Rekuperacja w zimie - jak uniknąć wyższych kosztów eksploatacji rekuperatora? Jak ustawić rekuperator na zimę?

Rekuperatory to coraz częściej stosowana forma oszczędności przy ogrzewaniu i chłodzeniu domu. Jednak nieodpowiednie użytkowanie instalacji może wręcz spowodować wzrost rachunków za energię. Jak uniknąć zwiększonych kosztów eksploatacji rekuperatora zimą? Trzeba pamiętać o kilku rzeczach już podczas wyboru urządzenia.

Spis treści

1. Straty w odzysku ciepła przez rekuperator z powodu mrozu
2. Zima a kaszty eksploatacji rekuperatora
3. Ochrona przed zamarzaniem – zmniejszenie wydajności wentylatora nawiewnego w stosunku do wydajności wentylatora wywiewnego
4. Jak odmrozić wymiennik?
5. Wzór na sprawność temperaturową rekuperatora
6. Prędkość powietrza przepływającego przez rekuperator
7. Charakterystyka sprawności rekuperatora
8. Wydajność wentylatorów

Straty w odzysku ciepła przez rekuperator z powodu mrozu

Z punktu widzenia odzyskiwania energii kondensacja pary wodnej jest zjawiskiem korzystnym, jednak w praktyce powoduje obniżenie sprawności odzysku ciepła. Z czego to wynika? Skropliny pojawiają się w wymienniku po stronie powietrza wywiewanego, bo to ono jest schładzane. Gdy osiągnie tak zwaną temperaturę punktu rosy, obecna w nim para wodna zamienia się w wodę (kondensuje). Skropliny pozostające w wymienniku po stronie powietrza wywiewanego trafiają do części wymiennika w pobliżu wlotu powietrza świeżego, którego temperatura w czasie mrozu jest oczywiście ujemna, i zamarzają. Lód stanowi przeszkodę na drodze powietrza, więc musi być usuwany, zanim dojdzie do całkowitego zablokowania przepływu i awarii wentylatora.

Rozmrażanie wymiennika pochłania energię, jednak może być realizowane na różne sposoby, więc jej straty mogą być mniejsze lub większe. Ten problem stwarza kolejną okazję do manipulowania sprawnością rekuperatora. Jedni producenci w informacjach podawanych o niej uwzględniają energię potrzebną do rozmrażania wymiennika, inni nie bądź robią to nierzetelnie. Może się zdarzyć, że straty ciepła wynikające z konieczności rozmrażania wymiennika są pominięte, bo założono, że powietrze do rekuperatora będzie doprowadzone przez dodatkowy gruntowy wymiennik ciepła (GWC). Jego zastosowanie nie musi powodować znacznego zwiększenia poboru energii przez rekuperator, ale należy brać pod uwagę to, że koszt jego wykonania to co najmniej kilka tysięcy złotych.

Zima a kaszty eksploatacji rekuperatora

Można też przyjąć, że wymiennik nie zamarza, bo dopływające do niego powietrze jest wstępnie podgrzewane przez nagrzewnicę elektryczną. Jednak trzeba to uwzględnić w koszcie eksploatacji rekuperatora, bo jest on już w tedy zdecydowanie wyższy niż takiego, w którym nie ma nagrzewnicy. Dlatego należy się upewnić, czy wysoki stopień odzysku ciepła nie wynika właśnie z zastosowania nagrzewnicy i czy wydatki na energię potrzebną do jej działania nie zniwelują oszczędności wynikających z wysokiej sprawności wymiennika.

Ochrona przed zamarzaniem – zmniejszenie wydajności wentylatora nawiewnego w stosunku do wydajności wentylatora wywiewnego

Najczęściej stosowanym w rekuperatorach zabezpieczeniem przed zamarzaniem jest układ powodujący zmniejszenie wydajności wentylatora nawiewnego w stosunku do wydajności wentylatora wywiewnego, dzięki czemu w wymienniku utrzymuje się dodatnia temperatura. Jednak wtedy w pomieszczeniach powstaje podciśnienie i powietrze dopływa do nich, omijając wymiennik rekuperatora. Żeby powietrze mogło wypłynąć z pomieszczeń, musi się w nich najpierw znaleźć, więc jeżeli nie jest doprowadzane przez rekuperator (niektóre mają tak zwany by-pass umożliwiający przepływ powietrza z ominięciem wymiennika), znajduje sobie inną drogę – nieszczelności są w każdym, nawet najlepiej uszczelnionym domu. Taki napływ powietrza do pomieszczeń sprawia, że ilość odzyskiwanej energii jest mniejsza niż wynikająca z pomiarów temperatury powietrza przepływającego przez rekuperator. I znów pojawia się okazja do wprowadzenia potencjalnego nabywcy w błąd.

Jak odmrozić wymiennik?

Jednym ze sposobów na odmrożenie wymiennika jest zmniejszanie wydajności wentylatora nawiewającego świeże powietrze. Gdy natężenie przepływu świeżego powietrza jest o połowę mniejsze niż wywiewanego, uzyskanie w wymienniku temperatury nawiewu bliskiej temperaturze powietrza w pomieszczeniu nie jest żadną rewelacją. Myli się ten, kto uważa, że oznacza to blisko stuprocentową sprawność odzysku ciepła. Licząc ją, trzeba uwzględnić różnicę ilości powietrza – przy stosunku strumieni 1:2 sprawność jest o połowę mniejsza niż wynik uzyskany po podstawieniu zmierzonych wartości temperatury do wzoru na sprawność temperaturową.

Pozostałą część energii potrzebnej do podgrzania powietrza dopływającego wtedy do pomieszczeń z pominięciem wymiennika ciepła musi dostarczyć instalacja grzewcza.

Prędkość powietrza przepływającego przez rekuperator

Im większe jest natężenie przepływu powietrza przez wymiennik, tym większą prędkość w nim osiąga. To znaczy, że tym krótszy jest czas wymiany ciepła. Wydaje się logiczne, że im krócej ona trwa, tym mniej ciepła udaje się wymienić. Jednak nie zawsze tak jest. Zmniejszenie prędkości przepływu może spowodować, że strumień powietrza nie jest dostatecznie zaburzony (występuje przepływ laminarny), a brak turbulencji, dzięki którym powietrze w całej objętości ma kontakt ze ściankami wymiennika, przekłada się na znaczny spadek sprawności wymiany ciepła. Wymienniki dobrej klasy mają odpowiednio wyprofilowane ścianki zaburzające strumień oraz zwiększające powierzchnię wymiany ciepła, ale w najtańszych produktach może ich nie być.

Przeczytaj również: Jak obliczać sprawność temperaturową rekuperatora i na co może wpływać?

Dlatego rzeczywiste natężenie przepływu powietrza przez wymiennik nie powinno znacznie odbiegać od przepływu nominalnego podawanego przez producenta urządzenia. Może się tak zdarzyć na przykład wtedy, gdy rekuperator jest wyposażony w regulację prędkości obrotowej wentylatorów. Kiedy przełączymy go na niższy bieg, na którym jego wydajność jest na przykład o połowę niższa od nominalnej, zapewne spowodujemy, że sprawność odzysku ciepła zdecydowanie się zmniejszy. Dlatego wybór rekuperatora nie jest sprawą prostą. Szukając odpowiedniego, należy brać pod uwagę dopuszczalny zakres jego pracy i to, jak zmienia się sprawność odzysku ciepła wraz ze zmianą natężenia przepływu powietrza.

Charakterystyka sprawności rekuperatora

Informacje o tym są przedstawiane w postaci wykresów – charakterystyk sprawności – pokazujących zależność sprawności odzysku ciepła od natężenia przepływu powietrza. Niestety, nie wszyscy sprzedawcy nimi dysponują, ale jeśli zależy nam na zakupie urządzenia dobrze spełniającego swoją podstawową funkcję, powinniśmy się domagać jej udostępnienia.

Wydajność wentylatorów

Charakterystyki są potrzebne także do prawidłowego dobrania wentylatorów wymuszających przepływ powietrza przez wymiennik i przewody wentylacyjne. Przedstawiają zależność sprężu (zdolności wentylatora do wytworzenia ciśnienia dynamicznego umożliwiającego tłoczonemu powietrzu pokonanie oporów przepływu) od natężenia przepływu.

Przebieg charakterystyki obrazuje krzywa. Natężenie przepływu w instalacji odpowiada wymaganej ilości powietrza wentylacyjnego – ustala się ją zgodnie z wymaganiami polskiej normy dotyczącej wentylacji – PN-83/B-03430. Do wentylacji domów jednorodzinnych zwykle wystarcza strumień o natężeniu przepływu mniej więcej 200 m²³/h. Tę wartość należy odnaleźć na krzywej charakterystyki pracy wentylatora i sprawdzić odpowiadającą jej wartość sprężu dyspozycyjnego. Powinna być nieco większa niż suma oporów przepływu instalacji nazywanych spadkami ciśnienia. Ich obliczenie jest ważnym elementem projektowania instalacji, które warto powierzyć fachowcom.

Można jednak założyć, że przy prawidłowym doborze średnic przewodów i unikaniu gwałtownych zmian ich kierunku w typowej instalacji do domu jednorodzinnego wartość strat ciśnienia mieści się w zakresie 100-150 Pa. Dobór wentylatora polega na znalezieniu urządzenia, którego charakterystyka przebiega jak najbliżej punktu wyznaczonego na wykresie przez wymagane natężenie przepływu i spręż dyspozycyjny (nazywanego punktem pracy). To nie wszystko. P

Przebieg krzywej obrazującej charakterystykę powinien być w tym miejscu płaski, dzięki czemu zmiana sprężu w zakresie nawet kilkudziesięciu paskali nie spowoduje znacznej zmiany natężenia przepływu powietrza – na wypadek, gdyby rzeczywiste opory przepływu były większe od obliczonych, co często się zdarza, a także w celu uniknięcia znacznego spadku wydajności wentylacji po zabrudzeniu filtrów powietrza. Wybór urządzenia o charakterystyce, którą obrazuje linia stromo opadająca w pobliżu punktu pracy, skutkuje wtedy głośną i nieekonomiczną pracą wentylatora. Grozi też tym, że instalacja wentylacyjna nie osiągnie wymaganej wydajności.

Piotr Laskowski