Reklama
Reklama
 
 
 
Reklama
Wentylacja mechaniczna w domu Obrotowe wymienniki ciepła
Ocena użytkowników: / 1
SłabyŚwietny 
Data dodania: 17.12.2014

We współczesnym budownictwie, wdrażając energooszczędne technologie, uzyskano znakomite efekty energetyczne. Poprzez zastosowanie bardzo dobrej izolacji termicznej oraz bardzo szczelnych, wielokomorowych okien, jak również wykorzystanie materiałów umożliwiających szczelne połączenie stolarki okiennej i drzwiowej z przegrodami, zminimalizowano ucieczkę ciepła z budynków. Poprawa energooszczędności budynku poprzez zwiększenie jego szczelności spowodowała niemal całkowite zahamowanie działania naturalnej wentylacji grawitacyjnej. Wymusiło to stosowanie instalacji wentylacji mechanicznej, jak również klimatyzacji.

 

Rosnące ceny energii elektrycznej i cieplnej doprowadziły do powszechnego stosowania odzysku ciepła w instalacjach klimatyzacyjnych i wentylacyjnych. Wymusza to również nasze prawodawstwo – zgodnie z obowiązującymi od 1 stycznia 2014 roku warunkami technicznymi, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie: „§151.1. W instalacjach wentylacji mechanicznej ogólnej nawiewno-wywiewnej lub klimatyzacji komfortowej o wydajności 500 m3/h i więcej, należy stosować urządzenia do odzyskiwania ciepła z powietrza wywiewanego o sprawności temperaturowej co najmniej 50% lub recyrkulację, gdy jest to dopuszczalne.” [2]. Wykorzystując energię odpadową wszędzie tam, gdzie jest to tylko możliwe w instalacjach wentylacyjnoklimatyzacyjnych, należy odzyskiwać w sposób optymalny źródła energii własnej budynków, obniżając przez to koszty eksploatacyjne, a jednocześnie poprawiając jakość klimatu w pomieszczeniach budynków, zapewniając komfortowe parametry temperatury, wilgotności i czystości powietrza. Zastosowanie systemu odzysku ciepła w instalacjach wentylacyjno-klimatyzacyjnych przynosi korzyści finansowe, a koszt inwestycyjny w system odzysku ciepła zależy od tego, jakie rozwiązanie konstrukcyjne zostanie zastosowane. Znane rozwiązania systemów odzysku ciepła można podzielić, tak jak przedstawiono to na rysunku 1., na trzy podstawowe grupy:

  • ƒƒrekuperatory,
  • ƒƒregeneratory,
  • ƒƒpompy ciepła.

 

 

2014 11 39 1

Rys. 1. Klasyfikacja wymienników stosowanych w systemach odzysku energii w wentylacji i klimatyzacji [1]

 

 

Najbardziej popularne wśród systemów odzyskiwania ciepła w instalacjach wentylacyjno-klimatyzacyjnych, ze względu na prostotę budowy i pewność działania, są płytowe wymienniki przeponowe. Wymienniki te, posiadają oczywiście swoje zalety i wady. Jedną z najistotniejszych wad jest duży stosunek objętości urządzenia do jednostkowego strumienia powietrza. Fakt ten powoduje, że centrale wentylacyjne wyposażone w wymienniki rekuperacyjne są większe od central wyposażonych w inne urządzenia do odzyskiwania ciepła. Kolejną istotną wadą wymiennika płytowego jest stosunkowo wysoka temperatura zamarzania kondensującej wilgoci po stronie powietrza usuwanego. Zamarzająca wilgoć powoduje wzrost oporów przepływu powietrza, a w konsekwencji zmniejszenie strumienia powietrza, wzrost zużycia energii elektrycznej przez silniki wentylatorów i spadek efektywności odzysku ciepła. Problemu tego można uniknąć, stosując obrotowe wymienniki ciepła, które po wymiennikach płytowych, są najczęściej stosowanymi urządzeniami do odzyskiwania ciepła w systemach wentylacyjno-klimatyzacyjnych.

 

Wymienniki obrotowe

 

Wymienniki obrotowe sklasyfikowane są w grupie regeneracyjnych wymienników ciepła. W tego typu urządzeniach do odzysku energii wykorzystuje się masę akumulacyjną, z której zbudowany jest główny element wymiennika – obrotowy wirnik w kształcie walca nazywany rotorem. Materiał wirnika ma pewną masę i pewną pojemność cieplną. Wymiana ciepła między strumieniami powietrza jest możliwa dzięki wprawieniu rotora w ciągły ruch obrotowy. Przepływające ciepłe powietrze oddaje ciepło do rotora nagrzewając go, by po półobrocie odebrało je powietrze świeże, zimne. W warunkach takiego ruchu, każdy punkt rotora znajduje się na przemian w strumieniu powietrzawywiewanego, od którego ogrzewa się i w strumieniu powietrza nawiewanego, który ochładza go, dzięki przejmowaniu ciepła od jego powierzchni. Najprościej ujmując, w wymienniku obrotowym dwa strumienie powietrza na zmianę omywają tę samą powierzchnię wymiennika, dzięki czemu możliwa jest nie tylko wymiana ciepła lecz również wymiana masy – odzysk wilgoci. 

 

Zależnie od właściwości materiału zastosowanego do budowy wirnika, wymiennik obrotowy może służyć do odzysku ciepła jawnego lub do odzysku ciepła całkowitego. Efektywność procesu wymiany energii zależy od struktury wypełnienia, prędkości przepływu powietrza i prędkości obrotowej wirnika z masą akumulacyjną. Na budowę typowego obrotowego wymiennika ciepła składa się rotor wraz z napędem, obudowa oraz sekcja sterująca i czyszcząca (rys. 2.).

 

 

2014 11 40 1

Rys. 2. Regeneracyjny obrotowy wymiennik do odzysku ciepła [6] PM-LUFT – wymiennik Turbo RAVA

 

 

Głównym elementem obrotowego wymiennika ciepła jest rotor. Jego masę akumulacyjną stanowi profilowana taśma metalowa, siatka lub struktura porowata, która budową zbliżona jest do plastra pszczelego. Najczęściej jest to precyzyjnie ukształtowana i nawinięta folia aluminiowa, która tworzy swoim ułożeniem swoistą sieć małych kanalików do przepływu powietrza. Jest on wykonany w taki sposób, aby umożliwić wymianę ciepła przez jak największą powierzchnię. Zaletami wypełnienia rotora folią aluminiową jest możliwość pracy w podwyższonych temperaturach, wytrzymałość, trwałość, mały ciężar oraz niskie koszty wytwarzania. Istotna jest także łatwość utrzymania w czystości takiego wymiennika. Na rysunku 3. pokazano budowę przykładowego rotora, który składa się z przemiennie nawiniętych taśm aluminiowej karbowanej i płaskiej tworzących kanały przelotu powietrza. Warstwy folii łączone są mechanicznie przy pomocy podłużnych natłoczeń bez użycia kleju. Konstrukcja kanałów powoduje turbulencyjny przepływ powietrza, zwiększając efektywność wymiany ciepła w porównaniu do przepływu laminarnego. 

 

 

2014 11 40 2 2014 11 40 3

Rys. 3. Przykładowa konstrukcja kanałów koła rotacyjnego powodująca turbulencyjny przepływ powietrza [6]

 

 

Rotor umieszcza się w obudowie z blachy nierdzewnej lub zabezpieczonej antykorozyjnie. Obudowa wykonana jest w ten sposób, aby wewnątrz niej zmieścił się silnik elektryczny z kołem pasowym oraz paskiem do napędu wirnika z masą akumulacyjną. Obudowa umożliwia także przyłączenie kanałów powietrznych oraz wykonuje jeszcze jedną ważną rolę – powierzchnie przylegające do powierzchni czołowych rotora spełniają rolę uszczelnienia promieniowego (rys. 4.).

 

 

2014 11 40 4 2014 11 40 5  2014 11 4- 6

Rys. 4. Wymiennik obrotowy w obudowie z napędem rotora [5]

 

 

Rotor obraca się z prędkością od zera do około 20 obrotów na minutę. Stały kierunek obrotu pozwala na ogrzanie każdego kanalika najpierw powietrzem usuwanym, a następnie schłodzenie powietrzem pobieranym. W urządzeniach klimatyzacyjnych pracujących w okresie letnim przy wysokiej temperaturze powietrza zewnętrznego, przepływ ciepła będzie odbywał się od powietrza nawiewanego do wywiewanego, a proces ten potocznie nazywany jest „odzyskiem zimna”.

 

Ponieważ w strukturze wypełnienia istnieją kanaliki, w których może być przenoszone zanieczyszczone powietrze z kanału wywiewnego do kanału powietrza zewnętrznego, konstrukcja wymiennika uzupełniona jest o sekcję czyszczenia, przez którą przepływa powietrze zewnętrzne, wypłukując z kanalików struktury wypełnienia powietrze usuwane.

 

(...)

 

Centrale do odzysku ciepła z wymiennikiem obrotowym

 

Obrotowe wymienniki wchodzą w skład energooszczędnych central wentylacyjnych stosowanych w wentylacjach budynków. Budowę i zasadę działania takiej centrali przedstawia rysunek 5. Centrale mogą być w zależności od przeznaczenia różnie konfigurowane. W standardowym wyposażeniu central znajdują się wentylatory oraz zestaw filtrów.

 

Centrale dostępne są w szerokim zakresie wydajności. Najmniejsze centrale, przeznaczone do pomieszczeń o powierzchni około 100 m2 mają wydajność około 200 m3/h (rys. 6.).

 

W najnowszych rozwiązaniach stosowane są wentylatory napędzane silnikami komutowanymi elektronicznie EC. Centrale uzupełnione mogą być w chłodnice, nagrzewnice wstępne i wtórne, nawilżacze, tłumiki, zarówno po stronie nawiewnej jak i wywiewnej. W okresach przejściowych w instalacjach wentylacyjnych nawiewno-wywiewnych, gdy temperatury powietrza wywiewanego z pomieszczeń i powietrza zewnętrznego są zrównoważone, odzysk ciepła jest technicznie nieuzasadniony. Wówczas automatyka sterująca centralą najczęściej wyłącza napęd wymiennika obrotowego w przypadku np. różnicy temperatury Δt = 3 K i mniejszej. Nastawy fabryczne różnicy temperatury, poniżej której nie ma potrzeby odzysku ciepła w wymiennikach obrotowych, to najczęściej od 3 do 5 K. Oczywiście sama praca central wentylacyjnych w okresach przejściowych jest całkowicie uzasadniona – nawiew świeżego przefiltrowanego powietrza oraz wywiew zużytego zapewni właściwy komfort w pomieszczeniach wentylowanych. Centrale mogą posiadać bardziej rozbudowaną automatykę. Mogą być wyposażone m.in. w system automatycznej regulacji, realizujący wentylację np. w oparciu o stężenie CO2 w pomieszczeniu bądź wilgotność względną. Zastosowane sterowniki CD pozwalają na regulację ilości oraz temperatury powietrza, informują o konieczności wymiany filtrów bądź awarii.

 

 

dr inż. Zbigniew CEBULSKI
Politechnika Łódzka,
Instytut Maszyn Przepływowych,
Zakład Techniki Cieplnej i Chłodnictwa

 

LITERATURA:


[1] Pełech A.: Wentylacja i klimatyzacja – podstawy. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej. Wrocław, 2009.
[2] Dziennik Ustaw RP z dnia 13.08.2013 r. poz. 926.
[3] Materiały informacyjne firmy Centrum Klima.
[4] Materiały informacyjne firmy Helios.
[5] Materiały informacyjne firmy Klingenburg.
[6] Materiały informacyjne firmy PM Luft.

 

POLECAMY WYDANIA SPECJALNE

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2021

  • Pompy ciepła 2020-2021

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2020

  • Pompy ciepła 2019-2020

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2019

  • Pompy ciepła 2018

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2017

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2018

  • Pompy ciepła 2015

  • Pompy ciepła 2016

Katalog firm chłodnictwo, klimatyzacja, wentylacja

CHŁODNICTWO: Agregaty (chillery) chłodzone powietrzem, Agregaty (chillery) chłodzone wodą, Agregaty absorpcyjne, Agregaty skraplające, Aparatura kontrolno-pomiarowa, Chłodnice, Chłodnictwo w transporcie, Chłodziwa i nośniki ciepła, Czynniki chłodnicze, Dry-coolery, Drzwi chłodnicze (okucia, akcesoria), Elementy rozprężające, Filtry - osuszacze czynnika chłodniczego, Komory chłodnicze i zamrażalnicze, Kontenery chłodnicze, Maszyny do produkcji lodu (płatkarki, kostkarki), Materiały termoizolacyjne, Meble chłodnicze i zamrażalnicze, Monobloki chłodnicze, Odolejacze, separtory, Oleje sprężarkowe, Płyty warstwowe, Pompy cyrkulacyjne, Silniki, Siłowniki, Sprężarki chłodnicze, Tunele mroźnicze (kriogeniczne), Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Urządzenia rozmrażające, Wieże chłodnicze, Wyłączniki i przekaźniki czasowe, Wymienniki ciepła (parowacze, skraplacze), Wymienniki płytowe, Zasobniki chłodu, Zawory, Zespoły spręzarkowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

KLIMATYZACJA i WENTYLACJA: Aparatura kontrolno-pomiarowa, Aparaty grzewczo-wentylacyjne, Centrale klimatyzacyjne monoblokowe, Centrale klimatyzacyjne rooftop, Centrale klimatyzacyjne sekcyjne, Chłodnice/nagrzewnice kanałowe, Czerpnie i wyrzutnie, Filtry powietrza, Kanały wentylacyjne, Klapy ppoż. (oddymiające, odcinające), Klimakonwektory, Klimatyzacja samochodowa, Klimatyzatory kompaktowe (przenośne, okienne), Klimatyzatory split, Klimatytory multi splity, Kolektory słoneczne, Kratki, nawiewniki, dysze, Kurtyny powietrzne, Materiały termoizolacyjne, Nasady kominowe, wywietrzniki, Nawilżacze (parowe, zraszające, ultradźwiękowe, komory zraszania), Oczyszczacze powietrza, Odciągi miejscowe, Okapy kuchenne, Osuszacze powietrza, Pompy ciepła, Pompy cyrkulacyjne, Przepustnice, Rekuperatory i regeneratory do odzysku ciepła, Siłowniki, Stropy, belki chłodząco-grzejące, Systemy Super Multi, Szafy klimatyzacji precyzyjnej, Tłumiki hałasu, Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Wentylatory dachowe, Wentylatory oddymiające, przeciwwybuchowe, chemoodporne, Wentylatory osiowe, Wentylatory promieniowe, Wentylatory strumieniowe (oddymiające), Wymienniki gruntowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

MATERIAŁY, NARZĘDZIA, PRZYRZĄDY, AKCESORIA: Izolacje akustyczne, termiczne, Materiały i przyrządy lutownicze i spawalnicze, Materiały uszczelniające, Narzędzia, Rury, kształtki, akcesoria, Urzadzenia i środki czyszczące, Urządzenia do inspekcji i czyszczenia systemów wentylacyjno-klimatyzacyjnych, Urządzenia do usuwania i napełniania instalacji chłodniczych; recyklingu czynników chłodniczych, Wibroizolacje, Zamocowania i tłumiki drgań.

INNE: Zrzeszenia i organizacje, Oprogramowanie komputerowe, Portale internetowe, Targi, wystawy, szkolenia.