Jaki jest Twój koszt uzyskania odzysku ciepła…

Dzięki systemowi wentylacji z odzyskiem ciepła zyskujemy zdrowe i świeże powietrze, odpowiednie warunki higieniczne do przebywania w pomieszczeniach, eliminację nadmiaru wilgoci z pomieszczeń, jak również jesteśmy w stanie w sezonie zimowym wykorzystać ciepło z usuwanego powietrza oszczędzając w ten sposób energię na potrzeby ogrzewania.

Sercem systemu wentylacji z odzyskiem ciepła jest centrala wentylacyjna z wymiennikiem ciepła, potocznie zwana “rekuperatorem”. Wyróżniamy takie wymienniki ciepła jak:

• krzyżowe
• przeciwprądowo-krzyżowe
• obrotowe
• spiralne

Ze względu na bardzo dobre parametry pracy, niezawodność i intuicyjny serwis, najbardziej popularnym jest wymiennik przeciwprądowo-krzyżowy.

Zjawiska cieplne zachodzące w wymiennikach ciepła, bez względu na ich rodzaj, doskonale opisuje dział fizyki, termodynamika. Jest to nauka o energii, zajmująca się badaniem energetycznych efektów wszelkich przemian fizycznych i chemicznych, które wpływają na zmiany energii wewnętrznej analizowanych układów.

Przy wyborze danej centrali instalatorzy i użytkownicy często nie wnikają w przemiany fizyczne tylko opierają się na przekazach i zapewnieniach marketingowych producentów. Tutaj z pomocą przychodzi właśnie wspomniana termodynamika dzięki której teorie marketingowe można prosto i szybko zweryfikować.

Zabezpieczenie wymiennika przed zamarznięciem…

Każdy z wymienników ciepła potrzebuje zabezpieczenia przed zamarzaniem, w przypadku wymienników przeciwprądowo-krzyżowych najczęstszymi zabezpieczeniami są:

• zastosowanie elektrycznej nagrzewnicy wstępnej
• obniżenie prędkości obrotowej wentylatora nawiewnego
• zatrzymanie wentylatora nawiewnego
• komora podmieszania

Pierwszy sposób, najbardziej popularny, powoduje szereg oczywistych kosztów związanych z jego użytkowaniem. Drugi i trzeci sposób doprowadzają do znacznego ograniczenia lub całkowitego braku świeżego powietrza, co z miejsca je dyskwalifikuje, bo rekuperacja u podstawy ma dostarczać świeże powietrze do pomieszczeń przebywania ludzi. Czwarty sposób nie zdaje egzaminu od strony higieniczności, gdyż tutaj również nie dostarczamy świeżego powietrza.

Zabezpieczenie wymiennika przez nagrzewnicę wstępną…

Do analizy zastosowania nagrzewnicy wstępnej jako zabezpieczenia wymiennika posłużą nam następujące parametry:

• V = 100 m³/h
• T_U – temperatura powietrza usuwanego z pomieszczeń 21 ^oC
• T_Z – temperatura powietrza zewnętrznego – 10 ^oC
• Rh% – wilgotność powietrza usuwanego 25%

Do podgrzania strumienia powietrza 100 m³/h od temperatury – 10 ^oC do temperatury + 1 ^oC potrzebujemy ok 355 W mocy elektrycznej pobranej z nagrzewnicy wstępnej. Ponadto podczas pracy nagrzewnicy wstępnej dochodzi również do przekazania ciepła (energii) do strumienia powietrza usuwanego z pomieszczeń, w wyniku czego otrzymujemy podniesioną wartość temperatury na wyrzutni, energia, którą zwyczajnie wyrzucamy na zewnątrz. Straty te zwierają się w przedziale 50 – 65%.

Na wykresie i-x powyższy proces podgrzania powietrza przez nagrzewnicą wstępną wygląda następująco:

Z wykresu i-x możemy odczytać wartość energii biorącej udział w tym procesie. Jest to różnica pomiędzy energią strumienia powietrza usuwanego z pomieszczeń a energią strumienia powietrza wyrzucanego na zewnątrz.

i = 30 – 13 = 17 kJ/kg

Dla strumienia powietrza 100 m³/h otrzymujemy wartość energii ok 620 W. W prostszy sposób możemy posłużyć się kalkulatorem producenta otrzymując tą samą wartość.

Podsumowując, przy temperaturze – 10 ^oC, dla strumienia powietrza 100 m³/h potrzebujemy zużyć na nagrzewnicę wstępną ok 335 W (aby podgrzać strumień powietrza do + 1 ^oC), otrzymując w zamian odzysk ciepła na poziomie 600 W.

Zakładając 24 godziny temperatury zewnętrznej na poziomie – 10 ^oC otrzymujemy:

Przy założonym strumieniu powietrza 100 m³/h przy temperaturze zewnętrznej – 10 ^oC i temperaturze usuwanej z pomieszczeń 21 ^oC i wilgotności względnej wynoszącej 25% otrzymujemy bilans:

14,4 – 8,04 = 6,36 kW

Czy możemy się obejść bez nagrzewnicy wstępnej przy wymienniku przeciwprądowo-krzyżowym ?

Jak najbardziej – TAK !

Dzięki ponad 50 letniemu doświadczeniu producenta, w centralach Vallox już od 2012 roku nie stosujemy nagrzewnic wstępnych, ze względu na oszczędność energii elektrycznej.

Jak zatem działa w Vallox zabezpieczenie wymiennika …

bez elektrycznej nagrzewnicy wstępnej…

Założone parametry:

• T_U – temperatura powietrza usuwanego z pomieszczeń 21 ^oC
• T_Z – temperatura powietrza zewnętrznego – 10 ^oC
• V = 100 m³/h
• Rh% – wilgotność powietrza usuwanego 26 %

Dla tego przykładu posłużymy się tzw. przykładem z życia.

Powyższy diagram przedstawia cykle odszraniania wymiennika. Cykle te trwają od 10-15 minut. Do obliczeń zakładamy stratę na niezbędne odszronienie wymiennika o łącznym czasie 150 minut. Włączając powyższe dane do wykresu i-x otrzymujemy:

W naszym przypadku nie potrzebujemy zużywać energii na nagrzewnicę wstępną. Dzięki temu na wykresie na pierwszy rzut oka możemy zaobserwować dłuższą linię procesu niż w przypadku wykorzystania elektrycznej nagrzewnicy wstępnej.

Z wykresu i-x odczytujemy wartość energii:

i= 31 – 3,7 = 27,3 kJ/kg

Dla danego wydatku 100 m³/h otrzymujemy ilość energii ok 999 W.

Posługując się kalkulatorem:

W centralach Vallox MV za wymiennikiem zamontowane są elektryczne nagrzewnice wtórne. W naszym przypadku otrzymujemy temperaturę nawiewu ok 16 ^oC (kolor niebieski). W celu otrzymania zadanej temperatury komfortu powinniśmy podgrzać powietrze za wyjściem z wymiennika ciepła, zużyjemy wówczas ok 67 W.

Kolejnym naszym zamierzonym efektem jest wykorzystanie ciepła utajonego (kolor zielony). Dzięki braku nagrzewnicy wstępnej w centralach Vallox możliwe jest wykorzystanie ciepła utajonego co bezpośrednio przekłada się na wzrost efektywności odzysku ciepła. Jest to energia, która towarzyszy procesowi wykroplenia się wody na ścianie wymiennika. Dlatego tak bardzo w systemach rekuperacji zależy nam na ciepłym i wilgotnym powietrzu.

Z powyższego przykładu z życia, gdzie temperatury zewnętrzne były przez ok. 8 h w granicach – 15 ^oC, a w pozostałych ok. – 10 ^oC, otrzymujemy:

* przy zainstalowanych dwóch nagrzewnicach wtórnych dla modeli Vallox 99, 110, 145, 245 MV w odszranianiu w pierwszej kolejności bierze udział nagrzewnica o mniejszej mocy elektrycznej np. 900 W dla modeli 99, 110, 145. Druga nagrzewnica wtórna uruchamia się automatycznie przy bardzo niskich temperaturach (Skandynawia).

W bilansie energii otrzymujemy wartość 24 – 4,68 = 19,32 kWh

Warto zaznaczyć, że w przypadku temperatur do – 10 ^oC eksploatacja central Vallox wygląda jak na poniższym wykresie. W takim przypadku nie ma konieczności odszraniania wymiennika, a praca nagrzewnic wtórnych dla zapewnienia temperatury komfortu np. 18 ^oC jest w większości przypadków niepotrzebna.

PODSUMOWANIE

Z powyższego porównania wynika, że dzięki wyeliminowaniu nagrzewnicy wstępnej zyskujemy:

• dużo niższe zapotrzebowanie energii w okresie zimowym
• dużo większy zysk energetyczny z odzysku ciepła
• możliwość wykorzystania ciepła utajonego z wilgoci w strumieniu powietrza wywiewanego
• zrównoważony przepływ strumieni powietrza nawiewanego i wywiewanego
• brak konieczności zmniejszenia lub wyłączenia wentylatora nawiewnego co doprowadza do znacznego podciśnienia
• brak marnowania energii na potrzeby podgrzewania powietrza na wyrzutni
• dużo mniejsze koszty eksploatacyjne i bilansie rocznym dla użytkownika