U današnjem svetu, kada efikasno korišcenje energije postaje prioritet, jedinice za rekuperaciju toplote postaju sve popularnije kao efikasan alat za poboljšanje energetske efikasnosti zgrada. Ključni element ovih naprednih ventilacionih sistema su izmenjivači toplote, koji se obično nazivaju rekuperatori. Koje se vrste izmenjivača koriste u jedinicama za rekuperaciju toplote i kako se one razlikuju jedna od druge? Saznajte u ovom članku!
Pogledajte rekuperatore kod veleprodajca Onninen
Kako je sistem za rekuperaciju toplote korišcen u porodičnim kucama?
U svakodnevnom jeziku, reč „ rekuperator “ se uobičajeno koristi vec dugi niz godina. Šta ovaj termin zapravo znači? Rekuperator je ventilaciona jedinica sa rekuperacijom toplote. U početku se rekuperacija toplote koristila u velikim ventilacionim jedinicama sa kapacitetom vazduha od nekoliko desetina hiljada, zatim nekoliko hiljada m3/h. Zakonski propisi su postepeno smanjivali ovu vrednost. Prema važecoj uredbi ministra za infrastrukturu „O tehničkim uslovima koje treba da ispunjavaju zgrade i njihova lokacija“, uređaji za rekuperaciju toplote iz izduvnog vazduha moraju se koristiti u mehaničkoj ventilaciji sa kapacitetom vazduha od 500 m3/h i više.
Termička efikasnost uređaja za rekuperaciju toplote mora biti najmanje 50%. Ipak, nisu samo trenutni zakonski propisi doprineli rastucem interesovanju za upotrebu rekuperacije toplote u stambenim kucama u poslednjih nekoliko godina. Često efikasnost centralne jedinice u kuci ne prelazi 500 m3/h. Ljudi su sve više svesni važnosti kvaliteta vazduha koji svakodnevno udišemo, što je posledično doprinelo popularizaciji mehaničke ventilacije u jednoporodičnim zgradama.
Koju ulogu igra izmenjivač toplote u rekuperatoru?
Rekuperator (jedinica za rekuperaciju toplote) se sastoji od sledecih elemenata:
- Izmenjivač toplote
- Dovodni ventilator
- Izduvni ventilator
- Vazdušni filter
- Izduvni filter
- Senzori
- Električni grejač
- Zaobilaznica
- Stanovanje
Fokusiracemo se na najvažniju komponentu koja se nalazi u rekuperatorskoj jedinici , naime na izmenjivač toplote. Može se slobodno reci da je to srce uređaja. Izmenjivač je mesto gde se toplota razmenjuje sa izduvnog vazduha (iz prostorija) na dovodni vazduh (spolja). Zahvaljujuci tome, ne gubimo svu toplotu sa izduvnim vazduhom (što se dešava kod tipične gravitacione ventilacije), a veliki deo se može rekuperisati. Ovo nam omogucava da uštedimo energiju koju bismo morali da potrošimo na zagrevanje vazduha potrebnog za ventilaciju.
Važna tema koja prati proces rekuperacije toplote jeste rekuperacija vlage ili, zapravo, njen nedostatak. Pitanje nivoa vlažnosti vazduha u prostoriji često nema visok prioritet pri izboru pravog uređaja. Vlažnost vazduha određuje brojne aspekte života i čini se da je jedan od ključnih elemenata koji utiču na svakodnevnu udobnost. Vlažnost vazduha direktno utiče na naše blagostanje, zdravstvene probleme, razvoj gljivica i bakterija, prenos virusa ili trajnost građevinskog materijala. Stoga ce vrste izmenjivača o kojima se detaljno govori u nastavku biti opisane i u smislu ovog aspekta.
Podela i vrste izmenjivača toplote koji se koriste u jedinicama za rekuperaciju toplote
U ventilacionim jedinicama sa rekuperacijom toplote, izmenjivači toplote zauzimaju centralno mesto, igrajuci ključnu ulogu u efikasnom funkcionisanju sistema. Oni su odgovorni za prenos toplote sa izduvnog na dovodni vazduh, što pomaže u minimiziranju gubitaka energije i povecanju efikasnosti celog procesa ventilacije. Postoji mnogo vrsta izmenjivača toplote koji se koriste u ventilacionim jedinicama sa rekuperacijom toplote, a svaki od njih ima jedinstvene karakteristike i primene. Šta ih izdvaja?
Pločasti izmenjivači
Pločasti izmenjivači su napravljeni od tankih ploča od čelika, aluminijuma, plastike ili posebne membrane u slučaju entalpijskih izmenjivača (rekuperacija vlage). Pomenute ploče stvaraju dovodne i izduvne kanale izolovane jedan od drugog. Vazdušne struje se ne dodiruju jedna sa drugom dok prolaze kroz izmenjivač. Tada se javlja fenomen rekuperacije , odnosno povracaja toplote. Struja toplog vazduha (izduvnog iz prostorija) zagreva ploče izmenjivača, dok struja hladnog vazduha (doveden spolja) apsorbuje toplotu sa zagrejanih ploča. Zimi se vlaga kondenzuje na površini izmenjivača zbog razlike u temperaturama dovodnog i izduvnog vazduha.
Kondenzovani kondenzat se odvodi u posudu za kapanje, a njegov višak se delimično smrzava, blokirajuci prostore kroz koje struji vazduh. Ovaj proces se popularno naziva zaleđivanje izmenjivača. Na spoljnim temperaturama nižim od -4 °C, mora se koristiti zaštita od smrzavanja. Ventilacione jedinice sa pločastim izmenjivačima opremljene su sistemima zaštite u obliku prazne komore sa klapnom, koja se nalazi pored izmenjivača (obično se naziva bajpas), električnim predgrejačem ili algoritmima koji regulišu rad ventilatora. U zavisnosti od načina strujanja vazduha, pločasti izmenjivači se dele na unakrsne ili protivstrujne.
Pogledajte rekuperatore kod veleprodajca Onninen
Izmenjivač ukrštenog protoka
Izmenjivač sa unakrsnim protokom je konstruisan tako da su vazdušni kanali dovodne i izduvne struje normalni jedan na drugi. Izgleda kao da se vazdušne struje ukrštaju (otuda i naziv). U stvarnosti, one teku u odvojenim kanalima. Zbog relativno kratkog vremena kontakta vazdušnih struja, efikasnost izmenjivača sa unakrsnim protokom je niža od efikasnosti izmenjivača sa suprotnim protokom i krece se od 50 do 75%. Izmenjivači sa unakrsnim protokom su najosetljiviji na zaleđivanje od svih. Njihova prednost je nesumnjivo njihova jednostavnost, što se pretvara u povoljnu cenu.
Protivstrujni izmenjivač
Protivstrujni izmenjivač je razvijeniji od unakrsnog izmenjivača. To je njegova poboljšana verzija. Osnovna razlika je u tome što se u srednjem delu izmenjivača dovodni i izduvni kanali protežu paralelno jedan prema drugom. Strujevi teku u suprotnim smerovima. Zahvaljujuci tome, hladni vazduh koji prolazi kroz poslednji deo izmenjivača zagreva se najtoplijim izduvnim vazduhom. Rekuperatori sa protivstrujnim izmenjivačem karakterišu se vecom efikasnošcu od onih sa unakrsnim izmenjivačem. Njihova efikasnost dostiže i do 90%. Manje su podložni zamrzavanju, ali jedinica i dalje ima niz zaštitnih mera usmerenih na odmrzavanje izmenjivača zimi, gde se kontinuirano javlja fenomen kondenzacije vodene pare. Zbog svoje konstrukcije, skuplji su od unakrsnih izmenjivača.
Kondenzacioni izmenjivač toplote sa suprotnim protokom
Protivstrujni izmenjivač toplote koji nepovratno uklanja kondenzat van cirkulacije vazduha naziva se kondenzacioni, protivstrujni izmenjivač toplote. To može biti i njegova mana i prednost. Dobici vodene pare koje generišu članovi domacinstva obično nisu dovoljni da pokriju gubitke izazvane kontinuiranim radom mehaničke ventilacije. Zbog toga, zimi vazduh postaje suv, što značajno utiče na udobnost korišcenja. Zauzvrat, tokom kišnih i prelaznih perioda, prisustvo takvog izmenjivača omogucava sušenje vazduha u zgradi.
Ovo je takođe korisno na početku korišcenja nove zgrade, kada se vlaga još uvek nakuplja u malterima i košuljicama. U ovom trenutku bi bilo razumno razmotriti upotrebu ovlaživača vazduha za dovod. Međutim, njihova popularnost na poljskom tržištu je niska. Proizvođači koji nude ovlaživač vazduha veoma često ga prilagođavaju da radi samo sa namenskom centralnom jedinicom svoje proizvodnje. I sa čisto komercijalne tačke gledišta, teško ih je kriviti za to.
Izmenjivač entalpije
Razlika između entalpijskog i kondenzacionog protivstrujnog izmenjivača toplote je materijal koji se koristi za izradu ploča. U slučaju entalpijskog protivstrujnog izmenjivača toplote, ploče su napravljene od polimerne membrane, koja je poput filtera koji omogucava prenos vodene pare. Rekuperacija toplote i delimična rekuperacija vlage se odvijaju preko takvog izmenjivača.
Dodatna prednost entalpijskih izmenjivača je širi radni opseg, bez potrebe za dodatnom zaštitom od smrzavanja (rad do -8°C). Ipak, jedinice sa ovim izmenjivačima su opremljene gore pomenutim sistemima zaštite. Rekuperacija vlage zimi je preporučljiva i rešava problem suvog vazduha. Međutim, treba imati na umu da se pomenuta rekuperacija može dogoditi i leti. Vlažnost unutrašnjeg vazduha tada mora biti veca od vlažnosti spoljašnjeg vazduha.
Spiralni protivstrujni izmenjivači
Vredi napomenuti da postoje spiralni izmenjivači toplote sa protivstrujnim protokom. Dizajn takvog izmenjivača toplote je zašticen patentnim zahtevom. Ovo je jedinstveno rešenje, koje je implementirala jedna od poljskih kompanija. Izmenjivač je napravljen od aluminijumske folije i pocinkovanog lima spiralno valjanog i oblikovanog u obliku cilindra. Izmenjivač je strukturno podeljen na dva nezavisna prostora: dovodni vazduh i izduvni vazduh.
Oba prostora su odvojena zaptivkom, što obezbeđuje precizno razdvajanje, što omogucava rekuperaciju toplote iz izduvnog vazduha bez mešanja sa dovodnim vazduhom. Spiralni dizajn izmenjivača omogucava strujanje vazduha u krugu, protivstrujno i delimično unakrsno. Velika površina za razmenu toplote i dugačak put protoka vazduha čine izmenjivač otpornim na mraz, a njegova efikasnost prelazi 85% sa količinom dovodnog i izduvnog vazduha u odnosu 1:1.
Visoka otpornost na mraz izdvaja jedinice za rekuperaciju toplote sa ovim rešenjem i omogucava im da se koriste bez zaštitnih grejača na ulazu svežeg vazduha i bez sistema za odmrzavanje potrebnih kod drugih uređaja ovog tipa. Nedostatak potrebe za upotrebom prethodnog grejača za zaštitu izmenjivača od zaleđivanja na niskim temperaturama daje merljive uštede tokom cele godine.
Rotacioni kondenzacioni izmenjivač toplote
Kondenzacioni rotacioni izmenjivač toplote je napravljen od naizmenično valovitih i ravnih aluminijumskih limova namotanih na poseban cilindar (bubanj). Lim stvara kanale kroz koje naizmenično protiču vazdušne struje koje se dovode i izvlače iz prostorija. Oko izmenjivača je namotan pogonski kaiš, koji, pokretan motorom, pokrece cilindar u pokret (rotaciju oko sopstvene ose). Tokom rotacije, vrši se rekuperacija energije na osnovu procesa regeneracije.
Proces regeneracije karakteriše činjenica da unutrašnje i spoljašnje vazdušne struje dodiruju istu površinu izmenjivača (mešavine), što omogucava rekuperaciju toplote i delimično rekuperaciju vlage. U zimskim uslovima, kada je spoljašnja temperatura vazduha niska, vazduh koji se izvlači iz prostorija hladi se na temperaturu ispod tačke rose, što dovodi do kondenzacije kondenzata. Voda se taloži u kanalima i zatim, kao rezultat rotacije izmenjivača, nalazi se u hladnom okruženju spoljašnjeg vazduha.
Spoljni vazduh se zagreva i uzrokuje isparavanje dela kondenzata, a zatim recirkuliše, čime se delimično vlaži svež vazduh. Proces je kontinuiran i kondenzat nema dovoljno vremena da se zamrzne. Tu se pojavljuje prednost rotacionih izmenjivača toplote, jer mogu da rade na veoma niskim spoljnim temperaturama (-30°C) bez potrebe za zaštitom od smrzavanja. Međutim, nedostatak je zavisnost od mehaničkih komponenti (motor, pogonski kaiš itd.) i dodatna potrošnja energije (potreba za dodatnim napajanjem).
Sorpcioni rotacioni izmenjivač toplote
Sorpcioni rotacioni izmenjivač toplote nije ništa drugo do kondenzacioni izmenjivač opremljen dodatnim higroskopnim materijalom, koji omogucava apsorpciju vodene pare iz vazduha. Takav izmenjivač je u stanju da povrati do 90% vlage iz izduvnog vazduha. Apsorpcija vodene pare iz vazduha se dešava i zimi i leti i ne zasniva se na fenomenu kondenzacije. Upotreba ove vrste izmenjivača ce dobro funkcionisati u prostorijama sa niskom vlažnošcu vazduha i uvođenje još jednog izmenjivača (kondenzacionog rotacionog ili entalpijskog protivstrujnog) ne bi donelo zadovoljavajuce rezultate zbog preniskog povratka vlage.
Na šta treba obratiti pažnju pri izboru rekuperatora?
Izboru rekuperatora treba da prethodi osnovna analiza potreba ljudi koji koriste ventilirane prostorije. Za kancelarijske prostorije cemo drugačije birati uređaj nego za stambenu kucu. Kada su u pitanju jednoporodične i višeporodične zgrade, uvek je potrebno uzeti u obzir da je svaka porodica drugačija, ima različite navike i načine funkcionisanja, što je usko povezano sa generisanjem dobitaka vlage. Dobitak vlage treba da bude od ključnog značaja pri izboru pravog rešenja za rekuperaciju energije.