Ile możemy odzyskać ciepła z wentylacji? To luksus czy konieczność?

Wprowadzenie

Na początek warto przedstawić różnice między klimatyzacją i wentylacją, które są duże, dlatego nie należy mylić ze sobą tych rozwiązań. Z wentylacją mamy do czynienia wszędzie tam, gdzie ze względu na obecność okien lub kanałów wentylacyjnych ma miejsce przepływ powietrza. Rolą wentylacji jest usunięcie z budynku zużytego powietrza i zastąpienie go świeżym.

W przypadku tradycyjnej wentylacji nawiewno-wywiewnej nie mamy wpływu na parametry, czy jakość powietrza, a sytuację tę można zmienić dopiero, gdy zamontowany zostanie system rekuperacyjny. W połączeniu z wentylacją mechaniczną umożliwia on też odzyskiwanie ciepła z wywiewanego powietrza. Omawialiśmy ten temat na jednym artykule w niniejszym blogu.

Jeśli chodzi o klimatyzację, sytuacja wygląda inaczej. Klimatyzacja mieszkaniowa ma za zadanie obniżyć temperaturę we wnętrzu oraz poprawić parametry powietrza (w tym jego wilgotność i stopień zanieczyszczenia). Klimatyzacja nie zapewnia więc wymiany powietrza. Warto wspomnieć, że bardziej zaawansowane modele klimatyzatorów pozwalają też na odzysk ciepła (dzięki wyposażeniu w rekuperator) i ogrzewanie pomieszczeń [1][2][3][4].

Rys. 1. Straty ciepła w budynkach jednorodzinnych i wielorodzinnych [20][21]

Branża tego typu urządzeń na pewno będzie się dynamicznie rozwijać. Analizując rynek światowy systemów odzysku ciepła z wentylacją mechaniczną (MVHR - mechanical ventilation heat recovery), wielkość tego rynku została wyceniona na ponad 2 mld USD w 2018 r. i przewiduje się, że do 2026 r. osiągnie blisko 4 mld USD, przy wzroście CAGR na poziomie 11,3% od 2019 do 2026 r [19].

Odzysk ciepła z wentylacji – ile możemy odzyskać?

W przypadku wentylacji z odzyskiem ciepła nawiewane do domu świeże powietrze przechodzi przez rekuperator (wymiennik ciepła) i w tym urządzeniu ogrzewa się powietrzem usuwanym z domu (ale się z nim nie miesza !). Dla wymienników krzyżowych – jak na schemacie z rys. 2 - maksymalny odzysk ciepła (rekuperacja) w normalnych warunkach eksploatacyjnych w domu może być bardzo wysoki. To duża zaleta współcześnie stosowanych wymienników stosowanych na rynku. Odzysk ciepła na wymienniku dla wybranych urządzeń nawet dochodzi do 80-90%. To oznacza, że wietrząc swój dom podczas mrozów, prawie w ogóle nie „wyrzucamy ciepła” na zewnątrz.

Jest to duża różnica w stosunku do każdego innego sposobu przewietrzania domu, gdzie zimne powietrze z zewnątrz jest wpuszczane bezpośrednio do pomieszczeń przez nawietrzaki. Dane o odzysku ciepła przez rekuperator są podawane w opisach poszczególnych jednostek zgodnie z prawnymi wymaganiami dla najwyższego możliwego do uzyskania poziomu odzysku ciepła uzyskiwanego na pierwszym biegu rekuperatora. Czyli należy liczyć się z tym, że im wyższe przewietrzanie, tym niższy jest odzysk ciepła. Trzeba pamiętać, że powietrze wentylowane generuje największe straty energetyczne w bilansie rocznym, a sezon grzewczy trwa kilka miesięcy. Do tego dom z tradycyjnym systemem wentylacyjnym wymaga użycia droższych instalacji grzewczych i o większej mocy. Rekuperacja to oszczędność na ogrzewaniu nawet o 50% [5][6][7][8][11].

Użytkownik sam może obecnie ustalić poziom wymiany powietrza dla dobrego samopoczucia i stopień odzysku ciepła dla oszczędności, posługując się sterowaniem rekuperatora [16][15].

a

b

Rys. 2. Rekuperator: a) Idea pracy rekuperatora firmy Awenta [16], b) Zdalne sterowanie pracą rekuperatora to obecnie standard [15]

Jakie są warunki aby na rekuperacji zyskać?

Kwestia tego czy zawsze i ile zyskujemy na założonym systemie wentylacji z rekuperacją w danym budynku zależna jest od wielu czynników. Poniżej wymieniono podstawowe grupy czynników:

1. Rodzaj zastosowanego rekuperatora

Efektywność na pewno wynika z rodzaju zastosowanego rekuperatora i jest najczęściej określona już przez producenta. Centrale z wymiennikiem krzyżowym osiągają sprawności od 50% do 72% (ze względu na różne konstrukcje i zastosowanie różnych materiałów). Centrale przeciwprądowe mogą osiągać sprawności do 95%. Są to dane maksymalnej sprawności osiąganej w wyznaczonych warunkach, zatem w praktyce należy uwzględnić margines błędu. Zagadnienie wyboru optymalnego rekuperatora omówimy w oddzielnym artykule.

Aby tylko zasygnalizować temat: Niewątpliwie najważniejszym elementem rekuperatora jest jednak wymiennik ciepła. To od niego zależy rodzaj oraz jakość centrali wentylacyjnej. Najczęściej można spotkać rekuperatory z jednym z trzech głównych rodzajów wymienników - krzyżowym, przeciwprądowym lub obrotowym (rys. 3) [1][2][3][13][20][22].

a

b

c

Rys. 3. Przykłady wymienników stosowanych w rekuperatorach: a) wymiennik krzyżowy, b) wymiennik przeciwprądowy, c) wymiennik obrotowy [12][13][17][18] [21][22]

Należy zaznaczyć jednak, że sprawność samego wymiennika ciepła to nie to samo co sprawność całej centrali wentylacyjnej z rekuperacją. Sprawność centrali obniżają takie elementy jak słaba izolacja, mostki cieplne, zaburzenia przepływu, nieszczelności czy przedmuchy wewnątrz centrali lub podobne efekty uboczne związane z wadliwym wykonaniem centrali – o czym mowa w następnych czynnikach. Podkreślamy tę kwestię ponieważ w materiałach reklamowych na rynku jest mowa głównie o wymiennikach, a nie o całej instalacji [18][20][21][22][23].

2. Jakość wykonania instalacji

Opinie typu, że orurowanie wentylacji z rekuperacją jest tak proste, iż można je wykonać samemu można odłożyć między bajki. Energooszczędna i komfortowa wentylacja mechaniczna z rekuperacją może powstać tylko w przypadku wyboru odpowiedniej jednostki wraz z profesjonalnym wykonaniem instalacji rurowej.

Rys. 4. Przykłady izolacji kanałów wentylacyjnych [3][5][20][21][22]

Przebieg kanałów wentylacyjnych, ich wymiary oraz sposób izolacji to połowa sukcesu. Jeśli zostaną popełnione błędy na etapie rozprowadzenie instalacji (projektu), rekuperator nie spełni swoich oczekiwań. Trzeba również pamiętać, że optymalne ocieplenie kanałów (zgodnie z wymogami producenta) jest tu znaczącym elementem całego montażu.

Dobra izolacja zwiększa wydajność całego systemu generując oszczędności. Zgodnie z założeniami zawartych tam wytycznych izolacji podlega każda instalacja wentylacyjna, która przebiega przez pomieszczenia nieogrzewane lub w inny sposób narażający ją na straty energii. Zastosowana forma zabezpieczenia powinna dodatkowo spełniać wymagania co do nierozprzestrzenia ognia (ognioodporność). Do izolowania przewodów wentylacyjnych wykorzystuje się: maty lamelowe, maty kauczukowe, maty polietylenowe, płyty wentylacyjne z wełny mineralnej oraz takie z okładziną z włókna szklanego [1][2][3][4][5].

3. Inteligentne zarządzanie systemem

Na wydajność pracy urządzeń rekuperacyjnych duży wpływ ma sposób zarządzania nimi. Każda nowoczesna instalacja musi zatem posiadać sterowniki odpowiedzialne za szybką zmianę parametrów dostosowujących się do panujących warunków. Współpracujące ze sobą sterowniki odpowiadają często również za zdalny odczyt kluczowych wartości i dają możliwość szybkiej reakcji nawet na odległość z wykorzystaniem sieci Internet. Przykład takiego systemu przedstawiono na rysunku 5 [15][23].

Rys. 5. Przykłady inteligentnego systemu sterowania rekuperacja firmy Vasco [15]

4. Parametry budynku

Oczywiście nie bez znaczenia jest w jakim budynku zastosowaliśmy system rekuperacji. Okna takiego budynku oczywiście powinny być szczelne, czyli bez systemów mikrowentylacji i innych form rozszczelnienia. Drzwi wewnętrzne powinny zapewniać przepływ powietrza pomiędzy pomieszczeniami (podcięcia lub kratki drzwiowe). W zakresie izolacji ścian, dachu, fundamentów oraz podłóg zalecane jest zachowanie parametrów dla domów minimum energooszczędnych. W przypadku domu ogrzewanego przez kominek, w którym będzie działać rekuperator należy wybrać kominek z zamkniętą komorą spalania oraz wyposażonego w niezależny system pobierania powietrza zewnętrznego do paleniska [18][21][22][23].

5. Energochłonność urządzeń w systemie rekuperacji

Urządzenia rekuperacji ciągle się rozwijają. Wyposaża się je w szereg dodatkowych urządzeń, np. w nagrzewnice. Warto w tym zakresie zorientować się, jakie odbiorniki energii zainstalowane są wewnątrz układu. Bardzo często producenci central wyposażonych w nagrzewnice elektryczne pomijają w opisach parametrów urządzenia wielkość ich zużycia energii [13][15][18][22].

Podsumowanie

Gdyby spróbować podsumować nasze dywagację: Nowe polskie i europejskie wymagania dla budynków mieszkalnych w zakresie efektywności energetycznej wymagają od projektantów stosowania energooszczędnych rozwiązań ogrzewania, wentylacji, a także chłodzenia. Odzysk ciepła w systemach wentylacji mechanicznej jest obecnie praktycznie niezbędny, a wymagania w tym zakresie będą coraz wyższe. W budownictwie mieszkaniowym i jednorodzinnym małe centrale wentylacyjne, czyli rekuperatory, wciąż kojarzone są z luksusem, ale w perspektywie wymagań zawartych w WT 2021 staną się standardem.

W świetle realizowanych zmian w prawie unijnym po 2021 roku wszystkie domy w krajach UE muszą spełniać wymogi budownictwa energooszczędnego. Nowe warunki są bardzo restrykcyjne, a sprostanie im będzie możliwe tylko dzięki zastosowaniu ekologicznych instalacji w połączeniu z wentylacją mechaniczną z odzyskiem ciepła. Oznacza to jednocześnie, że montaż zarówno pompy ciepła, jak i rekuperatora, w perspektywie czasu może okazać się po prostu konieczne.

Od stycznia 2021 roku weszły w życie nowe przepisy określające maksymalną konsumpcję energetyczną budynku. Budynek jednorodzinny, dla którego pozwolenie na budowę będzie złożone po 1 stycznia 2021 roku, musi posiadać znacznie obniżony tzw. wskaźnik EP: aż do 70 kwh/(m2rok). Do tej pory było to 95 70 kwh/(m2rok) [9][10][11][12].

Oczywiście sama decyzja o instalacji systemu rekuperacji to nie wszystko. Należy sobie zdawać sprawę, że na rynku oferta tego typu urządzeń jest bardzo bogata. Inwestor, aby być pewny, że wybiera najlepsze (najbardziej sprawne w danych warunkach) rozwiązanie, bezwzględnie powinien skorzystać z profesjonalnej firmy instalacyjnej, która na podstawie projektu wykona optymalną instalację wentylacyjną z rekuperacją.

Literatura

1. Gutkowski K., Butrymowicz D., Śmierciew K., Gagan J.: Chłodnictwo i klimatyzacja. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2020

2. Pełech A.: Wentylacja i klimatyzacja - podstawy. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej. Wrocław 2008

3. Kaise K.: Wentylacja i klimatyzacja. Wymagania prawne, projektowanie, eksploatacja. Wydawnictwo MASTA 2015

4. Rubik M.: Chłodnictwo, Pompy ciepła. Wyd. I, Wydawnictwo Grupa MEDIUM, Warszawa 2020

5. https://www.klimatyzacja.pl/wentylacja/artykuly/centrale-wentylacyjne/odzysk-ciepla-przeglad-metod-1 (dostęp 02.2022r.)

6. https://inzynierbudownictwa.pl/odzysk-energii-ciepla-i-chlodu-w-instalacjach-wentylacyjno-klimatyzacyjnych/ (dostęp 02.2022r.)

7. https://www.instalacjebudowlane.pl/12190-26-76-po-ilu-latach-zwraca-sie-inwestycja-w-rekuperacje.html (dostęp 02.2022r.)

8. https://wentylacja.com.pl/news/jaki-rekuperator-powietrza-wybrac-67599.html (dostęp 02.2022r.)

9. https://www.instalacjebudowlane.pl/6737-26-76-jaki-rekuperator-wybrac.html (dostęp 02.2022r.)

10. https://www.rynekinstalacyjny.pl/artykul/centrale-wentylacyjno-klimatyzacyjne/34805,wentylacja-klimatyzacja-z-odzyskiem-ciepla-i-rekuperatory-zasady-dzialania-1 (dostęp 02.2022r.)

11. https://magazynprzemyslowy.pl/artykuly/odzysk-ciepla-z-wentylacji-i-klimatyzacji (dostęp 02.2022r.)

12. https://www.chlodnictwoiklimatyzacja.pl/artykuly/217-wydanie-07-2013/2875-odzysk-ciepla-w-instalacjach-wentylacyjnych-i-klimatyzacyjnych-cz-1.html (dostęp 02.2022r.)

13. https://inzynierbudownictwa.pl/systemy-wentylacji-i-klimatyzacji-a-energooszczednosc/ (dostęp 02.2022r.)

14. https://www.wentylacyjny.pl/1900-49-234-gruntowy-wymiennik-ciepla--budowa-zasada-dzialania-schemat.html (dostęp 02.2022r.)

15. https://vasco.eu/pl/rekuperacja (dostęp 02.2022r.)

16. https://www.awenta.pl (dostęp 02.2022r.)

17. https://www.wentylacyjny.pl/1900-49-234-gruntowy-wymiennik-ciepla--budowa-zasada-dzialania-schemat.html (dostęp 02.2022r.)

18. https://magazynprzemyslowy.pl/artykuly/odzysk-ciepla-z-wentylacji-i-klimatyzacji (dostęp 02.2022r.)

19. https://www.verifiedmarketresearch.com/product/mvhr-market/ (dostęp 02.2022r.)

20. https://inzynierbudownictwa.pl/systemy-wentylacji-i-klimatyzacji-a-energooszczednosc/ (dostęp 02.2022r.)

21. https://inzynierbudownictwa.pl/odzysk-energii-ciepla-i-chlodu-w-instalacjach-wentylacyjno-klimatyzacyjnych/ (dostęp 02.2022r.)

22. https://www.wentylacyjny.pl/1800-49-234-eksploatacja-rekuperatorow--na-co-zwrocic-uwage.html (dostęp 02.2022r.)

23. https://budujemydom.pl/instalacje/wentylacja-i-klimatyzacja/a/14641-gdzie-jest-ta-sprawnosc-rekuperatora