Do jednych z najbardziej energochłonnych procesów w
większych obiektach budowlanych zaliczyć możemy obróbkę powietrza
wentylacyjnego. Ze względu na fakt, iż recyrkulacja powietrza, poza
uzasadnionymi sytuacjami, nie może być stosowana jako sposób na zaoszczędzenie
ciepła, konieczne stało się znalezienie skutecznych metod odzyskiwania
ciepła z powietrza wentylacyjnego. Na rynku można zaobserwować wyraźny
rozwój techniczny urządzeń właśnie do tego przeznaczonych.
Bardzo dynamicznie rozwijającą się grupą są urządzenia do wentylacji
i odzysku ciepła przeznaczone do domów jednorodzinnych. Zastosowanie
wentylacji mechanicznej w budownictwie jednorodzinnym wciąż jest
uznawane za luksus, jednak luksus na który coraz częściej decydują się
inwestorzy w celu poprawienia komfortu w budynku. Jednak zastosowanie tego
typu systemu podwyższa koszty eksploatacyjne obiektu. Użycie skutecznego
i wysokosprawnego układu do odzyskiwania ciepła jest w stanie w znacznym
stopniu koszty te obniżyć. Duża różnorodność urządzeń służących
do odzyskiwania ciepła z instalacji wentylacyjnych daje możliwości
dobrania systemu adekwatnie do możliwości technicznych ich zastosowania.
Recyrkulacja - jeśli tak to kiedy?
Już od wielu lat przestała być uznawana jako sposób na
odzyskiwanie ciepła z powietrza wentylacyjnego. Wentylacja mechaniczna
projektowana jest na podstawie obliczeń zapotrzebowania na powietrze zewnętrzne.
Duże systemy w budynkach biurowych lub mieszkalnych dostarczają jedynie
higieniczne jego ilości. Ponowne użycie powietrza usuwanego z pomieszczeń
w znaczącym stopniu pogarsza jakość dostarczanego do obsługiwanych
pomieszczeń.
Jedynie w pewnych obiektach recyrkulacja jest właściwym sposobem na
odzyskanie ciepła, np. podczas wentylacji hal sportowych, basenów, czy
magazynów. Prawo polskie określa warunki w jakich możliwe jest
zastosowanie recyrkulacji, jednak ze względów higienicznych nie jest to
rozwiązanie, które jest w stanie zapewniæ najwyższy komfort obsługiwanych
pomieszczeń.
Wymiennik płytowy
Ze względu na najlepszy stosunek ceny do sprawności jest to
obecnie najpopularniejsze urządzenie do rekuperacji ciepła. Sprawność
odzysku ciepła za pomocą tego wymiennika sięga nawet około 60-70%.
Dzięki temu możliwe jest powszechne stosowanie wentylacji mechanicznej
także w obiektach o niższym standardzie. Prosta konstrukcja wymiennika,
brak ruchomych części oraz wysoka trwałość sprawiają, że urządzenie
to jest często stosowane.
Jednak wymiennik płytowy (zwany również rekuperacyjnym), ze względu na
sposób odzyskiwania ciepła, ma szereg wad. Jedną z najistotniejszych
jest duży stosunek objętości urządzenia do jednostkowego strumienia
powietrza. Fakt ten powoduje, że centrale wentylacyjne wyposażone w
wymienniki rekuperacyjne są większe od central wyposażonych w inne urządzenia
do odzyskiwania ciepła. Zestawienie stosunków objętości urządzenia do
jednostkowych objętości strumienia przepływającego powietrza
przedstawiono w tabeli 1. Kolejną istotną wadą wymiennika płytowego
jest wysoka temperatura zamarzania kondensującej wilgoci po stronie
powietrza usuwanego. Zamarzająca wilgoć powoduje wzrost oporów przepływu
powietrza, a w konsekwencji spadek strumienia, wzrost zużycia energii
elektrycznej przez silniki wentylatorów i spadek sprawności odzyskiwania
ciepła. W sytuacjach ekstremalnych może doprowadzić do całkowitego
zamarznięcia i mechanicznego uszkodzenia wymiennika ciepła.
W celu przeciwdziałania powyższym zjawiskom stosuje się kilka metod
pozwalających na ograniczenie niekorzystnego ich wpływu. Najczęściej
stosowaną metodą jest zastosowanie przepustnicy obejściowej. Zamknięcie
przepływu zimnego powietrza przez wymiennik i skierowanie go przez kanał
obejściowy daje możliwość rozmrożenia urządzenia, usunięcia
oblodzenia i odprowadzenia kondensatu. Po rozmrożeniu wymiennika możliwa
jest ponowna praca w standardowych warunkach. Inną z metod jest
stosowanie przesłony zamykającej kilka szczelin wymiennika po stronie
powietrza zimnego. Ostatnią możliwością jest zastosowanie trybu
recyrkulacji powietrza usuwanego, które jest kierowane ponownie na
wymiennik ciepła od strony powietrza nawiewanego.
Bardzo ciekawy jest fakt zastosowania do budowy wymienników materiałów
innych niż aluminium. Na rynku znaleźć można wymienniki ciepła
wykonane z polipropylenu. Zgodnie z deklaracjami producenta zapewniają
one sprawność odzyskiwania ciepła niższą zaledwie o 2-3% w porównaniu
z wymiennikami aluminiowymi. Do zalet wymiennika polipropylenowego należy
zaliczyć trwałość, nieaktywność chemiczną na środki
chlo-ropochodne, a także wysoką gładkość, co wpływa na łatwość
utrzymania takiego urządzenia w czystości.
Wymiennik z czynnikiem pośredniczącym
Jako jedyny z omawianych wymienników ciepła daje możliwość
rozdzielenia sekcji nawiewnej i wywiewnej układu wentylacji mechanicznej.
Systemem, za pomocą którego możliwe jest odzyskiwanie ciepła z
powietrza wentylacyjnego w sytuacji, gdy układy nawiewny i wywiewny
wentylacji mechanicznej są rozdzielone jest także układ pompy ciepła.
Nie jest on jednak ujęty w niniejszym artykule. Odległość w jakiej
znaleźć się mogą sekcje nawiewna i wywiewna determinuje moc pompy służącej
do tłoczenia czynnika pośredniczącego, którym najczęściej jest wodny
roztwór glikolu, zapewniający stabilną pracę nawet w niskiej
temperaturze powietrza zewnętrznego. Niestety wraz ze wzrostem odległości
pomiędzy zespołami rosną również straty ciepła instalacji do
transportu czynnika pośredniczącego, co powoduje obniżenie opłacalności
zastosowania tego układu. Sprawność odzyskiwania ciepła systemu z
czynnikiem pośredniczącym wynosi około 50%. Należy jednak pamiętać,
że w niekorzystnych sytuacjach, tzn. dla stosunku strumienia powietrza
nawiewanego do usuwanego znacząco różnego od jedności i niewłaściwej
izolacji cieplnej rurociągów sprawność będzie dużo niższa.
W okresach przejściowych, gdy nie jest konieczne odzyskiwanie pełnego
strumienia ciepła wydajność systemu może być regulowana na dwa
sposoby. Pierwszy z nich to zmiana strumienia czynnika pośredniczącego
poprzez regulację wydajności pompy, bądź też jej dławienie. Drugim
sposobem jest układ podmieszania realizowany za pomocą zaworu trójdrogowego.
Zastosowanie wyżej wspomnianych układów ma jeszcze jedno istotne
zadanie. Zabezpiecza część wywiewną instalacji wentylacyjnej przed
zamarznięciem.
Rurka ciepła
Jest najczęściej stosowana w wentylacji mechanicznej i klimatyzacji hal
basenów. Wynika to z faktu, iż rurka ciepła charakteryzuje się niską
temperaturą szronienia, co jest szczególnie istotne w przypadku
odzyskiwania ciepła z powietrza o podwyższonej wilgotności. Układy
odzyskiwania ciepła bazujące na rurce ciepła charakteryzują się także
dość wysoką sprawnością. Wymiennik taki przez niemal cały rok
pracuje w pobliżu punktu swojej maksymalnej sprawności. Nie są
potrzebne specjalne układy do odszraniania w niskiej temperaturze zewnętrznej,
które powodują obniżenie średniego rocznego współczynnika
sprawności. Jeśli konieczna jest regulacja strumienia odzyskiwanego ciepła
stosuje się przepustnice obejściowe wymiennika (tzw. by-passy). Dzięki
temu w momencie wystąpienia wysokich wewnętrznych zysków ciepła,
powietrze wewnętrzne jest po prostu usuwane na zewnątrz. Rurka ciepła
ma jednak jedną dość istotną wadę: konieczne jest zamontowanie zespołu
wentylacyjnego powietrza usuwanego poniżej zespołu powietrza nawiewanego
(cecha ta wynika wprost z zasady działania rurki ciepła). Obecnie rurka
ciepła jest rzadko stosowana w układach wentylacji i klimatyzacji
klasycznych pomieszczeń mieszkalnych i biurowych.
Wymiennik rotacyjny
Działa na zasadzie regeneracji masy akumulacyjnej obracającej się i
przekazującej ciepło. Wymiennik rotacyjny, nazywany również
regeneracyjnym cechuje się wyższą sprawnością odzyskiwania ciepła w
porównaniu z opisywanymi wcześniej układami. Ma także istotną zaletę
- możliwość odzyskania wilgoci
zawartej w powietrzu usuwanym. Zjawisko odzyskiwania masy w wymiennikach
akumulacyjnych wpływa pozytywnie na jakość powietrza wentylacyjnego w
okresach zimowych, gdy zawartość (bezwzględna) wilgoci w powietrzu zewnętrznym
jest niewielka. Dzięki temu możliwe jest utrzymanie wyższej wartości
wilgotności względnej powietrza w pomieszczeniu niż w przypadku
zastosowania wymienników rekuperacyjnych, czy wymienników z czynnikiem
pośredniczącym.
Rotacyjny wymiennik ciepła charakteryzuje także niższa temperatura
szronienia, niż ww. wymienniki. Jeśli wystąpi niebezpieczeństwo
szronienia zmniejszają się obroty rotora i następuje odszronienie
wymiennika w strumieniu ciepłego powietrza wywiewanego. Również
regulacja strumienia ciepła odzyskiwanego realizowana jest w ten sposób.
Wymiennik rotacyjny jest drugim, po wymiennikach płytowych, najczęściej
stosowanym urządzeniem do odzyskiwania ciepła w systemach wentylacyjnych
i klimatyzacyjnych.
Układ z nieobrotowym wymiennikiem regeneracyjnym
Nieobrotowy wymiennik regeneracyjny jest urządzeniem charakteryzującym
się najwyższą sprawnością spośród urządzeń oferowanych na rynku.
Według danych producentów sprawność ta wynosi nawet do 95% ciepła
jawnego i do 80% ciepła utajonego. Jest ona zdecydowanie wyższa od
sprawności wymiennika z masą obrotową, w którym masa akumulacyjna jest
mniejsza. Masa wymiennika nieobrotowego charakteryzuje się również większą
pojemnością cieplną, co wpływa na jakość wymiany ciepła. Schemat
działania wymiennika z masą nieobrotową przedstawiony został na rys. 2
i 3.
Jeśli zastosujemy tego typu wymiennik, w pewnych sytuacjach nagrzewnica
powietrza w centrali wentylacyjno-klimatyzacyjnej może nie być
potrzebna.
|
