Rekuperacja - co to jest?

W celu obniżenia kosztów eksploatacyjnych budynków mieszkalnych od dłuższego czasu obserwowanym trendem jest takie projektowanie, aby zapewnić jak najlepsze właściwości energetyczne. Coraz większa świadomość inwestorów oraz dużo większa dostępność materiałów spełniających warunki energooszczędności powodują, że wentylacja grawitacyjna oparta na niewymuszonym ruchu powietrza nie zapewnia wystarczającej wymiany powietrza. Instalacja grawitacyjna w takim przypadku bardzo słabo się sprawdza.

Zatem projektanci zmuszeni są do projektowania instalacji mechanicznej w której ruch powietrza jest wymuszany np. wentylatorami. Jednak jak się okazuje w praktyce mimo dobrze przeprowadzonej termomodernizacji budynku około 50% zużywanej energii stanowi energia potrzebna na ogrzanie lub ochłodzenie powietrza napływającego z zewnątrz.

Podsumowując w pełni uzasadnionym jest wyposażenie naszej instalacji wentylacyjnej w urządzenie umożliwiające odzysk ciepła i chłodu z jednoczesnym wymuszaniem przepływ powietrza. Takimi urządzeniami spełniającymi powyższe wymagania są rekuperatory HRU-ECCO oraz HRU-ERGO firmy Alnor.

Podstawowe pojęcia

Pojęcie rekuperacji związane jest z odzyskiem energii, którą potem w dalszym procesie można przetwarzać. Analogicznie rekuperator jest urządzeniem odzyskującym energię cieplną. Dzięki temu możliwe jest ograniczenie strat ciepła spowodowane instalacją wentylacyjną. Podsumowując celem stosowanie rekuperatorów jest oszczędzanie energii oraz dostarczanie czystego i świeżego powietrza.

Zasada działania

Głównym zadaniem rekuperatora jest usuwanie zużytego powietrza i dostarczanie świeżego powietrza z zachowaniem odpowiednich parametrów - temperatury, wilgoci, wydajności.

Ciepłe powietrze pobierane z zewnątrz za pomocą wentylatora nawiewnego przechodzi przez filtry, gdzie są usuwane zabrudzenia, kurz, pyłki i następnie jest wtłaczane do wymiennika ciepła. Jednocześnie zużyte powietrze z pomieszczeń jest wyciągane za pomocą wentylatora wywiewnego i również kierowane do wymiennika ciepła. Dwie masy powietrza dalej przetłaczane są przez wymiennik ciepła.

W wymienniku ciepła następuje przemiana termodynamiczna. Latem chłód z powietrza wyciąganego z pomieszczenia jest przekazywany ciepłej masie powietrza napływającej z zewnątrz. Następnie ochłodzone świeże powietrze jest wtłaczane do pomieszczeń, a zużyte wyrzucane na zewnątrz budynku. Czyli mamy proces odzyskiwania ciepła z powietrza wywiewanego na zewnątrz. Zimą proces przebiega następująco: chłodne powietrze zaciągnięte z zewnątrz jest ogrzewane ciepłem zużytego powietrza wyciąganego z pomieszczeń.

Sprawność temperaturowa procesu odzysku jest uzależniona m.in. od rodzaju zastosowanego wymiennika i materiałów z jakich jest wykonany.

Budowa rekuperatorów HRU-ERGO firmy Alnor:

• obudowa,

• króćce,

• wymiennik,

• wentylatory,

• filtry,

• sterownik.

Obudowa

Obudowy rekuperatorów Alnor są wykonane ze stali ocynkowanej. Wymiary obudowy są zoptymalizowane pod kątem wydajności poszczególnych typów. Cała obudowa jest zwarta i kompaktowa. Dzięki temu nie wymaga dużo przestrzeni montażowej. Ponadto może być mocowana, poziomo standardowo lub do góry nogami w zależności od potrzeby. Obudowa częściowo jest izolowana termicznie i akustycznie ograniczając tym samym straty energii.

Króćce

Średnice przyłączy rekuperatora w zależności od typu wynoszą 160, 200 lub 250mm. Króćce zakończone są uszczelkami wykonanymi z gumy EPDM. Oznacza to, że taki system posiada najwyższą klasę szczelności D.

Wymienniki

Najważniejszym elementem każdego rekuperatora jest wymiennik ciepła. Obecnie na rynku spotkać można różnego typu konstrukcje wymienników różniące się między sobą budową, kierunkami przepływów powietrza, stopniem odzysku, przeznaczeniem. Rekuperatory HRU-ERGO firmy Alnor są wyposażone odpowiednio w celulozowy wymiennik  przeciwprądowy.

W wymienniku przeciwprądowym strumienie powietrza przepływają równolegle względem siebie w przeciwnych kierunkach  Kanaliki przez które przepływają strumienie powietrza mają przekrój trójkątny. W takim rozwiązaniu powierzchnie styku są dużo większe dzięki czemu sprawność odzysku jest bardzo wysoka.

Zalety rekuperatorów firmy Alnor z wymiennikiem przeciwprądowym:

• prosta konstrukcja,

• brak części ruchomych,

• odzysk max 85%,

• nie występuje zjawisko szronienia,

• brak zaburzeń przepływu.

Bardzo istotnym faktem jest, że zarówno wymiennik krzyżowy jak i przeciwprądowy wykonane są z materiału pokrytego specjalną powłoką antybakteryjną, która ma silną zdolność do zabijania różnego typu bakterii oraz zapobieganiu rozrostowi grzybów w wymienniku. Taka powłoka antybakteryjna jest również odporna na ścieranie. Zatem np. podczas czyszczenia nie zużywa się. Powłoka ta ma zdolności do zabijania bakterii m.in. E coli 8099, Staphylococcus aureus ATCC6538, Klebsiella pneumoniae ATCC4352, Candida albicans ATCC10231, Wentylatory Rekuperator firmy Alnor wyposażony jest w wentylator nawiewny i wywiewny. Wentylatory posiadają silniki typu AC. Konstrukcja wentylatorów zapewnia długą żywotność, niski poziom hałasu nawet przy wysokich prędkościach obrotowych oraz stosunkowo niskie zużycie energii elektrycznej. Każdy z wentylatorów gwarantuje optymalną pracę rekuperatora.

Sterowanie wentylatorami nawiewnym i wywiewnym jest równolegle. Oznacza to że, gdy zmienimy wydajności rekuperatora przełączając go z trybu high na tryb medium to spowoduje to jednoczesną zmianę wydajności nawiewu i wywiewu do tego samego poziomu. W praktyce dzięki temu rozwiązaniu zostanie tyle samo wtłoczonego świeżego powietrza do pomieszczeń ile zostało wcześniej usunięte.

Filtry

Filtry powietrza zastosowane w rekuperatorach Alnor dodatkowo podnoszą czystość nawiewanego powietrza. System filtrowania wyposażony jest w filtry klasy EU3. Wkład filtrujący składa się z obudowy plastikowej oraz maty filtracyjnej. Powierzchnia filtrów jest tak dobrana, żeby straty ciśnienia dla nominalnych wydajności były jak najmniejsze.

Sterownik

Rekuperatory firmy Alnor wyposażenie są w inteligentny system sterowania pozwalający ustawić parametry pracy rekuperatora na konkretne godziny i dni tygodnia. Zatem użytkownik jednorazowo ustawia potrzebne temperatury dla każdego dnia i godziny i nie musi się martwić o pracę rekuperatora.

Sterownik poza standardowymi prostymi funkcjami takimi jak ustawienie i podgląd parametrów dla poszczególnych trybów pracy umożliwia również zaprogramowanie zegara tygodniowego. Oznacza to, że użytkownik ma możliwość ustawienia dokładnej daty i godziny kiedy ma się rekuperator włączyć, a kiedy wyłączyć.

Przykładowo kiedy w danym pomieszczeniu przez dłuższy czas nie przebywają osoby nie ma potrzeby żeby rekuperator pracował. Czyli np. od poniedziałku do piątku o godzinie 08.00 rekuperator ma się wyłączyć, a o godzinie 15.00 ma sie włączyć. W takiej sytuacji po przyjściu do domu z pracy mamy w pomieszczeniu świeże powietrze. Więcej szczegółowych informacji o sterowniku znajduje się w instrukcji.

Odzysk wilgoci

Rekuperatory HRU-ERGO posiadają funkcję odzysku wilgoci. Oznacza to, że rekuperatory firmy Alnor potrafi ą odzyskać nie tylko ciepło, ale również wilgoć nagromadzoną w usuwanym powietrzu z pomieszczenia i następnie przekazać te wilgoć do świeżego powietrza nawiewanego do pomieszczenia. Jest to szczególnie przydatne w pomieszczeniach, gdzie jest wysuszane powietrze szczególnie podczas ogrzewania porą zimową.

Proces odzysku wilgoci zachodzi w wymienniku rekuperatora. W wymienniku następuje bezpośrednie przekazanie cząsteczek wody wraz z zawartością ich energii. W tym przypadku nie występuje skraplanie, czyli nie jest tracona energia w postaci pary wodnej. M. in. dzięki temu rekuperatory przeciwprądowe mają wysoki stopień odzysku. Opisany proces jest możliwy dzięki specjalnej budowie wymiennika.

Wymiennik wykonany jest ze specjalnego papieru o grubości 45μm o wysokiej odporności na rozdzieranie i starzenie. Cała tajemnica tkwi w grubości i strukturze papieru z którego jest wykonany wymiennik. Papier posiada oczka o wielkości 0,3nm. Cząsteczki zanieczyszczeń mają średnicę większą niż 0,3nm natomiast cząsteczki wody mają średnicę 0,288nm. Oznacza to, że tylko wilgoć przechodzi przez oczka w wymienniku i dostaje się do świeżego powietrza nawiewanego do pomieszczeń. Mimo takiej budowy wymiennik wykazuje bardzo wysoką szczelność. Wymiennik, który umożliwia odzysk wilgoci jest nazywany wymiennikiem entalpicznym.

Latem podczas chłodzenia wilgotność napływającego powietrza z zewnątrz jest zmniejszana. Natomiast zimą podczas ogrzewania wilgotność napływającego powietrza z zewnątrz jest zwiększana. Podsumowując rekuperatory fi rmy Alnor dostosowują wilgotność świeżego powietrza nawiewanego do pomieszczenia.

By-pass

Rekuperatory Alnor wyposażone są w funkcję by-pass. By-pass jest to funkcja obejścia, która przy spełnionych kryteriach przepuszcza powietrze przez obejście zamiast przez wymiennik. By-pass jest funkcją automatyczną. Wystarczy tylko ustawić wysokość temperatury nawiewanego powietrza do pomieszczeń i system sam będzie sterował czy powietrze zaciągane z zewnątrz ma przechodzić przez wymiennik czy nie.

Jeżeli temperatura świeżego nawiewanego powietrza do pomieszczenia jest równa temperaturze powietrza zaciąganego z zewnątrz to by-pass się załączy. Funkcja ta jest szczególnie potrzebna latem. Gdy powietrze w ciągu nocy jest chłodniejsze od powietrza nawiewanego to nie ma potrzeby odzyskiwania chłodu. Chłodne powietrze z zewnątrz bezpośrednio wtłaczane jest do pomieszczeń. Zatem by-pass to funkcja, która włącza ominięcie wymiennika w przypadku małej różnicy temperatur powietrza wywiewanego i nawiewanego.

Jak dobierać rekuperatory firmy Alnor?

Prawidłowy dobór rekuperatora ma bardzo znaczący wpływ na poprawną pracę całej instalacji wentylacyjnej. Nawet najlepszej klasy rekuperator nie będzie spełniał naszych oczekiwań jeśli zostanie źle dobrany. W wyniku tego komfort przebywania w tak wentylowanym pomieszczeniu znacząco spada, a koszty eksploatacyjne rosną. Podstawowym kryterium doboru rekuperatorów HRU-ERGO jest określenie wielkości zapotrzebowania na świeże powietrze. Wielkość ta odpowiadać będzie wydajności rekuperatora.

Wydajność rekuperatora powinna zapewnić odpowiednią liczbę wymian powietrza w czasie jednej godziny. W związku z tym kolejnym istotnym kryterium doboru jest krotność wymian. Przyjmuje się, że rekuperator musi zapewnić jedną wymianę powietrza na godzinę. W praktyce oznacza to, że rekuperator pracujący z maksymalną wydajnością powinien zapewnić całkowitą wymianę powietrza w budynku w ciągu jednej godziny.

W celu określenia ilości potrzebnego świeżego powietrza jakie ma być dostarczane do pomieszczenia wymagana jest znajomość wielkości oraz przeznaczenia tego pomieszczenia. Znając takie dane wyznaczamy dwa parametry: ilość świeżego powietrza potrzebnego dla jednej osoby oraz krotność wymian.

W przypadku kilku pomieszczeń z różną liczbą osób w nich przebywających wymagane zapotrzebowanie na powietrze będzie równe sumie iloczynów wydajności z poszczególnych pomieszczeń i osób w nich przebywających. Projektując instalację wentylacyjną z odzyskiem ciepła należy pamiętać żeby zawsze doprowadzać świeże powietrze do pokoi, sypialni oraz usuwać zużyte powietrze z kuchni, łazienki. Powoduje to, że zanieczyszczenia są usuwane w miejscu ich powstawania. Dzięki temu zawsze mamy pewność, że dostarczane powietrze jest świeże.

Zabezpieczenie przed szronieniem i oblodzeniem

Rekuperatory HRU-ERGO w dodatkowym wyposażeniu posiadają system zabezpieczenia wymiennika przed szronieniem i zamarznięciem w niskich temperaturach. Jest to niezwykle ważne ponieważ w przypadku pojawienia się lodu w wymienniku często doprowadza do zatkania jego kanalików i całkowicie uniemożliwia odzysk ciepła. Żeby lepiej zrozumieć zjawisko szronienia należy prześledzić proces jego powstawania. W tym celu posłużymy się wykresem krzywej nasycenia.

Krzywa nasycenia oddziela od siebie obszary występowania w układzie jednej lub dwóch faz. Jest to linia graniczna po przekroczeniu której, wraz z obniżaniem temperatury, suche powietrze (tzw. powietrze nienasycone) zamienia się w parę wodną (powietrze przesycone), następnie wodę i lód. Krzywa nasycenia w graficzny sposób przedstawia relację między temperaturą a wilgotnością bezwzględną powietrza w danym stanie. Proces ochładzania powietrza może być realizowany na dwa sposoby - jako proces z wykraplaniem się pary wodnej oraz bez wykraplania się pary wodnej. Ochładzanie z wykraplaniem się pary wodnej przedstawia linia czerwona na wykresie.

Oczywistym jest, że należy unikać zjawiska skraplania się wody. Zbyt duże nagromadzenie wody może doprowadzić do zalania, lub w przypadku oblodzenia, do zatkania wymiennika. W konsekwencji znacząco spadnie stopnień odzysku lub całkowicie przestanie on działać.

Dlatego ważne jest żeby proces ochładzania powietrza przebiegał bez wykraplania się pary wodnej. Jest to możliwe, gdy proces ten będzie przebiegał zgodnie z linią zieloną na wykresie przedstawionym na rysunku 14. Jak widać na wykresie całkowity przebieg tej linii jest w obszarze powietrza nienasyconego. Realizacja takiego ochładzania jest możliwie na dwa sposoby.

Pierwszy sposób polega na zastosowaniu układu podgrzewającego np. nagrzewnica wodna, parowa, elektryczna. Podczas zamarzania załączana jest nagrzewnica, która rozpuszcza lód. Rekuperatory firmy Alnor nie są wyposażone w nagrzewnicę.

Drugi sposób to odpowiednie sterowanie pracą wentylatora nawiewnego i wywiewnego. W przypadku stwierdzenia oblodzenia wentylator wywiewny automatycznie zwiększy wydajność, a wentylator nawiewny wyłączy się, gdy temperatura świeżego powietrza zaciąganego z zewnątrz będzie wyższe niż +15oC przez jedną minutę. Krótko mówiąc wentylator nawiewny spowalnia.

Drugi sposób jest dużo korzystniejszy ponieważ rekuperator w sposób ciągły dostarcza świeże powietrze do pomieszczeń. Ponadto nagrzewnica zwiększa zużycie energii elektrycznej.

Zakres temperatur stosowania i pracy rekuperatorów firmy Alnor to -15 oC do +40 oC. W takich temperaturach wymiennik się nie oblodzi. Można stosować rekuperatory w niższych temperaturach, czyli poniżej -15o, ale wtedy trzeba stosować nagrzewnice elektryczną.

Charakterystyki

Każdy rekuperator firmy Alnor posiada charakterystyki doboru.

Z powyższej charakterystyki można odczytać straty ciśnień dla poszczególnych długości kanałów. Może to być przydatne przy projektowaniu i dobieraniu elementów instalacji z odzyskiem. Ponadto wykresy prezentują straty ciśnień dla poszczególnych biegów i przepływów powietrza. Znając takie dane mamy wartość straty ciśnienia w danym momencie pracy rekuperatora. Poza tym wykresy prezentują wydajności temperaturowe podczas chłodzenia i ogrzewania.

Utrzymanie

Żywotność rekuperatora jest uzależniona od wielu czynników, np. rodzaj środowiska w którym pracuje (biuro, hala produkcyjna itp.), czas pracy, wydajność z jaką pracuje rekuperator.

W celu zapewnienia poprawnej i długotrwałej oraz bezawaryjnej pracy należy stosować się do poniższych uwag:
należy wykonywać okresowe samodzielne przeglądy wentylatorów, filtrów.W przypadku stwierdzenia znacznego spadku wydajności rekuperatora zaleca się wymianę filtrów:
należy czyścić wymiennik. Nie zaleca się czyszczenia wymiennika sprężonym powietrzem ze względu na ryzyko jego uszkodzenia. Zalecanym sposobem czyszczenia jest zebranie kurzu z wymiennika np. odkurzaczem. Takie czyszczenie należy wykonywać np. co 3 lata. Wymiennik zaleca się wymienić na nowy po 10 latach.

źródło i zdjęcie: Alnor