Okres zimowy skłania do refleksji na temat możliwości ograniczenia strat ciepła w budynkach. Analizując zapotrzebowanie na energię cieplną, największa jej część, niemal zawsze jest dostarczona dla celów podgrzania powietrza wentylacyjnego.
W celu ograniczenia kosztów można zastosować wymienniki ciepła, które pozwolą odzyskać energię odnawialną.
Wymienniki ciepła występujące w układach wentylacji można podzielić na dwie grupy:
wykorzystujące energię gruntu [więcej na ten temat w MI 09/2010]
wykorzystujące energię z powietrza odpadowego
Rozwiązaniem, które pośrednio łączy obie te grupy w wentylacji jest pompa ciepła.
Lp.
Rodzaj wymiennika ciepła
Sprawność temp.
Odzysk wilgoci
1
Wymiennik krzyżowy
50-70 %
nie
2
Wymiennik przeciwprądowy
powyżej 90 %
nie
3
Wymiennik entalpiczny
80-90%
tak
4
Wymiennik obrotowy
75-90 %
tak
5
Rurka ciepła
40-55%
nie
6
Odzysk glikolowy
40%
nie
7
Pompa ciepła
–
nie
8
Recyrkulacja
–
tak
Tab.1. Zestawienie form odzysku energii w układach wentylacji
Wymienniki krzyżowe
Zbudowany są z cienkich, płyt wykonanych z aluminium lub z tworzywa, tworzących odseparowane kanały nawiewu i wywiewu.
Strumienie powietrza nawiewanego i wywiewanego nie stykając się ze sobą przepływają przez wymiennik prostopadle do siebie. Odzysk ciepła za pomocą tego wymiennika nie wymaga dostarczania energii z zewnątrz i polega na odbiorze ciepła przez strumień powietrza zimnego od płyt nagrzanych przez strumień powietrza ciepłego. Wymiennik opcjonalnie wyposażony jest w przepustnicę obejściową (by-pass), która zabezpiecza wymiennik przed szronieniem przy bardzo niskich temperaturach powietrza świeżego poprzez ominięcie wymiennika przez część powietrza zewnętrznego i umożliwia w okresie letnim ograniczyć lub odciąć odzysk ciepła.
Wymienniki przeciwprądowe
Stanowią rozbudowane w stosunku do wymienników krzyżowych, przy czym zasada działania i detale wykonania są podobne. Zwiększona powierzchnia wymiany ciepła wpływa na większą sprawność temperaturową w stosunku do wymienników krzyżowych i sięga powyżej 90%. Wymienniki zyskały dużą popularność zwłaszcza w małych centralkach dedykowanych dla domów i niewielkich obiektów użytkowych. Przy dużych wydatkach powietrza, są rzadziej stosowane.
Wymienniki entalpiczne
Wymiennik tego typu są zwykle zbudowane z celulozy, która umożliwia przepływ energii w postaci ciepła utajonego tj. wilgoci między powietrzem nawiewanym i wywiewanym.
Para wodna z wilgotnego powietrza odprowadzanego ulega „skropleniu“ i zostaje wchłonięta przez membranę i następnie przekazana do powietrza nawiewanego.
Wymienniki obrotowe
Odzysk ciepła za pomocą wymiennika obrotowego wykorzystuje zjawisko akumulowania energii w materiale wymiennika. Strumień ciepłego powietrza przepływając przez wymiennik nagrzewa go a strumień zimnego powietrza odbiera ciepło z wymiennika. Budowa i sposób jego działania wymiennika obrotowego powoduje możliwość występowania podmieszania strumieni powietrza nawiewanego i wywiewanego, dlatego należy mieć na uwadze, że nie we wszystkich układach ten odzysk może znaleźć zastosowanie, przy czym podmieszanie można zminimalizować zachowując odpowiedni układ ciśnień w centrali. Na wymienniku obrotowym uzyskuje się wysoką sprawność odzysku ciepła. Wymiennik obrotowy zbudowany jest z nawiniętej na osi obrotu folii aluminiowej karbowanej i płaskiej na przemian tworzącej kanały przepływu powietrza. Silnik napędowy może by o stałej lub zmiennej prędkości obrotowej. Napęd przekazywany jest z silnika na wymiennik poprzez pas napędowy. Wymiennik może by wykonany w wersji standardowej – niehigroskopijnej, przy czym w normalnych warunkach, może dojść do odzysku wilgoci.
Jednak dla uzyskania wyższej sprawności i odzysku wilgoci rotor wymiennika pokrywa się powłoką higroskopijną, lub absorpcyjną. Możliwe jest wtedy odzyskiwanie nie tylko ciepła jawnego ale i utajonego (ciepła parowania wilgoci zawartej w powietrzu). Płynne sterowanie obrotami wirnika może być wykorzystane do optymalizacji sprawności odzysku lub zabezpieczać wirnik przed zamarznięciem.
Rurka ciepła
Wymiennik typu rurka ciepła zbudowany jest z obustronnie zaślepionych rurek miedzianych – wypełnionych czynnikiem chłodniczym, na które w celu intensyfikacji wymiany ciepła nałożone są lamele aluminiowe. Zasada działania tego odzysku ciepła wykorzystuje zjawisko parowania i skraplania czynnika. Obudowa rurki ciepła dzieli go na dwa sektory. W dolnym sektorze następuje odbiór ciepła ze strumienia powietrza wywiewanego, w wyniku parowania ciekłego czynnika chłodniczego. Natomiast w górnym ciepło przekazywane jest do strumienia powietrza nawiewanego, w wyniku skraplania się par czynnika chłodniczego.
Odzysk glikolowy
W skład układu odzysku glikolowego wchodzą dwa wymienniki:
chłodnica (zlokalizowana w strumieniu powietrza wywiewanego),
nagrzewnica (zlokalizowana w strumieniu powietrza nawiewanego).
Wymienniki połączone są ze sobą systemem rurociągów wypełnionych cieczą pośredniczącą (najczęściej roztwór 30-40% glikolu).
Wymienniki wykonane są najczęściej z miedzianych wężownic na których osadzone są aluminiowe lamele.
W tym rozwiązaniu układy nawiewny i wywiewny są całkowicie oddzielone. Możliwa jest również współpraca kilku central nawiewnych i wywiewnych jednocześnie.
Pompa ciepła
Pompa ciepła jest urządzeniem o konstrukcji takiej samej jak urządzenie chłodnicze. Główne elementy z którego składa się urządzenie: wymienniki ciepła umieszczone w strumieniach powietrza (nawiewanym, wywiewanym), sprężarka i zawór rozprężny.
Wersje urządzenia wg funkcji pełnionej funkcji:
pompa ciepła – ogrzewanie powietrza nawiewanego (chłodnica umieszczona na wywiewie, a skraplacz na nawiewie)
rewersyjna pompa ciepła – ogrzewanie powietrza nawiewanego w sezonie grzewczym, chłodzenie w okresie letnim (wymienniki zmieniają swoja funkcję w zależności od trybu pracy: wymiennik będący chłodnicą w okresie letnim staje się nagrzewnicą/skraplaczem w okresie zimowym, wymiennik pełniący funkcję skraplacza na wywiewie w okresie letnim staje się parowaczem w okresie zimowym).
Pompa ciepła ma za zadanie odzyskać ciepło z powietrza wywiewanego i przekazać go do powietrza nawiewanego. Do powietrza nawiewanego oddawana jest również energia sprężania czynnika chłodniczego dostarczona do silnika sprężarki.
Pompa ciepła w odróżnieniu od pozostałych sposobów odzysku ciepła może być wykorzystana do odzysku ciepła nawet przy braku różnicy temperatur między powietrzem nawiewanym a wywiewanym
Recyrkulacja
Najprostszym i najtańszym sposobem odzysku ciepła jest recyrkulacja, czyli bezpośrednie powtórne wykorzystanie powietrza wcześniej ogrzanego. Powietrze wywiewane z pomieszczeń wentylowanych jest zawracane, a następnie mieszane z powietrzem świeżym i nawiewane do pomieszczeń Nie należy jej stosować, gdy w powietrzu wywiewnym znajdują się substancje szkodliwe, wybuchowe, szkodliwe, itp.
Odzysk ciepła – rekuperatory Poznań
Okres zimowy skłania do refleksji na temat możliwości ograniczenia strat ciepła w budynkach. Analizując zapotrzebowanie na energię cieplną, największa jej część, niemal zawsze jest dostarczona dla celów podgrzania powietrza wentylacyjnego.
W celu ograniczenia kosztów można zastosować wymienniki ciepła, które pozwolą odzyskać energię odnawialną.
Wymienniki ciepła występujące w układach wentylacji można podzielić na dwie grupy:
Rozwiązaniem, które pośrednio łączy obie te grupy w wentylacji jest pompa ciepła.
Tab.1. Zestawienie form odzysku energii w układach wentylacji
Zbudowany są z cienkich, płyt wykonanych z aluminium lub z tworzywa, tworzących odseparowane kanały nawiewu i wywiewu.
Strumienie powietrza nawiewanego i wywiewanego nie stykając się ze sobą przepływają przez wymiennik prostopadle do siebie. Odzysk ciepła za pomocą tego wymiennika nie wymaga dostarczania energii z zewnątrz i polega na odbiorze ciepła przez strumień powietrza zimnego od płyt nagrzanych przez strumień powietrza ciepłego. Wymiennik opcjonalnie wyposażony jest w przepustnicę obejściową (by-pass), która zabezpiecza wymiennik przed szronieniem przy bardzo niskich temperaturach powietrza świeżego poprzez ominięcie wymiennika przez część powietrza zewnętrznego i umożliwia w okresie letnim ograniczyć lub odciąć odzysk ciepła.
Stanowią rozbudowane w stosunku do wymienników krzyżowych, przy czym zasada działania i detale wykonania są podobne. Zwiększona powierzchnia wymiany ciepła wpływa na większą sprawność temperaturową w stosunku do wymienników krzyżowych i sięga powyżej 90%. Wymienniki zyskały dużą popularność zwłaszcza w małych centralkach dedykowanych dla domów i niewielkich obiektów użytkowych. Przy dużych wydatkach powietrza, są rzadziej stosowane.
Wymiennik tego typu są zwykle zbudowane z celulozy, która umożliwia przepływ energii w postaci ciepła utajonego tj. wilgoci między powietrzem nawiewanym i wywiewanym.
Para wodna z wilgotnego powietrza odprowadzanego ulega „skropleniu“ i zostaje wchłonięta przez membranę i następnie przekazana do powietrza nawiewanego.
Odzysk ciepła za pomocą wymiennika obrotowego wykorzystuje zjawisko akumulowania energii w materiale wymiennika. Strumień ciepłego powietrza przepływając przez wymiennik nagrzewa go a strumień zimnego powietrza odbiera ciepło z wymiennika. Budowa i sposób jego działania wymiennika obrotowego powoduje możliwość występowania podmieszania strumieni powietrza nawiewanego i wywiewanego, dlatego należy mieć na uwadze, że nie we wszystkich układach ten odzysk może znaleźć zastosowanie, przy czym podmieszanie można zminimalizować zachowując odpowiedni układ ciśnień w centrali. Na wymienniku obrotowym uzyskuje się wysoką sprawność odzysku ciepła. Wymiennik obrotowy zbudowany jest z nawiniętej na osi obrotu folii aluminiowej karbowanej i płaskiej na przemian tworzącej kanały przepływu powietrza. Silnik napędowy może by o stałej lub zmiennej prędkości obrotowej. Napęd przekazywany jest z silnika na wymiennik poprzez pas napędowy. Wymiennik może by wykonany w wersji standardowej – niehigroskopijnej, przy czym w normalnych warunkach, może dojść do odzysku wilgoci.
Jednak dla uzyskania wyższej sprawności i odzysku wilgoci rotor wymiennika pokrywa się powłoką higroskopijną, lub absorpcyjną. Możliwe jest wtedy odzyskiwanie nie tylko ciepła jawnego ale i utajonego (ciepła parowania wilgoci zawartej w powietrzu). Płynne sterowanie obrotami wirnika może być wykorzystane do optymalizacji sprawności odzysku lub zabezpieczać wirnik przed zamarznięciem.
Wymiennik typu rurka ciepła zbudowany jest z obustronnie zaślepionych rurek miedzianych – wypełnionych czynnikiem chłodniczym, na które w celu intensyfikacji wymiany ciepła nałożone są lamele aluminiowe. Zasada działania tego odzysku ciepła wykorzystuje zjawisko parowania i skraplania czynnika. Obudowa rurki ciepła dzieli go na dwa sektory. W dolnym sektorze następuje odbiór ciepła ze strumienia powietrza wywiewanego, w wyniku parowania ciekłego czynnika chłodniczego. Natomiast w górnym ciepło przekazywane jest do strumienia powietrza nawiewanego, w wyniku skraplania się par czynnika chłodniczego.
W skład układu odzysku glikolowego wchodzą dwa wymienniki:
Wymienniki połączone są ze sobą systemem rurociągów wypełnionych cieczą pośredniczącą (najczęściej roztwór 30-40% glikolu).
Wymienniki wykonane są najczęściej z miedzianych wężownic na których osadzone są aluminiowe lamele.
W tym rozwiązaniu układy nawiewny i wywiewny są całkowicie oddzielone. Możliwa jest również współpraca kilku central nawiewnych i wywiewnych jednocześnie.
Pompa ciepła jest urządzeniem o konstrukcji takiej samej jak urządzenie chłodnicze. Główne elementy z którego składa się urządzenie: wymienniki ciepła umieszczone w strumieniach powietrza (nawiewanym, wywiewanym), sprężarka i zawór rozprężny.
Wersje urządzenia wg funkcji pełnionej funkcji:
Pompa ciepła ma za zadanie odzyskać ciepło z powietrza wywiewanego i przekazać go do powietrza nawiewanego. Do powietrza nawiewanego oddawana jest również energia sprężania czynnika chłodniczego dostarczona do silnika sprężarki.
Pompa ciepła w odróżnieniu od pozostałych sposobów odzysku ciepła może być wykorzystana do odzysku ciepła nawet przy braku różnicy temperatur między powietrzem nawiewanym a wywiewanym
Najprostszym i najtańszym sposobem odzysku ciepła jest recyrkulacja, czyli bezpośrednie powtórne wykorzystanie powietrza wcześniej ogrzanego. Powietrze wywiewane z pomieszczeń wentylowanych jest zawracane, a następnie mieszane z powietrzem świeżym i nawiewane do pomieszczeń Nie należy jej stosować, gdy w powietrzu wywiewnym znajdują się substancje szkodliwe, wybuchowe, szkodliwe, itp.
Sławomir Mencel