Niektóre aspekty pracy rekuperatorów w małych obiektach

Uzyskanie właściwej skuteczności odzysku ciepła i …rozwiązanie problemów z zamarzaniem

Problem z uzyskaniem sprawności deklarowanej przez producenta pojawia się praktycznie w każdym przypadku i każdy doświadczony instalator doskonale zdaje sobie z tego sprawę. Wynika to głównie z faktu, iż rozległa instalacja wentylacyjna zamontowana na obiekcie zachowuje się zupełnie inaczej, niż średniej długości przewody wentylacyjne zamontowane w laboratorium, gdzie badany był rekuperator i wyznaczano jego sprawność. Warunki w pomieszczeniach mieszkalnych nie są stałe. Zmienia się wilgotność powietrza (wzrost podczas gotowania czy korzystania z łazienki, spadek wilgotności przy pracującym ogrzewaniu), liczba osób przebywających w budynku, otwierane są drzwi i okna, itp. Pomijając ten fakt, dąży się jednak do uzyskania jak najwyższej wartości odzysku, dlatego zawsze należy pamiętać o starannym zaizolowaniu kanałów wchodzących w skład systemu wentylacyjnego.

Istotnym elementem, decydującym o sprawności jest dobór właściwego urządzenia. Zastosowany w rekuperatorze wymiennik ciepła musi cechować wysoka szczelność, odpowiednio duża w stosunku do przepływu powietrza powierzchnia wymiany ciepła oraz jakość materiałów zastosowanych do jego budowy. Stosowanie wymienników nie renomowanych producentów lub konstrukcji „garażowych” wpływa ujemnie na ogólną pracę urządzenia. Odpowiedni poziom odzysku może zapewnić dobrej klasy wymiennik krzyżowo-przeciwprądowy lub spiralno-przeciwprądowy. Każdy z nich jednak zamarza i nie ma tutaj wyjątków, gdyż pewnych zjawisk fizycznych nie da się wyeliminować, dlatego rekuperator powinien być wyposażony w odpowiednio działający system zapobiegający szronieniu.

Istnieje kilka rozwiązań trybu rozmrażania.

l Część producentów stosuje wyłącznie grzałki wstępne, co nie jest dobrym rozwiązaniem, gdyż powoduje wyraźny wzrost poboru energii elektrycznej podczas mrozów.
l Kolejnym rozwiązaniem jest zatrzymanie pracy wentylatora nawiewnego w celu szybszego ogrzania wymiennika ciepłym powietrzem czerpanym z pomieszczeń. Rozwiązanie to jest skuteczne, lecz wiąże się to ze zjawiskiem dysproporcji ilości powietrza nawiewanego w stosunku  do wywiewanego. W pomieszczeniach wytwarza się silne „podciśnienie” (niewskazane w domach z kominkiem) i nierzadko słychać naprzemian zwiększający się i zmniejszający przepływ powietrza z anemostatów, bądź kratek wentylacyjnych.
l Następne z rozwiązań to podmieszanie, gdzie część ciepłego powietrza usuwanego wprowadza się do komory czerpni. Płynne sterowanie siłownikiem przepustnicy za pomocą sygnału PWM daje bardzo dobre rezultaty. Wadą rozwiązania jest właśnie owe zjawisko mieszania się powietrza świeżego ze zużytym. Najlepszym rozwiązaniem jest inteligentny system kontroli prędkości obrotowej wentylatora nawiewnego, polegający na ciągłym monitorowaniu temperatury w obszarze szronienia wymiennika i płynnym sterowaniu wentylatora sygnałem PWM bądź napięciowym 0-10 V na podstawie specjalnego algorytmu. Praca takiego systemu nie jest w ogóle odczuwalna, a wymiennik nie ulegnie oblodzeniu nawet podczas występowania wyjątkowo niskich temperatur zewnętrznych.

Ważnym elementem jest sama konstrukcja obudowy rekuperatora. Urządzenia zbudowane na szkielecie z profili aluminiowych mają mnóstwo mostków termicznych. Doskonale widać to zjawisko na obrazach z kamery termowizyjnej. Ściany boczne są chłodne (kolor zielony, niebieski), natomiast profile transportują ciepło ze środka na zewnątrz (kolor żółty, pomarańczowy). Pod kątem wysokiej izolacyjności dobrze spisują się konstrukcje wypełnione kształtkami z EPP, oraz dwupłaszczowe, metalowe obudowy izolowane wewnątrz wełną mineralną.

Rekuperator zimą …prawie jak kocioł

Największą sprawność rekuperatora uzyskujemy podczas jego użytkowania w okresie zimowym. Wynika to z faktu występowania wówczas największej różnicy pomiędzy temperaturą wewnątrz pomieszczeń i temperaturą zewnętrzną. Można wtedy ocenić orientacyjną wartość sprawności naszego urządzenia poprzez dokładny pomiar wartości  temperatury.

Temperatura powietrza podczas ubiegłej zimy wielokrotnie osiągała poziom poniżej -15^oC. Zakładając owe warunki oraz, że temperatura powietrza w pomieszczeniach nie spada poniżej 20^oC, natomiast wilgotność nie jest niższa niż 50%, dobrej jakości rekuperator będzie zaopatrywał budynek w świeże powietrze o temperaturze od 15^oC  do 19^oC.

Wszystko zależy również od tego, jak długo taka aura będzie się utrzymywać. Jeżeli jest to zjawisko trwające krótko (kilka godzin w ciągu nocy), nie będzie ono miało wpływu na pracę systemu. Dłuższa praca urządzenia w tak skrajnych warunkach z pewnością spowoduje zadziałanie systemu antyzamrożeniowego, a w zależności od jego rodzaju wywoła spadek wydajności nawiewu (korekcja obrotów wentylatora) lub najgorszym wypadku wzrost poboru energii elektrycznej (praca nagrzewnicy wstępnej).

Kondensat w rekuperatorach…

Obecność kondensatu w wymienniku ciepła zamontowanym w rekuperatorze to zjawisko zupełnie normalne. Z efektem kondensacji pary wodnej mamy do czynienia szczególnie w przypadku dużej różnicy temperatury powietrza wlotowego (z czerpni) oraz wywiewanego z pomieszczeń, czyli głównie w okresie zimowym.

W wymiennikach krzyżowych, a w szczególności w krzyżowo-przeciwprądowych ilość odprowadzanego kondensatu może przekroczyć nawet 1 l na godzinę.

Przyjmując stałą temperaturę wewnątrz budynku (na poziomie około 22^oC), ilość odprowadzanego płynu będzie się zwiększać wraz ze spadkiem temperatury na zewnątrz. Istotny wpływ na wzrost objętości odprowadzanego kondensatu ma poziom wilgotności powietrza wewnątrz wentylowanych pomieszczeń. Im wyższa jest wilgotność powietrza w budynku, tym intensywniejsze jest zjawisko kondensacji. Suche powietrze może natomiast całkowicie zahamować proces wykraplania. Jest to czynnik często pomijany lecz mający ogromny wpływ na sprawność całego rekuperatora. Obecna w wymienniku wilgoć może zwiększyć transfer ciepła nawet o kilkadziesiąt watów. W rzeczywistości wymiennik, w którym to zjawisko nie występuje ma niską sprawność i niewiele wspólnego z produktem dobrej jakości.

W profesjonalnym wymienniku ciepła, przy odpowiedniej różnicy temperatury i poziomach wilgotności powietrza woda musi się pojawić, dlatego producenci rekuperatorów instalują w swych urządzeniach wanny ociekowe. Spływający po ściankach wymiennika kondensat odprowadzany jest do owej tacy, a następnie  do instalacji kanalizacyjnej. Najistotniejszym elementem układu odprowadzania skroplin jest syfon, w którym cały czas powinna znajdować się woda, w celu blokowania zapachów przedostających się z kanalizacji. Doskonałym rozwiązaniem jest dostępny na rynku syfon z kulką. Tego typu rozwiązanie jest skuteczne nawet w przypadku odparowania wody z układu odprowadzania skroplin. Syfon to niezbędny element systemu. Pozwala on odprowadzić niemal cały płyn, gdyż działa na zasadzie pompy grawitacyjnej. Wykonanie odpływu zwykłą, prostą rurką (dodatkowo pod małym kątem) może spowodować, iż przy pracujących ze średnią wydajnością wentylatorach rekuperatora, wanna będzie pełna kondensatu i ani kropla nie zostanie odprowadzona do ścieków. To, co na pozór wydaje się śmieszne i niewiarygodne, tak naprawdę było powodem niejednego remontu domu i awarii układów elektroniki rekuperatora.

Czerpnia powietrza…

Lokalizacja czerpni świeżego powietrza to wbrew pozorom sprawa dość istotna. Jej umiejscowienie ma wpływ na temperaturę powietrza dostarczanego do rekuperatora, a więc pośrednio i na temperaturę w kanałach nawiewnych. Schłodzenie powietrza o temperaturze 20^oC wymaga znacznie większego nakładu energii niż w przypadku powietrza wejściowego o temperaturze 35^oC. Analogicznie jest w przypadku dogrzewania, dlatego prócz zwykłego „kawałka metalu” wielu użytkowników decyduje się na montaż wymiennika gruntowego. Transportowanie powietrza poprzez wymiennik płytowy bądź glikolowy niesie ze sobą wymierne korzyści w postaci chłodniejszego powietrza latem i cieplejszego w okresie zimowym. Należy również wspomnieć, iż w przypadku stosowania odpowiedniego GWC, system zapobiegający szronieniu wymiennika rekuperatora jest nieaktywny praktycznie przez cały sezon zimowy.

W przypadku braku systemu wstępnego dogrzewania/schładzania powietrza, czerpnia powinna znajdować się w ścianie północnej, lub w miejscu gdzie nie docierają promienie słoneczne. Ogrzanie czerpni i ściany w wyniku działania słońca może podnieść wartość temperatury czerpanego powietrza o kilka stopni. Zjawisko to ma ujemny wpływ  na sprawność rekuperatora latem. Montaż czerpni dachowej w przypadku pokrycia dachu blachodachówką, bądź gontem również nie jest dobrym rozwiązaniem. Dach ze względu na swą powierzchnię nagrzewa się bardzo szybko, a elementy metalowe podczas upału osiągają bardzo wysoką temperaturę.

Newralgiczne elementy rekuperatora najczęściej ulegające awarii…

Dostępne na rynku rekuperatory różnią się od siebie technologią budowy, wyposażeniem, rodzajem zastosowanego wymiennika oraz wentylatorów, które ze względu na swój ciągły charakter pracy, najbardziej narażone są na uszkodzenie. Czołowi producenci najpowszechniej stosowanych wentylatorów EC mają wieloletnie doświadczenie, dzięki czemu awaryjność ich produktów jest bardzo mała. Obecnie uszkodzenia tego typu wentylatorów, wyposażonych w układy ciągłej kontroli prądu uzwojeń, zabezpieczenia nadnapięciowe oraz preciwprzepięciowe należą do rzadkości.

Problem trwałości dotyczy przede wszystkim podzespołów sprowadzanych przez niektórych producentów z dalekiego wschodu. Nie bez powodu cena wentylatorów AC oraz EC stamtąd pochodzących jest tak niska. Wbrew pozorom najsłabszym elementem nie jest umieszczona w nich elektronika, lecz kiepskiej jakości łożyska, dające o sobie znać po roku eksploatacji.

Największym zagrożeniem dla układów automatyki rekuperatora są występujące dość często przepięcia na linii zasilania oraz wyładowania atmosferyczne. Uderzenie pioruna w linię sieci energetycznej niemal na pewno uszkodzi rekuperator, który pracuje praktycznie 24h na dobę. Należy odłączać napięcie zasilania rekuperatora podczas burzy, szczególnie na obszarach poza miejskich. Do dobrej praktyki instalatorskiej należy również montaż ograniczników przepięć w rozdzielni zasilania budynku.

Filtry: podstawowe i wyższych klas, czyścić czy wymieniać, koszty wymiany…

W codziennie użytkowanym domu jednorodzinnym wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła pracuje niemal bez przerwy. Obecny wewnątrz pomieszczeń mieszkalnych kurz dostaje się do instalacji wentylacyjnej wraz w wywiewanym powietrzem, powodując jej zanieczyszczenie. Podobnie zjawisko występuje po stronie czerpni świeżego powietrza. Bliskie sąsiedztwo drogi, bądź zbiorników wodnych jest źródłem wielu zanieczyszczeń takich jak pyłki czy choćby insekty. Oczywista jest więc konieczność stosowania filtrów różnego typu.

Filtry montowane seryjnie w rekuperatorach dedykowane są do pracy w warunkach niewielkiego zanieczyszczenia środowiska. Najczęściej spotykane filtry klasy G-4 w zdecydowanej większości przypadków spełniają swoje zadanie, chroniąc wymiennik ciepła przed zabrudzeniem i spadkiem sprawności odzysku ciepła.

Należy jednak pamiętać o okresowej kontroli filtrów oraz ewentualnej ich wymianie. Warto przed zakupem urządzenia sprawdzić koszt wymiany kompletu wkładów filtracyjnych. W produktach krajowych bardzo często wymienia się jedynie tkaninę filtracyjną, która jest tania i ogólnodostępna.
Jednorazowa wymiana filtrów dedykowanych w zachodnich konstrukcjach to koszt rzędu nawet 80 złotych. Czasookres wymiany wkładów filtracyjnych nie powinien być dłuższy niż 3 miesiące. Częsta wymiana wiąże się z nakładami finansowymi, dlatego warto wziąć to pod uwagę.

Od redakcji
W numerze 6/2012 InstalReportera zaprezentowaliśmy blok tematyczny poświęcony rekuperatorom. Zadaliśmy wtedy producentom kilkanaście pytań na temat budowy rekuperatorów, sprawności, ich usytuowania i montażu… Dziś z kolei poruszamy kilka innych praktycznych aspektów związanych z pracą tych urządzeń.
→ Kliknij i pobierz artykuł „Rekuperatory – trudne pytania, jasne odpowiedzi”.