V dnešnej dobe, kedy sa efektívne využívanie energie stáva prioritou, sú rekuperačné jednotky s rekuperáciou tepla čoraz obľúbenejšie ako efektívny nástroj na zlepšenie energetickej hospodárnosti budov. Kľúčovým prvkom týchto moderných ventilačných systémov sú výmenníky tepla, bežne známe ako rekuperátory. Aké typy výmenníkov sa používajú v rekuperačných jednotkách a čím sa navzájom líšia? To sa dozviete v tomto článku!
Pozrite si rekuperátory vo veľkoobchode Onninen
Ako sa využíva systém rekuperácie tepla v rodinných domoch?
Slovo „ rekuperátor “ sa bežne používa v každodennom jazyku už mnoho rokov. Čo tento pojem vlastne znamená? Vetracia jednotka s rekuperáciou tepla sa nazýva rekuperátor. Spočiatku sa rekuperácia tepla používala vo veľkých vetracích jednotkách s kapacitou vzduchu niekoľko desiatok tisíc, potom niekoľko tisíc m3/h. Zákonné ustanovenia túto hodnotu postupne znižovali. Podľa aktuálneho nariadenia ministra infraštruktúry „O technických podmienkach budov a ich umiestnení“ sa v mechanickom vetraní musia používať zariadenia na rekuperáciu tepla z odpadového vzduchu s výkonom 500 m3/h a viac.
Teplotná účinnosť zariadenia na rekuperáciu tepla musí byť minimálne 50 %. K zvýšenému záujmu o využívanie rekuperácie tepla v bytových domoch však v posledných rokoch neprispievajú len súčasné právne predpisy. Účinnosť vzduchotechnickej jednotky v domácnosti často nepresahuje 500 m3/h. Ľudia si čoraz viac uvedomujú, aká dôležitá je kvalita vzduchu, ktorý každý deň dýchame, čo následne prispelo k popularizácii mechanického vetrania v rodinných domoch.
Akú úlohu hrá výmenník tepla v rekuperátore?
Rekuperátor (rekuperačná jednotka) pozostáva z nasledujúcich prvkov:
- Výmenník tepla
- Prívodný ventilátor
- Výfukový ventilátor
- Filter prívodu vzduchu
- Výfukový filter
- Senzory
- Elektrický ohrievač
- Obchvat
- Obodowa
Zameriame sa na najdôležitejší komponent umiestnený v rekuperačnej jednotke , a to výmenník tepla. Dá sa povedať, že ide o srdce zariadenia. Výmenník tepla vymieňa teplo z odpadového vzduchu (z miestností) na privádzaný vzduch (zvonku). Vďaka tomu nestrácame s odvádzaným vzduchom všetko teplo (ktoré vzniká pri typickom gravitačnom vetraní) a veľkú časť z neho môžeme získať späť. Tým sa šetrí energia, ktorá by sa musela vynaložiť na ohrev vzduchu potrebného na vetranie.
Dôležitou témou sprevádzajúcou proces rekuperácie tepla je rekuperácia vlhkosti alebo vlastne jej nedostatok. Otázka úrovne vlhkosti vzduchu v miestnosti často nemá vysokú prioritu pri výbere vhodného zariadenia. Vlhkosť vzduchu určuje mnohé aspekty života a zdá sa, že je jedným z kľúčových prvkov ovplyvňujúcich pohodlie každodenného života. Vlhkosť vzduchu priamo ovplyvňuje našu pohodu, zdravotné problémy, rozvoj plesní a baktérií, prenos vírusov a trvanlivosť stavebných materiálov. Preto budú typy výmenníkov podrobne diskutované nižšie tiež opísané z tohto aspektu.
Rozdelenie a typy výmenníkov tepla používaných v rekuperačných jednotkách
Vo vzduchotechnických jednotkách s rekuperáciou tepla zaujímajú centrálne miesto výmenníky tepla, ktoré zohrávajú kľúčovú úlohu v efektívnom fungovaní systému. Zodpovedajú za prenos tepla z odpadového vzduchu do privádzaného vzduchu, čo prispieva k minimalizácii energetických strát a zvýšeniu účinnosti celého procesu vetrania. Vo vzduchotechnických jednotkách s rekuperáciou tepla sa používa mnoho typov výmenníkov tepla, z ktorých každý má jedinečné vlastnosti a aplikácie. Čím vynikajú?
Doskové výmenníky tepla
Doskové výmenníky sú konštruované z tenkých platní z ocele, hliníka, plastu alebo špeciálnej membrány v prípade entalpických (rekuperácia vlhkosti) výmenníkov. Uvedené dosky vytvárajú kanály na prívod a odvod vzduchu, ktoré sú navzájom izolované. Prúdy vzduchu sa pri prúdení cez výmenník navzájom nedotýkajú. Potom nastáva fenomén rekuperácie , teda rekuperácie tepla. Prúd teplého vzduchu (odvádzaný z miestností) ohrieva dosky výmenníka, zatiaľ čo prúd studeného vzduchu (privádzaný zvonka) prijíma teplo z ohrievaných dosiek. V zimnom období dochádza ku kondenzácii vlhkosti na povrchu výmenníka vplyvom teplotného rozdielu medzi privádzaným a odvádzaným vzduchom.
Skondenzovaný kondenzát je odvádzaný do odkvapkávacej misky a jeho prebytok čiastočne zamrzne, čím sa upchajú priestory, cez ktoré prúdi vzduch. Tento proces sa ľudovo nazýva poleva výmenníka. Keď je vonkajšia teplota nižšia ako -4 °C, treba použiť protimrazovú ochranu. Vzduchotechnické jednotky s doskovými výmenníkmi sú vybavené bezpečnostnými systémami v podobe prázdnej komory s klapkou umiestnenou vedľa výmenníka (bežne nazývanej by-pass), elektrickým predohrievačom alebo algoritmami regulujúcimi chod ventilátorov. Podľa spôsobu prúdenia vzduchu sa doskové výmenníky delia na krížové alebo protiprúdové.
Pozrite si rekuperátory vo veľkoobchode Onninen
Krížový prietokový výmenník
Krížový výmenník je konštruovaný tak, že vzduchové kanály prívodného a výfukového prúdu sú na seba kolmé. Vyzerá to, akoby sa prúdy vzduchu navzájom križovali (odtiaľ názov). V skutočnosti bežia v samostatných kanáloch. V dôsledku relatívne krátkej doby kontaktu prúdov vzduchu je účinnosť krížových výmenníkov nižšia ako u protiprúdových výmenníkov a pohybuje sa od 50 do 75 %. Krížové výmenníky sú zo všetkých najviac náchylné na námrazu. Ich výhodou je nepochybne jednoduchosť, ktorá sa premieta do priaznivej ceny.
Protiprúdový výmenník
Protiprúdový výmenník je zložitejší ako krížový výmenník. Toto je jeho vylepšená verzia. Základný rozdiel je v tom, že v centrálnej časti výmenníka vedú prívodné a výfukové potrubie paralelne vedľa seba. Potoky tečú v opačných smeroch. Vďaka tomu je studený vzduch prechádzajúci poslednou sekciou výmenníka ohrievaný najteplejším odpadovým vzduchom. Rekuperátory s protiprúdovým výmenníkom sa vyznačujú vyššou účinnosťou ako tie s krížovým výmenníkom. Ich účinnosť dosahuje až 90 %. Sú menej náchylné na námrazu, ale napriek tomu má jednotka množstvo ochrán zameraných na odmrazovanie výmenníka v zime, kedy nepretržite dochádza ku kondenzácii vodnej pary. Svojou konštrukciou sú drahšie ako krížové výmenníky tepla.
Kondenzačný protiprúdový výmenník tepla
Protiprúdový výmenník tepla, ktorý nevratne odvádza kondenzát z obehu vzduchu, sa nazýva kondenzačný protiprúdový výmenník tepla. Čo môže byť jeho výhodou aj nevýhodou. Zisky vodnej pary generované členmi domácnosti zvyčajne nestačia na pokrytie strát spôsobených nepretržitou prevádzkou mechanického vetrania. Preto je v zime vzduch suchý, čo má výrazný vplyv na komfort používania. V daždivých a prechodných obdobiach zase prítomnosť takéhoto výmenníka umožňuje vysušovanie vzduchu v budove.
Hodí sa aj na začiatku užívania novostavby, keď sa v omietkach a poteroch ešte hromadí vlhkosť. V tomto bode by bolo rozumné zvážiť použitie zvlhčovača privádzaného vzduchu. Ich popularita na poľskom trhu je však nízka. Výrobcovia, ktorí ponúkajú zvlhčovač vzduchu, ho často prispôsobujú tak, aby fungoval iba s vyhradeným ovládacím panelom ich výroby. A z čisto komerčného hľadiska im to ťažko vyčítať.
Entalpický výmenník
Rozdiel medzi entalpickým a kondenzačným protiprúdovým výmenníkom tepla je materiál použitý na stavbu dosiek. V prípade entalpického protiprúdového výmenníka tepla sú dosky vyrobené z polymérovej membrány, ktorá je ako filter umožňujúci prestup vodnej pary. Rekuperácia tepla a čiastočná rekuperácia vlhkosti prebieha cez takýto výmenník.
Ďalšou výhodou entalpických výmenníkov je väčší pracovný rozsah, bez nutnosti použitia dodatočnej protimrazovej ochrany (prevádzka do -8°C). Jednotky s týmito výmenníkmi sú však vybavené vyššie uvedenými bezpečnostnými systémami. Obnovenie vlhkosti v zime je vhodné a rieši problém suchého vzduchu. Treba však pamätať na to, že spomínaná obnova môže nastať aj v lete. Vlhkosť vnútorného vzduchu potom musí byť vyššia ako vlhkosť vonkajšieho vzduchu.
Protiprúdové špirálové výmenníky
Za zmienku stojí, že existujú protiprúdové špirálové výmenníky tepla. Konštrukcia takéhoto výmenníka tepla je chránená patentovým nárokom. Ide o unikátne riešenie, implementované jednou z poľských spoločností. Výmenník je vyrobený z hliníkovej fólie a špirálovo valcovaného pozinkovaného plechu a tvarovaný do tvaru valca. Výmenník je konštrukčne rozdelený na dva nezávislé priestory: prívodný vzduch a odpadový vzduch.
Oba priestory sú oddelené tesnením zaisťujúcim presné oddelenie, ktoré umožňuje spätné získavanie tepla z odpadového vzduchu bez jeho zmiešavania s privádzaným vzduchom. Špirálová konštrukcia výmenníka spôsobuje, že vzduch prúdi v kruhu, protiprúdne a čiastočne krížovo. Vďaka veľkej teplovýmennej ploche a dlhej dráhe prúdenia vzduchu je výmenník odolný voči námraze a jeho účinnosť presahuje 85% pri množstve privádzaného vzduchu k odvádzanému v pomere 1:1.
Vysoká odolnosť voči mrazu odlišuje rekuperátory s týmto riešením a umožňuje ich použitie bez ochranných ohrievačov na vstupe čerstvého vzduchu a bez odmrazovacích systémov vyžadovaných v iných zariadeniach tohto typu. Bez nutnosti použitia predohrevu na ochranu výmenníka proti námraze pri nízkych teplotách poskytuje merateľné úspory počas celého roka.
Rotačný kondenzačný výmenník tepla
Kondenzačný rotačný výmenník tepla je vyrobený zo striedavo usporiadaných vlnitých a plochých hliníkových plechov navinutých na špeciálnom valci (bubone). Plech vytvára kanály, ktorými striedavo prúdi privádzaný a odvádzaný vzduch z miestností. Okolo výmenníka je ovinutý hnací remeň, ktorý poháňaný motorom uvádza valec do pohybu (rotácia okolo vlastnej osi). Počas rotácie prebieha rekuperácia energie na základe procesu regenerácie.
Charakteristickým znakom procesu regenerácie je skutočnosť, že vnútorné a vonkajšie prúdy vzduchu sa dotýkajú rovnakého povrchu výmenníka (mixu), vďaka čomu je možné spätné získavanie tepla a čiastočné spätné získavanie vlhkosti. V zime, keď je vonkajšia teplota vzduchu nízka, sa vzduch odsávaný z miestností ochladzuje na teplotu pod rosným bodom, čo vedie ku kondenzácii. Voda sa usadzuje v kanáloch a následne sa v dôsledku rotácie výmenníka umiestňuje do chladného okolia vonkajšieho vzduchu.
Vonkajší vzduch sa zohreje a spôsobí, že sa časť kondenzátu odparí a vráti sa späť do obehu, čím sa čerstvý vzduch čiastočne zvlhčí. Proces pokračuje bez prerušenia a kondenzát nemá dostatok času na zamrznutie. Tu sa ukazuje výhoda rotačných výmenníkov tepla: môžu pracovať pri veľmi nízkych vonkajších teplotách (-30°C) bez nutnosti použitia protimrazovej ochrany. Nevýhodou je závislosť na mechanických komponentoch (motor, hnací remeň a pod.) a dodatočná spotreba energie (potreba dodatočného napájania).
Sorpčný rotačný výmenník tepla
Sorpčný rotačný výmenník tepla nie je nič iné ako kondenzačný výmenník vybavený dodatočným hygroskopickým materiálom, ktorý mu umožňuje absorbovať vodnú paru zo vzduchu. Takýto výmenník je schopný získať späť až 90 % vlhkosti z odpadového vzduchu. K absorpcii vodnej pary zo vzduchu dochádza v zime aj v lete a nie je založená na fenoméne kondenzácie. Použitie tohto typu výmenníka bude dobre fungovať v miestnostiach s nízkou vlhkosťou vzduchu a zavedenie ďalšieho výmenníka (kondenzačného rotačného alebo entalpického protiprúdu) by neprinieslo uspokojivé výsledky z dôvodu príliš nízkej spätnej vlhkosti.
Čo by ste mali zvážiť pri výbere rekuperátora?
Výberu rekuperátora by mal predchádzať základný rozbor potrieb ľudí využívajúcich vetrané miestnosti. Zariadenie do kancelárskeho priestoru vyberieme inak ako do obytného domu. Pri rodinných a bytových domoch je vždy potrebné brať do úvahy, že každá rodina je iná, má iné zvyky a spôsob fungovania, s čím úzko súvisí aj tvorba vlhkostných ziskov. Zvýšenie vlhkosti by malo byť kľúčovým faktorom pri výbere vhodného riešenia rekuperácie energie.