Właściwie działający system wentylacji mechanicznej z rekuperacją, to przede wszystkim poprawnie obliczony wydatek powietrza dla projektowanego budynku. W kolejnym etapie należy zadbać o wyregulowanie instalacji, zarówno w kontekście jej punktów końcowych, jak również wydatku samego rekuperatora. Podczas wyboru rekuperatora powinno się brać pod uwagę nie tylko kryterium ceny, lecz czynniki, które pozwolą na optymalizację późniejszych kosztów eksploatacji np. przez automatyczne utrzymywanie stałego wydatku powietrza (CAV), niskie zużycie energii przez wentylatory, jak również inne funkcje pozwalające na optymalizację kosztów.
Rynek rekuperacji w Polsce
Rozrasta się on w bardzo szybkim tempie, widać to przede wszystkim po liczbie nowych producentów, którzy decydują się na wprowadzenie do oferty własnych urządzeń. Równocześnie obserwujemy zjawisko „mieszania się” zawodów, tzn., że instalatorzy wentylacji mechanicznej zaczynają coraz częściej szkolić się w zakresie montażu pomp ciepła, natomiast hydraulicy poznają i uczą się zasad wentylacji mechanicznej (rekuperacji). Wynika to z potrzeby kompleksowej obsługi klienta końcowego. Inwestorzy cenią sobie wygodę, wynikającą z faktu, że jedna firma odpowiada za wykonywania przeglądów gwarancyjnych, napraw czy też bierze odpowiedzialność za prawidłowe funkcjonowanie instalacji. To właśnie ten aspekt powoduje bardzo dużą konkurencję na rynku, która coraz częściej doprowadza do nieprawidłowego projektowania instalacji, a w konsekwencji złego wyboru urządzenia.
Tendencja w rekuperacji jest następująca – rekuperatory są zbyt małe w stosunku do realnego zapotrzebowania, wynika to ze wspomnianej konkurencji, a co za tym idzie, konieczności obniżania ceny końcowej instalacji.
Dlaczego prawidłowy projekt instalacji i dobór rekuperatora jest tak istotny?
Centrale wentylacyjne (rekuperatory) montowane w budownictwie mieszkaniowym odpowiadają za prawidłową wymianę powietrza. Ilość powietrza, którą powinniśmy dostarczyć do domu jest ściśle związana z liczbą osób, które będą w nim mieszkać, jak również z ilością i typem pomieszczeń. Mówiąc wprost, inaczej będziemy wentylować dom o kubaturze 300 m3, w którym mieszkają 3 osoby, a inaczej dom o kubaturze 800 m3 z 3 osobami mieszkającymi na stałe. Podczas projektowania oraz wykonywania instalacji powinniśmy zwrócić uwagę na kilka aspektów, które na etapie późniejszej eksploatacji są namacalne, natomiast na etapie wyboru rozwiązań niekoniecznie tj.:
• poprawnie wykonany projekt instalacji, który określa bilans strumieni powietrza dla danego budynku, dobór średnic, długości oraz ilości przewodów czy też odpowiednie rozmieszczenie punktów końcowych – to wszystko wpływa na końcowe opory, akustykę i przede wszystkim nasz komfort,
• regulacja przepływu powietrza zgodnie z założeniami projektowymi,
• dobór rekuperatora uwzględniający koszty związane z jego późniejszą eksploatacją.
Optymalna wymiana powietrza
Jest to bardzo ogólne stwierdzenie, natomiast podstawą poprawnie działającej instalacji jest określenie prawidłowego strumienia powietrza, dla projektowanego budynku. W większości przypadków nowe projekty domów, powinny uwzględniać instalację wentylacji mechanicznej, a zatem powinny mieć opracowanie bilansu wymaganego wydatku powietrza dla poszczególnych pomieszczeń. Dlaczego ma to tak duże znaczenie? Ponieważ konstrukcja oraz rodzaj zastosowanych materiałów do budowy nowoczesnych domów sprawiają, że są one bardzo szczelne, co oznacza, że jeżeli nie zagwarantujemy optymalnej wymiany powietrza, powietrze w wymaganej ilości nie dostanie się do domu samoczynnie w wyniku infiltracji, tak jak to miało miejsce w przypadku domów budowanych 40÷50 lat temu.
W Polsce obligatoryjną normą, którą należy stosować w przypadku projektowania budynków mieszkalnych jest norma PN-B/03430 Az3:2000, która określa minimalny strumień powietrza wywiewanego z pomieszczeń o konkretnej specyfice.
Na podstawie przedstawionych w tabeli założeń należy wykonać obliczenia bilansu wymaganego strumienia powietrza dla poszczególnych pomieszczeń, a tym samym całego budynku. Założeniem wentylacji mechanicznej w budownictwie mieszkaniowym jest zrównoważenie strumieni powietrza wywiewanego oraz usuwanego, oznacza to, że sumarycznie taka sama ilość świeżego powietrza musi zostać dostarczona do domu i taka sama ilość powietrza musi być z niego usunięta.
Szczególnie niekorzystnym zjawiskiem jest niedowymiarowanie instalacji tj. dobranie zbyt małego wydatku powietrza dla projektowanego domu w stosunku do realnego zapotrzebowania. W efekcie w budynku jest zbyt mała intensywność wymiany powietrza, która może doprowadzić do obniżenia ogólnego komfortu, powodem może być:
• wysoka zawartość CO2 oraz LZO w powietrzu (szczególnie niekorzystne dla alergików i astmatyków),
• pojawienie się grzybów oraz pleśni z uwagi na niedostateczne odprowadzanie nadmiaru pary wodnej,
• paradoksalnie wysokie koszty eksploatacji, związane z bardzo dużym zużyciem energii przez wentylatory.
Porównanie kosztów na konkretnym przykładzie
Zestawione poniżej dane są wynikiem obliczeń wykonanych z wykorzystaniem oprogramowania
do doboru rekuperatorów Domekt firmy Komfovent.
W zestawieniu pojawia się wskaźnik JPM (jednostkowy pobór mocy), który wskazuje, ile watów (W) zużyje wentylator do przetłoczenia 1 m3 powietrza w ciągu 1 godziny. Należy pamiętać, że wskaźniki JPM są uzależnione od jakości zastosowanych wentylatorów i na polskim rynku funkcjonują rekuperatory, których wskaźniki plasują się na poziomie nawet 0,4÷0,6 W/(m3/h) , co proporcjonalnie zwielokrotnia różnicę w późniejszych kosztach eksploatacji.
Rys. 1 przedstawia dobór rekuperatora, którego punkt pracy znajduje się praktycznie na końcu krzywej charakterystyki pracy wentylatora. Oznacza to, że wentylator do osiągnięcia wymaganego przepływu powietrza, będzie musiał pracować z pełnym obciążeniem, co przełoży się na wysokie zużycie energii, hałas oraz szybsze zużywanie się jego podzespołów. W przypadku tego doboru, inwestor zmniejszy koszty inwestycyjne, ponieważ dobrany rekuperator jest mniejszy w stosunku do drugiej opcji, natomiast późniejsze koszty eksploatacji będą znacznie wyższe. W skali roku wyniosą nawet 1657 kWh co stanowi wartość wyższą o 50% w zestawieniu z drugim wariantem.
Rys. 2 obrazuje właściwie dobrany rekuperator, którego punkt pracy jest oddalony od końca krzywej charakterystyki wentylatora. Dzięki temu będzie on pracował, zużywając dużo mniej energii, będzie cichszy oraz posłuży dłużej. W omawianym przypadku urządzenie jest większe, co za tym idzie będzie generować niższe zużycie energii – zaledwie 1095 kWh rocznie (w tym miejscu warto pamiętać o stale rosnących kosztach energii elektrycznej), które w czasie skompensuje wyższe koszty inwestycyjne.
Regulacja przepływu powietrza
Dobranie odpowiedniej ilości powietrza, która ma trafić do poszczególnych pomieszczeń to dopiero połowa sukcesu. Drugim bardzo ważnym aspektem jest wyregulowanie instalacji. Regulację instalacji należy rozpatrywać w kwestii ilości powietrza dostarczanego:
• do instalacji przez rekuperator,
• do poszczególnych pomieszczeń.
W kontekście ilości powietrza dostarczanej do instalacji przez rekuperator, należy pamiętać, że część urządzeń dostępnych na rodzimym rynku ma funkcję kontroli przepływu powietrza CAV (Constant Air Volume). W praktyce oznacza to, że automatyka rekuperatora z wykorzystaniem odpowiedniego opomiarowania wentylatorów, podaje rzeczywisty przepływ powietrza uwzględniający wszelkie opory. Przepływ powietrza najczęściej jest wyrażany w jednostce m3/h lub l/s. Dzięki obecności tej funkcji na etapie regulowania instalacji, pomijamy aspekt regulacji stopnia wysterowania wentylatorów, dzięki czemu zyskujemy czas i skupiamy się wyłącznie na regulacji przepływu powietrza dostarczanego do poszczególnych pomieszczeniach. Jeżeli rekuperator nie ma tej funkcji, sterowanie odbywa się przez podawanie sygnału napięciowego z zakresu (0÷10 V lub 2÷10 V). Najczęściej moc wentylatora określana jest na sterowniku przez podanie wartości wysterowania z zakresu 0÷100%, przykładowo 40% odpowiada wysterowaniu wentylatora sygnałem 4 V, 60% to sygnał 6 V itd. W praktyce oznacza to konieczność ręcznego zbilansowania strumieni powietrza dla wszystkich trybów pracy z wykorzystaniem własnej aparatury pomiarowej tj. anemometru. Nieprawidłowo zbilansowane strumienie mogą powodować szereg niekorzystnych zjawisk, z których najbardziej niekorzystne to:
• tworzenie podciśnienia w budynku, które może powodować bóle głowy i ogólne obniżenie komfortu domowników,
• niska sprawność temperaturowa wymiennika ciepła, która rzutuje na niską temperaturę powietrza po odzysku ciepła, a tym samym większą wymaganą moc nagrzewnicy wtórnej. Nagrzewnica wtórna służy do uzyskania komfortowej temperatury nawiewu w okresie zimowym.
Poza regulacją przepływu powietrza w samym rekuperatorze, należy zadbać o prawidłowy przepływ powietrza do poszczególnych pomieszczeń, z wykorzystaniem odpowiednich elementów dławiących instalację. Końcowo różnica między przepływem projektowym i zmierzonym na punkcie końcowym instalacji, nie była większa niż 10÷15%. Należy mieć na uwadze, że w przypadku korzystania z funkcji CAV, odczyt podawany przez automatykę rekuperatora może odbiegać od tego przemierzonego w warunkach rzeczywistych. Rozbieżności wynikają z faktu, że rekuperator podaje ilość powietrza wtłaczaną do instalacji, a pomiary rzeczywiste są realizowane przez odczyty z punktów końcowych, przez co dochodzi aspekt nieszczelności samej instalacji. Ten efekt w przypadku rekuperatorów z trybem CAV może zostać zniwelowany przez korekcję. Opcja korekcji jest dostępna u producentów z zaawansowaną automatyką sterowania.
Koszty związane z eksploatacją
Wszystkie zagadnienia, które zostały poruszone w poprzednich punktach bezpośrednio oddziałują na koszty eksploatacji instalacji. W rekuperatorach największy udział w końcowym zużyciu energii przypada wentylatorom, które pracują w sposób ciągły. Na zużycie energii przez wentylator w największym stopniu wpływają:
• wysokie opory instalacji, wynikające z błędów projektowych lub instalacyjnych,
• nieprawidłowy dobór urządzenia pod kątem punktu pracy.