Rekuperacja – czyli odzysk ciepła w wentylacji

Nowoczesne budynki energooszczędne wymagają kontrolowanej wentylacji, aby zapewnić nie tylko wysoką jakość powietrza, ale i oszczędność energii – co jest nieosiągalne w przypadku wentylacji grawitacyjnej, gdzie z uwagi na szczelność budynku nie osiąga swojej skuteczności. Dlatego standardem wpływającym na energooszczędność budynku jest wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła z powietrza usuwanego (rekuperacja).

Wentylacyjne straty ciepła

W każdym domu występują straty ciepła – część energii cieplej przedostaje się przez dach, ściany i  narożniki a część ucieka przez drzwi i okna. Jednak największe straty ciepła w budownictwie związane są z koniecznością zapewnienia odpowiedniej jakości powietrza w pomieszczeniach. Wraz z powietrzem usuwanym z pomieszczeń, tracimy także ciepło. Na wentylację może przypadać od 30 do 60 proc. wszystkich strat. Rozsądne jest więc znalezienie kompromisu pomiędzy oszczędzaniem energii a właściwą wentylacją pomieszczeń – system wentylacji nawiewno-wywiewnej pozwala na zachowanie pełnej kontroli nad wymianą powietrza. Ma to duże znaczenie nie tylko ze względu na jakość powietrza, lecz również dla ograniczania strat ciepła poprzez wentylację. Dodatkowo budynek energooszczędny (przede wszystkim niskoenergetyczny lub pasywny) nie może funkcjonować bez wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła, która daje możliwość odzyskania znacznej ilości ciepła z powietrza usuwanego z budynku. Głównym elementem systemu jest centrala wentylacyjna. Centrala składa się z wentylatorów i wymiennika ciepła, popularnie jest nazywana rekuperatorem. Zasilane energią elektryczną rekuperatory pozwalają odzyskać przeciętnie 50-80 proc ciepła z powietrza usuwanego z budynku.

Współpraca rekuperatora z gruntowym wymiennikiem ciepła

• Przeczytaj wpis: Gruntowy wymiennik ciepła – czy warto?

Jak działa rekuperator?

świeże powietrze jest pobierane z zewnątrz budynku za pomocą czerpni i dostarczane przez przewód wentylacyjny do centrali wentylacyjnej (rekuperatora). W centrali wentylacyjnej powietrze przechodzi przez wymiennik, gdzie wymienia ciepło w powietrzem wyciąganym z pomieszczeń. Po przejściu przez centralę wentylacyjną ogrzane powietrze dostarczane jest przez sieć przewodów nawiewnych do pomieszczeń użytkowych.

W skład budowy rekuperatora wchodzą dwa wentylatory – wywiewny i nawiewny – oraz wymiennik ciepła, w którym powietrze dopływające do wnętrza domu ogrzewa się od cieplejszego powietrza wywiewanego. Są w nim montowane także filtry zatrzymujące zanieczyszczenia – czystsze powietrze w domu to dodatkowa korzyść z jego zastosowania. W rekuperatorze nie zachodzi mieszanie powietrza nawiewanego z wywiewanym – odzyskiwane jest jedynie ciepło,

W domach jednorodzinnych najczęściej stosowane są rekuperatory z wymiennikiem krzyżowo-płytowym. Z uwagi na niskie koszty produkcji jest chętnie stosowany przez projektantów. Nie wymaga doprowadzania energii zewnętrznej i w zasadzie zapewnia rozdzielenie strumieni powietrza nawiewanego i usuwanego. Tego typu rekuperatory zbudowane są z płyt stalowych, aluminiowych lub tworzywa sztucznego. W wymienniku krzyżowo-płytowym wymiana ciepła odbywa się przez przeponę oddzielającą powietrze zimne od ciepłego. Jak sama nazwa wskazuje, w wymiennikach tego typu stosuje się przepływ krzyżowy, tzn. strumień powietrza ciepłego przepływa prostopadle do strumienia powietrza zimnego. Tego typu wymiennik charakteryzuje się sprawnością odzysku nie przekraczającą 65 proc.

Rys. 1. Przekrój krzyżowego wymiennika ciepła

Z kolei regeneracyjny obrotowy wymiennik ciepła charakteryzuje się prostą konstrukcją, a przy tym największą sprawnością odzysku, wynoszącą 85 proc. Jego konstrukcja pozwala na odzysk zarówno ciepła w okresie zimowym jak i „chłodu” w okresie letnim. Do układu wmontowany jest wirnik, który obracając się na przemian przechodzi przez obszar powietrza wywiewanego i nawiewanego. Wirnik wykonany jest z pofalowanej aluminiowej blachy, która jest nawinięta na walec i napędzany jest silnikiem.

W wymienniku przeciwprądowym powietrze nawiewane i wywiewane przepływają w stosunku do siebie w przeciwnych kierunkach. Wyróżniamy wymienniki przeciwprądowe proste oraz spiralne. Urządzenia przeciwprądowe proste zbudowane z płyt ułożonych równolegle. Natomiast spiralny przeciwprądowy wymiennik wykonany jest z folii aluminiowej, zwijanej w formie walca. Skręcone zwoje pozwalają na wydłużenie drogi wymiany ciepła między dwoma strumieniami powietrza. Dzięki takiemu rozwiązaniu wymiennik nie ulega oszronieniu. Sprawność urządzeń przeciwprądowych wynosi do 90 proc.

Rekuperacja – zalety i wady systemu

Do zalet wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła należy:

• Niezawodność oraz utrzymanie stałych parametrów powietrza na poziomie ludzkiego komfortu – niezależnie od warunków atmosferycznych powietrze w domu wymieniane jest na bieżąco uwalniając domowników od dwutlenku węgla, wilgoci, alergenów, związków chemicznych.
• Niższe rachunki za ogrzewanie dzięki wysokiej skuteczności odzysku ciepła z pomieszczeń wentylowanych., w miesiącach zimowych koszty ogrzewania domu spadają o co najmniej 30-40 proc. (w zależności od stopnia izolacji budynku).
• Okna nie muszą mieć mikrowentylacji oraz montowany kocioł może mieć mniejszą moc, ponieważ redukujemy straty ciepła, co wpływa również na mniejszą ilość grzejników. Dom z rekuperacją ma dużo niższe zapotrzebowanie na ciepło, średnio o 45 proc., oznacza to kolejne oszczędności na poziomie inwestycji w system grzewczy.

Wadą takiej instalacji to przede wszystkim:

• Wyższe nakłady inwestycyjne niż w przypadku tradycyjnych systemów wentylacji. Szczególnie koszty takiego systemu mogą być wyższe w przypadku modernizacji, czyli instalacji takiego systemu w budynku już istniejącym, nieposiadającym wentylacji mechanicznej. Dlatego warto o tym pomyśleć na etapie projektowania nowego budynku, bo będzie to nas mniej kosztowało.
• Hałas, dlatego należy pamiętać że wentylatory rekuperatora oraz przemieszczające się w kanałach powietrze wydają dźwięki. Jednak dzięki odpowiednie lokalizacji centrali, i umieszczeniu kluczowych urządzeń w miejscach oddalonych od tzw. ciągów ludzkich oraz dobra izolacja termiczna i akustyczna kanałów wentylacyjnych, pozwoli na skuteczne wyeliminowanie tej wady.

Podsumowanie

• Obecnie najczęściej się stosuje rekuperatory z wymiennikami płytowymi krzyżowymi. Powietrze zewnętrzne i usuwane przepływają w nich naprzemianlegle między płytami.
• Wadą rekuperatora krzyżowego  jest podatność na szronienie już przy temperaturze -5°C. Proces szronienia może doprowadzić do zupełnego braku przepływu przez wymiennik powietrza usuwanego z budynku (rozwiązanie: by-pass, gruntowy wymiennik ciepła).
• W wymiennikach przeciwprądowych, stosowanych coraz częściej w domach jednorodzinnych, strumienie powietrza płyną równolegle w przeciwnych kierunkach.
• Droższym rozwiązaniem (raczej nie dla domów jednorodzinnych) jest wykorzystanie do odzysku ciepła obrotowego wymiennika ciepła.

Zdjęcia: fotolia, pro-vent.pl