Najważniejsze informacje na temat wymienników ciepła

Kluczem jest odzysk ciepła

Centrale klimatyzacyjno-wentylacyjne można wyposażyć w różne wymienniki odzysku ciepła. Celem wymiennika ciepła jest przechwycenie ciepła lub zimna ze strumienia powietrza wywiewanego, aby zapobiec ich utracie i przekazanie do strumienia powietrza nawiewanego. Wymiennik ciepła może także służyć do przenoszenia ciepła lub zimna do innych systemów wentylacji, a w przypadku higroskopijnych lub sorpcyjnych wymienników rotacyjnych możliwe jest również przenoszenie wilgoci zawartej w powietrzu.

Najczęściej stosowane wymienniki ciepła to:

  • Wymienniki rotacyjne
  • Płytowe wymienniki ciepła – przeciwprądowe lub krzyżowe
  • Glikolowe wymienniki ciepła z czynnikiem pośredniczącym

Wysokowydajny wymiennik rotacyjny

Rotacyjny wymiennik ciepła składa się z koła obrotowego wykonanego z aluminium  montowanego  w sekcji. Jedna połowa sekcji pracuje w strudze powietrza nawiewanego, a druga w strudze powietrza wywiewanego. Strukturę wymiennika tworzy wiele aluminiowych kanalików, umieszczonych równolegle do przepływu powietrza. W trakcie pracy centrali wymiennik wprawiany jest w ruch obrotowy. Cieplejsze powietrze wywiewane podgrzewa aluminiowe kanaliki i przenosi ciepło do chłodniejszego powietrza nawiewanego. Chłodniejsze powietrze nawiewane przepływając przez ciepłe kanaliki aluminiowe ogrzewa się.

Sprawność wymiennika osiąga 85%, dla zrównoważonego przepływu powietrza nawiewanego i wywiewanego. W standardowych warunkach pracy, przy niskiej wilgotności powietrza wyciąganego z pomieszczenia w zimie, wymiennik obrotowy nie wymaga odszraniania. Dzięki temu bez względu na temperaturę na zewnątrz można utrzymać wysoką sprawność odzysku ciepła systemu w całym zakresie temperaturowym jego pracy.

Wymiennik rotacyjny w centrali wentylacyjno-klimatyzacyjnej równie skutecznie odzyskuje energię chłodzenia, a dzięki obróbce higroskopijnej lub sorpcyjnej odzyskuje także wilgoć, obniżając koszty chłodzenia i nawilżania.

Wymiennik rotacyjny wyposażony jest w tzw. sektor czyszczący ograniczający przeciek powietrza wywiewanego do powietrza nawiewanego. Przy prawidłowo umieszczonych wentylatorach (wymiennik rotacyjny umieszczony po stronnie ssawnej wentylatorów) oraz dodatkowej regulacji ciśnienia wartość przecieku nie powinna przekroczyć 0,5%. Regulacja ciśnienia ma na celu zapewnienie niewielkiego podciśnienia od strony powietrza wyciąganego, aby ewentualny przeciek następował od powietrza nawiewanego do wywiewanego, a nie odwrotnie.

Central z wymiennikiem rotacyjnym nie stosujemy w systemach, gdzie wskazane jest 100% odseparowanie powietrza wywiewanego od nawiewanego albo w systemach, gdzie na wywiewie mieszane jest powietrze z pomieszczeń o różnych funkcjach np. biura i restauracja.

Wymiennik rotacyjny jest najpopularniejszym i najlepszym rozwiązaniem dla typowych zastosowań komercyjnych typu budynki biurowe, budynki użyteczności publicznej, obiekty sportowe itp. ze względu na wysoką efektywność odzysku ciepła i chłodu, prostą budowę i eksploatację, niezawodność pracy oraz małe gabaryty centrali.

Wymiennik krzyżowy i przeciwprądowy z rozdzielonym przepływem powietrza nawiewanego i wywiewanego

Najprostszym przykładem tego rodzaju wymiennika jest wymiennik krzyżowy. Wymiennik zbudowany jest z cienkich paneli aluminiowych – płyt – ułożonych w skrzyżowane kanały powietrzne. Kanały ułożone są naprzemiennie: nawiew – wyciąg, przez co ciepłe powietrze wywiewane ogrzewa płyty i oddaje ciepło do zimniejszego powietrza nawiewanego, przepływającego obok.

Przeciwprądowy płytowy wymiennik ciepła działa na tej samej zasadzie co wymiennik krzyżowy, jednak zwiększono jego wydajność poprzez dodanie sekcji równoległej wydłużającej drogę przepływu powietrza i  tym samym zwiększenie powierzchni kontaktowej.

Wydajność cieplna w przypadku, gdy przepływ powietrza nawiewanego i wywiewanego są identyczne wynosi ok. 65% dla krzyżowego płytowego wymiennika ciepła i ok. 80% dla przeciwprądowego płytowego wymiennika ciepła. Przepływ powietrza nawiewanego i wywiewanego odbywają się odrębnymi kanałami, więc wszelkiego rodzaju zanieczyszczenia i zapachy z powietrza wywiewanego, nie przedostają się do powietrza nawiewanego.

Należy jednak pamiętać, że szczelność układu i brak przecieków zależy od szczelności zamontowania wymiennika w centrali i prawidłowego działania zabezpieczenia przed wzrostem ciśnienia spowodowanym przemrożeniem wymiennika.

W warunkach zimowych wilgotne powietrze wyciągane z pomieszczeń w zetknięciu z zimnym powietrzem zewnętrznym spowoduje szronienie, bez zadziałania zabezpieczenia nastąpi dalsze oblodzenie i wzrost ciśnienia napierającego na ścianki kanałów, co może doprowadzić do rozszczelnienia wymiennika.

Stosowanym zabezpieczeniem jest tzw. „by pass”, czyli obejście wymiennika przeciwprądowego po stronie powietrza nawiewanego. Przez wymiennik przepływać będzie większa ilość powietrza wywiewanego, niż nawiewanego, co spowoduje odmrożenie wymiennika, w tym samym czasie spadnie temperatura mieszanki powietrza nawiewanego (część płynie przez wymiennik, część przez „by pass”) i konieczne będzie wykorzystanie większej mocy nagrzewnicy. Dlatego nagrzewnicę za wymiennikiem przeciwprądowym należy dobierać z zapasem mocy uwzględniającym działanie obejścia.

Regulacja i koordynacja pracy wymiennika i „by pass-u” jest kluczowym elementem do maksymalnego wykorzystania możliwości odzysku ciepła i wyrównanej pracy systemu w każdych warunkach, bez skoków temperaturowych (gwałtownego obniżenia temperatury nawiewu).

Wymiennik przeciwprądowy jest często polecany tam, gdzie istnieje konieczność odseparowania powietrza nawiewanego od wywiewanego, np. do kuchni czy restauracji.

Glikolowy wymiennik ciepła to idealne rozwiązanie w miejscach, gdzie wymagane jest odseparowanie powietrza wywiewanego od nawiewanego albo dla instalacji odzyskujących ciepło z wielu systemów wywiewnych do jednego systemu nawiewnego

Odzysk ciepła tego typu stosowany jest głównie tam, gdzie chcemy odizolować powietrze wyciągane od nawiewanego, również fizycznie, np. poprzez zamontowanie centrali nawiewnej i wywiewnej w innych miejscach lub w przypadku, gdy chcemy odzyskiwać ciepło np. z wielu układów wywiewnych lub innych źródeł ciepła do jednego nawiewnego.

W najprostszej wersji układ odzysku ciepła składa się z wymienników ciepła umieszczonych w centrali nawiewnej i wyciągowej, połączonych ze sobą za pomocą rurociągu i wyposażonych w węzeł hydrauliczny umożliwiający przepływ czynnika pośredniczącego. Czynnikiem pośredniczącym najczęściej jest mieszanka wody i glikolu etylenowego lub propylenowego. Stężenie mieszanki zależy od zewnętrznych warunków temperaturowych na jakie ma być odporny układ (zabezpieczenie przed zamarzaniem).

Wymienniki umieszczamy odpowiednio w strumieniu powietrza nawiewanego i wywiewanego, czynnik pośredniczący jest ogrzewany w wymienniku od strony wywiewnej i oddaje ciepło po stronie nawiewnej. Sprawność odzysku ciepła dla tego układu zależy od stopnia rozbudowania powierzchni wymienników, przy wyrównanych strumieniach przepływu wynosi najczęściej ok. 68%.

Oprócz wymienionych wcześniej zastosowań, tego typu układy odzysku ciepła często stosowane są w szpitalnictwie, ze względu na łatwy dostęp i możliwość czyszczenia wymienników oraz całkowite odseparowanie strug powietrza nawiewanego i wyciąganego.