V dnešní době, kdy se efektivní využívání energie stává prioritou, jsou stále populárnější rekuperační jednotky s rekuperací tepla jako efektivní nástroj pro zlepšení energetické účinnosti budov. Klíčovým prvkem těchto pokročilých ventilačních systémů jsou výměníky tepla, běžně známé jako rekuperátory. Jaké typy výměníků se používají v rekuperačních jednotkách a jak se od sebe liší? To se dozvíte v tomto článku!
Prohlédněte si rekuperátory u velkoobchodu Onninen
Jak se využívá systém rekuperace tepla v rodinných domech?
Slovo „ rekuperátor “ se běžně používá v běžném jazyce již mnoho let. Co tento pojem vlastně znamená? Větrací jednotka s rekuperací tepla se nazývá rekuperátor. Zpočátku se zpětné získávání tepla využívalo ve velkých větracích jednotkách se vzduchovým výkonem několik desítek tisíc, poté několik tisíc m3/h. Zákonná ustanovení tuto hodnotu postupně snižovala. Podle aktuální vyhlášky ministra infrastruktury „O technických podmínkách budov a jejich umístění“ musí být v mechanické ventilaci používána zařízení pro zpětné získávání tepla z odpadního vzduchu o výkonu 500 m3/h a více.
Teplotní účinnost rekuperačního zařízení musí být minimálně 50 %. Ke zvýšenému zájmu o využití rekuperace tepla v bytových domech však v posledních letech nepřispívají pouze současné právní předpisy. Často účinnost vzduchotechnické jednotky doma nepřesáhne 500 m3/h. Lidé si stále více uvědomují, jak důležitá je kvalita vzduchu, který každý den dýcháme, což následně přispělo k popularizaci mechanického větrání v rodinných domech.
Jakou roli hraje výměník tepla v rekuperátoru?
Rekuperátor (rekuperační jednotka) se skládá z následujících prvků:
- Výměník tepla
- Napájecí ventilátor
- Odsávací ventilátor
- Filtr přívodu vzduchu
- Výfukový filtr
- Senzory
- Elektrický ohřívač
- Bypass
- Obodowa
Zaměříme se na nejdůležitější součást umístěnou v rekuperační jednotce , a to na výměník tepla. S jistotou lze říci, že jde o srdce zařízení. Výměník tepla vyměňuje teplo z odpadního vzduchu (z místností) do přiváděného vzduchu (zvenčí). Díky tomu neztrácíme s odváděným vzduchem veškeré teplo (což se děje při typickém samotížném větrání) a jeho velkou část lze získat zpět. Šetří se tak energie, která by se musela vynaložit na ohřev vzduchu potřebného k větrání.
Důležitým tématem doprovázejícím proces zpětného získávání tepla je zpětné získávání vlhkosti nebo její nedostatek. Otázka úrovně vlhkosti vzduchu v místnosti často nemá vysokou prioritu při výběru správného zařízení. Vlhkost vzduchu určuje mnoho aspektů života a zdá se být jedním z klíčových prvků ovlivňujících pohodlí každodenního života. Vlhkost vzduchu přímo ovlivňuje naši pohodu, zdravotní problémy, rozvoj plísní a bakterií, přenos virů a odolnost stavebních materiálů. Proto typy výměníků podrobně diskutované níže budou také popsány z tohoto hlediska.
Rozdělení a typy výměníků používaných v rekuperačních jednotkách
Ve vzduchotechnických jednotkách s rekuperací tepla zaujímají výměníky tepla centrální místo a hrají klíčovou roli v efektivním fungování systému. Jsou zodpovědné za přenos tepla z odpadního vzduchu do vzduchu přiváděného, což přispívá k minimalizaci energetických ztrát a zvýšení účinnosti celého procesu větrání. Ve vzduchotechnických jednotkách s rekuperací tepla se používá mnoho typů výměníků tepla, z nichž každý má jedinečné vlastnosti a aplikace. Čím vynikají?
Deskové výměníky tepla
Deskové výměníky jsou konstruovány z tenkých desek z oceli, hliníku, plastu nebo speciální membrány v případě entalpických (rekuperace vlhkosti) výměníků. Uvedené desky vytvářejí vzájemně izolované kanály pro přívod a odvod vzduchu. Proudy vzduchu se při proudění přes výměník vzájemně nedotýkají. Pak nastává fenomén rekuperace , tedy zpětného získávání tepla. Proud teplého vzduchu (odváděný z místností) ohřívá desky výměníku, zatímco proud studeného vzduchu (přiváděný zvenčí) přijímá teplo z ohřívaných desek. V zimním období dochází ke kondenzaci vlhkosti na povrchu výměníku vlivem rozdílu teplot mezi přiváděným a odváděným vzduchem.
Zkondenzovaný kondenzát je odváděn do odkapávací misky a jeho přebytek částečně zamrzá a blokuje prostory, kterými proudí vzduch. Tento proces se lidově nazývá poleva výměníku. Když je venkovní teplota nižší než -4 °C, je nutné použít protimrazovou ochranu. Vzduchotechnické jednotky s deskovými výměníky jsou vybaveny zabezpečovacími systémy v podobě prázdné komory s klapkou umístěnou vedle výměníku (běžně nazývané by-pass), elektrickým předehřívačem nebo algoritmy regulujícími chod ventilátorů. Podle způsobu proudění vzduchu se deskové výměníky dělí na křížové nebo protiproudé.
Prohlédněte si rekuperátory u velkoobchodu Onninen
Křížový výměník
Křížový výměník je konstruován tak, že vzduchové kanály přívodního a výfukového proudu jsou na sebe kolmé. Vypadá to, jako by se proudy vzduchu křížily (odtud ten název). Ve skutečnosti běží v samostatných kanálech. Vzhledem k relativně krátké době kontaktu proudů vzduchu je účinnost křížových výměníků nižší než u protiproudých výměníků a pohybuje se od 50 do 75 %. Křížové výměníky jsou ze všech nejvíce náchylné k námraze. Jejich výhodou je bezesporu jednoduchost, která se promítá do příznivé ceny.
Protiproudý výměník
Protiproudý výměník je složitější než křížový výměník. Toto je jeho vylepšená verze. Základní rozdíl je v tom, že ve střední části výměníku vedou přívodní a odtahové potrubí paralelně vedle sebe. Potoky tečou v opačných směrech. Díky tomu je studený vzduch procházející poslední sekcí výměníku ohříván nejteplejším odpadním vzduchem. Rekuperátory s protiproudým výměníkem se vyznačují vyšší účinností než ty s křížovým výměníkem. Jejich účinnost dosahuje až 90 %. Jsou méně náchylné na námrazu, ale přesto má jednotka řadu ochran zaměřených na odmrazování výměníku v zimním období, kdy nepřetržitě dochází ke kondenzaci vodní páry. Svou konstrukcí jsou dražší než výměníky s křížovým prouděním.
Kondenzační protiproudý výměník tepla
Protiproudý výměník tepla, který nevratně odvádí kondenzát z oběhu vzduchu, se nazývá kondenzační protiproudý výměník. Což může být jeho výhoda i nevýhoda. Zisky vodní páry generované členy domácnosti obvykle nestačí pokrýt ztráty způsobené nepřetržitým provozem mechanického větrání. V zimě se proto vzduch vysušuje, což má významný vliv na komfort používání. V deštivých a přechodných obdobích zase přítomnost takového výměníku umožňuje vysoušení vzduchu v budově.
Hodí se i na začátku užívání novostavby, kdy se vlhkost ještě hromadí v omítkách a potěrech. V tomto okamžiku by bylo rozumné zvážit použití zvlhčovače přiváděného vzduchu. Jejich obliba na polském trhu je však nízká. Výrobci, kteří nabízejí zvlhčovač, jej často přizpůsobují tak, aby fungoval pouze s vyhrazeným výrobním střediskem. A z čistě komerčního hlediska jim lze těžko něco vyčítat.
Entalpický výměník
Rozdíl mezi entalpickým a kondenzačním protiproudým výměníkem tepla je materiál použitý na stavbu desek. V případě entalpického protiproudého výměníku jsou desky vyrobeny z polymerové membrány, která je jako filtr umožňující přenos vodní páry. Prostřednictvím takového výměníku dochází k rekuperaci tepla a částečné vlhkosti.
Další výhodou entalpických výměníků je větší pracovní rozsah, bez nutnosti použití dodatečné protimrazové ochrany (provoz do -8°C). Jednotky s těmito výměníky jsou však vybaveny výše zmíněnými bezpečnostními systémy. Obnovení vlhkosti v zimě je vhodné a řeší problém suchého vzduchu. Je však třeba mít na paměti, že ke zmíněnému oživení může dojít i v létě. Vnitřní vlhkost vzduchu pak musí být vyšší než vlhkost venkovního vzduchu.
Protiproudé spirálové výměníky
Za zmínku stojí, že existují protiproudé spirálové výměníky tepla. Konstrukce takového výměníku tepla je chráněna patentovým nárokem. Jedná se o unikátní řešení, implementované jednou z polských společností. Výměník je vyroben z hliníkové fólie a spirálově válcovaného pozinkovaného plechu a tvarován do tvaru válce. Výměník je konstrukčně rozdělen na dva nezávislé prostory: přívod vzduchu a odpadní vzduch.
Oba prostory jsou odděleny těsněním zajišťujícím přesné oddělení, které umožňuje zpětné získávání tepla z odpadního vzduchu bez jeho míšení se vzduchem přiváděným. Spirálová konstrukce výměníku způsobuje, že vzduch proudí v kruhu, protiproudně a částečně křížově. Velká teplosměnná plocha a dlouhá dráha proudění vzduchu činí výměník odolný proti námraze a jeho účinnost přesahuje 85 % při množství přiváděného vzduchu k odváděnému v poměru 1:1.
Vysoká odolnost proti mrazu odlišuje rekuperátory s tímto řešením a umožňuje jejich použití bez ochranných ohřívačů na vstupu čerstvého vzduchu a bez odmrazovacích systémů vyžadovaných u jiných zařízení tohoto typu. Bez nutnosti použití předehřívače k ochraně výměníku proti námraze při nízkých teplotách poskytuje měřitelné úspory po celý rok.
Rotační kondenzační výměník tepla
Kondenzační rotační výměník tepla je vyroben ze střídavě uspořádaných vlnitých a plochých hliníkových plechů navinutých na speciálním válci (bubenu). Plech vytváří kanály, kterými proudí střídavě přiváděný a odváděný vzduch z místností. Kolem výměníku je ovinut hnací řemen, který poháněný motorem uvádí válec do pohybu (rotace kolem vlastní osy). Při rotaci dochází k rekuperaci energie na základě procesu regenerace.
Charakteristickým rysem procesu regenerace je skutečnost, že vnitřní a vnější proudy vzduchu se dotýkají stejného povrchu výměníku (směsi), díky čemuž je možné zpětné získávání tepla a částečné zpětné získávání vlhkosti. V zimě, kdy je venkovní teplota vzduchu nízká, se vzduch odváděný z místností ochlazuje na teplotu pod rosným bodem, což vede ke kondenzaci. Voda se usazuje v kanálech a následně je v důsledku rotace výměníku umístěna do chladného okolí venkovního vzduchu.
Venkovní vzduch se ohřeje a způsobí, že se část kondenzátu odpaří a vrátí se zpět do oběhu, čímž se částečně zvlhčí čerstvý vzduch. Proces pokračuje bez přerušení a kondenzát nemá dostatek času na zamrznutí. Zde se ukazuje výhoda rotačních výměníků: mohou pracovat při velmi nízkých vnějších teplotách (-30°C) bez nutnosti použití protimrazové ochrany. Nevýhodou je závislost na mechanických součástech (motor, hnací řemen atd.) a přídavný příkon (nutnost dodat přídavné napájení).
Sorpční rotační výměník tepla
Sorpční rotační výměník tepla není nic jiného než kondenzační výměník vybavený přídavným hygroskopickým materiálem, který mu umožňuje absorbovat vodní páru ze vzduchu. Takový výměník je schopen získat zpět až 90 % vlhkosti z odpadního vzduchu. Absorpce vodní páry ze vzduchu probíhá v zimě i v létě a není založena na jevu kondenzace. Použití tohoto typu výměníku bude dobře fungovat v místnostech s nízkou vlhkostí vzduchu a zavedení dalšího výměníku (kondenzačního rotačního nebo entalpického protiproudého) by nepřineslo uspokojivé výsledky z důvodu příliš nízkého zpětného získávání vlhkosti.
Co byste měli zvážit při výběru rekuperátoru?
Výběru rekuperátoru by měl předcházet základní rozbor potřeb osob využívajících větrané místnosti. Zařízení do kancelářského prostoru vybereme jinak než do obytného domu. U rodinných a vícegeneračních staveb je vždy potřeba počítat s tím, že každá rodina je jiná, má jiné zvyky a způsob fungování, s čímž úzce souvisí i tvorba vlhkostních zisků. Zisky vlhkosti by měly být klíčovým hlediskem při výběru vhodného řešení rekuperace energie.