V dnešním světě, kdy se efektivní využívání energie stává prioritou, se rekuperační jednotky stávají stále populárnějšími jako účinný nástroj pro zlepšení energetické účinnosti budov. Klíčovým prvkem těchto pokročilých větracích systémů jsou výměníky tepla, běžně nazývané rekuperátory. Jaké typy výměníků se v rekuperačních jednotkách používají a jak se od sebe liší? Zjistěte to v tomto článku!
Podívejte se na rekuperátory u velkoobchodníka Onninen
Jak byl systém rekuperace tepla použit v rodinných domech?
V běžném jazyce se slovo „ rekuperátor “ běžně používá již mnoho let. Co tento termín vlastně znamená? Rekuperátor je větrací jednotka s rekuperací tepla. Zpočátku se rekuperace tepla používala u velkých větracích jednotek s průtokem vzduchu několik desítek tisíc, poté několik tisíc m3/h. Právní předpisy tuto hodnotu postupně snižovaly. Podle aktuálního nařízení ministra infrastruktury „O technických podmínkách, které by měly splňovat budovy a jejich umístění“ musí být v mechanickém větrání s průtokem vzduchu 500 m3/h a více použita zařízení pro rekuperaci tepla z odváděného vzduchu.
Tepelná účinnost zařízení pro rekuperaci tepla musí být alespoň 50 %. Nicméně nejen současná právní úprava přispěla k rostoucímu zájmu o využití rekuperace tepla v obytných domech v posledních několika letech. Účinnost centrální jednotky v domě často nepřesahuje 500 m3/h. Lidé si stále více uvědomují důležitost kvality vzduchu, který denně dýcháme, což následně přispělo k popularizaci mechanického větrání v rodinných domech.
Jakou roli hraje výměník tepla v rekuperátoru?
Rekuperátor (jednotka pro zpětné získávání tepla) se skládá z následujících prvků:
- Výměník tepla
- Přívodní ventilátor
- Odsávací ventilátor
- Vzduchový filtr
- Výfukový filtr
- Senzory
- Elektrický ohřívač
- Bypass
- Bydlení
Zaměříme se na nejdůležitější komponent umístěný v rekuperační jednotce , a to na výměník tepla. Dá se s jistotou říci, že je srdcem zařízení. Výměník je místem, kde se teplo přenáší z odpadního vzduchu (z místností) do přiváděného vzduchu (zvenčí). Díky tomu neztrácíme veškeré teplo s odpadním vzduchem (což se děje u typického gravitačního větrání) a velkou část z něj lze rekuperovat. To nám umožňuje ušetřit energii, kterou bychom museli vynaložit na ohřev vzduchu potřebného pro větrání.
Důležitým tématem, které doprovází proces zpětného získávání tepla, je zpětné získávání vlhkosti, respektive její nedostatek. Otázka úrovně vlhkosti vzduchu v místnosti často nemá při výběru správného zařízení vysokou prioritu. Vlhkost vzduchu určuje řadu aspektů života a zdá se být jedním z klíčových prvků ovlivňujících každodenní pohodu. Vlhkost vzduchu přímo ovlivňuje naši pohodu, zdravotní problémy, rozvoj plísní a bakterií, přenos virů nebo trvanlivost stavebních materiálů. Proto budou níže podrobně probírané typy výměníků popsány i z hlediska tohoto aspektu.
Rozdělení a typy výměníků tepla používaných v rekuperačních jednotkách
V rekuperačních větracích jednotkách zaujímají výměníky tepla ústřední místo a hrají klíčovou roli v efektivním fungování systému. Jsou zodpovědné za přenos tepla z odpadního vzduchu do přiváděného vzduchu, což pomáhá minimalizovat energetické ztráty a zvyšovat účinnost celého větracího procesu. V rekuperačních větracích jednotkách se používá mnoho typů výměníků tepla, z nichž každý má jedinečné vlastnosti a použití. Čím se odlišují?
Deskové výměníky
Deskové výměníky jsou vyrobeny z tenkých plechů z oceli, hliníku, plastu nebo speciální membrány v případě entalpických výměníků (rekuperace vlhkosti). Výše uvedené desky vytvářejí od sebe izolované přívodní a odvodní kanály. Proudy vzduchu se při proudění výměníkem vzájemně nedotýkají. Dochází pak k jevu rekuperace neboli zpětného získávání tepla. Proud teplého vzduchu (odváděného z místností) ohřívá desky výměníku, zatímco proud studeného vzduchu (přiváděného zvenčí) absorbuje teplo z ohřátých desek. V zimě se v důsledku rozdílu teplot přiváděného a odváděného vzduchu kondenzuje na povrchu výměníku vlhkost.
Zkondenzovaný kondenzát je odváděn do odkapávací misky a jeho přebytek částečně zamrzá, čímž blokuje prostory, kterými proudí vzduch. Tento proces se lidově nazývá zamrzání výměníku. Při venkovních teplotách nižších než -4 °C je nutné použít ochranu proti zamrznutí. Větrací jednotky s deskovými výměníky jsou vybaveny ochrannými systémy v podobě prázdné komory s klapkou, umístěné vedle výměníku (běžně nazývané by-pass), elektrického předehřívače nebo algoritmů regulujících provoz ventilátorů. V závislosti na způsobu proudění vzduchu se deskové výměníky dělí na křížové nebo protiproudé.
Podívejte se na rekuperátory u velkoobchodníka Onninen
Křížový výměník
Proudový výměník je konstruován tak, že vzduchové kanály přívodního a odvodního proudu jsou na sebe kolmé. Vypadá to, jako by se proudy vzduchu křížily (odtud název). Ve skutečnosti probíhají v oddělených kanálech. Vzhledem k relativně krátké době kontaktu proudů vzduchu je účinnost proudových výměníků nižší než u protiproudých výměníků a pohybuje se v rozmezí 50 až 75 %. Proudové výměníky jsou ze všech nejvíce náchylné k zamrzání. Jejich výhodou je nepochybně jednoduchost, která se promítá do příznivé ceny.
Protiproudý výměník
Protiproudý výměník je vyvinutější než křížový výměník. Je to jeho vylepšená verze. Základní rozdíl spočívá v tom, že ve střední části výměníku probíhají přívodní a odvodní kanály rovnoběžně vedle sebe. Proudy proudí v opačných směrech. Díky tomu je studený vzduch procházející poslední sekcí výměníku ohříván nejteplejším odvodním vzduchem. Rekuperátory s protiproudým výměníkem se vyznačují vyšší účinností než rekuperátory s křížovým výměníkem. Jejich účinnost dosahuje až 90 %. Jsou méně náchylné k námraze, ale jednotka má stále řadu ochranných opatření zaměřených na odmrazování výměníku v zimním období, kdy neustále dochází ke kondenzaci vodní páry. Vzhledem ke své konstrukci jsou dražší než křížové výměníky.
Kondenzační protiproudý výměník tepla
Protiproudý výměník tepla, který nevratně odvádí kondenzát mimo cirkulaci vzduchu, se nazývá kondenzační protiproudý výměník tepla. To může být jeho nevýhodou i výhodou. Zisky vodní páry generované členy domácnosti obvykle nestačí k pokrytí ztrát způsobených nepřetržitým provozem mechanického větrání. V zimě se proto vzduch suší, což má významný vliv na komfort užívání. Během deštivých a přechodných období zase přítomnost takového výměníku umožňuje vysušení vzduchu v budově.
To je užitečné i na začátku užívání novostavby, kdy se v omítkách a potěrech stále hromadí vlhkost. V tomto okamžiku by bylo rozumné zvážit použití zvlhčovače přiváděného vzduchu. Jejich popularita na polském trhu je však nízká. Výrobci, kteří zvlhčovač nabízejí, jej velmi často upravují tak, aby fungoval pouze s vyhrazenou centrální jednotkou jejich výroby. A z čistě komerčního hlediska je těžké je za to vinit.
Entalpický výměník
Rozdíl mezi entalpickým a kondenzačním protiproudým výměníkem tepla spočívá v materiálu použitém k výrobě desek. V případě entalpického protiproudého výměníku tepla jsou desky vyrobeny z polymerní membrány, která funguje jako filtr, jenž umožňuje přenos vodní páry. Prostřednictvím takového výměníku dochází k rekuperaci tepla a částečné rekuperaci vlhkosti.
Další výhodou entalpických výměníků je širší provozní rozsah, bez nutnosti dodatečné ochrany proti zamrznutí (provoz až do -8 °C). Jednotky s těmito výměníky jsou nicméně vybaveny výše uvedenými ochrannými systémy. Rekuperace vlhkosti v zimě je vhodná a řeší problém suchého vzduchu. Je však třeba mít na paměti, že k výše zmíněné rekuperaci může docházet i v létě. Vlhkost vnitřního vzduchu pak musí být vyšší než vlhkost venkovního vzduchu.
Spirálové protiproudé výměníky
Za zmínku stojí, že existují spirálové výměníky tepla s protiproudým chodem. Konstrukce takového výměníku tepla je chráněna patentovým nárokem. Jedná se o unikátní řešení, které realizovala jedna z polských firem. Výměník je vyroben z hliníkové fólie a pozinkovaného plechu, spirálovitě srolovaného a tvarovaného do válce. Výměník je konstrukčně rozdělen do dvou nezávislých prostor: pro přívod vzduchu a odvod vzduchu.
Oba prostory jsou odděleny těsněním, které zajišťuje přesné oddělení a umožňuje zpětné získávání tepla z odpadního vzduchu bez jeho míchání s přiváděným vzduchem. Spirálová konstrukce výměníku umožňuje proudění vzduchu v kruhu, protiproudu a částečně křížově. Velká teplosměnná plocha a dlouhá dráha proudění vzduchu činí výměník mrazuvzdorným a jeho účinnost přesahuje 85 % s poměrem množství přiváděného a odváděného vzduchu 1:1.
Vysoká odolnost proti mrazu odlišuje rekuperační jednotky s tímto řešením a umožňuje jejich použití bez ochranných ohřívačů na vstupu čerstvého vzduchu a bez systémů odmrazování, které jsou vyžadovány u jiných zařízení tohoto typu. Absence nutnosti použití předehřívače k ochraně výměníku před námrazou při nízkých teplotách přináší měřitelné úspory po celý rok.
Rotační kondenzační výměník tepla
Rotační kondenzační výměník tepla je vyroben ze střídavě se uspořádaných vlnitých a plochých hliníkových plechů navinutých na speciálním válci (bubnu). Plech vytváří kanály, kterými střídavě proudí proudy vzduchu přiváděného a odsávaného z místností. Kolem výměníku je navinut hnací řemen, který poháněn motorem uvádí válec do pohybu (rotace kolem vlastní osy). Během rotace dochází k rekuperaci energie na základě regeneračního procesu.
Proces regenerace se vyznačuje tím, že vnitřní a vnější proudy vzduchu se dotýkají stejného povrchu výměníku (směsi), což umožňuje zpětné získávání tepla a částečné zpětné získávání vlhkosti. V zimních podmínkách, kdy je nízká teplota vnějšího vzduchu, se odsávaný vzduch z místností ochlazuje na teplotu pod rosným bodem, což vede ke kondenzaci kondenzátu. Voda se usazuje v kanálech a následně se v důsledku rotace výměníku nachází v chladném prostředí vnějšího vzduchu.
Venkovní vzduch se ohřívá a způsobuje odpařování části kondenzátu a jeho následnou recirkulaci, čímž se částečně zvlhčuje čerstvý vzduch. Proces je nepřetržitý a kondenzát nemá dostatek času zmrznout. Zde se projevuje výhoda rotačních výměníků tepla, protože mohou pracovat při velmi nízkých venkovních teplotách (-30 °C) bez nutnosti ochrany proti zamrznutí. Nevýhodou je však závislost na mechanických součástech (motor, hnací řemen atd.) a dodatečná spotřeba energie (nutnost dodatečného napájení).
Sorpční rotační výměník tepla
Sorpční rotační výměník tepla není nic jiného než kondenzační výměník vybavený dodatečným hygroskopickým materiálem, který umožňuje absorpci vodní páry ze vzduchu. Takový výměník je schopen získat zpět až 90 % vlhkosti z odpadního vzduchu. Absorpce vodní páry ze vzduchu probíhá jak v zimě, tak 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 kvůli příliš nízké zpětné vazbě vlhkosti.
Na co se zaměřit při výběru rekuperátoru?
Výběru rekuperátoru by měla předcházet základní analýza potřeb lidí užívajících větrané místnosti. Pro kancelářské místnosti budeme zařízení vybírat jinak než pro obytný dům. U rodinných a vícegeneračních budov je vždy nutné zohlednit, že každá rodina je jiná, má jiné návyky a způsoby fungování, což úzce souvisí s generováním vlhkostních zisků. Vlhkostní zisky by měly mít klíčový význam při výběru správného řešení energetického zpětného získávání.