Wymiennik ciepła jest najważniejszym elementem budowy rekuperatora. To od rodzaju wymiennika, oraz jakości jego wykonania zależy sprawność całej instalacji rekuperacji. Wysoka sprawność to wysoki odzysk ciepła. Wysoki odzysk ciepła to większe oszczędności z ogrzewania budynku.
Z tego wpisu dowiesz się:
Czym jest i co daje wymiennik ciepła?
Wymiennik ciepła jest najważniejszym elementem budowy rekuperatora. To od rodzaju wymiennika, oraz jakości jego wykonania zależy sprawność całej instalacji rekuperacji. Wysoka sprawność to wysoki odzysk ciepła. Wysoki odzysk ciepła to większe oszczędności z ogrzewania budynku.
Co to jest wymiennik entalpiczny?
W domach starszego typu wentylacja grawitacyjna mieszała powietrze z zewnątrz z powietrzem wewnątrz budynku. Latem powietrze na zewnątrz jest bardziej suche, a domy są częściej wietrzone dzięki czemu w miesiącach ciepłych nie ma problemu z wilgocią w budynkach. Zimą powietrze na zewnątrz ma mniejszą zdolność pochłaniania wilgoci, tzw. mniejszą wilgotność bezwzględną, dostające się przez nieszczelności w bryle budynku oraz otwory wentylacji grawitacyjnej bardziej wilgotne powietrze z zewnątrz powoduje zwiększenie wilgotności w pomieszczeniach, a z czasem może prowadzić nawet do powstania pleśni. Niestety taki system wentylacji nie pozwala w żaden sposób wyregulować odpowiedniej ilości wilgoci usuwanej jak i dostarczanej, a dodatkowo powoduje bardzo duże starty energii cieplnej. Centrale wentylacyjne z odzyskiem ciepła pozwalają na odzysk energii cieplnej, jednak zazwyczaj w czasie tego procesu usuwają za dużo wilgoci co odczuwalne jest szczególnie zimą. Latem natomiast wprowadzają do budynku powietrze wilgotne, które czasem podnosi wilgotność w pomieszczeniach poza graniczne wartości.
Sprawność wymiennika ciepła – najważniejszy parametr pracy instalacji
Sprawność wymiennika ciepła jest jego najważniejszym parametrem. Odzysk ciepła jest możliwy właśnie dzięki zastosowaniu wymiennika. Zastosowanie w centrali wentylacyjnej wymiennika ciepła odróżnia zwykłą wentylację mechaniczną od wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła. To właśnie rodzaj oraz wielkość zastosowanego wymiennika ciepła odpowiada za ilość energii cieplnej jaką może odzyskać rekuperator. Największą sprawność odzysku energii cieplnej mają wymienniki przeciwprądowe Im większy wymiennik ciepła tym więcej energii jest w stanie odzyskać. W wymienniku ciepła powietrze przepływa przez kanaliki im jest ich więcej tym większa staje się powierzchnia wymiany ciepła w rekuperatorze co bezpośrednio wpływa na zwiększenie odzysku ciepła. Poza wielkością wymiennika na jego sprawność duży wpływ ma także materiał z jakiego wykonany jest wymiennik.
Rodzaje wymienników ciepła
Na rynku spotykamy trzy rodzaje wymienników ciepła stosowanych w centralach wentylacyjnych z odzyskiem ciepła. Rodzaj zastosowanego wymiennika ciepła decyduje o typie rekuperatora. Wymienniki ciepła w zależności od typu mają różne kształty. Zastosowanie różnych materiałów oraz różnice w budowie poszczególnych wymienników decydują o ich jakości.
Wymiennik obrotowy
Obrotowy wymiennik ciepła jest jedynym wymiennikiem ciepła stosowanym w centralach rekuperacyjnych. Ich praca polega na obracaniu się i zmianie styczności z powietrzem wywiewanym i nawiewanym.
Są one jednym z droższych rozwiązań stosowanych na rynku rekuperatorów. Głównym elementem budowy obrotowego wymiennika ciepła jest wirnik z masą akumulującą ciepło. Przepływ powietrza odbywa się tutaj przez kanaliki stworzone z płyty milipropowej i folii aluminiowej. Wirnik zabezpieczony jest obudową. Obroty wirnika odbywają się z prędkością 10-20 obrotów na minutę w jednym kierunku co pozwala na oddanie energii cieplnej z powietrza usuwanego do każdego kanalika, a następnie odebranie jej przez powietrze pobierane z zewnątrz.
Konstrukcja wymiennika obrotowego pozwala nie tylko na wysoki (dochodzący do 85%) odzysk ciepła, ale także na odzysk wilgoci. Aby odzysk wilgoci był większy konieczne jest pokrycie wymiennika obrotowego substancją higroskopijną. Regulacja prędkością obrotów pozwala zmienić wydajność rekuperatora i tym samym uniknąć zamarzania wilgoci w wymienniku.
Wymiennik krzyżowy
Częściej niż obrotowe na rynku stosowane są płytowe wymienniki krzyżowe. Do ich zalet należy zaliczyć niskie koszty produkcji, brak konieczności doprowadzenia energii elektrycznej do wymiennika jak ma to miejsce w przypadku wymiennika obrotowego oraz rozdzielenie powietrza nawiewanego od wywiewanego z budynku. Wymiana energii pomiędzy strumieniami powietrza odbywa się podczas przepływu powietrza zewnętrznego i usuwanego z budynku w przeciwnych kierunkach między płytami.
Ze względu na brak ruchu wymiennika jest on o wiele bardziej narażony na szronienie. Wykraplanie wody można zmniejszyć stosując obejście tzw. by-pass. Innym rozwiązaniem zapobiegającym szronieniu jest ogrzewanie świeżego powietrza nagrzewnicą wstępną. Wydajność tego typu wymienników dochodzi do 60%.
Wymiennik przeciwprądowy
Wymiennik ciepła odpowiada za przekazanie energii z powietrza usuwanego z budynku do powietrza nawiewanego. W wymienniku przeciwprądowym strumienie powietrza nie mieszają się ze sobą. Ich ruch odbywa się równolegle do siebie w przeciwnym kierunku. Wymienniki przeciwprądowe w warunkach idealnych (laboratoryjnych) są w stanie odzyskać nawet 95% energii.
Wymiennik krzyżowo-przeciwprądowy
Obecnie na rynku rekuperatorów najczęściej spotyka się centrale wentylacyjne z odzyskiem ciepła za pomocą wymienników krzyżowo-przeciwprądowych. Ich zastosowanie gwarantuje wysoką sprawność odzysku energii, która wynika ze zwiększenia czasu kontaktu strumieni powietrza nawiewanego z wywiewanym w wymienniku przy zachowaniu stosunkowo niedużych wymiarów zewnętrznych. Materiał z jakiego produkowane są wymienniki wpływa na ich właściwości. Standardowe wymienniki krzyżowo-przeciwprądowe służące jedynie do odzysku energii cieplnej są wykonywane z metalu lub tworzywa. Zastosowanie do ich produkcji celulozy lub membrany polimerowej – core, pozwala na wyprodukowanie wymiennika entalpicznego, który pozwala także na odzysk wilgoci.
Zalety wymiennika ERV z membraną polimerową stosowanego w centralach iZZi ERV
- utrzymywanie optymalnego poziomu wilgotności w domu przez cały rok,
- brak odpływu kondensatu w rekuperatorze,
- mniejsze prawdopodobieństwo zamarznięcia i potrzeby odszraniania,
- antybakteryjny – odporność na pleśń i bakterie,
- możliwość czyszczenia wodą,
- długa żywotność,
- brak przenikania zanieczyszczeń
Porównanie poszczególnych rodzajów wymienników ciepła
| Wymiennik obrotowy | Wymiennik krzyżowy | Wymiennik przeciwprądowy | Wymiennik krzyżowo-przeciwprądowy |
| + brak ryzyka zamarzania + możliwość odzysku wilgoci (zastosowanie odpowiedniej powłoki higroskopijnej)nieduże rozmiary +/- sprawność na poziomie do 85% – wysoka cena – konieczność podłączenia wymiennika do prądu – większa awaryjność – częściowe podmieszanie powietrza usuwanego z nawiewanym | + niska cena + brak konieczności doprowadzenia energii elektrycznej + brak podmieszania powietrza usuwanego z nawiewanym + nieduże rozmiary – duże ryzyko szronienia i zamarznięcia wymiennika – konieczność stosowania obejścia (by-pass) – niska wydajność około 60% – problem z odzyskiem wilgoci | + niska cena + brak konieczności doprowadzenia energii elektrycznej + brak podmieszania powietrza usuwanego z nawiewanym + niskie ryzyko szronienia + wysoka wydajność (do 95%) + możliwość odzysku wilgoci – stosunkowo mała powierzchnia przekazywania ciepła konieczna długa droga wymiany między strumieniami | + niska cena + brak konieczności doprowadzenia energii elektrycznej + brak podmieszania powietrza usuwanego z nawiewanym + wysoka wydajność (do 95%) + nieduże rozmiary wymiennika + możliwość odzysku wilgoci +/- średnie ryzyko szronienia +/- zalecany by-pass, ale można zastąpić go innym systemem antyzamrożeniowym |
Wymiennik entalpiczny – nie zawsze nawilżacz lub osuszacz powietrza to konieczność
Wymienniki entalpiczne pozwalają nie tylko na odzysk energii cieplnej, ale także odzysk wilgoci.
Dlaczego wilgotność powietrza jest taka ważna?
Dobry sen to podstawa. Gdy organizm jest wypoczęty o wiele lepiej funkcjonuje także w dzień. Aby dobrze spać w nocy nie wystarczy wygodne łóżko. Konieczne jest doprowadzenie do sypialni odpowiedniej ilości świeżego powietrza, które nie może być ani zbyt suche, ani zbyt wilgotne. Dla człowieka optymalnie jest gdy w pomieszczeniach panuje wilgotność względna zawarta między 40-60% przy zachowaniu temperatury od 20-22 st C, a w sypialniach nawet 18 st C.
Zarówno zbyt suche jak i zbyt mokre powietrze ma zły wpływ nie tylko na domowników, ale także na sam budynek.
Problemy wynikające ze zbyt suchego powietrza:
- słabszy system odpornościowy organizmu
- Szybsze starzenie się skóry
- sucha śluzówka nosa i gardła
- katar lub sapka – szczególnie groźna dla najmniejszych dzieci, u których może dojść w następstwie zatkanego nosa i oddychania przez usta nawet do uduszenia!
- dłuższa żywotność wirusów w suchym powietrzu (covid)
- usychanie roślin
Problemy związane ze zbyt wilgotnym powietrzem
- bóle głowy
- problemy z oddychaniem
- złe samopoczucie
- uczucie zmęczenia
- infekcje skóry i górnych dróg oddechowych
- powstawanie pleśni
- namnażanie wirusów, bakterii, grzybów czy roztoczy
- niszczenie elementów drewnianych
- korozja elementów metalowych
- niszczenie sprzętów elektrycznych
Ale to nie wszystko! Wilgotność powietrza odpowiada także za transport energii cieplnej. Ilość energii niesionej przez powietrze w dużej mierze zależy od zawartości pary wodnej. Optymalna wilgotność powietrza podnosi więc sprawność wymiennika ciepła, a co za tym idzie zmniejsza zużycie energii przez centralę.
Zalety wymiennika entalpicznego
- brak konieczności odprowadzenia skroplin
W wymiennikach bez odzysku wilgoci para wodna skrapla się na ściankach wymiennika co nie tylko powoduje konieczność odprowadzania skroplin, ale także wysusza powietrze w budynku. Wymiennik entalpiczny wykorzystuje ponownie wilgotność powietrza, dzięki czemu nie musi być ona odprowadzana poza urządzenie.
- większy odzysk energii cieplnej
Nośnikiem energii cieplnej w centralach wentylacyjnych jest powietrze. Bardzo duże znaczenie w przekazywaniu energii pomiędzy strumieniami ciepła wywiewanego i nawiewanego ma wilgotność powietrza. Im wyższa wilgotność tym ilość przekazywanej energii jest większa. Ciepło właściwe wody jest 4 krotnie wyższe od ciepła właściwego suchego powietrza.
- niższe koszty energii zużywanej do ogrzewania budynku
Wymiennik entalpiczny pozwala na odzysk wilgoci, która jest nośnikiem energii cieplnej. Im więcej energii cieplnej odzyskamy z powietrza usuwanego tym mniej energii potrzeba do ogrzania budynku. W efekcie oszczędzamy więcej na ogrzewaniu.
- mniejsze prawdopodobieństwo zamarznięcie
Dzięki wymiennikowi entalpicznego rekuperator staje się mniej podatny na zamarzanie. Ze względu na niewystępowanie zjawiska wykraplania wody maleje ryzyko oszronienia rekuperatora. Pozwala to na nieprzerwaną pracę centrali i zmniejszenie do minimum prawdopodobieństwa zamarznięcia centrali.
Jaki wymiennik przeciwprądowy wybrać: standardowy czy entalpiczny?
Wymiennik przeciwprądowy bez odzysku wilgoci sprawdzi się w budynkach o dużej wilgotności względnej. Budynki nowo wybudowane zazwyczaj posiadają wyższą wilgotność względną powietrza. Na samym początku ich użytkowania standardowy wymiennik przeciwprądowy pozwoli na ich szybsze osuszanie. Podobna sytuacja będzie mieć miejsce w budynkach, w których znajduje się mokra sauna lub całoroczny basen, które są wykorzystywane często i regularnie, a wentylacja basenowa wpięta jest bezpośrednio do całego systemu wentylacji. W standardowym domu jednorodzinnym, wielorodzinnym czy biurowcu zdecydowanie lepiej podczas użytkowania sprawdzi się wymiennik entalpiczny. Odzysk wilgoci z powietrza usuwanego pozwala na utrzymanie dużo bardziej komfortowej w użytkowaniu wilgotność w budynku.
