1
Dobrze wentylowane pomieszczenia to podstawa ich komfortowego użytkowania.
Należy zadbać o prawidłowy dobór wentylacji do specyficznych warunków panujących
w danym
domu,
tak,
aby
uniknąć
występowania
niekorzystnego
mikroklimatu,
przy jednoczesnym uniknięciu nadmiernych strat ciepła w systemie. Nowoczesna instalacja,
wyposażona w centralę rekuperacyjną zapewnia wysoką jakość nawiewanego powietrza
oraz oszczędności energii, płynące z możliwości odzyskiwania ciepła z powietrza, które jest
usuwane z pomieszczeń.
Prawidłowa wentylacja a mikroklimat pomieszczeń
Prawidłowo zaprojektowana, wydajna wentylacja, gwarantuje komfort i zapobiega
wielu dolegliwościom, związanym z utrzymywaniem się w pomieszczeniach, w dłuższym
okresie czasu, niekorzystnych warunków temperaturowo – wilgotnościowych. Jeżeli w domu
panują właśnie takie niepożądane warunki, mówimy o „syndromie chorego budynku – SBS
(ang. Sick Buildings Syndrome)”. Przyczyną SBS jest niedostateczna wymiana powietrza
w pomieszczeniach oraz nieefektywne odprowadzanie generowanych zanieczyszczeń.
Skutki wystąpienia syndromu chorych budynków w domu mogą być bardzo groźne.
Do najpoważniejszych należą: zaburzenia pracy układu oddechowego, duszności, problemy
z błonami śluzowymi oczu czy nosa oraz występowanie pleśni i grzybów w pomieszczeniach.
SBS często można zaobserwować w budynkach nowych, bardzo szczelnych, gdzie
błędnie dobrano system wentylacyjny. Inne warunki zaistnienia omawianego zjawiska,
to np. stary budynek po wymianie stolarki okiennej, w którym nie przewidziano równoległej
modernizacji systemu wentylacyjnego.
Różne problemy, jedno rozwiązanie
Zarówno
w
przypadku
budynków
starszych,
po
termomodernizacji,
jak i nowoczesnego budownictwa niskoenergetycznego, doskonałym rozwiązaniem kłopotów
związanych
z
zapewnieniem
efektywnej
i
oszczędnej
wentylacji
pomieszczeń
jest zastosowanie centrali rekuperacyjnej.
Wszędzie tam, gdzie redukcji ulega infiltracja powietrza obiektu (zawsze
przy termomodernizacji),
znacząco
wzrasta
udział
strat
wentylacyjnych
(ciepła)
w całkowitym bilansie energetycznym budynku. W przypadku nowych, szczelnych domów,
straty ciepła przez wentylację mogą stanowić nawet połowę całkowitej traconej energii. Straty
wentylacyjne zmniejszą się zawsze wtedy, gdy redukcji ulegnie wydajność wymiany
powietrza, w skutek czego zaobserwujemy niestety równoczesne pogorszenie jakości
powietrza w pomieszczeniach (np. wzrost udziału CO
2
, niekorzystna zmiana wartości
wilgotności).
Wentylacja z rekuperacją, jako system pracujący w trybie nawiewno – wywiewnym,
zapewnia efektywne zasilanie pomieszczeń świeżym powietrzem oraz odbiór zużytego gazu,
przy czym system odzyska część traconego wentylacyjnie ciepła.
Rekuperator, czyli co?
Najogólniej mówiąc, rekuperatory to urządzenia i konstrukcje, wykorzystywane
do odzysku ciepła. Sam system rekuperacyjny składa się z kilku zasadniczych elementów.
Sercem układu jest wymiennik ciepła, znajdujący się wewnątrz centrali. Odprowadzanie
zużytego i doprowadzanie świeżego powietrza odbywa się za pośrednictwem kanałów
nawiewnych i wywiewnych, dołączonych w odpowiedniej konfiguracji do centrali
rekuperacyjnej. Wymuszenie przepływu gazu w przewodach systemu odbywa się dzięki
wentylatorom – co najmniej po jednym dla nawiewu i wywiewu.
Sama centrala rekuperacyjna wyposażona jest dodatkowo w elementy pomocnicze.
Po pierwsze, należy tu wyróżnić układ gromadzenia i odprowadzania wilgoci, która może
2
wytrącać się z gazu przepływającego w instalacji (ze względu na panujące w niej zmienne
warunki temperaturowe). W najprostszym przypadku, skropliny usuwa się poprzez
opóźnianie
przeznaczonego
na
nie
zbiorniczka.
Wygodniejszym
rozwiązaniem
jest odpowiednio zamontowany dren, kierujący wodę wprost do kanalizacji. Należy
wspomnieć także o grzałkach elektrycznych, odpowiedzialnych za częściowe podgrzewanie
powietrza pobieranego przez czerpnię, co jest niezbędne przy niskich temperaturach otoczenia.
Zasada działania rekuperatora jest prosta. Powietrze bogate w dwutlenek węgla, a więc
nieodpowiednie jakościowo, jest usuwane z pomieszczenia kanałem wylotowym, po czym,
zanim zostanie całkowicie usunięte z budynku, trafia do wymiennika ciepła, gdzie przekazuje
częściowo energię cieplną powietrzu pobieranemu przez czerpnię, zlokalizowaną na zewnątrz
budynku. Proces może zachodzić, gdy temperatura powietrza na zewnątrz jest niższa
niż w pomieszczeniach. Ogrzany w ten sposób świeży gaz może być wtłoczony
do wentylowanych przestrzeni w obiekcie.
Oczywiście możliwe jest wykorzystanie centrali rekuperacyjnej w odwrotny sposób –
kiedy latem temperatura w budynku jest niższa niż otoczenia, system może pełnić funkcję
schładzacza.
Rodzaje stosowanych wymienników ciepła
W centralach rekuperacyjnych spotykane są właściwie trzy typy powietrznych
wymienników ciepła.
Najpopularniejsze a zarazem najprostsze są wymienniki krzyżowe. Urządzenia tego
typu cechują się dużą żywotnością. Wymiennik krzyżowy to właściwie pudełko, złożone
z wielu ułożonych równolegle względem siebie, profilowanych płytek (najczęściej aluminium,
ale spotykane są także inne materiały). Pomiędzy płytami naprzemiennie przepływa powietrze
– ciepłe, zużyte oraz świeże, ogrzewane. Fakt, iż elementy posiadają pofałdowany profil
zwiększa powierzchnię wymiany ciepła i sprawia, że podczas przepływu w powietrzu
powstają turbulencje, przez co efektywność odzysku energii znacznie wzrasta. Swoja nazwę
wymiennik krzyżowy zawdzięcza kierunkom strumieni powietrza wlotowych i wylotowych,
krzyżujących się wewnątrz urządzenia.
Rys. 1. Schemat rekuperatora z przepływem krzyżowym
Sprawność termiczna odzysku ciepła może zostać obliczona na podstawie znajomości
odpowiednich temperatur:
η = 100%∙(T
N
− T
Z
)/(T
W
− T
Z
)
(1)
η - sprawność temperaturowa wymiany ciepła
3
T
Z
- temperatura zewnętrzna
T
W
- temperatura wewnętrzna
T
N
- temperatura powietrza nawiewanego do pomieszczeń
Urządzeniem równie prostym, co wymiennik krzyżowy, jest wymiennik
przeciwprądowy. Także w tym przypadku ścianka oddzielająca strumienie gazów
ogrzewanych i ogrzewających jest odpowiednio karbowana (z tych samych względów
co poprzednio). Zasadnicza różnica wymiennika przeciwprądowego względem krzyżowego,
wiąże się z kierunkiem przepływu gazów – tym razem przemieszczających
się w przeciwprądzie. Rozwiązania zastosowane w tym przypadku wpływają na fakt,
iż wymienniki przeciwprądowe posiadają wyższą sprawność niż krzyżowe, choć niestety
są od nich większe. Oczywiście wymiary wymiennika są determinowane wielkością
przestrzeni, zapatrywanych w świeże powietrze.
Zarówno wymienniki krzyżowe, jak i przeciw prądowe posiadają dwie istotne zalety.
Po pierwsze, nie występują ruchome elementy wewnętrzne, dzięki czemu urządzenia
są niemal bezawaryjne. Po drugie, ponieważ strumienie gazów usuwanych i nawiewanych
pozostają odseparowane, szkodliwe substancje i niepożądane zapachy nie są przekazywane
ze zużytego powietrza wraz ciepłem.
Odmienny względem dwóch omówionych wyżej wymienników typ urządzenia
stanowi wymiennik obrotowy, który oprócz ciepła, pozwala na odzyskiwanie ze zużytego
gazu części wilgoci. Wewnątrz wymiennika obrotowego umieszczona jest obracająca
się w trakcie pracy masa akumulacyjna, wykonywana z wytrzymałych mechanicznie
materiałów, o wysokiej odporności na korozję.
W trakcie obrotu, przez część obszaru masy akumulacyjnej przepływa ciepłe
powietrze zużyte. Zakumulowane w masie ciepło (i wilgoć) jest następnie przejmowane
przez chłodne świeże powietrze, które przepływa przez ten sam obszar jako drugie.
Niestety nie jest w tym przypadku możliwe wykorzystanie urządzenia tam, gdzie istotne
jest odseparowanie gazów zasilających i zużytych – częściowo szkodliwe związki i zapachy
mogą zostać przeniesione z jednego strumienia do drugiego. Ponadto, z uwagi na fakt
wykorzystywania ruchomych elementów układu, wymienniki obrotowe częściej niż dwa
wcześniej omówione typy mogą ulegać awarii. Cechują się także niższą sprawnością.
Sterowanie wentylacją
Sterowanie pracą wentylacji z rekuperatorem jest zasadne, szczególnie ze względu
na koszty
energii
elektrycznej
i
ciepła.
W
przypadku,
jeżeli
pomieszczenia
są wykorzystywane okresowo i ze zmienną intensywnością, ciągła, jednorodna praca systemu
będzie przynosić straty (wentylacyjna strata ciepła, zużycie energii elektrycznej do zasilania
wentylatorów, grzałek itp.), którym można zapobiegać przez zastosowanie prostego systemu
kontrolnego, lub kontrolno – pomiarowego.
Najprostsze regulatory pracy dają możliwość wyboru pomiędzy kilkoma wariantami,
np. „pusty dom”, „tryb obecności”, „wzmożona aktywność”. Wybór danego nastawienia
wiąże się z pracą układu wg zaprogramowanych parametrów.
Jeżeli znany jest rozkład i intensywność obciążeń wentylowanych pomieszczeń,
optymalne rozwiązanie może stanowić sterownik z możliwością programowania czasowego.
W takim przypadku o odpowiedniej godzinie strumień powietrza osiągnie zadaną wartość.
Omówiona metoda sterowania świetnie sprawdza się w przypadkach, kiedy pomieszczenia
są regularnie obciążone.
Jeżeli nie jesteśmy w stanie przewidzieć zapotrzebowania na świeże powietrze,
znacznie lepiej sprawdzi się układ kontrolno pomiarowy – przeważnie zaopatrzony w czujnik
dwutlenku węgla (CO
2
). Każdorazowe zwiększenie aktywności w pomieszczeniu wiąże
4
się ze wzrostem stężenia CO
2
, wydzielanego w procesie oddychania. Sterownik,
po zarejestrowaniu takiego stanu, zwiększa wydajność pracy wentylatorów, wymuszających
przepływ strumieni powietrza przez centralę. Spadek stężenia dwutlenku węgla
w pomieszczeniu
spowoduje
ograniczenie
lub
całkowite
wyłączenie
wentylacji.
W rekuperatorze z wymiennikiem obrotowym, dodatkową możliwość regulacji wydajności
pracy stanowi zmiana prędkości obrotowej masy akumulacyjnej.
Koszty a oszczędności
Koszt rekuperatora, odpowiedniego dla niewielkiego domu jednorodzinnego (ok. 150
m
2
) to wydatek rzędu 5 - 8 tys. zł (2013). Oczywiście wszystko zależy od preferowanego
producenta i stopnia zaawansowania urządzenia. Łącznie z pozostałymi kosztami,
związanymi z instalacją, koszty wzrastają do kilkunastu tys. zł. Warto pamiętać,
że ze względu na potrzebę przeprowadzenia pewnych prac montażowych, przeróbek itp.,
system będzie nas kosztować zdecydowanie więcej, jeżeli nie był przewidziany na etapie
projektu. Odpowiednio wcześnie zaplanowana inwencja pozwala uniknąć wydatków,
związanych z dostosowaniem istniejących przewodów kominowych, wykonywaniem
dodatkowych kanałów, otworów, zakupu materiałów.
Czy taka inwestycja się opłaca? Aby odpowiedzieć na to pytanie, należy zastanowić
się nad tym, ile energii tak naprawdę jesteśmy w stanie odzyskać. Jak już wcześniej
wspomniano, im lepsza izolacja termiczna przegród budowlanych budynku, tym większą
część strat energii stanowi strata wentylacyjna. Jej wartość może sięgać 50% wszystkich strat.
Producenci deklarują sprawność oferowanych rekuperatorów na poziomie 90%, a nawet
wyższe, jednak należy traktować takie informacje z przymrużeniem oka. Po pierwsze,
powinniśmy pamiętać, iż na sprawność pracy systemu wpływają wszystkie elementy instalacji,
nie tylko centrala rekuperacyjna. Po drugie, sprawność wyznaczaną w warunkach
laboratoryjnych nie sposób odtworzyć w rzeczywistych, a czasem dodatkowo specyficznych
warunkach konkretnego zastosowania. Rozsądnie jest założyć, że dla wysokiej klasy
rekuperatorów możemy osiągnąć sprawność na poziomie 75 – 80%. Nawet
przy tak ostrożnym podejściu do kalkulacji, wyniki obliczeń wypadają zachęcająco, bowiem
realne oszczędności energii wyniosą do około 30 – 35%. Inwestycja w system rekuperacyjny
pozwoli zatem na wybór tańszego kotła c.o., ponieważ wymagane zapotrzebowanie na moc
jednostkową znacząco spadnie.
Bardzo istotną kwestię stanowi zależność sprawności odzysku energii w rekuperatorze
od wydajności pracy wentylatorów. Im większa prędkość powietrza przepływającego przez
wymiennik (a co za tym idzie strumień), tym sprawność rekuperacji niższa. W wielu
katalogach produktów można znaleźć wykresy, pokazujące jak zmienia się wydajność
rekuperacji w zależności od wydajności wentylatorów. Większa chwilowa oszczędność ciepła
wiąże się zatem z mniej efektywnym usuwaniem z pomieszczenia dwutlenku węgla i innych
szkodliwych substancji.