Wentylacja z odzyskiem ciepła. Działanie centrali wentylacyjnej
Wymianę powietrza w instalacji wentylacyjnej z odzyskiem ciepła zapewnia centrala wentylacyjna nazywana rekuperatorem. To najważniejsze urządzenie w tym systemie. Z czego się składa i jak działa?
Centrala wentylacyjna
Wymianę powietrza w instalacji wentylacyjnej nawiewno-wywiewnej z odzyskiem ciepła zapewnia centrala wentylacyjna nazywana rekuperatorem. To najważniejsze urządzenie w tym systemie. Kryje w sobie dwa wentylatory – jeden wymusza przepływ w przewodach powietrza świeżego, drugi – usuwanego z pomieszczeń.
Wymiennik ciepła
Między wentylatorami jest wymiennik ciepła, czyli urządzenie, które umożliwia odzyskiwanie ciepła – ogrzewanie chłodnego świeżego powietrza ciepłem pochodzącym z powietrza usuwanego.
Rodzaje wymienników
- Wymiennik krzyżowy
Najprostszy i najczęściej spotykany jest krzyżowy. Składa się z metalowych bądź plastikowych paneli, między którymi jest wiele wąskich kanałów. Połowa z nich jest skierowana prostopadle do pozostałych. Do rzędu ustawionych w jedną stronę kanałów, przez które przepływa powietrze ciepłe, przylega rząd prostopadłych do nich – przez nie przepływa powietrze zimne.
Ciepło przenika przez cienkie ścianki kanałów wymiennika, więc zimne powietrze jest ogrzewane – w ten sposób odzyskuje się ciepło. W niektórych centralach wentylacyjnych podobnie wysoką sprawność uzyskuje się przez zastosowanie dwóch wymienników krzyżowych ustawionych jeden za drugim.
- Wymiennik przeciwprądowy
Nieco droższym rozwiązaniem jest wymiennik przeciwprądowy działający podobnie jak krzyżowy, ale mający dłuższe kanały ustawione równolegle względem siebie – powietrze ciepłe przepływa w kierunku przeciwnym niż zimne. Umożliwia to wydłużenie czasu wymiany ciepła między strumieniami powietrza, dzięki czemu sprawność odzysku ciepła jest większa – w wymienniku krzyżowym wynosi około 50%, w przeciwprądowym – nawet powyżej 90% (jest to tak zwana sprawność temperaturowa).
- Wymiennik obrotowy
Rzadziej spotykanym rozwiązaniem jest wymiennik obrotowy (rotacyjny) – najlepiej działa w instalacjach, którymi przepływają duże strumienie powietrza, ale można spotkać go też w niewielkich centralach wentylacyjnych do domów jednorodzinnych. Ma formę obracającego się bębna wypełnionego materiałem akumulującym ciepło. Jest w nim wiele wąskich kanałów równoległych do osi obrotu, którymi przepływa powietrze. Oś obrotu znajduje się między przewodami nawiewnym i wywiewnym. W każdej chwili przez połowę bębna przepływa powietrze zimne, a przez drugą – ciepłe.
W wyniku obrotu część ogrzewana ciepłym powietrzem chwilę później znajduje się w strumieniu powietrza zimnego i oddaje mu ciepło. W ten sposób możliwe jest odzyskiwanie nie tylko ciepła, ale także wilgoci, a wraz z nią tak zwanego ciepła utajonego (powstającego w wyniku skraplania pary wodnej), dzięki czemu sprawność wymiennika obrotowego może przekraczać 90%.
Za wady tej konstrukcji można uznać to, że z powodu trudności całkowitego odseparowania obu strumieni powietrza część zanieczyszczeń i zapachów z powietrza wywiewanego trafia z powrotem do pomieszczeń, a napęd wirnika pochłania energię elektryczną. Zaletą jest łatwe odszranianie takiego wymiennika przez zmniejszenie jego prędkości obrotowej.
Jak dobrać centralę wentylacyjną
Wybierając centralę wentylacyjną, trzeba brać pod uwagę, jaką ilość powietrza może wymieniać, czyli jakie natężenie przepływu zapewniają jej wentylatory, kiedy pokonują opory przepływu instalacji. Obliczenie potrzebnych do doboru rekuperatora wartości wydatku i sprężu wentylatorów najlepiej powierzyć wykwalifikowanemu projektantowi.
Wymagany spręż (przyrost ciśnienia) wynika z wielkości oporów przepływu powietrza w przewodach wentylacyjnych – im dłuższa i bardziej skomplikowana ich sieć, tym większy powinien być spręż. W domu jednorodzinnym zwykle odpowiedni jest taki w przedziale między 100 a 200 Pa. Wydatek wentylatorów odpowiada natężeniu przepływu powietrza, które należy usuwać z domu.
Jak obliczyć wartość wydatku i sprężu wentylatorów
Ustala się je na podstawie wymagań dla poszczególnych pomieszczeń:
- kuchnia z oknem zewnętrznym wyposażona w kuchenkę gazową lub węglową – 70 m3/h;
- kuchnia z oknem zewnętrznym wyposażona w kuchenkę elektryczną – 30 m3/h w mieszkaniu dla maksymalnie trzech osób lub 50 m3/h w mieszkaniu dla więcej niż trzech osób;
- kuchnia bez okna zewnętrznego wyposażona w kuchnię elektryczną – 50 m3/h;
- kuchnia bez okna zewnętrznego wyposażona w kuchnię gazową, obowiązkowo z mechaniczną wentylacją wywiewną – 70 m3/h; zaleca się ponadto projektowanie urządzeń wentylacyjnych umożliwiających okresowe zwiększanie strumienia objętości powietrza do co najmniej 120 m3/h;
- łazienka z WC lub bez niego – 50 m3/h;
- wydzielone WC – 30 m3/h;
- pomocnicze pomieszczenie bez okna – 15 m3/h;
- pokój mieszkalny oddzielony od pomieszczeń kuchni, łazienki i WC więcej niż dwojgiem drzwi lub znajdujący się na wyższym poziomie w wielopoziomowym domu jednorodzinnym lub w wielopoziomowym mieszkaniu domu wielorodzinnego – 30 m3/h.
Charakterystyka pracy wentylatorów
Do prawidłowego doboru centrali wentylacyjnej potrzebna jest jeszcze znajomość charakterystyki pracy jej wentylatorów, czyli zależności sprężu od natężenia przepływu (wydatku). Charakterystykę tę obrazuje krzywa, na której należy znaleźć punkt pracy – wymagany spręż i wydatek. Powinien się on znajdować w takim jej miejscu, w którym zwiększenie oporów przepływu (na przykład na skutek zabrudzenia filtra powietrza) nie powoduje dużego zmniejszenia wydatku (czyli tam, gdzie krzywa opada stromo w dół). Wybór wentylatora o niekorzystnej charakterystyce może być przyczyną jego hałaśliwej pracy.
Należy też sprawdzić, jak dużo prądu pobierają wentylatory w punkcie pracy, bo ma to duży wpływ na koszty działania instalacji wentylacyjnej, a różnice pomiędzy poszczególnymi urządzeniami bywają znaczne. Wentylatory powinny móc pracować z kilkoma prędkościami obrotowymi lub mieć regulację bezstopniową. Umożliwia to dostosowywanie intensywności wentylacji do zmieniających się potrzeb, dzięki czemu można szybko przewietrzyć wnętrze, zwiększając przepływ powietrza, albo zmniejszyć go, kiedy są ku temu warunki, i dzięki temu oszczędzać energię.
