Tajemnice rekuperatorów. Wady i zalety różnych wymienników ciepła

05-10-2020

Projektanci, wykonawcy i właściciele nowoczesnych domów szukają nowych rozwiązań, które pozwolą na oszczędności energii oraz efektywne ogrzewanie pomieszczeń. Do wznoszenia budynków używa się więc materiałów, które zatrzymują coraz więcej ciepła, likwiduje się też wszelkie mostki termiczne w konstrukcji domów. Takie szczelne budynki stawiają jednak nowe wyzwania użytkowe, a jednym z nich jest odpowiedni system wentylacyjny.

Najbardziej nowoczesnym i zrównoważonym układem wentylacyjnym jest rekuperacja. Ten system pozwala na odzyskiwanie ciepła z powietrza usuwanego z budynku. Jego podstawą jest rekuperator, którego centralną część stanowi wymiennik ciepła. To właśnie od tego mechanizmu zależy sprawność działania całego systemu. Decydując się więc na rekuperację, musimy zadbać przede wszystkim o wybór wymiennika ciepła dopasowanego do naszych wymagań i możliwości finansowych. Każdy z trzech podstawowych rodzajów tych elementów - wymiennik przeciwprądowy, krzyżowy i obrotowy - ma swoje wady i zalety.

Rekuperacja - jak to działa?

Rekuperacja opiera się na odzyskiwaniu ciepła z powietrza opuszczającego budynek i wykorzystywaniu go do ogrzewania powietrza nawiewanego do środka. Czyste powietrze z zewnątrz jest zasysane przez specjalną czerpnie, skąd jest transportowane do rekuperatora. Tam dedykowane systemowi filtry usuwają wszelkie zanieczyszczenia, a pozbawione ich świeże powietrze trafia do specjalnego kanału.

Do drugiego kanału napływa zaś zużyte powietrze z pomieszczeń we wnętrzu budynku. Kiedy już znajdzie się w rekuperatorze, ten, za pośrednictwem wymiennika powietrza, odzyskuje część jego ciepła i przekazuje je do sąsiedniego kanału. Dzięki temu powietrze zasysane z zewnątrz ma podobną temperaturę do tej, jaka panuje w budynku. Następnie świeże powietrze kanałami wentylacyjnymi jest rozprowadzane po poszczególnych pomieszczeniach.

Warto zaznaczyć, że rekuperacja jest efektywna zarówno latem, jak i zimą. W ciepłych miesiącach powietrze nawiewane z zewnątrz jest bowiem schładzane, a zimą ogrzewane do odpowiedniej, pokojowej temperatury. Efektywnie działający system rekuperacji powinien zostać zaprojektowany w przemyślany sposób, między innymi po to, by dobrze ulokować punkty nawiewne i wywiewne oraz dostosować wielkość rekuperatora do ilości mieszkańców i wielkości domu.

Jak zbudowany jest rekuperator?

Przy takim rozwiązaniu skuteczne działanie systemu wentylacyjnego jest w największym stopniu uzależnione od rekuperatora. Fachowo określa się go zresztą mianem centrali wentylacyjnej z odzyskiem ciepła. Oprócz wspomnianych już wymienników ciepła, którymi szczegółowo zajmiemy się w dalszej części artykułu, wewnątrz rekuperatora znajduje się jeszcze kilka ważnych elementów. Jednym z nich są wentylatory nawiewne i wywiewne, które pomagają w efektywnej wymianie powietrza. Prawidłowe działanie centrali byłoby także niemożliwe bez filtrów, które mają wyłapywać pyłki i inne zabrudzenia.

W rekuperatorach znajdują się również specjalne czujniki, które mogą dostosowywać prędkość wentylatorów do warunków panujących w budynku. Opcjonalnie można też zastosować czujniki zewnętrzne takie jak czujnik wilgotności i CO2.

Niektóre centrale wentylacyjne są także wyposażone w dodatkowe akcesoria. Mogą do nich należeć na przykład kolejne filtry, które będą chronić domowników przed nawiewanymi z zewnątrz bakteriami, a także nagrzewnice, czyli grzałki wstępne. Wykorzystuje się je wówczas, gdy temperatura powietrza na zewnątrz jest bardzo niska i wymaga tego wymiennik.

Wszystkie te elementy muszą być jeszcze zamknięte w specjalnej obudowie. Wbrew pozorom jej wielkość, grubość i jakość wykonania również ma niebagatelne znaczenie. Jeśli charakteryzuje się dobrymi parametrami termicznymi, pomaga ograniczyć straty energii. Ważne są też aspekty akustyczne. Kiedy obudowa dobrze powstrzymuje dźwięki, w domu nie będziemy słyszeć hałasu związanego z działaniem rekuperatora.

Wymienniki ciepła w rekuperatorach

Niewątpliwie najważniejszym elementem rekuperatora jest jednak wymiennik ciepła. To od niego zależy rodzaj oraz jakość centrali wentylacyjnej. Im większą sprawnością wykazuje się ten element, tym więcej ciepła ze zużytego powietrza będziemy w stanie odzyskać. To właśnie wymiennik ciepła jest miejscem, przez które przechodzi powietrze uchodzące z wnętrza i wpadające do środka. Poszczególne wymienniki ciepła różnią się budową, schemat ich działania jest jednak podobny. Najczęściej można spotkać rekuperatory z jednym z trzech głównych rodzajów wymienników - krzyżowym, przeciwprądowym lub obrotowym.

rekuperator wentylacja

Wymienniki krzyżowe

Najprostszą budowę mają krzyżowe wymienniki ciepła. Cechuje je także najniższa cena, nic więc dziwnego, że to właśnie rekuperatory wykorzystujące elementy tego typu najłatwiej spotkać na rynku. Szczególnie często widujemy je w niewielkich domach jednorodzinnych. Strumienie powietrza z wnętrza oraz z zewnątrz są nawiewane pomiędzy specjalne płyty, które tworzą dwa prostopadłe kanały. To właśnie przez te elementy przenika ciepło, choć oba rodzaje powietrza ani na moment się ze sobą nie mieszają. Płyty powstrzymują także przenoszenie się ewentualnych zanieczyszczeń.

Niski koszt jest niewątpliwą zaletą takiego rozwiązania. Poza tym w takim układzie nie ma części ruchomych, co zmniejsza ryzyko awarii. Wymienniki krzyżowe mają jednak również kilka wad. Główną jest niska sprawność, a to parametr, który decyduje o ilości odzyskiwanego ciepła. W tym przypadku nie sięga nawet 70 procent. W dodatku takie wymienniki są podatne na oszronienie i zamarzanie skroplin, czyli wilgoci wydzielającej się z ochładzanego powietrza. Może to nastąpić już przy temperaturze 5 stopni poniżej zera. W związku z tym wymienniki krzyżowe wymagają w takich warunkach grzałki wstępnej, co podnosi koszty zakupu i eksploatacji całego systemu wentylacyjnego.

Wymienniki przeciwprądowe

Następną generacją są rekuperatory wyposażone w wymienniki przeciwprądowe. W tym rozwiązaniu powietrze przepływa przez dwa równoległe kanały, przemieszczając się w przeciwnych kierunkach. To właśnie tam następuje proces odzyskiwania ciepła przez ściany kanałów.

Zaletą tutaj jest również duża szczelność wymiennika dzięki czemu strumienie powietrza nawiewanego i wywiewanego nie mieszają się ze sobą. Trzeba jednak rozróżnić szczelność samego wymiennika przeciwprądowego od szczelności całego urządzenia, które ze względu na konstrukcję charakteryzuje się pewną małą nieszczelnością.

rekuperator wentylacja

 

W wymiennikach przeciwprądowych również nie spotykamy ruchomych części. Najważniejszą ich zaletą jest jednak wysoka sprawność. Dzięki zastosowanemu schematowi przepływu powietrza przekracza ona 90 procent. Problemem mogą być natomiast sytuacje znane z wymienników krzyżowych, czyli podatność na oszronienie zamarzającymi skroplinami wytrącanymi z powietrza. Taka ewentualność wymaga instalacji grzałki wstępnej. W wymiennikach przeciwprądowych występują natomiast trochę większe opory przepływu niż w wymiennikach krzyżowych. Cechą wspólną tych wymienników jest natomiast potrzeba wykonania odpływu do kanalizacji, gdyż wyciągają one wilgoć z pomieszczeń. Z tego powodu sprawdzają się świetnie w wilgotnych klimatach i starych zawilgoconych budynkach. W normalnych warunkach wskazane będzie dodatkowe nawilżanie pomieszczeń zimą.

Wymienniki obrotowe

Inny schemat działania dostrzeżemy w rekuperatorach z wymiennikami obrotowymi. W ostatnich latach to rozwiązanie zyskuje coraz większą popularność kosztem wymienników krzyżowych i przeciwprądowych również w domach jednorodzinnych. To rozwiązanie charakteryzujące się znacznie wyższą sprawnością niż wymienniki krzyżowe i porównywalną z  przeciwprądowymi. Wymiennik występuje pod postacią walca, w którym znajdują się kanały biegnące równolegle do jego osi. Wymiennik obrotowy znajduje się między dwoma kanałami, w których znajdują się strumienie zużytego i świeżego powietrza. Walec obraca się, dzięki czemu poszczególne kanały najpierw się ogrzewają, a potem schładzają powietrzem nawiewanym z zewnątrz.

rekuperatory wentylacja

Sprawność takiego urządzenia dochodzi nawet do 90 procent. Jest ono przy tym odporne na szronienie, nie potrzebuje więc zupełnie grzałki po stronie nawiewu. 

Ważną cechą jest także odzysk wilgoci, przez co powietrze nawiewane do środka nie będzie suche co jest szczególnie ważne zimą. Gwarantuje to nie tylko skuteczną wentylację, ale  poprawia również mikroklimat wewnątrz. Z tego powodu nie trzeba odprowadzać skroplin przez co nadaje się świetnie do instalacji w miejscach nieocieplanych na przykład na strychu. Teoretyczną wadą tego wymiennika jest fakt, że mogą się w nim delikatnie mieszać strumienie zużytego i świeżego powietrza - zwykle do 2-3 procent objętości. W tańszych rozwiązaniach uszkodzeniu może również ulegać pasek napędzający wymiennik obrotowy.

Interesują Cię inne udogodnienia, które warto zastosować w domu? Sprawdź, jak działa odkurzacz centralny!