Sprawność temperaturowa rekuperatora - jak obliczyć sprawność odzysku ciepła
Im większa sprawność rekuperatora tym lepiej. Rekuperacja to rozwiązanie zarówno na zimowe miesiące – kiedy ogrzewa pomieszczenia, jak i letnie – kiedy działa, jak klimatyzacja. Dzięki odzyskowi ciepła można zaoszczędzić na ogrzewaniu i chłodzeniu domu. Sprawdź, jak dobrać odpowiedni rekuperator.
O ilości odzyskiwanej energii decyduje sprawność rekuperatora, więc można uznać, że szukając urządzenia tego typu, należy zwracać uwagę przede wszystkim na nią. Wynika ona głównie z konstrukcji wymiennika.
Najważniejsza jest sprawność rekuperatora
Choć w materiałach reklamowych często jest podana jej konkretna wartość, trzeba mieć świadomość, że sprawność odzysku ciepła zależy od wielu czynników, przede wszystkim od tego, jaką temperaturę i wilgotność ma powietrze przepływające przez rekuperator i jaka jest jego ilość. To znaczy, że sprawność rekuperacji wciąż się zmienia i w praktyce rzadko jest tak wysoka, jak sugerują niektórzy sprzedawcy central wentylacyjnych. Na ogół w danych technicznych rekuperatorów jest mowa o sprawności temperaturowej.
Wartość podaną w opisie rekuperatora zawsze należy traktować jako maksymalną, uzyskaną podczas testów laboratoryjnych. W celu obliczenia rzeczywistej sprawności odzysku ciepła należałoby uśrednić temperaturę świeżego powietrza dla całego sezonu grzewczego i uwzględnić czynniki, o których piszemy w dalszej części artykułu. Z pewnością nie można liczyć na to, że nawet dzięki najlepszemu rekuperatorowi uda się zmniejszyć.
Sprawność oblicza się zgodnie ze wzorem:
h = (tn2 – tn1)/(tw1 – tw2) · 100%
tn - temperatura powietrza nawiewanego,
tw – temperatura powietrza wywiewanego,
1 - temperatura przed wymiennikiem,
2 – temperatura za wymiennikiem.
Temperatura powietrza zasysanego przez czerpnię centrali wentylacyjnej wciąż się zmienia, co powoduje zmiany sprawności temperaturowej.
Sprawność całkowita rekuperatora - nazywana też energetyczną
Parametrem, który daje znacznie lepsze niż sprawność temperaturowa wyobrażenie o możliwości odzysku energii dzięki wymiennikowi, jest sprawność całkowita nazywana też energetyczną. Na jej wartość ma wpływ nie tylko różnica temperatury strumieni powietrza. Zawiera ono parę wodną, która wykrapla się z niego w niskiej temperaturze (zależnej od ciśnienia). W ten sposób jest uwalniana energia nazwana ciepłem utajonym. W powietrzu jest go dużo, więc ma znaczny wpływ na sprawność wymiany. Wynikają z tego duże różnice w wartości sprawności temperaturowej i całkowitej, która uwzględnia nie tylko odzysk ciepła jawnego, ale także utajonego (stopień odzysku wilgoci).
Porównując wartości sprawności energetycznej rekuperatorów, trzeba być czujnym, bo ich sprzedawcy mogą informować o sprawności uzyskiwanej w różnych warunkach. Im wyższa jest wilgotność względna powietrza, z którego odzyskuje się ciepło, tym wyższa jest sprawność rekuperatora. Zatem w celu uzyskania dobrego wyniku można przedstawić dane dla wilgotności względnej na przykład 60%. W praktyce zimą powietrze na skutek działania grzejników jest znacznie bardziej suche, przez co sprawność odzysku ciepła jest niższa o ponad 10%.
Rekuperator z wymiennikiem entalpicznym
Taki wymiennik jest wykonany z materiału umożliwiającego przenikanie przez jego ścianki pary wodnej (na przykład z celulozy), dzięki czemu trafia ona z powietrza chłodzonego do ogrzewanego. Następuje to, jeszcze zanim temperatura spadnie poniżej punktu rosy, więc kondensacja niemal w nim nie występuje. W ten sposób unika się strat energii towarzyszących rozmrażaniu wymiennika. Korzyścią jest też bezpośrednie przekazywanie energii zawartej w parze wodnej, a nie – jak to ma miejsce w zwykłych wymiennikach – w wyniku jej skroplenia i przenikania uzyskanego w ten sposób ciepła przez ścianki wymiennika, czemu zawsze towarzyszą straty energii.
Choć sprawność temperaturowa wymienników entalpicznych nie przekracza 85%, czyli jest niższa niż zwykłych przeciwprądowych, to sprawność całkowita, uwzględniająca stopień odzysku wilgoci, może być zdecydowanie wyższa. Efekt energetyczny zastosowania wymiennika entalpicznego jest znacznie lepszy przede wszystkim dzięki wyeliminowaniu konieczności usuwania zamarzniętych skroplin. Dużo energii oszczędza się też, jeżeli stosujemy w pomieszczeniach energochłonne nawilżacze powietrza. Dostarczaną przez nie parę trzeba wytworzyć i podgrzewać, a dzięki odzyskowi wilgoci w rekuperatorze ich działanie może nie być potrzebne, a z pewnością mogą mieć znacznie mniejszą wydajność.
Problemem jest cena rekuperatorów z wymiennikami entalpicznymi – markowe urządzenia kosztują o 2-3 tys. zł więcej w stosunku do wersji z normalnym wymiennikiem przeciwprądowym. Biorąc pod uwagę taką różnicę, opłacalność ich stosowania w domach jednorodzinnych jest wątpliwa. Podobnie jest z centralami wentylacyjnymi z wymiennikami regeneracyjnymi (obrotowymi). One również umożliwiają odzyskiwanie wilgoci. Urządzenia tego typu spotyka się zwykle w centralach wentylacyjnych o dużej wydajności, w których zyski z zastosowania takiego rozwiązania dość szybko rekompensują wyższą cenę zakupu.
Różnica temperatury a sprawność rekuperatora
Sprawność rekuperatora zależy od różnicy temperatury powietrza nawiewanego i wywiewanego. Może być znacznie wyższa, gdy rozpatruje się wymianę ciepła między jego strumieniami o temperaturze -20 i 20oC (różnica 40 K), niż wtedy, kiedy do wymiennika dopływa świeże powietrze o temperaturze 5oC (różnica 15 K), a taka sytuacja występuje w praktyce znacznie częściej.
Duża różnica temperatury sprawia, że ciepło jest wymieniane szybciej. Do tego mroźne powietrze jest suche, więc do jego ogrzania nie potrzeba tak dużo energii jak do ogrzania cieplejszego powietrza zawierającego więcej pary wodnej. Należy więc zawsze brać pod uwagę to, dla jakiej różnicy temperatury została ustalona sprawność rekuperatora podana przez jego producenta. Jej wartość dla temperatury świeżego powietrza w okolicy 0oC jest znacznie bardziej miarodajna niż dla -10oC, a tym bardziej -20oC.
