Polska jest obecnie jednym z najbardziej zanieczyszczonych krajów w Europie. Problem zapylonego powietrza dotyczy nie tylko rejonów górniczych i przemysłowych. Przekroczenie norm dopuszczalnych pojawia się w coraz większej ilości miast.

Wg dostępnych danych na prawie 70 przebadanych miast w Polsce tylko 6 mieściło się w normie. Światowa Organizacja Zdrowia szacuje, że z powodu wdychania szkodliwych cząsteczek obecnych w zanieczyszczonym powietrzu umiera rocznie ponad 2 miliony ludzi. Naukowcy są zdania, że jeśli zostałyby wdrożone rozwiązania mające na celu ograniczenie emisji trujących gazów, to udałoby się zmniejszyć liczbę przedwczesnych zgonów nawet o 60-70%. Największe stężenie zanieczyszczeń obserwowane jest w okresie grzewczym. Do najgroźniejszych zanieczyszczeń należy benzopiren oraz pyły zawieszone w powietrzu PM 2,5 oraz PM 10.

Benzopiren to substancja silnie kancerogenna, występuje w smołach, produktach niepełnego spalania węgla, ropy naftowej, znajduje się np. w spalinach samochodowych i dymie papierosowym.

Natomiast pyły zawieszony PM10 to PM2,5 to  frakcje o bardzo małych rozmiarach średnicy ziaren . Ziarna są wystarczająco małe, aby mogły przeniknąć głęboko do płuc.

Rozwiązanie problemu powinno iść dwutorowo. Z jednej strony należy ograniczać źródła emisji, a z drugiej trzeba pomyśleć o zabezpieczeniu się przed wdychaniem, zwłaszcza w okresie zimowym i przejściowym, gdzie stężenie zanieczyszczeń jest największe.

Analiza wskazuje że za ponad 60% zanieczyszczenia odpowiedzialne są piece grzewcze na paliwo stałe, natomiast 20% to transport. Priorytetem jest zmiana sposobu ogrzewania oraz opracowanie standardów dla paliw. Ograniczenie emisji jest możliwe nie tylko poprzez wymianę kotła grzewczego, ale też pośrednio poprzez zastosowanie rekuperacji czyli odzysku ciepła w wentylacji, dzięki czemu można obniżyć zużycie energii cieplnej potrzebnej na ogrzanie powietrza wentylacyjnego.

Obecnie przyjmuje się, że w standardowym energooszczędnym budynku jednorodzinnym ok. 50% energii cieplnej dostarczonej do budynku jest zużywane na podgrzanie powietrza wentylacyjnego. W przypadku pozostałych budynków wartość te są zmienne i zależne od specyfiki obiektu, zapotrzebowania na ciepło oraz wymaganej krotności wymian powietrza. Stosując zatem wentylację mechaniczną z odzyskiem ciepła można znacznie ograniczyć straty ciepła budynku i jednocześnie zapewniać filtrację powietrza o klasie F7 lub wyższej, co pozwala na oczyszczenie powietrza z groźnych pyłów przed napływem do budynków [tab_1].

Takich możliwości nie daje wentylacja grawitacyjna.

Tab.1. Zestawienie różnych klas filtrów dla różnych rodzajów zanieczyszczeń

Lp.	Klasa filtrów	Podstawa klasyfikacji (kraj)			Uśred. Poziom odpylania	Uśred. Skuteczność Odpylania	Uśred. Num. Skut. odpylania	Rodzaj zatrzymanych zanieczyszczeń
		Polska*	EN	Niemcy
–	–	BN 88/ 8963-05	EN 779 PrEN 1822-1	DIN 24 185, prDIN 24 183, DIN 24 183	Am [%]	Em [%]	E1m [%]	Bardzo dobra i dobra skuteczność
1	Filtry wstępne	A1	G1	EU1	<65	–	–	Owady, włókna, piasek
2		A2
3	Filtry dokładne	B1	G2	EU2	65-80	–	–	Większe pyłki kwiatowe
4		B2	G3	EU3	80-90	–	–
5			G4	EU4	>90	–	–	Gruby pył metalurgiczny
6	Filtry bardzo dokładne	C	F5	EU5	–	40-60	–	Pyłki kwiatowe
7			F6	EU6	–	60-80	–
8			F7	EU7	–	80-90	–	Wszystkie rodzaje pyłów, zarodniki grzybów
9			F8	EU8	–	90-95	–	Sadza, mgła olejowa, bakterie
10	Filtry aerozoli koloidalnych	Q	F9	EU9	–	>95	–
11			H10	EU10	–	–	85	Bakterie, wszystkie rodzaje dymu i aerozoli (wysoka skuteczność)
12		R	H11	EU11	–	–	95
13		S	H12	EU12	–	–	99,5
14			H13	EU13	–	–	99,95	Bakterie, pył radioaktywny, wszystkie  rodzaje dymu i aerozoli, większość wirusów
15			H14	EU14	–	–	99,995
16			H15	EU15	–	–	99,9995
17			H16	EU16	–	–	99,99995
18			H17	EU17	–	–	99,999995

 

Należy jednak pamiętać, że wentylacja mechaniczna do prawidłowej pracy wymaga energii elektrycznej, której wytworzenie pośrednio również wpływa na emisję zanieczyszczeń. Zmiany w przepisach idą w kierunku, który ma spowodować wymierne korzyści wynikające z konieczności stosowania wysokoefektywnych systemów. Rozporządzenie 1253/2014 i 1254/2014 określa, że:

• od 2016 roku urządzenia wentylacyjne muszą zaoszczędzić co najmniej tyle energii pierwotnej (elektrycznej i cieplnej) ile zużywają energii elektrycznej
• od 2018 roku urządzenia wentylacyjne będą musiały odzyskać znacznie więcej energii pierwotnej niż zużywają

Uwzględniając powyższe wymagania, należy dokładnie przeanalizować możliwości spełnienia ww. założeń. W pierwszej kolejności należy odpowiednio dobrać urządzenie centralne. W przypadku układów nawiewno-wywiewnych na uwadze trzeba mieć możliwości zastosowania odzysku energii z powietrza usuwanego o wysokiej sprawności temperaturowej.

To implikuje konkretne rozwiązania. Wśród dostępnych, wyróżnić można następujące:

• Wymienniki krzyżowe / rekuperacja

Wymiennik krzyżowy zbudowany jest z cienkich, tłoczonych płyt, 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 Zaletą tego wymiennika jest bardzo prosta konstrukcja i brak części ruchomych.

Optymalny odzysk ciepła: 50 ÷ 70%.

• Wymienniki przeciwprądowe / rekuperacja

Stanowią rozbudowaną formę wymienników krzyżowych. Charakteryzują się wyższą sprawnością temperaturową , dochodzącą do 90% [fot_2]. Niestety ze względów cenowych są stosowane rzadziej centralach wentylacyjnych dużej wydajności.  Zyskują jednak coraz większe zastosowanie w obiektach o małych wydatkach powietrza tj. budynkach mieszkalnych i niewielkich obiektach komercyjnych.

Minusem wymienników krzyżówo-przeciwprądowych jest ryzyko zamarzania w okresie zimowym, dlatego konieczne zabezpieczenia przeciw zamarzaniu.

W układach o większych wydajnościach centrala może być wyposażona w przepustnicę obejściową tzw. by-pass, która zabezpiecza wymiennik przed szronieniem przy bardzo niskich temperaturach powietrza świeżego zewnętrznego i jednocześnie umożliwia w okresie letnim optymalizację temperatury nawiewu w zależności od warunków temperaturowych. Minusem jest konieczność przewymiarowania nagrzewnicy, która w sytuacji otwarcia baypassu zimą powinna zapewniać wymaganą temperaturę nawiewu.

W przypadku układów o małych wydatkach najczęściej zabezpieczenie przeciwzamrożeniowe realizowane jest przez zastosowanie nagrzewnicy wstępnej elektrycznej. Paradoksem jest fakt, iż znaczna część energii dostarczonej na podgrzanie wstępne jest zużywane na podgrzanie powietrza usuwanego [!].

W obu przypadkach rozwiązaniem są wymienniki gruntowe, które zapewniają podgrzanie wstępne, niestety nie zawsze da się je zastosować.

Alternatywą w tej sytuacji są wymienniki obrotowe [fot_3] zwane też regenatorami, które w normalnych warunkach tj. gdy nie występują podwyższone zyski wilgoci nie zamarzają i zapewniają zbilansowaną wentylację w sposób ciągły.

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.

Powietrze nawiewane zawsze przepływa w przeciwnym kierunku niż powietrze wywiewane przez wymiennik obrotowy dzięki czemu występują samooczyszczenie wymiennika.

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.

Dla uzyskania wyższej sprawności 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.

Ze względu na konstrukcje wymiennika, wymagają precyzyjnej regulacji układu wentylacji i przez to są mniej popularne wśród wykonawców. Duża sprawność temperaturowa sprawia jednak, że są promowanym rozwiązaniem wśród projektantów.

Przy korzystnym układzie temperatur latem, wymiennik zostanie aktywowany by odzyskiwać chłód.

Optymalny odzysk ciepła: 60 ÷ 85% (odzysk wilgoci – wynikowy, do 50%).

Sposoby odzysku energii	Sprawność temperaturowa	Odzysk ciepła	Odzysk wilgoci	Ograniczenia w stosowaniu
Komora mieszania / recyrkulacja	Wynikowa	tak	tak	tak
Wymiennik krzyżowy / rekuperacja	50-70%	tak	nie	tak
Wymiennik przeciwprądowy / rekuperacja	do 90%	tak	nie	tak
Wymiennik obrotowy / regeneracja	60-85%	tak	tak	tak

Tab.2. Zestawienie wybranych form odzysku energii

Sławomir Mencel

Wszystkie zdjęcia z arch. KLIMATSYSTEM