Odzysk ciepła z wentylacji – luksus czy konieczność

Wejście w życie wymagań zawartych w warunkach technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [2], wiąże się z obowiązkiem zapewnienia nowego poziomu EP w nowo budowanych obiektach. Według ekspertów, po 2021 r. praktycznie niemożliwie będzie uzyskanie wskaźnika EP na wymaganym poziomie bez zastosowania rekuperacji.

W przypadku wielu budynków konieczne będzie wykorzystanie odnawialnych źródeł energii [3]. Zapewnienie odpowiedniego wskaźnika zapotrzebowania na energię pierwotną gwarantuje wysoką energooszczędność i relatywnie niskie koszty eksploatacji obiektu.

W nowych i docieplanych budynkach z wentylacją grawitacyjną większość strat ciepła związana jest z wentylacją.

Najlepszym sposobem ograniczenia niekontrolowanego przepływu powietrza w budynku jest zastosowanie wentylacji mechanicznej lub hybrydowej. W dużych obiektach centrale wentylacyjno-klimatyzacyjne stosowane są już od dawna.

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. Jednak zastosowanie wentylacji mechanicznej w budynku to nie tylko spełnienie wymagań, ale także dodatkowe korzyści, np. zapewnienie komfortu i czystego powietrza.

Z drugiej strony są także wymagania dotyczące obowiązku stosowania odzysku ciepła zawarte w rozporządzeniu nr 1253/2014 [1] dotyczącym wymogów ekoprojektu dla systemów (urządzeń) wentylacyjnych. Podzielono je na dwa etapy. Pierwszy już obowiązuje (od 1 stycznia 2016), a kolejne wymagania wprowadzone zostaną w 2018 r. Rozporządzenie 1253/2014 jako systemy przeznaczone do stosowania w budownictwie mieszkaniowym klasyfikuje te, w których maksymalna wartość natężenia przepływu wynosi 1000 m3/h, natomiast do stosowania w pozostałych obiektach – powyżej 250 m3/h [1].

Od 1 stycznia 2016 r. we wszystkich systemach nawiewno-wywiewnych obowiązkowe jest zastosowanie układu do odzysku ciepła.

Urządzenie stosowane do wentylacji, tutaj centrala wentylacyjna, powinny być wyposażone w: obudowę, minimum dwa wentylatory z płynną regulacją prędkości obrotowej, odzysk ciepła oraz filtr – bardzo dokładny na nawiewie i dokładny na wywiewie.

Dodatkowo wprowadzono obowiązek stosowania regulacji sprawności wymiennika ciepła poprzez np. zmianę prędkości rotora czy zastosowanie obejścia. Minimalna sprawność odzysku ciepła powinna wynosić 67% (63%, jeśli zastosowano wymiennik z cieczą pośredniczącą).

Od 1 stycznia br. obowiązkowe jest też etykietowanie urządzeń przeznaczonych do budynków mieszkalnych z informacją o ich efektywności energetycznej. Podstawą ich zaliczenia do poszczególnych klas energetycznych jest jednostkowe zużycie energii JZE. Rozporządzenie zobowiązuje producentów do podawania szczegółowych informacji dotyczących urządzeń, które są istotne z punktu widzenia  eksploatacji. Dla inwestora jest to bardzo korzystne, może bowiem dokonać świadomego wyboru.

Wentylacja grawitacyjna

Wentylację grawitacyjną trudno kontrolować (patrz: Efektywność działania wentylacji naturalnej i możliwości jej usprawnienia; Szymon Firląg, Artur Miszczuk) i nie gwarantuje ona odpowiedniego strumienia powietrza. Tym samym jakość powietrza w budynkach z taką wentylacją jest niska.

Inwestycja w rekuperator jest najprostszym rozwiązaniem zapewniającym komfort w dobrze zaizolowanym obiekcie. Spełnienie wymagań zawartych w warunkach technicznych [2] wiąże się także z zapewnieniem wysokiej szczelności budynku.

W wentylacji grawitacyjnej powietrze do budynku nawiewane jest m.in. poprzez nieszczelności, ale jest to także istotne źródło strat energii.  Zatem żeby poprawić parametry izolacyjności obiektu, buduje się obecnie znacznie szczelniej, ograniczając tym samym infiltrację powietrza. Konieczne jest montowanie specjalnych nawiewników, które zapewniają napływ świeżego powietrza.

Kolejną wadą wentylacji grawitacyjnej jest to, że przy temperaturze od 12°C w górę nie następuje przepływ powietrza do budynku nawiewnikami z powodu zbyt małej różnicy ciśnienia i wentylacja musi się odbywać poprzez otwieranie okien. Wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła umożliwia stały napływ świeżego, przefiltrowanego powietrza, bez względu na warunki pogodowe. Rozwiązanie to umożliwia zapewnienie komfortu i jakości powietrza i skuteczne odprowadzenie zysków ciepła i wilgoci z pomieszczeń. 

Instalacja wentylacji

Wykonanie instalacji wentylacji mechanicznej wymaga wykonania projektu, który musi uwzględniać rozmieszczenie elementów nawiewnych i wywiewnych, a także kanałów, centrali (rekuperatora) oraz lokalizację czerpni i wyrzutni. W mniejszych obiektach wykonuje się instalację wywiewną tylko z pomieszczeń sanitarnych, a w większych usuwa powietrze także z dużych przestrzeni. Świeże powietrze doprowadzane jest do pomieszczeń „czystych”, takich jak pokoje, a poprzez szczeliny w drzwiach dostaje się do łazienek, kuchni czy garderoby. Ilość powietrza nawiewanego i wywiewanego musi się bilansować.

W projekcie koniecznie należy zawrzeć obliczenia hydrauliczne przewodów, a następnie dobrać odpowiednią centralę wentylacyjną. Składa się ona z wymiennika ciepła, wentylatorów, by-passu, filtrów układów przeciwzamrożeniowego i sterowania. Rekuperator powinien mieć także zaizolowaną obudowę, łatwy dostęp do modułu z filtrami i energooszczędne silniki wentylatorów na prąd stały EC. Na koniec należy dobrać skrzynki rozprężne, przepustnice oraz tłumiki i inny osprzęt. Nie należy zapominać o miejscu na rewizje, ważne, by dostęp do nich był łatwy ze względu na dalszą eksploatację i czyszczenie instalacji. Kupując rekuperator, warto się od razu upewnić, czy można go serwisować na terenie Polski.

Wykorzystanie GWC

Zimą w okresie ujemnych temperatur oraz latem w czasie upałów funkcjonowanie rekuperatora jest mniej efektywne niż w okresach przejściowych. Gdy temperatura spada, pojawia się problem ochrony przed zamarzaniem wymiennika, rozwiązywany np. przez użycie by-passa i nagrzewnicy elektrycznej. Wiąże się to z dodatkowym zużyciem prądu elektrycznego zwiększającym koszty eksploatacji instalacji wentylacyjnej.

Jednym z rozwiązań umożliwiających poprawę bilansu energetycznego budynku jest zamontowanie gruntowego wymiennika ciepła (GWC). Stała temperatura gruntu, wynosząca 10°C, występuje ok. 7–10 m pod ziemią [4], inne źródła podają nawet 15 m [5], co trzeba uwzględnić w kosztach budowy instalacji. W praktyce wymienniki montuje się znacznie płycej, bo na głębokości 1,5–2 m.

Zimą GWC sprawdza się przede wszystkim jako ochrona przeciwzamrożeniowa rekuperatora. Latem może służyć także do chłodzenia pomieszczeń, wtedy powietrze dociera bezpośrednio do nich z pominięciem rekuperacji.

Rekuperator z pompą ciepła

Producenci oferują szereg rozwiązań, które pozwalają uzyskać maksymalne oszczędności w trakcie eksploatacji systemu wentylacji. Przykładem może być rekuperator wyposażony w tzw. aktywny odzysk ciepła, czyli zastosowanie dodatkowo pompy ciepła.

Podobne rozwiązania stosuje się także w dużych centralach wentylacyjno-klimatyzacyjnych. Nowością jest jednak zastosowanie tego samego schematu działania w małych, kompaktowych centralach (rekuperatorach). Taka centrala zimą może ogrzewać, a latem chłodzić ze względu na odwracalny obieg pompy ciepła. W jednej obudowie zamontowano rekuperator, pompę ciepła oraz zbiornik c.w.u. Wywiewane z pomieszczeń ciepłe powietrze służy jako dolne źródło energii dla pompy ciepła, która może pracować zarówno na potrzeby ogrzewania powietrza w nagrzewnicy wodnej, jak i podgrzewania wody na cele użytkowe.

Niektórzy producenci oferują podobne rozwiązania z dodatkowym wsparciem przez GWC – określane jako kompletne systemy rekuperacji dla niewielkich obiektów. Systemy tego typu pozwalają uzyskać optymalne parametry powietrza przy zminimalizowanym zużyciu energii.

Jednostki ścienne i dachowe

W pomieszczeniach takich, jak sklepy, markety, hale czy restauracje, czyli o dużej niedzielonej przegrodami przestrzeni, wartym uwagi rozwiązaniem są specjalne rekuperatory dachowe. Lokuje się je w dachu budynku, nie wymagają one montażu elementów nawiewnych oraz kanałów. Mogą być zatem stosowane w budynkach istniejących i modernizowanych. Jedynym warunkiem jest doprowadzenie instalacji elektrycznej do podłączenia wentylatora.

Zaletą tych urządzeń jest ich łatwa instalacja. Rekuperator dachowy działa na podobnej zasadzie jak wentylator kanałowy. Chłodne powietrze zasysane jest do wnętrza urządzenia, przez które równocześnie przepływa strumień ciepłego powietrza, usuwanego z wewnątrz obiektu. Chłodniejsze powietrze ogrzewa się i jest rozprowadzane po obiekcie w wielu kierunkach. Opadając, ogrzewa się ono jeszcze o kolejne kilka stopni Celsjusza, nim dotrze do poziomu podłogi.

Na podobnej zasadzie działają także urządzenia montowane w ścianach budynków. Pozwalają dostarczyć świeże powietrze z zewnątrz przy jednoczesnym ograniczeniu hałasu, co miałoby miejsce po otwarciu okna. Dodatkowo powietrze jest przefiltrowane, a  w chłodniejszych okresach wstępnie podgrzewane w wymienniku ciepła. Jednostki ścienne mogą być sterowane za pomocą czujników wilgotności względnej czy poziomu stężenia CO2.

Wentylacja mechaniczna i odzysk ciepła stają się w budownictwie mieszkaniowym coraz popularniejsze. Także w obiektach przemysłowych oraz magazynach można wykorzystać zużyte powietrze do ogrzania świeżego. Z czasem, m.in. z powodu wymagań zawartych w przepisach dotyczących efektywności energetycznej, wentylacja mechaniczna i odzysk ciepła staną się standardem.

Literatura

1.  Kostka M., Wymagania ekoprojektu dla systemów wentylacyjnych, „Rynek Instalacyjny” nr 5/2016.
2. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75/2002, poz. 690, z późn. zm.).
3. Trząski A., Wymagania dla budynków po 2020 roku a rozwiązania konwencjonalne i OZE – cz. 2, „Rynek Instalacyjny” nr 10/2015.
4. Topolańska J., Krawczyk D., Gruntowe powietrzne wymienniki ciepła. Przegląd stosowanych rozwiązań, „Rynek Instalacyjny” nr 4/2014.
5. Müller J., Wymienniki gruntowe pod budynkiem, „Rynek Instalacyjny” nr 12/2015.
6. Szeszycka N., Kostka M., Energia gruntu w klimatyzacji obiektów hotelowych, „Rynek Instalacyjny” nr 9/2014.
7. Dane producentów rekuperatorów: Alnor, APO, ASK, Barbor, Ekozefir, Helios, Klima-Therm, Komfovent, Mitsubishi Electric, Nilan, Salda.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!