Recyrkulacja powietrza w klimatyzacji i wentylacji pomieszczeń
Ocena użytkowników: / 10
SłabyŚwietny 
Data dodania: 16.12.2015

Mieszanie strumieni powietrza, z których jeden strumień składowy jest powietrzem recyrkulacyjnym, znane i stosowane jest od dawna w technice wentylacyjnej i klimatyzacyjnej. Zastosowanie mieszania umożliwia zmniejszenie zużycia energii niezbędnej do zapewnienia właściwych parametrów powietrza w pomieszczeniu wentylowanym, o czym będzie mowa w niniejszym artykule. Jednak zastosowanie recyrkulacji ma pewne ograniczenia, wynikające głównie z bezpieczeństwa użytkowania pomieszczeń oraz zapewnienia odpowiednich warunków higieniczno-sanitarnych.

 

Recyrkulacja jest najprostszą metodą odzysku ciepła w centralach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych, zaś sam proces mieszania strumieni jest znany od bardzo dawna i wcześniej mieszanie strumieni było bardzo chętnie stosowane, w celu zmniejszenia zużycia energii koniecznej do zapewnienia właściwego przebiegu obróbki cieplno-wilgotnościowej powietrza wentylacyjnego. Proces mieszania polega najczęściej na mieszaniu dwóch strumieni w komorze mieszania, najczęściej o różnych stanach termodynamicznych, a mianowicie np. powietrza zewnętrznego z powietrzem recyrkulacyjnym – wywiewanym (rys. 1.). W zależności od aktualnej potrzeby, proporcja ta może być stała lub ulegać zmianom w czasie. W wyniku tego zmieszania strumieni powietrza powstaje mieszanina o wypadkowych parametrach cieplno-wilgotnościowych. Podczas mieszania powietrza parametry powietrza zmieszanego zależą od: parametrów powietrza zewnętrznego,

  • parametrów powietrza wywiewanego,
  • stosunku zmieszania.

 

 

a)

2015 11 46 1

b)

2015 11 46 2

Rys. 1. Układ wentylacji z recyrkulacją (R): a) schemat, b) realizacja mieszania w centrali wentylacyjnej

 

 

Mieszanie dwóch strumieni przedstawiono na rysunku 2. Grafi cznie punkt charakteryzujący powietrze zmieszane M znajduje się na prostej łączącej punkty „1” i „2”.

 

Stan mieszaniny można wyznaczyć bezpośrednio na wykresie i – x, stosując prawo dźwigni w odniesieniu do dwóch strumieni powietrza tworzących mieszaninę: punkt mieszaniny M leży na prostej łączącej dwa punkty odpowiadające parametrom początkowym strumieni powietrza i dzieli odcinek łączący te punkty w stosunku odwrotnym do mas mieszającego się powietrza. Prawo dźwigni opisane jest zależnością:

 

2015 11 46 3

gdzie:

mp1 i mp2 – masy strumieni składowych powietrza.

 

W pewnych przypadkach może okazać się np., że punkt powstałej mieszaniny może znaleźć się poza obszarem powyżej linii nasycenia, a więc w obszarze mgły (punkt M’ ). W takich sytuacjach prawo dźwigni jest również słuszne.

Cyfry na wykresie (rys. 2.) odpowiadają wartościom i oraz x mieszających się strumieni. Na linii łączącej te dwa punkty umiejscowiony jest trzeci punkt, powstały w wyniku zmieszania się tych strumieni powietrza. Punkt ten położony jest w miejscu o nowej wartości x, która powstaje z sumy iloczynu mas powietrza i zawartości wilgoci podzielonej przez sumę mas powietrza.

 

Parametry powstałej mieszaniny można także wyznaczyć analitycznie na podstawie bilansu wilgoci i bilansu cieplnego. 

 

Podczas wykonywania obliczeń cieplno-wilgotnościowych należy pamiętać, że powietrze wilgotne jest jednorodną mieszaniną powietrza suchego oraz zawartej w nim wody, która może znajdować się w stanie gazowym, ciekłym lub stałym.

 

(...)

 

Wymagany stosunek zmieszania powietrza otrzymywany jest zazwyczaj poprzez zastosowanie przepustnic regulujących intensywność dopływu do komory zmieszania każdego strumienia powietrza. W komorach mieszających, oprócz podstawowego zadania, a mianowicie zmiany proporcji zmieszania powietrza zewnętrznego i recyrkulacyjnego, przepustnice wspomagają proces zmieszania strumieni powietrza. W związku z powyższym, bardzo często stosuje się doprowadzanie pod kątem 90o strumieni powietrza do komory mieszania oraz przepustnice o łopatkach współbieżnych kierujących strumienie naprzeciw siebie. Ze względów ekonomicznych nie jest wskazana duża strata ciśnienia na przepustnicach.

 

Odzyskiwanie ciepła, czyli wykorzystanie ciepła zawartego w powietrzu wywiewanym do wstępnego przygotowania powietrza nawiewanego, może być realizowane poprzez stosowanie mieszania strumieni, z których jeden stanowi powietrze recyrkulacyjne – a więc częściowo zawracane powietrze wywiewane z pomieszczenia. Stosowanie recyrkulacji powietrza jest szczególnie uzasadnione w przypadkach, gdy powietrze usuwane z pomieszczenia jest mniej zanieczyszczone od powietrza zewnętrznego. Należy jednak pamiętać, że mieszanie strumieni powietrza z udziałem powietrza recyrkulacyjnego ma również pewne ograniczenia. Ograniczenia takie stanowią wymagania dotyczące zapewnienia bezpieczeństwa przeciwwybuchowego i przeciwpożarowego oraz wymagania higieniczno- zdrowotne. Wszędzie tam, gdzie stosowanie recyrkulacji zwiększałoby w pomieszczeniu wzrost stężenia gazów i substancji toksycznych, trujących, chorobotwórczych, palnych, wybuchowych itd., nie jest możliwe stosowanie recyrkulacji powietrza. Niekorzystne jest stosowanie recyrkulacji w przypadkach, gdy w pomieszczeniach emitowane są nieprzyjemne zapachy.

 

W Polsce w zakresie recyrkulacji obowiązują m. in. następujące zapisy:

  • Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU 2002, Nr 75, poz.690 z późn. zmianami) [4]: 

    § 150.1. 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. W przypadku zastosowania recyrkulacji strumień powietrza zewnętrznego nie może być mniejszy niż wynika to z wymagań higienicznych. Dla wentylacji technologicznej zastosowanie odzysku ciepła powinno wynikać z uwarunkowań technologicznych i rachunku ekonomicznego.

    3. Recyrkulację powietrza można stosować wówczas, gdy przeznaczenie wentylowanych pomieszczeń nie wiąże się z występowaniem bakterii chorobotwórczych, z emisją substancji szkodliwych dla zdrowia, uciążliwych zapachów, przy zachowaniu wymagań

    § 149 ust. 1 oraz wymagań dotyczących ochrony przeciwpożarowej.

    4. W budynku opieki zdrowotnej recyrkulacja powietrza może być stosowana tylko za zgodą i na warunkach określonych przez właściwego państwowego inspektora sanitarnego.

    5. W przypadku stosowania recyrkulacji powietrza w instalacjach wentylacji mechanicznej nawiewno-wywiewnej lub klimatyzacji należy stosować układy regulacji umożliwiające w korzystnych warunkach pogodowych zwiększanie udziału powietrza zewnętrznego do 100 %.

    6. Przepisu ust. 5 nie stosuje się w przypadkach, gdy zwiększanie strumienia powietrza wentylacyjnego uniemożliwiałoby dotrzymanie poziomu czystości powietrza wymaganego przez względy technologiczne.

    7. Wymagań ust. 1 można nie stosować w przypadku instalacji używanych krócej niż przez 1000 godzin w roku.
  • Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 czerwca 2010 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (DzU z 2010, Nr 109 poz. 719) [6]:

    § 35.4. W systemach ogrzewczych oraz wentylacyjnych nie jest dopuszczalna recyrkulacja powietrza, jeżeli mogłaby spowodować wzrost zagrożenia wybuchem.
  • Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Socjalnej z dnia 26 września 1997 r. w sprawie ogólnych przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy (DzU z 2003 r. Nr 169, poz. 1650 z późn. zm.) [5]:
    §38 ust.1. Przy stosowaniu w pomieszczeniach pracy wentylacji mechanicznej z recyrkulacją powietrza ilość powietrza świeżego nie powinna być mniejsza niż 10% ogólnej ilości wymienianego powietrza.

    §38 ust.2. W powietrzu wprowadzanym do pomieszczeń pracy przy stosowaniu recyrkulacji zanieczyszczenie czynnikami szkodliwymi dla zdrowia nie powinno przekraczać poziomu, przy którym suma stosunków stężeń poszczególnych substancji do odpowiadających im wartości najwyższych dopuszczalnych stężeń przekracza 0,3.

    §38 ust.3. Recyrkulacja powietrza nie powinna być stosowana w pomieszczeniach pracy, w których występuje narażenie na mikroorganizmy chorobotwórcze lub znajdują się substancje trujące, cuchnące albo możliwe jest nagłe zwiększenie stężenia szkodliwych substancji, a także w przestrzeniach zagrożonych wybuchem.

 

Chociaż recyrkulacja jest jedną z najefektywniejszych metod oszczędzania energii, to w wielu krajach nie zaleca się jej stosowania. W Polsce recyrkulacja powietrza w budynkach opieki zdrowotnej może być stosowana tylko za zgodą i na warunkach określonych przez właściwego państwowego inspektora sanitarnego. W Stanach Zjednoczonych oraz w Szwajcarii istnieje możliwość stosowania recyrkulacji pod warunkiem spełnienia określonych wymagań, np. powietrze recyrkulacyjne musi przepływać przez fi ltry o takiej samej klasie jak powietrze świeże, pochodzić z tego samego pomieszczenia, a udział powietrza recyrkulacyjnego nie może być większy niż 70% całkowitej ilości powietrza doprowadzanego do pomieszczenia i nie mniejszy niż 1200 m3/h. Ponadto zaleca się stałe monitorowanie poziomu zabrudzenia filtrów HEPA z uwagi na możliwość rozwoju mikroorganizmów na ich powierzchniach.

 

 

Recyrkulacja a zanieczyszczenie powietrza

(...)

 

Recyrkulacja a stężenie związków chemicznych, np. gazów anestetycznych, recyrkulacja a stężenie zanieczyszczeń pyłowych i mikrobiologicznych

(...)

 

Recyrkulacja a stężenie CO2

(...)

 

Recyrkulacja a zużycie energii

(...)

 

Podsumowanie

 

Recyrkulacja powietrza jest stosowana w technice wentylacyjnej i klimatyzacyjnej, aby zmniejszyć zużycie energii. Mieszanie strumieni powietrza jest znane od dawna i było chętnie stosowane w technice wentylacyjnej i klimatyzacyjnej, lecz obecnie, zapewne za sprawą rozwoju technologii odzyskiwania ciepła za pomocą różnego rodzaju wymienników, zostało nieco zepchnięte na dalszy plan. 

 

Zapotrzebowanie na energię niezbędną do odpowiedniego przygotowania powietrza nawiewanego do pomieszczenia, a więc niezbędnej do jego obróbki cieplno-wilgotnościowej, zależy od udziału powietrza zewnętrznego (świeżego) w powietrzu wentylacyjnym.

 

Przez wiele lat, ze względu na ograniczenie kosztów eksploatacyjnych, zalecano stosowanie recyrkulacji powietrza. Był to najprostszy sposób odzyskiwania energii zawartej w usuwanym powietrzu. Jednak, z uwagi na kryterium jakości powietrza, w większości przypadków recyrkulację należy uznać za najgorszy ze stosowanych sposobów odzysku ciepła, ponieważ zanieczyszczenia powstające w pomieszczeniu nie są w całości usuwane, lecz krążą w instalacji. Stosowanie recyrkulacji powietrza jest szczególnie uzasadnione w przypadkach, gdy powietrze usuwane z pomieszczenia jest mniej zanieczyszczone od powietrza zewnętrznego.

 

Należy pamiętać, że powietrze w pomieszczeniach powinno zapewniać przynajmniej minimalne warunki higieniczne niezbędne do funkcjonowania człowieka.

 

Ze względu na wymagania higieniczne i sanitarne oraz wszędzie tam, gdzie stosowanie recyrkulacji zwiększałoby w pomieszczeniu wzrost stężenia gazów toksycznych, trujących, palnych, wybuchowych itd., nie jest możliwe stosowanie recyrkulacji powietrza.

 

W szczególnych przypadkach, np. w salach operacyjnych, w obiektach ochrony zbiorowej itp., recyrkulacja bywa stosowana pomimo istnienia powyższych zagrożeń, po uprzedniej, dokładnej analizie jej wpływu na czystość powietrza.

 

 

mgr inż. Krzysztof KAISER
specjalista w zakresie eksploatacji
szpitalnych instalacji technologicznych,
w tym instalacji wentylacji i klimatyzacji

 

 

LITERATURA:

[1] KAISER K.: Wpływ wentylacji sal operacyjnych, wybudzeniowych i pomieszczeń zabiegowych na zanieczyszczenie powietrza anestetykami wziewnymi. Ch&K 5/2015.

[2] KAISER K., WOLSKI A.: Hałas i zanieczyszczenia w wentylacji. Wyd. MASTA. Gdańsk, 2011.

[3] PIZIALI R.L., WHITCHER C., SHER R., MOFFAT R. J.: Distribution of waste anesthetic gases in the operating room air. Anesthesiology. 1976 Nov.45(5). 487–94.

[4] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU 2002, Nr 75, poz.690 z późn. zm.).

[5] Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Socjalnej z dnia 26 września 1997 r. w sprawie ogólnych przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy (DzU z 2003 r. Nr 169, poz. 1650 z późn. zm.).

[6] Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 czerwca 2010 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (DzU z 2010, Nr 109 poz.719).

 

 

Przeczytaj pełną treść artykułu w numerze 11-2015 str. 46-53

http://e-czasopisma.net/13-chlodnictwo-klimatyzacja

 

 

 

 

POLECAMY WYDANIA SPECJALNE

  • Pompy ciepła 2023-2024

  • Pompy ciepła 2021-2022

  • Pompy ciepła 2022-2023

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2021

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2022

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2023

  • Pompy ciepła 2020-2021

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2020

  • Pompy ciepła 2019-2020

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2019

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.