Zdecentralizowana wentylacja budynków i mieszkań

Żeby sprostać wymaganiom, zaczęto stosować rozwiązania wspomagające wentylację grawitacyjną, np. wentylatory wywiewne oraz nawietrzaki nadokienne i nawietrzaki ścienne.

Stosuje się również regulację przepływu powietrza zależną od poziomu wilgoci lub poziomu CO₂. Nie pozwala to jednak na pełną kontrolę i ograniczanie strat ciepła.

Zadanie to skutecznie zrealizuje dopiero wentylacja mechaniczna:

• z centralą wentylacyjną nawiewno-wywiewną z odzyskiem ciepła
• oraz z instalacją wentylacyjną.

Nie w każdym istniejącym czy modernizowanym budynku można zamontować instalację wentylacyjną z rekuperatorem. Ponadto wielu inwestorów i posiadaczy domów jednorodzinnych stara się maksymalnie redukować nakłady inwestycyjne i unikać wydatków na wentylację. Jednak w całej UE, w tym w Polsce, stale rosną wymagania odnośnie do energoefektywności budynków.

Możliwości redukcji zużycia energii poprzez stosowanie izolacji termicznej przegród budowlanych i stolarki są coraz mniejsze, sprawności urządzeń grzewczych też są wyśrubowane. Ale wentylacja ma nadal spory potencjał oszczędności. Tym samym wymagania dla nowych i modernizowanych budynków są tak konstruowane, aby zachęcać do odzyskiwania ciepła z powietrza wentylacyjnego.

Doświadczenia rynkowe skłoniły wielu producentów do konstruowania małych urządzeń wentylacyjnych z odzyskiem ciepła, które są w stanie doprowadzić świeże powietrze do pomieszczeń bez konieczności budowy rozbudowanej instalacji z kanałami nawiewnymi i wywiewnymi oraz montażu centrali w pomieszczeniu gospodarczym.

Poszukiwania idą w wielu kierunkach.

Coraz większą popularność zdobywają urządzenia niewymagające wiercenia czy wykuwania dużych otworów w ścianie zewnętrznej i tym samym naruszania jej właściwości nośnych (co do stycznia 2017 wiązało się z koniecznością uzyskania pozwolenia na budowę, obecnie powinno wystarczyć zgłoszenie).

• Jeden z kierunków rozwoju urządzeń wentylacyjnych to naścienne minicentrale wentylacyjne z odzyskiem ciepła do obsługi pojedynczych pomieszczeń, które wymagają dwóch przejść przez ścianę zewnętrzną, dla przewodu nawiewnego i wywiewnego obok siebie, np. o średnicy ok. 90–100 mm. Oferowane są już rekuperatory z pojedynczym koncentrycznym przewodem o średnicy 250 mm. Są to przeważnie jednostki z entalpicznymi wymiennikami krzyżowymi odzyskującymi nie tylko ciepło, ale też wilgoć. Niektóre mogą obsługiwać więcej niż jedno pomieszczenie – także drugie sąsiednie.
• Drugi kierunek to minirekuperatory montowane w jednym otworze ściennym o małej średnicy – ok. 150 mm. Przeważnie wykorzystują ceramiczne wymienniki akumulacyjne – powietrze jest tłoczone przez nie naprzemiennie co kilkadziesiąt sekund (rys. 1 i rys. 2). Pobór mocy elektrycznej takich minirekuperatorów wynosi kilka, kilkanaście watów.

Rekuperatory z wymiennikami akumulacyjnymi

Ich konstrukcja jest prosta, a praca opiera się na dwóch naprzemiennych cyklach.

• W pierwszym cyklu pracy rewersyjny wentylator osiowy wyciąga zużyte powietrze z pomieszczenia, które przechodząc przez ceramiczny wymiennik, oddaje mu ciepło i wilgoć.
• Gdy wymiennik się nagrzeje i nie może przyjąć więcej ciepła, urządzenie automatycznie przechodzi w tryb nawiewny. Odwraca się wówczas przepływ, świeże powietrze z zewnątrz przechodzi przez wymiennik i odbiera od niego ciepło i wilgoć.
• Gdy temperatura wymiennika spadnie, wentylator ponownie zmienia kierunek przepływu.
• Zmiany następują co około 70 s.

Oferowane są też zestawy takich wymienników, które mogą tworzyć system wentylacji nie tylko jednego pomieszczenia, ale całego budynku czy mieszkania.

W jednym pomieszczeniu z dwiema naprzeciwległymi ścianami zewnętrznymi mogą zostać zainstalowane dwa wymienniki – w czasie gdy jeden nawiewa, drugi wywiewa i po kilkudziesięciu sekundach zamieniają się rolami.

Tak samo wentylować można całe mieszkania. Wprawdzie nie wymaga to montażu tradycyjnych przewodów wentylacyjnych, ale konieczne jest staranne wyodrębnienie stref wentylacyjnych ze zmianą kierunku przepływu (rys. 3 - patrz: rysunek przy tytule).

Rekuperatory sprzęgnięte są bezprzewodowo (radiowo). Na przykład system sterowania dla rekuperatorów VITOVENT 100-D może służyć do centralnej obsługi trzech grup liczących po dwa urządzenia w przestrzeni mieszkalnej. Jest to moduł obsługowy z wyświetlaczem dotykowym do sześciu różnych trybów roboczych:

• sterowanie stopniami wentylacji;
• tryb eco (standardowy) z odzyskiem ciepła;
• tryb wentylacji doraźnej, np. przy gotowaniu;
• tryb snu z krótkotrwałym wyłączeniem wentylatorów na czas zasypiania;
• tryb przewietrzania do chłodzenia podczas ciepłych letnich nocy
• oraz tryb urlopowy z najniższym zużyciem prądu.

Alternatywnie można sterować modułem obsługowym LED z podstawowymi funkcjami stopni wentylacji, trybem eco i przewietrzaniem.

Niektóre firmy w panelach obsługi i sterowania mają nawet wskaźnik wymiany filtra.

Także urządzenia recoVAIR VAR 60 można dostosować do najróżniejszych potrzeb i zoptymalizować wydajność wentylacji, minimalizując zużycie energii.

• Tryby pracy można ustawiać za pomocą pilota.
• W trybie sterowania ręcznego dostępne są trzy poziomy wentylacji, a w automatycznym wentylacja kieruje się wilgotnością powietrza wewnętrznego.
• Wieczorem fotokomórka przełącza instalację z powrotem na najniższy poziom wydajności, żeby zapewnić cichą pracę.
• Z kolei w trybie ekonomicznym wentylacja działa tylko wtedy, gdy przekroczony zostanie zadany próg wilgotności powietrza.
• Natomiast funkcja „przewietrzenie” to praca bez odzysku ciepła.

Instalacje z centralą recoVAIR VAR 60 mogą mieć układy sterowania z wbudowanym czujnikiem CO₂ (rys. 4).

Gdy wzrasta jego poziom w pomieszczeniu (np. przy pojawieniu się gości), rośnie przepływ powietrza. Urządzenie ma trzy funkcje alarmowe sygnalizujące:

• duży poziom CO₂
• zbytnią wilgotność powietrza
• i konieczność niezwłocznej wymiany filtra.

Postęp elektroniki zapowiada, że tak jak w informatyce co dwa lata, tak i w tym przypadku następować będzie zmiana jakościowa w zakresie sterowania tymi urządzeniami.

Kolejną cechą opisywanych urządzeń jest prostota prac serwisowych. Na przykład recoVAIR VAR 60 wymaga tylko regularnego czyszczenia filtrów oraz czyszczenia wymiennika ciepła.

• Filtry wewnętrzny i zewnętrzny, które zapobiegają przenikaniu zanieczyszczeń do środka pomieszczenia i zabrudzeniu wymiennika, łatwo wyczyścić lub wymienić, a pokrywa zewnętrzna jest wyposażona w siatkę, która zamyka drogę owadom.
• Ceramiczny wymiennik ciepła można myć ciepłą wodą, co gwarantuje higienę przez cały okres jego eksploatacji.
• Dostęp do urządzenia nie wymaga użycia specjalistycznych narzędzi.

Urządzenia z wymiennikiem akumulacyjnym pracują bez konieczności stosowania systemu antyzamrożeniowego. Te z rekuperatorami krzyżowymi pracują z optymalną wydajnością do temperatur zewnętrznych sięgających nawet –5°C, przy niższych temperaturach system automatycznie redukuje ilość powietrza czerpanego, a przy ok. –15°C wyłącza urządzenie.

Dostępne są już na rynku także urządzenia niewiele różniące się budową zewnętrzną od małych rekuperatorów akumulacyjnych wewnątrzściennych, ale mające wymienniki pracujące z powietrzem stale przepływającym w obu kierunkach.

Przykładem rekuperatora wewnątrzściennego o małej średnicy przewodu prowadzonego w ścianie zewnętrznej (108 i 158 mm – rys. 5) jest jednorurowy HRU-WALL wyposażony w wymiennik ceramiczny (odzysk do 90%) i energooszczędny wentylator EC (rys. 1).

Dzięki niskiemu zużyciu energii oraz bardzo cichej pracy może on działać non stop z trzema prędkościami w zależności od potrzeb i wielkości pomieszczenia, z maksymalną wydajnością 25 lub 60 m3/h.

Rekuperatory pracują najefektywniej, gdy dwie jednostki zamontowane w dwóch blisko położonych pomieszczeniach podłączone są do jednego regulatora obrotów (lub dowolnych trzech przełączników dwupozycyjnych). W konfiguracji takiej istnieje możliwość synchronizacji urządzeń dla przemiennej pracy (jedna jednostka wyciąga powietrze, druga nawiewa).

Rekuperatory z wymiennikami krzyżowymi

Jednymi z pierwszych były kompaktowe konstrukcje wewnątrzścienne z wymiennikiem krzyżowym wymagające wyburzenia sporego otworu w ścianie zewnętrznej. Są one nadal stosowane, gdyż ich zaletą jest duża wydajność – w trybie odzysku ciepła z powietrza nawet 500 m³/h (rys. 6).

Przeznaczone są do większych pomieszczeń, jak np. sale wykładowe, lekcyjne czy pomieszczenia biurowe. Centrala taka składa się ze wzmocnionego teleskopowego rękawa ściennego, który mieści główny korpus urządzenia.

Za kratkami czołowymi schowane są filtry, elementy wymiennika ciepła i wentylatory. Wszystkie elementy rękawa, wymiennika ciepła i kratek wykonane są z wytrzymałych polimerowych materiałów łatwych do czyszczenia. Do regulacji wydajności oferowane są sterowniki.

Przykładem rekuperatorów z wymiennikiem krzyżowym do pojedynczych pomieszczeń montowanych na ścianie zewnętrznej są też urządzenia przypominające wyglądem jednostkę wewnętrzną klimatyzatora (rys. 7).

• Montaż takiego rekuperatora jest łatwy, a instalacja w ścianie wymaga wywiercenia dwóch otworów o średnicy ok. 90 mm.
• Komplet zawiera przewody do instalacji oraz osłony przeciwdeszczowe i separacyjne czerpni i wyrzutni.
• Urządzenia wyposażone są w dwa wentylatory (wyrzutnia i czerpnia) zasilane jednym silnikiem oraz wymiennik ciepła (odzysk 80%), który jest wyjmowalny i można go czyścić odkurzaczem.

• Żywotność wymiennika krzyżowego wynosi ok. 15 lat. Mogą one odzyskiwać nie tylko ciepło, ale również wilgoć, co pozwala uniknąć nadmiernego wysuszenia powietrza w okresie grzewczym.
• Urządzenia mają przesuwną żaluzję, którą można przymknąć lub całkowicie zamknąć wlot/wylot kanałów.
• Mają filtr klasy EU3 (opcja EU–F7) i pracują cicho (25–37 dB(A)). Ich wydajność to 50–105 m³/h.

Innym przykładem jest rekuperator do montażu na ścianie zewnętrznej z entalpicznym wymiennikiem krzyżowo-przewciwprądowym (rys. 8). Osiąga on sprawność odzysku ciepła do 89%, a wilgoci do 79%.

• Wymiennik można myć ciepłą wodą. Działa przy temperaturze powietrza zewnętrznego do –5°C bez konieczności uruchomienia systemu antyzamrożeniowego.
• Filtry (standard G3, opcja F7) znajdują się w przedniej części urządzenia i można je łatwo wymienić bez konieczności użycia narzędzi.
• Wentylatory odśrodkowe powietrza nawiewanego i wywiewanego zasilane są silnikami EC.
• Rekuperator ma cztery stopnie regulacji wydajności powietrza oraz możliwość sterowania z funkcją oszczędzania energii – wydajność od 15 do 65 m³/h.
• Dotykowy panel sterujący umieszczony jest na froncie urządzenia.
• Na panelu sterującym sygnalizowane są awarie oraz informacja o konieczności wymiany filtrów.

Rekuperatory wewnątrzścienne z wymiennikiem przeciwprądowym

Na rynku oferowany jest także rekuperator wewnątrzścienny z wymiennikiem przeciwprądowym o sprawności do 90%. To miedziany wymiennik, przez który stale przepływa powietrze w obu kierunkach i nie dochodzi do zmieszania przeciwnych strumieni (rys. 9).

• Odzyskuje ciepło w okresie grzewczym lub chłód latem w chłodzonych pomieszczeniach.
• Pracuje w lekkim nadciśnieniu – przykładowo najmniejszy rekuperator do obsługi pomieszczeń do 60 m² na wlocie ma 115 m³/h, a wylocie 105 m³/h.
• Jego zakres pracy dla temperatury zewnętrznej wynosi od –25 do 45°С.
• Rekuperator ma funkcję „minidogrzewanie” zabezpieczającą przez zamarzaniem.
  Ma też okapnik do odprowadzania skroplin i należy go montować ze spadkiem trzech stopni na zewnątrz.
  Producent określa jego żywotność na 10 lat.
• Obsługa techniczna polega na okresowym przeglądzie powierzchni wentylatorów i wymiennika ciepła, a w razie konieczności ich czyszczeniu – wentylatorów wilgotną szmatką, a wymiennika odkurzaczem. Nie ma filtrów, jedynie siatki przeciw owadom.
• Do sterowania służy pilot z różnymi trybami pracy, w tym cichej (o wydajności 25 m³/h).
• Oferowany jest w kilku wydajnościach i tym samym z różnymi wymiarami otworów – od 150 do 340 mm.

Opracowano na podstawie materiałów firm:Alnor, Mitsubishi, Prana, Viessmann, Vaillant, Vents‑Group, Vent-Axia i Zehnder