Wybór rekuperatora. Jakie są rodzaje i cechy wymienników?

Rekuperacja połączona z dobrą izolacją domu pozwala na zmniejszenie kosztów ogrzewania, a także poprawi komfort ciepła. Sprawdź, jakie są rodzaje wymienników i czym się charakteryzują.

Zobacz galerię 1 zdjęcie

Autor: Andrzej Szandomirski

Zastosowanie dwóch wymienników krzyżowych to nie najtańsza, ale skuteczna metoda zwiększenia sprawności odzysku ciepła

Budynki są coraz lepiej ocieplane i straty ciepła przenikającego przez przegrody są w nich już niewielkie, ale potrzeba wymiany powietrza we wnętrzach się nie zmienia. W rezultacie w nowych domach ponad połowa zapotrzebowania na energię do ogrzewania może wynikać właśnie z tego, że zimą jest z nich usuwane ciepłe powietrze, a w jego miejsce napływa zimne, które trzeba ogrzewać. Rola energooszczędnej wentylacji w dążeniu do obniżenia rachunków za ogrzewanie jest nie mniej ważna niż funkcja grubych warstw izolacji przegród zewnętrznych lub okien z wielokomorowych profili z pakietem trzyszybowym.

Dlatego w domach określanych jako energooszczędne stosuje się wentylację mechaniczną z odzyskiem ciepła. System opiera się na centrali wentylacyjnej nawiewno-wywiewnej z dwoma wentylatorami. Jeden zasysa powietrze z zewnątrz przez czerpnię i tłoczy je do pomieszczeń siecią przewodów. Drugi odpowiada za usuwanie powietrza przewodami wywiewnymi – wypycha je na zewnątrz przez tak zwaną wyrzutnię. W centrali wentylacyjnej jest wymiennik ciepła, w którym powietrze wywiewane z pomieszczeń ogrzewa powietrze nawiewane, choć ich strumienie się nie mieszają. Ponieważ urządzenie służy do odzyskiwania energii, nazwano je rekuperatorem (w języku łacińskim recuperatio znaczy odzyskiwanie).

Rodzaje wymienników – wymiennik krzyżowy

W niewielkich centralach wentylacyjnych do domów jednorodzinnych najpopularniejsze są wymienniki ciepła krzyżowe i przeciwprądowe. Krzyżowy jest zbudowany z metalowych (dobrze przewodzących ciepło) bądź plastikowych (tańszych, lżejszych, niekorodujących) paneli przylegających do siebie, ale wyprofilowanych w ten sposób, że pozostają między nimi wąskie szczeliny. Przez połowę z nich płynie powietrze zimne, a przez drugą połowę (co drugą szczelinę) – ciepłe. Kierunki przepływu obu strumieni powietrza są do siebie prostopadłe.

Ciepło przenikające przez ścianki wymiennika sprawia, że ich temperatura się wyrównuje. Jednak nie oznacza to, że w wyniku wymiany ciepła między strumieniami powietrza o temperaturze na przykład 0 i 20^oC z rekuperatora wypłyną dwa strumienie o temperaturze 10^oC. Byłoby tak, gdyby wymiennik był współprądowy – czyli oba strumienie powietrza płynęłyby w nim równolegle do siebie w tym samym kierunku. Maksymalna sprawność temperaturowa takiego wymiennika wynosi 50%. Dlatego w instalacjach wentylacyjnych bardziej się opłaca stosować wymienniki krzyżowe. Sprawność takiego urządzenia może przekraczać 60%, ponieważ przepływające przez nie strumienie powietrza są do siebie prostopadłe. Wymiana ciepła następuje wtedy także między tą częścią świeżego powietrza, które jest już wstępnie ogrzane, a ciepłym powietrzem wpadającym dopiero do wymiennika. Dzięki temu ogrzane powietrze opuszczające wymiennik może mieć temperaturę wyższą niż schłodzone.

Wymienniki przeciwprądowe

Jeszcze doskonalsze są wymienniki przeciwprądowe zbudowane z wielu przylegających do siebie, równoległych, wąskich kanalików. Przez co drugi płynie powietrze zimne, a przez sąsiadujące z nimi – ciepłe, z tym że kierunek przepływu powietrza ogrzewanego jest przeciwny do kierunku przepływu powietrza chłodzonego. Na końcu drogi przez wymiennik cały strumień powietrza ogrzewanego odbiera ciepło od całego strumienia powietrza ciepłego w momencie, gdy wpada ono do wymiennika, więc ma jeszcze temperaturę pokojową. Dzięki temu ogrzewane powietrze może osiągnąć temperaturę zbliżoną do tej w ogrzewanych pomieszczeniach. Jeśli świeże powietrze ma 0^oC, a wywiewane z pomieszczeń 20^oC, po przepłynięciu przez wymiennik przeciwprądowy temperatura świeżego powietrza może wynosić mniej więcej 18^oC, a wywiewanego 2^oC, co oznacza, że sprawność temperaturowa wymiennika wynosi 90%. W najdoskonalszych wymiennikach udaje się uzyskać blisko 96%.

Większość producentów stosuje wymienniki o konstrukcji krzyżowo-przeciwprądowej – z przepływem powietrza w linii prostej. Można spotkać także spiralno-przeciwprądowe, w których powietrze porusza się po torze spiralnym, pokonując długą drogę mimo kompaktowych rozmiarów urządzenia. Na sprawność wymiany ciepła wpływa nie tylko typ wymiennika, ale także kształt szczelin lub kanalików, którymi płynie powietrze. Jeżeli wymiennik ma być łatwy do wyprodukowania i tani, jego budowa nie może być zbyt skomplikowana. Za konstrukcję o kształcie zoptymalizowanym w celu zwiększenia powierzchni wymiany ciepła albo zmniejszenia oporów przepływu trzeba zapłacić więcej.

Piotr Laskowski, Redaktor naczelny