Zastanawiając się, jak projektant może odpowiedzieć na tak postawione pytania, zacznijmy od opisania, co tak naprawdę potrafi rekuperator. W niektórych tekstach reklamowych znaleźć można informację, że dany rekuperator „nie dość, że sam nie zużywa energii, to jeszcze ją odzyskuje”. Projektant powinien jak najszybciej odłożyć taką ulotkę i zainteresować się urządzeniami innego producenta.
Ekonomia
 |
| Rys. 1. Schemat rekuperatora |
W bilansie ciepła w domu jednorodzinnym ciepło wentylacyjne osiąga poziom nawet 40% ogólnych strat ciepła, bo tak bardzo poprawiła się izolacyjność przegród budowlanych. Warto zatem zastanowić się nad możliwością zainstalowania wentylacji z odzyskiem ciepła. Wentylacja mechaniczna, bo tylko przy takiej możemy zastosować rekuperację, zapewnia bardzo dobrą wymianę powietrza w pomieszczeniach, ale jej wadą są dodatkowo pracujące wentylatory.
A im sprawniejszy rekuperator, tym większy opór przepływu powietrza, a więc także wyższe koszty eksploatacji instalacji. Należy pamiętać o wynikającej z zastosowania rekuperatorów oszczędności energii cieplnej, ale także o dodatkowych kosztach inwestycyjnych (układ kanałów wentylacyjnych). Analiza ekonomiczna musi uwzględniać wszystkie te aspekty.
W informacjach technicznych producenci często podają tzw. sprawność temperaturową urządzeń, a nie ich sprawność energetyczną (porównywane są temperatury strumienia powietrza, a nie strumienie ciepła). Projektując urządzenia, należy wziąć pod uwagę tę drugą sprawność, gdyż to koszt odzyskanego strumienia ciepła jest istotny dla analizy ekonomicznej.
Dodatkowo należy pamiętać, że w rekuperatorze, gdy temperatura powierzchni wymiany ciepła spadnie poniżej temperatury punktu rosy, rozpoczyna się wykraplanie pary wodnej, którą trzeba odprowadzić. Dalszy spadek temperatury, do niższej od zera, skutkuje pokrywaniem się powierzchni szronem i zmniejszaniem przekroju przepływu, aż do jego zupełnego zamknięcia. Aby tego uniknąć, instalacja powinna być wyposażona w system odmrażania (o czym również warto pamiętać przy analizie kosztów). Jednak obecne ceny rekuperatorów spowodowały, że ich zastosowanie jest dużo częściej niż kiedyś uzasadnione ekonomicznie.
 |
| Tabela 1. Przebieg procesu wymiany ciepła w układzie powietrze – powietrze |
Wymiana ciepła
Na schemacie rekuperatora (rys. 1) zaznaczone zostały strumienie powietrza, których temperatura i zawartość ciepła są zmienne. Dla przypomnienia możliwych kierunków wymiany zestawiono je w tabeli 1. Pominięto wykraplanie się pary wodnej, ale w zależności od kierunku wymiany ciepła będzie to miało miejsce raz po stronie powietrza usuwanego (zimą), a innym razem po stronie powietrza nawiewanego (latem). W lecie nie grozi nam zamarzanie, ale odprowadzanie kondensatu jest wtedy równie ważne.
 |
| Tabela 2. Średnie temperatury miesięczne, miesięczna liczba stopniodni grzania Sd(tb), obliczona z definicji temperatur bazowych od 12 do 18ºC oraz Sd(18ºC) i tgr=15ºC, obliczona zgodnie z normami UE dla Warszawy dla pierwszych pięciu miesięcy sezonu grzewczego 2008/2009 ([4]) |
Parametry powietrza zewnętrznego i wewnętrznego
Precyzyjne policzenie ilości odzyskanego ciepła nie jest jednak możliwe, gdyż nigdy nie wiadomo, jakie dokładnie wystąpią temperatury powietrza zewnętrznego w nadchodzących latach. Możemy oprzeć się jedynie na danych statystycznych lat minionych i założyć, że przyszłe temperatury i wilgotności powietrza będą podobne. Do obliczeń zapotrzebowania ciepła w sezonie grzewczym używa się tzw. stopniodni. Stanowią one iloczyn liczby dni ogrzewania i różnicy między średnią temperaturą ogrzewanego pomieszczenia a średnią temperaturą zewnętrzną.
Jak pisze J. Dopke [4], stopniodnie grzania najprościej oblicza się, gdy temperatura zewnętrzna powietrza w ciągu całego dnia jest niższa od założonej temperatury bazowej tb. Wtedy dzienna liczba stopniodni grzania równa jest różnicy temperatury bazowej tb i średniej dziennej temperatury powietrza tśr, czyli Sd(tb) = tb – tśr (wg [4]).
 |
| Rys. 2. Ilustracja definicji stopniodni grzania Sd(td) jako różnicy między temperaturą bazową tb i średnią dzienną zewnętrzną temperaturą powietrza tśr [4] |
Na rysunku 2 przedstawiono wartości temperatury zewnętrznej powietrza ti mierzonej co godzinę, średnią dzienną temperaturę powietrza tśr, temperaturę bazową tb = 12°C oraz liczbę stopniogodzin grzania Sd (12°C) równą tb – ti, dla i = 1, 2 … 24. Liczbę stopniogodzin grzania tb – ti sumuje się, gdy tb – ti > 0 i przyjmuje się tb – ti = 0, gdy tb – ti ≤ 0. Dla każdego dnia suma stopniogodzin grzania podzielona przez 24 h daje dzienną liczbę stopniodni grzania.
Dzienną liczbę stopniodni grzania precyzyjnie oblicza się zatem ze wzoru [4]:
