Wymiana powietrza w budynku zawsze wiąże się z wyprowadzeniem na zewnątrz energii, która wcześniej została zużyta na ogrzanie pomieszczeń. W układzie grawitacyjnym strumień powietrza usuwany kanałem zabiera ze sobą całe zgromadzone w nim ciepło, a napływające powietrze zewnętrzne trzeba ogrzać od nowa. Przy dużych krotnościach wymian wymaganych w halach, magazynach i obiektach handlowych strata ta osiąga skalę widoczną w rocznym bilansie energetycznym. Odzysk ciepła zmienia ten bilans, ponieważ pozwala przekazać część energii z powietrza wywiewanego do nawiewanego, zanim opuści ono budynek. Rozwiązanie opiera się na zjawisku wymiany ciepła między dwoma strumieniami rozdzielonymi przegrodą, bez ich wzajemnego kontaktu. Poniżej wyjaśniamy, jak działa rekuperacja, co składa się na system odzysku ciepła i kiedy nie przynosi on spodziewanych efektów.

Zasada działania odzysku ciepła w wentylacji

Rekuperacja to proces, w którym ciepło zawarte w powietrzu usuwanym z pomieszczeń zostaje przekazane powietrzu świeżemu doprowadzanemu z zewnątrz. Oba strumienie przepływają przez wymiennik ciepła, w którym są od siebie fizycznie oddzielone, więc nie dochodzi do mieszania powietrza zużytego ze świeżym. Zimą chłodne powietrze zewnętrzne ogrzewa się od ciepłego powietrza wywiewanego ze stref roboczych, zaplecza socjalnego i pomieszczeń technicznych. Latem kierunek wymiany bywa odwrotny, ponieważ chłodniejsze powietrze usuwane z wnętrza obniża temperaturę strumienia napływającego. Za ruch obu strumieni odpowiadają wentylatory, dzięki czemu przepływ nie zależy od różnicy temperatur ani od siły wiatru. Odzysk ciepła w wentylacji nie jest zatem źródłem ciepła, lecz sposobem ograniczenia strat wynikających z koniecznej wymiany powietrza.

Budowa centrali wentylacyjnej i rodzaje wymienników

Sercem instalacji jest rekuperator, czyli urządzenie łączące wymiennik, wentylator nawiewny i wywiewny oraz sekcję filtracji. Zestaw ten stanowi centralę wentylacyjną, a jej wielkość dobiera się do kubatury obiektu i wymaganego strumienia powietrza. Najczęściej stosuje się wymienniki krzyżowe i przeciwprądowe, w których strumienie przepływają przez sąsiadujące kanały oddzielone cienkimi płytami. Wymienniki obrotowe przekazują energię cieplną przez wirujący rotor, co pozwala odzyskać także część wilgoci, ale wymaga większej dbałości o czystość. Rozwiązania glikolowe łączą dwa oddzielne wymienniki obiegiem cieczy i stosuje się je tam, gdzie kanał nawiewny i wywiewny biegną w odległych częściach obiektu albo gdy powietrze usuwane nie może kontaktować się z nawiewanym. Zakresy wydajności powietrznej dla poszczególnych rodzin urządzeń podaje producent, co pozwala zawęzić wybór jeszcze przed opracowaniem projektu instalacji, a zestawienie takich central znajduje się na stronie https://ratherm.pl/pl/centrale-wentylacyjne/.

Sprawność odzysku ciepła – co ją obniża?

Sprawność odzysku ciepła określa, jaką część energii z powietrza wywiewanego udaje się przekazać strumieniowi nawiewanemu. Wartości podawane przez producentów odnoszą się do warunków laboratoryjnych i zrównoważonych strumieni, więc w eksploatacji bywają niższe. Największy wpływ na wynik ma szczelność obudowy budynku, ponieważ nieszczelności wprowadzają powietrze z pominięciem wymiennika i psują bilans całego systemu. Zabrudzone filtry zwiększają opory przepływu i obniżają wydajność wentylatorów, co przekłada się na mniejszą ilość ciepła odzyskanego. Znaczenie ma też izolacja kanałów prowadzonych przez przestrzenie nieogrzewane, bo ciepło tracone po drodze nie trafia do pomieszczeń. Zrównoważenie instalacji decyduje o tym, czy urządzenie pracuje w projektowanym punkcie.

Rekuperacja a wentylacja grawitacyjna

Tradycyjna wentylacja grawitacyjna działa dzięki różnicy gęstości powietrza i ciągowi w kanale, więc jej intensywność zmienia się wraz z pogodą. W mroźne dni wymiana bywa nadmierna i powoduje duże straty ciepła, natomiast przy bezwietrznej, ciepłej aurze potrafi ustać niemal całkowicie. Rekuperacja zapewnia stałą wymianę powietrza niezależnie od warunków zewnętrznych, a jej wydajność ustala się na etapie projektu instalacji wentylacyjnej. Różnica dotyczy także jakości powietrza, ponieważ filtry zatrzymują pyły i zanieczyszczenia, które w układzie grawitacyjnym wpadają do wnętrza razem ze strumieniem świeżego powietrza. W obiektach o szczelnej obudowie wentylacja pomieszczeń oparta wyłącznie na kanałach grawitacyjnych nie zapewnia wymaganej krotności wymian, co objawia się wysokim stężeniem dwutlenku węgla i skraplaniem wilgoci na przegrodach. Odzysk ciepła w takim rozwiązaniu jest niemożliwy, bo brak wymuszonego przepływu wyklucza prowadzenie obu strumieni przez jeden wymiennik.

Elementy instalacji i prowadzenie kanałów

Kompletny system wentylacji mechanicznej obejmuje czerpnię i wyrzutnię umieszczone na elewacji lub dachu, kanały nawiewne i wywiewne, tłumiki oraz zakończenia w pomieszczeniach. Powietrze nawiewane doprowadza się do stref przebywania ludzi, natomiast wywiew organizuje się tam, gdzie powstaje wilgoć, zapachy i zanieczyszczenia technologiczne, czyli w kuchniach zapleczy gastronomicznych, sanitariatach i strefach produkcyjnych. Między strefami zachowuje się drogę przepływu powietrza, tak aby układ pracował w zaprojektowanym kierunku, a nie odwrotnie. Centrala wymaga miejsca z dostępem serwisowym oraz odprowadzenia skroplin, które powstają przy schładzaniu powietrza usuwanego z obiektu. Przy niskich temperaturach zewnętrznych stosuje się zabezpieczenie przed zamarzaniem wymiennika, na przykład nagrzewnicę wstępną albo obejście części strumienia. W obiektach o dużej kubaturze centrale ustawia się na dachu jako jednostki kompaktowe, co zwalnia powierzchnię wewnątrz i skraca prowadzenie kanałów.

Kiedy odzysk ciepła nie przynosi efektu?

System nie zadziała zgodnie z założeniami w obiekcie nieszczelnym, w którym infiltracja przez bramy i przegrody przewyższa strumień prowadzony kanałami. Problemem bywa również centrala dobrana wyłącznie do kubatury, bez uwzględnienia liczby użytkowników, obciążenia technologicznego i oporów instalacji. Nierównomierne rozprowadzenie powietrza daje strefy przewietrzane nadmiernie obok takich, do których strumień w ogóle nie dociera. Zaniedbana eksploatacja, czyli brak wymiany filtrów i czyszczenia kanałów, w kilka sezonów potrafi zniweczyć spodziewane oszczędności. Przy powietrzu silnie zapylonym lub zawierającym opary technologiczne wymienniki z bezpośrednim kontaktem strumieni szybko tracą sprawność, dlatego dobór konstrukcji musi uwzględniać charakter procesu. Rekuperacja nie zastępuje też klimatyzacji, ponieważ jej zadaniem jest wymiana powietrza, a nie odbieranie zysków cieplnych z pomieszczeń.