Co to jest rekuperacja?

Oszczędne gospodarowanie zasobami energii staje się we współczesnym świecie koniecznością i obowiązkiem. Od wielu lat profesorowie najlepszych uczelni, na całym świecie, pracują nad coraz lepszymi urządzeniami, które będą racjonalnie zużywać zasoby energii, a także odzyskiwać wcześniej wyprodukowaną energię w późniejszych procesach. Równocześnie stosowanie energooszczędnych rozwiązań w budownictwie indywidualnym doprowadziło do dramatycznego pogorszenia jakości powietrza wewnątrz pomieszczeń. Szczelna stolarka okienna likwiduje swobodną infiltrację powietrza zewnętrznego. Skutkiem ograniczonej wentylacji jest koncentracja zanieczyszczeń wydzielających się podczas procesu użytkowania pomieszczeń oraz nadmierna ilość pary wodnej mogącej wykraplać się na zimnych elementach konstrukcyjnych budynku, co prowadzi do rozwoju pleśni i grzybów. Wszystkie te czynniki wpływają niekorzystnie na nasz stan zdrowia. Powstało więc zapotrzebowanie na system wentylacji, który zapewniłby wymianę powietrza, a tym samym podstawowy komfort bytowy, a jednocześnie w maksymalnym stopniu oszczędzał drogą energię cieplną. Zatem ważne, a zarazem bardzo ekonomiczne stało się odzyskiwanie ciepła wentylacyjnego. Obecnie jest to szczególnie łatwe ponieważ coraz więcej budynków wyposażanych jest w mechaniczne instalacje wentylacyjne z odzyskiem ciepła.

Najprostszym, a zarazem najtańszym sposobem odzyskiwania ciepła wentylacyjnego jest recyrkulacja powietrza wentylacyjnego, polegająca na wprowadzeniu usuwanego powietrza do instalacji nawiewnych. Rozwiązanie to może być jednak stosowane tylko w nielicznych przypadkach. Obecność w usuwanym powietrzu dymu papierosowego, zapachów kuchennych, bakterii oraz pyłów wyklucza możliwość stosowania recyrkulacji. Najkorzystniejszym rozwiązaniem jest zastosowanie rekuperatorów, które są sercem systemu poprawnej higienicznie instalacji wentylacji mechanicznej. Podstawową zaletą systemu rekuperacji jest fakt iż strumień powietrza usuwanego, z którego odzyskujemy ciepło wentylacyjne nie styka się bezpośrednio z nawiewanym świeżym powietrzem.

Rodzaje konstrukcji rekuperatorów

Opracowano, skonstruowano oraz podłączono do instalacji nawiewno-wywiewnej szeroką gamę różnego rodzaju rekuperatorów, które odzyskują bardzo cenne ciepło. Najczęściej w instalacjach wentylacyjnych do odzyskiwania ciepła stosuje się następujące urządzenia:

• rekuperatory z czynnikiem pośrednim (glikol albo freon), w tym rurka ciepła, a także pompy ciepła,
• rekuperatory z ruchomym wypełnieniem (wymienniki obrotowe),
• rekuperatory płytowe.

Zaznaczyć tu należy iż efektywność stosowania wszystkich typów rekuperatorów ograniczona jest nieodwracalnością procesów wymiany ciepła i oporami przepływu strumieni powietrza nawiewanego oraz usuwanego z pomieszczeń. Sprawność rekuperatorów jest obniżona, gdyż wymiana ciepła odbywa się na skutek różnic temperatury pomiędzy powietrzem nawiewanym, a usuwanym z pomieszczeń. Jest to związane z powierzchnią wymiany ciepła, tzn. aby uzyskać większą sprawność procesu odebrania ciepła od powietrza wywiewanego należy zastosować większą powierzchnię wymiany ciepła, co z kolei prowadzi do zwiększenia oporów przepływu i podnosi koszty urządzenia, ponieważ zwiększamy powierzchnię wymiennika.

• Rekuperatory z czynnikiem pośrednim – są konstrukcyjnie najbardziej złożone co przekłada się na najszersze możliwości stosowania. Strumienie powietrzne są od siebie całkowicie oddzielone, a odległości między nimi dochodzą nawet do kilkudziesięciu metrów. W takim przypadku usytuowanie głównych przewodów nawiewnych i wywiewnych jest praktycznie dowolne. Pompy ciepła – najczęściej stosowany jest sprężarkowy układ parowy. Znajdują zastosowanie tam gdzie jest potrzeba zarówno ogrzewania jak i chłodzenia pomieszczeń (przeważnie duże obiekty). Rurka ciepła – jest to ożebrowana rurka, wypełniona niskowrzącym czynnikiem chłodniczym. Jedna część znajduje się w kanale nawiewnym, druga w wywiewnym. Ograniczeniem stosowania tego rozwiązania jest konieczność umiejscowienia kanału nawiewnego nad kanałem wywiewnym, jeśli rurka pracuje w układzie grawitacyjnym.

• Rekuperatory z ruchomym wypełnieniem (obrotowe) – składają się z wirnika z wypełnieniem akumulacyjnym napędzanym silnikiem elektrycznym oraz ze śluzy i obudowy. Proces przekazywania ciepła odbywa się dzięki ruchowi obrotowemu wirnika wymiennika. Mimo iż urządzenia te posiadają wiele zalet są jednak niechętnie instalowane ze względu na konieczność stosowania silników elektrycznych (także o znacznych mocach) do obracania wirnika z wypełnieniem akumulacyjnym. Ponadto występują problemy z uszczelnieniem między ruchomym wypełnieniem, a nieruchomą obudową. Prowadzi to do niepożądanego przepływu powietrza przez te nieszczelności.

• Rekuperatory płytowe – posiadają nieco gorsze parametry techniczne jednak są najchętniej stosowane (szczególnie w budownictwie jednorodzinnym) ze względu na prostą konstrukcję, a zarazem konkurencyjną cenę. Brak ruchomych części oraz czynnika pośredniego upraszcza eksploatację i w sposób istotny obniża jej koszty. W grupie tej stosuje się następujące konstrukcje: -wymiennik płytowy krzyżowoprądowy, -wymiennik przeciwprądowy z płyt płaskich, -wymiennik spiralny. Wśród rekuperatorów płytowych najczęściej stosowane są wymienniki o przepływie krzyżowym w kształcie prostopadłościanu, a często nawet sześcianu, co bardzo dobrze komponuje się w segmentach centrali wentylacyjnej. Przepływ strumienia powietrza chłodzonego i ogrzewanego odbywa się w kierunkach prostopadłych. Aby zapobiec zamarzaniu wykroplonej wilgoci na wymienniku rekuperatora stosuje się tu układ rozmrożeniowy. Podczas silnych mrozów powietrze zewnętrzne omija rekuperator, który jest praktycznie wyłączony z pracy lub wyłączany jest czasowo wentylator doprowadzający zewnętrzne powietrze do systemu. Wymiennik spiralny powstaje poprzez nawijanie arkuszy blachy z zachowaniem między nimi stałej odległości przez co powstaje konstrukcja w kształcie walca. Rozwiązania tego typu mogą być stosowane w przypadku niewielkich strumieni powietrza wentylacyjnego, ze względu na małę przekroje poprzeczne kanałów. Najbardziej przyszłościowe i obiecujące wydają się być rozwiązania wymienników wykonanych w układzie przeciwprądowym, ze względu na osiąganie przez nie największych efektywności odzysku ciepła. Dodatkowo, dzięki równomiernemu rozkładowi temperatury w poszczególnych przekrojach poprzecznych strumienia powietrza chłodzonego są one bardziej odporne na zjawisko wykraplania wilgoci, a szronienie praktycznie nie występuje. W tych typach rekuperatorów występuje skuteczne odprowadzanie skondensowanej pary wodnej, zatem należy urządzenia te montować prawie pionowo tak, aby strumień powietrza chłodzonego przepływał ku dołowi, a skropliny spływały do rurki ściekowej, zamontowanej w pobliżu króćca wentylacyjnego w dolnej części rekuperatora. Kondensat powinien być odprowadzany do kanalizacji.