urządzenie droższe, ale pozwalające spokojnie spać w nocy. Dobrej klasy centrale, wykonane z wysokiej jakości podzespołów, są podczas pracy prawie niesłyszalne.

Drugim bardzo ważnym parametrem jest stopień odzysku ciepła. Wielu producentów podaje teoretyczną sprawność centrali w warunkach idealnych. Ale nasza będzie pracować w warunkach rzeczywistych. Dlatego warto zwrócić uwagę na wartość odzysku ciepła przy różnych trybach pracy. Wymienniki o wysokiej sprawności mają większe opory przepływu i wymagają większego zużycia energii elektrycznej przez wentylatory. Powoduje to, że zastosowanie wysokosprawnej centrali może być ekonomicznie mniej korzystne niż mniej sprawnej, za to o mniejszych oporach w wymienniku.

Trzecim parametrem jest spręż wentylatorów. Powinien on być dobrany do oporów instalacji. Przy zbyt małym sprężu, powietrze nie dotrze do najbardziej oddalonych nawiewników.

Czwartym parametrem są koszty wymiany filtrów. Z reguły należy je wymieniać co kwartał.

Tomasz Pabur