Centrale wentylacyjne z odzyskiem ciepła dla domu prywatnego

Kwestia zwiększenia efektywności energetycznej jest koniecznie brana pod uwagę podczas projektowania i remontów prywatnych budynków mieszkalnych. Centrala wentylacyjna w systemie wentylacyjnym to jedno z najbardziej efektywnych rozwiązań pozwalających zaoszczędzić na kosztach energii.

Rodzaje systemów wentylacyjnych

Wymiana powietrza w pomieszczeniach mieszkalnych i gospodarczych, w kuchni i łazience jest warunkiem utrzymania zdrowego mikroklimatu.

Wentylacja jest naturalna i wymuszona.

W pierwszym przypadku strumienie czystego powietrza pochodzą z zewnątrz i są usuwane do atmosfery w wyniku fizycznych procesów naporu w wysokiej rurze.

Zimą zimne powietrze dostaje się do domu przez okna, drzwi, kanały nawiewne i opuszcza pomieszczenie dogrzane do temperatury pokojowej – dzięki temu do 15% energii marnuje się na ogrzewanie ulicy.

Systemy wymuszone wykorzystują wentylatory zainstalowane w kanałach nawiewnych lub wywiewnych do cyrkulacji przepływów.

W wentylacji nawiewno-wywiewnej oba procesy są wymuszone.

Zasada działania systemów z rekuperacją

Wentylacja z rekuperacją działa według prostego schematu:

1. W miejscu dogodnym do montażu i konserwacji zainstalowany jest rekuperator - wymiennik ciepła, do którego podłączone są kanały wentylacyjne wlotowe i wylotowe.
2. Ciepłe powietrze z pomieszczenia ogrzewa zimne powietrze napływające z zewnątrz.
3. Do domu wdmuchiwane są ogrzane, czyste masy powietrza.
4. Następnie proces się powtarza.

Eksperymentalnie sprawdzono, że przy temperaturze powietrza wywiewanego 23°C i powietrza napływającego z zewnątrz -20°C, w najlepszych próbkach rekuperatorów strumienie wlotowe są podgrzewane do 18°C. W ten sposób osiągane są oszczędności energii.

Zimne i zanieczyszczone powietrze w rekuperatorze nie miesza się - do budynku dostaje się czyste powietrze z ulicy.

Aby zwiększyć wydajność w różnych warunkach pracy, opracowano szeroką gamę modeli rekuperatorów.

Cechy konstrukcyjne

Wymienniki ciepła są klasyfikowane według różnych kryteriów:

• charakterystyka techniczna;
• metoda umieszczenia;
• materiał korpusu i elementy wewnętrzne;
• zasada działania;
• projektowanie elementów roboczych;
• medium fizyczne używane do wymiany ciepła;
• schemat automatyzacji i sterowania.

Wybór dokonywany jest po dokładnej analizie wszystkich cech.

Miejsce instalacji sprzętu

Wybierając miejsce montażu jednostki głównej rekuperatora należy wziąć pod uwagę miejsce montażu wentylatorów lub pomp. Hałas generowany przez urządzenie może być bardzo niepokojący.

Nie instalują rekuperatorów nad sypialniami i żłobkami.

W zależności od metody montażu rozróżnia się urządzenia podłogowe i wiszące, na wybór wpływa powierzchnia. Jeśli nie ma solidnych ścian głównych, lepiej wybrać model zainstalowany na podłodze.

Urządzenia podwieszane można ukryć za sufitami podwieszanymi, ale takie rozwiązania nadają się do budynków przemysłowych. Wibracje generowane przez wentylator i obudowę są przenoszone i wzmacniane przez konstrukcję budynku.

Korpus wymiennika ciepła może być poziomy lub pionowy. Nie wpływa to na właściwości techniczne, ale pozwala wybrać model do wygodnego podłączenia kanałów powietrznych. Im mniej zakrętów i zakrętów, tym mniej hałasu z przepływów powietrza i mniej energii zużywa się na przemieszczanie mas powietrza przez wentylatory.

Typowe schematy budowlane

Wszystkie rekuperatory są umownie podzielone na modele bezpośredniego przekazywania ciepła oraz urządzenia z pośrednim nośnikiem ciepła.

Pierwsza klasa obejmuje wymienniki ciepła:

• izba;
• obrotowy;
• lamelarny przepływ krzyżowy i przeciwprądowy;
• rurowy.

Urządzenia z pośrednim nośnikiem ciepła wykorzystują freon lub płyn wodno-glikolowy.

Izba

Urządzenie składa się z dwóch izolowanych komór. Przepływy są automatycznie kontrolowane przez ruchomą klapę.

W pierwszym etapie ciepłe powietrze kierowane jest do komory nr 1, podczas gdy ściany są ogrzewane. Po pewnym czasie przepustnica automatycznie zmienia przepływ powietrza – przepustnica uliczna jest kierowana do ogrzewanej komory i tam się nagrzewa, a przepustnica pokojowa w tym czasie do komory nr 2.

Proces powtarza się cyklicznie w miarę nagrzewania się i schładzania komór. Wydajność urządzeń nie przekracza 50 - 60%.

Obrotowy

Wymiennikiem ciepła w centrali wentylacyjnej z rekuperatorem obrotowym są płyty przymocowane do koła. Wał obraca się powoli w bębnie, oś pokrywa się z przepływami powietrza. Bęben podzielony jest na dwie części, z których na jednej porusza się powietrze w mieszkaniu, a na drugiej powietrze uliczne. Wirnik koła, poruszający się w pierwszym segmencie, nagrzewa się. Ponadto, za pomocą obrotu, podgrzane łopatki przemieszczają się do innej części bębna, gdzie oddają ciepło do powietrza ulicznego.

Sprzęt sterujący pozwala wyłączyć tryb ogrzewania w ciepłym sezonie. Wydajność instalacji wynosi około 80%.

Wadą modelu jest techniczna niemożność całkowitego rozdzielenia przepływów – miesza się około 5% mas powietrza. Specyfika nie pozwala na stosowanie tego typu urządzeń w pomieszczeniach, w których SNiP ustalił maksymalne dopuszczalne wartości zanieczyszczenia.

lamela

Modele produkowane są w dwóch typach: przeciwprądowy i krzyżowy, nazwa zależy od kierunku ruchu powietrza.

Płyty aluminiowe gromadzą i uwalniają ciepło, z którego powstają wąskie kanały prowadzące.

Schemat produkcyjny umożliwia osiągnięcie mieszania mas powietrza na poziomie około 0,1%, co stanowi podstawę do uznania urządzenia za szczelne.

Sprawność rekuperatorów przeciwprądowych zależy bezpośrednio od wymiarów geometrycznych. Sprzęt wielkogabarytowy ma wysoki koszt i jest rzadko używany w domach prywatnych.

W wymiennikach krzyżowych strumienie powietrza przecinają urządzenie prostopadle.

Rekuperatory krzyżowo-przeciwprądowe są najwydajniejsze przy małych gabarytach. Duża liczba elementów zmniejsza wytrzymałość mechaniczną, dlatego takie jednostki są używane tylko przy niewielkich spadkach ciśnienia.

Rurowy

Wykonany konstrukcyjnie z jednej rury o dużej średnicy, wewnątrz której znajduje się wiele rur o mniejszym przekroju.

Ciepłe strumienie przechodzące przez cienkie rurki podgrzewają je. Ze ścian ogrzewany jest strumień ulicznego powietrza, które jest doprowadzane do domu za pomocą dmuchawy.

Wentylacja z rekuperatorem freonowym

Rekuperatory freonowe należą do klasy urządzeń z pośrednim nośnikiem ciepła.

Praca opiera się na dwóch fizycznych zasadach:

• zmiana stanu agregacji freonu podczas cykli ogrzewania-chłodzenia - chłodziwo, schładzając, przechodzi w stan ciekły i po podgrzaniu zamienia się we frakcję gazową;
• właściwość gazu jest wyższa niż ciecz ze względu na inny ciężar właściwy.

Konstrukcja to zestaw pierścieniowych rurek wypełnionych freonowym czynnikiem chłodniczym.

Rury przechodzą przez kanały centrali wentylacyjnej, a kanał wywiewny musi być zawsze niższy niż kanał nawiewny. Ciepłe powietrze ogrzewa dolną część rur, freon wrze i unosi się do górnej wnęki, przez którą przechodzi zimne powietrze z ulicy. W górnej komorze freon w rurze oddaje ciepło, podczas gdy sam się ochładza, przechodzi do frakcji płynnej i schodzi przez rurę.

Zalety systemu freonowego:

• brak kompresorów do pompowania chłodziwa, co oznacza wysoką niezawodność urządzenia;
• całkowity brak mieszania czystego i zanieczyszczonego powietrza, co uzyskuje się poprzez uszczelnienie punktów przejścia rur przez ściany komór.

Rekuperator kanałowy z pośrednim nośnikiem ciepła

Urządzenie składa się z dwóch wymienników ciepła, które można rozłożyć na duże odległości.

Urządzenie nadaje się do przebudowy systemów wentylacyjnych, których konstrukcja nie została pierwotnie zaprojektowana pod kątem możliwości wymiany ciepła.

Algorytm pracy:

1. Powietrze w kanale wylotowym przechodzi przez wymiennik ciepła składający się z rurek, przez które krąży płynny glikol etylenowy.
2. Płyn chłodzący jest pompowany za pomocą pompy obiegowej do tego samego grzejnika zainstalowanego w kanale nawiewnym.
3. Płyn przekazuje ciepło do powietrza nawiewanego przechodzącego przez kratkę chłodnicy.
4. Proces pompowania odbywa się w sposób ciągły.

W celu regulacji stopnia wymiany ciepła między rurami transportowymi montuje się zawory. Zasadniczo jest to podobne do schematu regulacji wymiany ciepła grzejników.

Przy dowolnej konstrukcji rekuperatorów w urządzeniu powstaje kondensat. Aby go usunąć, należy zapewnić pojemnik zbiorczy i ścieżkę do dalszej utylizacji na zewnątrz domu lub do kanalizacji.

Główne elementy systemów wentylacyjnych

Wentylacja z odzyskiem ciepła w prywatnym domu to nie tylko wymiennik ciepła.

W skład systemu wchodzą:

• kratki ochronne;
• przewody powietrzne;
• zawory;
• Fani;
• filtry.
• organom automatyki i kontroli.

Kratki zapobiegają przypadkowemu przedostaniu się do systemu dużych przedmiotów, ptaków i gryzoni, co może spowodować wypadki. Ta opcja jest możliwa, gdy na wirnik wentylatora spadnie obcy przedmiot. Konsekwencją może być:

• zdeformowane ostrza i zwiększone wibracje (hałas);
• zacinanie się wirnika wentylatora i spalanie uzwojeń silnika;
• nieprzyjemny zapach martwych i rozkładających się zwierząt.

Całkowity przekrój otworów kratki nie powinien być znacznie mniejszy niż przekrój kanałów powietrznych, co prowadzi do spadku wydajności całego systemu.

Kanały i kształtki powietrzne (kolana, trójniki, adaptery) kupuje się jednocześnie, starają się kupić produkty od jednego producenta. Różnica w wielkości prowadzi do przerw w stawach, zakłócenia przepływu i turbulencji.

Do wentylacji z rekuperatorem nie stosuje się karbowanych kanałów powietrznych, które stwarzają opory na przepływ powietrza i zwiększony hałas podczas pracy.

Zawory powietrzne są potrzebne do czasowej zmiany parametrów ruchu powietrza, np. mogą służyć do zamykania kanału dolotowego w okresie szczególnie mroźnym, kiedy rekuperator nie radzi sobie z podgrzaniem powietrza do wymaganej temperatury.

Filtry montowane są we wszystkich modelach wentylacji z rekuperacją. Chronią sprzęt przed kurzem ulicznym i puchem drzew, które szybko zatykają wymienniki ciepła.

Wentylatory mogą być wbudowane w rekuperator lub zainstalowane w kanałach. Przy obliczaniu należy określić wymaganą moc urządzenia.

Na kupowaniu wentylatorów nie można zaoszczędzić - tanie, niskiej jakości produkty nie są przeznaczone do długotrwałej eksploatacji.W miarę zużywania się wentylatory hałasują, prowadzą do drgań elementów wentylacyjnych, co powoduje dyskomfort podczas przebywania w pomieszczeniach.

Regulacja mikroklimatu

Rekuperator jest integralną częścią całego systemu wentylacji nawiewno-wywiewnej. Działanie systemu nie może być skonfigurowane jednorazowo i nie może być zmieniane przez cały okres działania.

Tryby zmieniają się w zależności od pory roku, temperatury powietrza i siły wiatru, pożądanych parametrów klimatu w pomieszczeniach.

Systemy sterowania obejmują:

• Czujniki temperatury, wilgotności, dymu zainstalowane w pomieszczeniach i wewnątrz urządzeń. Za pomocą poleceń z czujników wentylatory i inne urządzenia sterujące są włączane lub wyłączane.
• Siłowniki i ich napędy sterujące pracą zaworów, przepustnic, zasuw.
• Urządzenia do kontroli pracy wentylatorów, pomp, prędkości obrotowej tarcz wirnika.
• Sterowniki urządzeń sterujących analizujące sytuację w domu, regulatory napięcia zapewniające stabilną i dokładną pracę sprzętu.
• Zapasowe zasilacze na wypadek przerw w dostawie prądu.

Główne funkcje systemów sterowania:

• sterowanie temperaturą powietrza nawiewanego z uwzględnieniem parametrów mikroklimatu, warunków zewnętrznych, odczytów czujników;
• monitorowanie i zmiana intensywności temperaturowej przepływów przed i za wymiennikiem ciepła;
• zarządzanie jakością powietrza, w tym zawartość CO2;
• ochrona przed zamarzaniem rekuperatora;
• sterowanie wentylatorem;
• wyłączenie wentylacji nawiewnej w przypadku pożaru i włączenie systemu oddymiania;
• monitorowanie stanu i wydawanie informacji o stanie filtrów.

Panele sterownicze tworzone są indywidualnie, biorąc pod uwagę warunki eksploatacji, wielkość budynku oraz wymagania właścicieli nieruchomości.

Zasady selekcji

Głównym kryterium przy wyborze rośliny jest jej wydajność. Samodzielne wykonywanie obliczeń jest bardzo trudne, dlatego lepiej skontaktować się ze specjalistami.

Parametry, które są ważne przy wyborze:

• Współczynnik efektywności, który wskazuje na redystrybucję temperatury strumieni, a nie na oszczędności ciepła. Liczby rzeczywiste zbliżają się do 65-80%. Roszczenia o 90% i wyższe to tylko chwyty marketingowe. Około 15% ciepła jest tracone przez wentylację, więc liczby około 50% oszczędności energii nie mogą być prawdziwe.
• Materiał obudowy i grubość - Cienkie metalowe urządzenia są narażone na wibracje i zwiększony hałas.
• Wiarygodne informacje o wydajności wentylatora, należy go dobierać z marginesem około 20%. Przy maksymalnej mocy wskazanej w paszportach wentylator przestaje wytwarzać ciśnienie wymagane do cyrkulacji powietrza.
• Skład i charakterystyka układów automatyki, okres eksploatacji w przypadku braku zasilania.
• Dodatkowe możliwości automatyzacji sterowania klimatyzatorem, nawilżaczem powietrza, grzałką elektryczną (jeśli to konieczne).

Odpowiednio dobrana i skonfigurowana centrala wentylacyjna z rekuperatorem obniży rachunki za energię o 10-15%. Nie ma sensu oczekiwać większych oszczędności. Jednocześnie zauważalnie wzrośnie komfort w prywatnym domu lub mieszkaniu. Komponenty znanych firm działają długo i bezproblemowo przy prawidłowym obliczeniu i przestrzeganiu zasad instalacji.