2023-09-10 18:18:27 
Czym jest zjawisko kondensacji?
Efekt wykraplania się wody zawartej w powietrzu można zaobserwować niemal każdego jesiennego poranka, gdy np. szyby samochodu zaparowują, a na trawie pojawia się rosa. Zjawiska te powstają w wyniku właśnie kondensacji pary zawartej wilgotnym powietrzu, która w kontakcie z chłodniejszą powierzchnią ulega skropleniu.
Powietrze, zależnie od jego temperatury, ma określoną zdolność do wchłonięcia wilgoci, co nazywane jest stanem nasycenia, a powyżej niego więcej wody się „nie zmieści”. Stanowi nasycenia wynoszącemu 100% wilgotności względnej powietrza, odpowiadają różne zawartości pary wodnej określanej w gramach na kilogram powietrza, które zmieniają się w szerokich granicach zależnie od temperatury.
Przykładowo: w temperaturze 20°C może „zmieścić się” 14,9 grama pary wodnej w kilogramie suchego powietrza, ale po jej obniżeniu np. do 5°C - tylko 5,47g/kg, zatem niemal 10g przekształci się w wodę. Przy ewentualnych obliczeniach ilości kondensatu, z reguły odnosi się do przepływu powietrza podawanego w metrów sześciennych i dla uproszczenia przyjmuje się objętościową masę właściwą powietrza wg przelicznika 1,20 kg/m3, choć faktycznie zmienia się ona w niewielkich granicach zależnie od temperatury.
Kondensacja pary wodnej w spalinach
Nowoczesne kotły grzewcze zasilane gazem lub olejem opałowym, to najczęściej urządzenia kondensacyjne, które pozwalają na odzyskanie ciepła zawartego w parze wodnej powstającej w wyniku spalania paliwa, co podnosi ich sprawność o kilka procent. Jednak w tym procesie, oprócz wody w spalinach znajdują się inne, często szkodliwe dla środowiska składniki, których zawartość zależy od jakości paliwa.
Przeciętnie przy pozyskaniu 1 kWh energii z paliwa powstaje ok. 0,16 litra skroplin, gdy spalany jest gaz ziemny lub 0,13 litra w przypadku gazu płynnego i ok. 0,08 litra przy wykorzystaniu oleju opałowego. W efekcie w ciągu 1 godziny pracy kotła gazowego z mocą 10kW uzyskamy ok. 1,6 litra kwaśnego płynu, który z reguły odprowadzany jest bezpośrednio do kanalizacji.
W przypadku niewielkich kotłów użytkowanych w domach jednorodzinnych kondensat można traktować jako ścieki bytowe, które nie powodują negatywnych skutków w instalacji kanalizacyjnej jak i w procesie ich oczyszczania. Wysoką kwasowością charakteryzują się natomiast skropliny wytwarzane w kotłach olejowych - pH może wynosić nawet poniżej 2 - i zależy głównie od zawartości siarki w spalanym paliwie, z której powstaje najbardziej agresywny kwas siarkowy.
W praktyce wytwarzany kondensat najczęściej kierowany jest przez syfon bezpośrednio do kanalizacji domowej, ale nie zawsze jest możliwość zapewnienia odprowadzenia grawitacyjnego i w takich sytuacjach instaluje się pompkę przetłaczającą, odporną na przepływ agresywnych cieczy.
Alternatywnie można kondensat odprowadzać do okresowo opróżnianego zbiornika, kanistra, ale powinien być on wyposażony układ sygnalizacji napełnienia, a nawet wyłączenia kotła, co zapobiegnie ewentualnemu zalaniu pomieszczenia.
Jak uchronić rekuperator przed zamrożeniem?
Funkcjonowanie rekuperacji polega na przekazywaniu ciepła z powietrza odprowadzanego z wnętrza domu do powietrza nawiewanego z zewnątrz, co oczywiście powoduje ochłodzenie powietrza wywiewanego, a więc i możliwości pojawienie się zjawiska kondensacji pary wodnej.
W czasie funkcjonowania urządzenia przy dodatnich temperaturach zewnętrznych kondensująca para wodna w znacznym stopniu zostaje wydmuchana na zewnątrz, choć może również gromadzić się w instalacji, dlatego powinno być zapewnione jej odprowadzenie bezpośrednio do kanalizacji , zbiornika lub dzięki zainstalowanej pompce przetłaczającej.
Poważniejszy problem powstaje przy spadku temperatur zewnętrznych już poniżej minus 3-5°C, gdy na wylocie z rekuperatora pojawia się szron przechodzący w oblodzenie. Z czasem ograniczony zostaje przekrój wylotu i znacząco zmienia się efektywność przekazywania ciepła.
Dlatego rekuperatory wyposażane są w system wykrywania i likwidowania oblodzenia, które mogą funkcjonować w różny sposób. Wykrywanie oblodzenia polega na pomiarze temperatury na wylocie powietrza, gdy spadnie poniżej + 1°C lub przez porównanie oporów przepływu w kanale wylotowym, co uruchamia się układ oszraniania.
Powstające oblodzenie może być usuwane w następujący sposób poprzez:
- krótkotrwałe wyłączanie wentylatora nawiewnego, co pozwala powietrzu wywiewanemu na ogrzanie wymiennika,
- zamontowanie wstępnej nagrzewnicy elektrycznej na nawiewie, dzięki czemu zmniejsza się różnica temperatur nawiewanego i wywiewanego powietrza, co uniemożliwia powstanie szronu,
- zastosowanie tzw. bypassu wymiennika poprzez zamontowanie sterowanej przepustnicy, która pozwala na czasowe omijanie wymiennika przez zimne powietrze po stronie nawiewu.
Wszystkie stosowane metody odszraniania powodują jednak spadek efektywności rekuperacji, która pogarsza się wraz ze spadkiem temperatury zewnętrznej.
Szron w powietrznej pompie ciepła
Przepływ powietrza zewnętrznego przez powierzchnie parownika pompy ciepła wymuszony wentylatorem, w pewnych warunkach pogodowych może doprowadzić do jego oszronienie, co zakłóca efektywne funkcjonowanie instalacji. Wilgoć zawarta w powietrzu zewnętrznym już przy temperaturach powietrza ok. + 5°C po zetknięciu się z chłodną powierzchnią parownika ulega skropleniu i zamarznięciu.
Przy takiej temperaturze i wilgotności powietrza np. 80%, w powietrzu znajduje się ok. 5 g/kg pary wodnej, co po schłodzeniu do temp. -5°C spowoduje wykroplenie ok. 2g/kg wody, która zamarznie blokując przepływ powietrza przez parownik. Problem ten pojawia się zwłaszcza w temperach zewnętrznych ok. 0 °C ( +/- 5°C), gdyż przy wyższych nie następuje schłodzenie poniżej temperatury zamarzania, a przy znacznie niższych dodatkowe jej obniżenie nie wpływa istotnie na granicę nasycenia powietrza wilgocią.
Najczęściej stosowanym sposobem odladzania jest odwrócony tryb pracy pompy tzw. defrost, gdy pracuje ona jak klimatyzator wykorzystując ciepło zgromadzone w instalacji grzejnej lub zasobniku. Inny sposób to zamontowanie grzałki w strumieniu powietrza przepływającego prze parownik, co podnosi jego temperaturę usuwając oszronienie. Oczywiście oba sposoby zmniejszają nieco wydajność ogrzewania i podnoszą koszty jego użytkowania.
Również w przypadku pomp ciepła należy zadbać o swobodne odprowadzenie skroplin, które w warunkach zimowych będą zamarzać tworząc lodowisko wokół miejsca ich ustawienia. Dobrym rozwiązaniem będzie umieszczenie pod jednostką ogrzewanej tacy, a zbierającą się wodę odprowadza się grawitacyjnie izolowaną rurą do kanalizacji lub przetłacza za pomocą pompki.
Autor: Redakcja BudownicwaB2B
Opracowanie: Aleksander Rembisz
Zdjęcie główne: Viessmann
Komentarze