Rekuperacja, czyli sposób na indywidualną wentylację domów

System wentylacji z rekuperacją jeszcze do niedawna był luksusem, dostępnym dla nielicznych. W chwili obecnej staje się standardem, a nawet koniecznością. W nowym budownictwie oraz podczas modernizacji starych obiektów usuwa się wszelakie nieszczelności, np. poprzez montaż okien nieprzepuszczających powietrza, co uniemożliwia działanie tradycyjnej wentylacji grawitacyjnej. Dodatkowo rekuperacja jest procesem wymuszonym mechanicznie, a przez to może być kontrolowana i występować będzie zawsze, gdy urządzenie będzie pracować. W przypadku wentylacji grawitacyjnej, zamknięcie nawiewnika plastikowego okna może pozbawić nas wentylacji. Dzięki odzyskowi ciepła z kolei znacznie zmniejszają się koszty eksploatacyjne budynku, które w przypadku wentylacji grawitacyjnej ponosimy na ogrzanie świeżego powietrza zewnętrznego.

Wentylacja mechaniczna domów jednorodzinnych i wielorodzinnych dziś już coraz częściej utożsamiana jest z rekuperacją. Nazwa ta odnosi się do urządzeń, o które jest oparta oraz ich głównych funkcji – central wentylacyjnych lub rekuperatorów.
Ich główne funkcje to wymiana zużytego powietrza na nowe, czyli wentylacja oraz odzysk ciepła z powietrza usuwanego, a więc rekuperacja.
Uzdatnianie powietrza w domach z użyciem wspomnianych urządzeń, czyli za pomocą wymuszonego obiegu powietrza to metoda zaadaptowana z dużych rozwiązań przemysłowych oraz wentylacji bytowej dużych obiektów, np. obiektów biurowych. Domowe centrale wentylacyjne mają wszystkie lub większość funkcji dużych central wentylacyjnych i oprócz dwóch głównych cech (wentylacji i odzysku ciepła) pozwalają również, w zależności od modelu, na ogrzewanie i ochładzania powietrza nawiewanego, kontrolę wilgotności względnej oraz filtrację powietrza. Najnowsze urządzenia umożliwiają nadzór nad wszystkimi parametrów zdalnie, np. za pomocą przeglądarki internetowej.

Ceny i koszty, czyli „ile to wszystko będzie kosztować?”

Niestety nie istnieje jednoznaczna odpowiedź na to pytanie. Cena zależy przede wszystkim od wentylowanej kubatury pomieszczeń. Im większy dom, tym większą jednostkę rekuperacji należy nabyć. Koszty urządzeń wraz z systemem dystrybucji powietrza kształtują się od kilku tysięcy złotych do około 30 tysięcy złotych. Nie jest to ścisły zakres i istnieje wiele urządzeń poza nim. Różnice w cenach rekuperatorów wynikają przede wszystkim z różnorodności funkcji, jakie oferują oraz jakości ich wykonania. Porównując urządzenia o podobnej funkcjonalności i wydajności, swoje rozważania należy skierować w stronę urządzeń o lepszej jakości wykonania – w przypadku urządzeń wentylacji domowej jest ona kluczowa. Wykorzystanie lepszych komponentów do budowy zminimalizuje zużycie energii oraz zapewni niską awaryjność – przełoży się to na obniżenie kosztów eksploatacyjnych związanych z kosztami energii elektrycznej oraz ewentualnymi naprawami. Podane szacunki nie uwzględniają współpracy z gruntowymi wymiennikami ciepła.

Budowa domowych central wentylacyjnych – podstawowe różnice i funkcjonalność

Rekuperatory to jednostki o zakresie wydajności do ok. 500-600 m3/h. Ich budowa jest zbliżona lub taka sama, jak w przemysłowych centralach wentylacyjnych. Pamiętać jednak należy, że zarówno urządzenia, jak i systemy dystrybucji powietrza mają pewne uproszczenia w porównaniu do systemów wentylacji dużych obiektów, np. standardowe wyposażenie nie obejmuje przepustnic regulacyjnych. Podstawowe komponenty domowych central wentylacyjnych to:

a) filtry powietrza. Filtr powietrza zewnętrznego chroni domowników przed zanieczyszczeniami, spalinami, dymami, pyłami czy nawet pyłkami roślin, filtr powietrza wywiewanego zaś zabezpiecza urządzenie przed dostaniem się do jego wnętrza zanieczyszczeń mogących spowodować jego bezpośrednie uszkodzenie lub trwałe zabrudzenie. Najczęściej też stosowane są filtry panelowe (zapewniające oszczędność miejsca), które dają się łatwo wymienić oraz czyścić domowymi sposobami.

b) wentylatory. Wentylatory powietrza nawiewanego i powietrza wywiewanego zapewniają wymuszony ruch mas powietrza. W najnowszych jednostkach stosuje się tylko wentylatory typu EC ze względu na oszczędność miejsca i bardzo niskie zużycie energii.

c) wymiennik odzysku ciepła – serce jednostki. Najczęściej stosowane są wymienniki obrotowe i wymienniki krzyżowo-przeciwprądowe, rzadziej zaś wymienniki krzyżowe (niższy poziom odzysku ciepła). Wymienniki zapewniają odzysk ciepła z powietrza wywiewanego i przekazanie go do powietrza nawiewanego. Szczegółowy opis przedstawiono w punkcie 4.

Oprócz podstawowych komponentów, w domowych centralach wentylacyjnych, w zależności od producenta i modelu, występują również:

d) obejście wymiennika ciepła. Tzw. by-pass realizowany jest najczęściej w formie zintegrowanej przepustnicy i umożliwiaj skierowanie powietrza zewnętrznego obok wymiennika ciepła. Funkcja ta przydatna jest przede wszystkim dla tzw. free-coolingu, w którym chłodne powietrze zewnętrzne nie ogrzewa się na rzecz powietrza wywiewanego, co pozwala na uzyskanie lepszego efektu ochładzania pomieszczeń przy jednoczesnym zmniejszeniu zużycia energii elektrycznej.

e) elektryczna nagrzewnica wstępna. Stosowana jest często jako zabezpieczenie samego urządzenia w przypadku montażu urządzeń w rejonach o niskiej temperaturze zimą. Warto pamiętać, że w normatywnej strefie IV dla Polski obliczeniowa temperatura zewnętrzna wynosi -24oC.

f) nagrzewnica wtórna – najczęściej jako akcesorium.Instalowana poza urządzeniem zapewnia dogrzanie powietrza nawiewanego do żądanej temperatury. Używana jest zamiennie lub jednocześnie z nagrzewnicą wstępną i zazwyczaj stosowane są nagrzewnice elektryczne lub wodne, rzadziej freonowe.

g) chłodnica – najczęściej także jako akcesorium. Instalowana poza urządzeniem zapewnia ochłodzenie powietrza nawiewanego do żądanej temperatury. Zazwyczaj stosowane są chłodnice wodne lub freonowe.

h) panel sterujący/kontrolny – umożliwia kontrolę parametrów pracy urządzenia oraz wprowadzanie podstawowych ustawień. Zależnie od producenta występuje w różnej formie: od prostych wyświetlaczy LED aż po panele dotykowe z możliwością montażu naściennego.

i) współpraca z gruntowym wymiennikiem ciepła – jedna z bardziej zaawansowanych funkcji. Gruntowy wymiennik ciepła to instalacja umieszczona w gruncie poniżej strefy przemarzania, gdzie w ciągu całego roku panuje w przybliżeniu stała temperatura. Powietrze zewnętrzne po przejściu przez taki wymiennik wstępnie ogrzewa się w zimie lub ochładza latem. Pozwala to zmniejszyć koszty eksploatacyjne, zwiększa jednak koszty inwestycyjne.

Odzysk ciepła w rekuperatorach – rodzaje, zalety i wady

Funkcji, której zdecydowanie warto przyjrzeć się bliżej jest odzysk ciepła, gdyż w zależności od jego rodzaju możemy uzyskać inne parametry wentylacji. Każde ze stosowanych obecnie rozwiązań ma swoje wady oraz zalety. Najczęściej stosowane rozwiązania to:

a) wymiennik obrotowy – wymiennik tego typu to obrotowa bryła akumulacyjna wykonana z nawiniętej na siebie cienkiej blachy/folii, która obraca się pomiędzy powietrzem wywiewanym i nawiewanym, przekazując tym samym ciepło jawne i utajone pomiędzy strumieniami powietrza;

b) wymiennik krzyżowo-przeciwprądowy – to wymiennik przeponowy, w którym strumień powietrza wywiewanego i nawiewanego rozdzielają cienkie płyty, które dzięki swojej ogromnej powierzchni umożliwiają sprawną wymianę ciepła. Od wymiennika krzyżowego różni się przede wszystkim znacznie większą powierzchnią wymiany ciepła;

c) wymiennik krzyżowy – to wymiennik przeponowy, w którym strumień powietrza wywiewanego i nawiewanego rozdzielają cienkie płyty, rzadziej stosowany ze względu na niższy poziom odzysku ciepła, największa jego zaletą są małe rozmiary;

d) inne układy odzysku ciepła– pozostałe układy zysku ciepła, spotykane w dużych urządzeniach, bardzo rzadko spotykane są w urządzeniach domowych. Takie układy jak odzysk glikolowy, pompa ciepła, czy rurka ciepła są układami o wyższym poziomie skomplikowania, a korzyści z ich wykorzystania nie byłyby zauważalne dla użytkownika końcowego.

Porównanie danych technicznych oraz wad i zalet powyższych rozwiązań przedstawiono w tabeli 1.

Analizując powyższe opcje, warto jednak pamiętać o tym, że w większości przypadków, dla użytkownika końcowego, różnice będą niezauważalne. Należy jednak zdawać sobie z nich sprawę, a szczególna uwaga należy się odzyskowi wilgoci. Wymienniki bez odzysku wilgoci zapewnią sprawniejsze osuszanie pomieszczeń, w niektórych sytuacjach mogą jednak przesuszać powietrze w pomieszczeniach (co warto kontrolować czujnikiem wilgotności względnej). Z kolei wymiennik, który odzyskuje wilgoć z powietrza nie dopuści do jego przesuszenia – jednak osuszanie pomieszczeń będzie mniej wydajne i może trwać dłużej.

Teoria a rzeczywistość – czy urządzenia utrzymują parametry?

W tabeli 1 zaprezentowano sprawność odzysku ciepła – jest to parametr, którym często kierują się klienci końcowi w trakcie podejmowania decyzji zakupowej. Ten sam parametr jest też tym, który u tych samych klientów wzbudza najwięcej wątpliwości. Czy wartości podawane przez producentów nie są tylko chwytem marketingowym? Czy urządzenia faktycznie odzyskują 95% energii z powietrza wywiewanego? Odzysk ciepła na takim, a czasami nawet wyższym poziomie jest jak najbardziej możliwy. Wbrew obawom nie jest to wynik uzyskiwany tylko w specjalnie przygotowanych laboratoriach producenta, których warunki nie są możliwe do odtworzenia w rzeczywistości. Okazuje się, że kluczem (ponownie) do odpowiedzi na postawione wcześniej pytania jest jakość urządzenia – zarówno jakość wykonania, jak i jakość stosowanych komponentów. Urządzenia wyposażone w komponenty renomowanych marek i do budowy których użyto wysokiej jakości materiałów, zapewnią znaczenie wierniejsze odwzorowanie parametrów teoretycznych w rzeczywistości. Kluczowe jest również to, w jaki sposób wykonano rekuperator, np. czy mocowanie komponentów zapewnia szczelność, czy w trakcie pracy nie następuje zbyt szybkie zużycie komponentów, czy urządzenie jest proste w czyszczeniu i konserwacji.

Problem ten łatwo przedstawić na przykładzie. Urządzenie, dla którego zadeklarowano 90% poziom odzysku ciepła jest wyposażone w dobrej jakości wymiennik odzysku ciepła, niestety do jego mocowania w obudowie wykorzystano materiały, które po trzech latach pracy ulegają zużyciu i deformacji. Powstają nieszczelności na poziomie 20% całego wydatku powietrza, który nie przechodzi przez wymiennik i nie bierze udziału w odzysku ciepła. Poziom odzysku ciepła jednostki znacznie się obniża.
Mając na uwadze powyższe, każdy, kto rozważa zakup rekuperatora, powinien zebrać informacje o jakości wykonania modeli, którego są w kręgu jego zainteresowania.

Wykonanie rekuperatora – stojący, wiszący, podwieszany?

Na rynku dostępne są rekuperatory w różnej wersji wykonania w zależności od sposobu i miejsca ich montażu. Najważniejsze grupy urządzeń to:

a) rekuperatory stojące – montaż na podłodze, podłączenie króćców od góry lub od czoła urządzenia (fot. 1),

b) rekuperatory wiszące – montaż ścienny, podłączenia króćców od czoła, od góry i od dołu,

c) rekuperatory podwieszane (fot. 8) – urządzenia płaskie, montaż podsufitowy, podłączenie króćców równolegle do sufitu/powierzchni montażu – możliwe również zawieszenie na ścianie.

Wybór odpowiedniej wersji wykonania urządzenia zależy przede wszystkim od warunków miejsca montażu, urządzenia płaskie często montowane są też w pomieszczeniach, które obsługują i umieszczane są w sufitach podwieszanych. Urządzenia do zawieszenia na ścianie oraz stojące najczęściej lokowane są kotłowniach lub pomieszczeniach technicznych. Warto pamiętać, że nie każda wersja wykonania jest dostępna z każdym rodzajem wymiennika odzysku ciepła – co podyktowane jest ich cechami konstrukcyjnymi.

Podstawowy osprzęt rekuperatora

Wychodząc naprzeciw oczekiwaniom klientów, producenci coraz częściej oferują, wraz z centralami wentylacyjnymi kompletne systemy dystrybucji powietrza. Zakup takich pakietów jest najczęściej korzystniejszy cenowo, niż zakup rekuperatora i instalacji w dwóch różnych miejscach.

Podstawowe elementy składowe takich pakietów to:

a) tłumiki akustyczne. Kanałowe tłumiki akustyczne instalowane są na kanałach zaraz za urządzeniem, co zapobiega przenoszeniu hałasu kanałami instalacji wentylacji do pomieszczeń;
b) rozdzielacze – pozwalają rozdzielić strumień powietrza na poszczególne pomieszczenia i dotyczy to zarówno linii nawiewnej i wyciągowej;

c) przewody wentylacyjne. Kanały wentylacyjne w wersji „domowej”, tj. o znacznie mniejszej średnicy, najczęściej wykonane są z tworzyw sztucznych i występują w różnych formach, np. o przekroju okrągłym lub prostokątnym (tzw. rury okrągłe, rury płaskie);
d) skrzynki rozprężne – to zakończenie przewodów wentylacyjnych, element instalacji o większym przekroju niż przewody, w których dochodzi do zmniejszenia prędkości liniowej powietrza, dzięki czemu nawiew do pomieszczeń odbywa się w sposób dogodny dla użytkownika. Skrzynki są też często elementem podłączeniowym dla anemostatów;
e) panele kontrolne i sterujące. Panele pomieszczeniowe pozwalają na sterowanie urządzeniem z innego pomieszczenia niż to, w którym rekuperator jest zainstalowany. Wyświetlają podstawowe parametry pracy, często wyposażone są w kolorowy wyświetlacz.
f) elementy montażowe.Wszystkie akcesoria i składowe systemu wentylacji pozwalają na jego swobodny i prosty montaż, np. uszczelki, zaślepki, uchwyty, mufy czy obejmy.

Zakres akcesoriów i zawartości pakietów zależą od producenta i modelu urządzenia. Stosowanie systemu dystrybucji powietrza oraz rekuperatora od tego samego producenta pozwala przede wszystkim uniknąć niezgodności w montażu i w późniejszej współpracy tych elementów.

A więc rekuperacja?

Zainstalowanie systemu rekuperacji, czyli wentylacji mechanicznej w budynku jedno- lub wielorodzinnym to dwa podstawowe pozytywne aspekty. Pierwszy z nich to aspekt zdrowotny. Rekuperator to prawidłowe i kontrolowane uzdatnianie powietrza w pomieszczeniach. Jawną korzyścią jest przebywanie w otoczeniu świeżego powietrza oczyszczonego ze spalin, pyłów czy pyłków roślin oraz o stężeniu dwutlenku węgla niewpływającym na nasze samopoczucie i zdrowie. Drugi aspekt to prestiż. Pomimo popularyzacji rekuperacji i ciągłego spadku cen, w dalszym ciągu nie każdy może pozwolić sobie na rozwiązanie tego rodzaju. Ciągle niestety duża część nowych obiektów nie uwzględnia wentylacji mechanicznej. Czy rekuperator to konieczność? Nie – koniecznością jest poprawna wentylacja i uzdatnianie powietrza w pomieszczeniu, w którym przebywamy. Rekuperator jest urządzeniem zapewniającym realizację tego procesu w łatwy i pewny sposób.

Bibliografia
1 – Materiały własne WOLF Technika Grzewcza sp. z o.o.
2 – Materiały producenta wymiennika Klingenburg, Internet, dostęp 30.06.2019, adres strony internetowej: http://www.klingenburg.pl/