Efektywność energetyczna i czyste powietrze

Rosnąca liczba rozwiązań w mniejszych centralach wynika zarówno z coraz surowszych wymagań prawnych, jak i niższych kosztów produkcji i integracji komponentów kiedyś zarezerwowanych dla urządzeń większych. Przykładem był obrotowy (regeneracyjny) wymiennik ciepła, następnie wentylatory EC, a dziś choćby filtry, szczególnie w kontekście ochrony przed wnikaniem do pomieszczeń cząstek PM_2,5 i PM₁₀, składników smogu.

Odzysk ciepła i wilgoci

Jednym z kierunków rozwoju central rekuperacyjnych jest odzyskiwanie ciepła utajonego (tj. z wilgoci zawartej w powietrzu). Zastosowanie tego rozwiązania pozwala nie tylko na zwiększenie efektywności urządzenia, ale też poprawienie jakości powietrza (wilgotności) w domu. Odzysk ciepła utajonego odbywa się w regeneratorach – wymiennikach obrotowych z taśmy aluminiowej (karbowanej i płaskiej), które jako masa akumulacyjna umożliwiają akumulację ciepła z powietrza wywiewanego i przekazanie do powietrza nawiewanego.

Jednoczesny odzysk ciepła i wilgoci zachodzi także w wymiennikach tzw. entalpicznych, będących rozwinięciem wymienników przeciwprądowych. Nie stosuje się w nich typowych lameli metalowych, tylko selektywną membranę paroprzepuszczalną, dzięki której ciepło z powietrza wywiewanego przekazywane jest do strumienia powietrza nawiewanego wraz z cząsteczkami wody. Klasyczne wymienniki entalpiczne wykonuje się z porowatej celulozy, ale można już spotkać rozwiązania, w których w tej roli występuje membrana ze specjalnego polimeru. Dzięki temu wymiennik entalpiczny jest bardziej odporny na rozwój mikroorganizmów, a dodatkowo można go myć wodą.

Energooszczędne rozmrażanie

Centrale rekuperacyjne mają być coraz bardziej energooszczędne, dlatego zwraca się uwagę na coraz więcej aspektów pracy urządzenia wpływających na oszczędność energii. Przy niskiej temperaturze zewnętrznej konieczne jest odpowiednie zabezpieczenie przeciwzamrożeniowe wymiennika, dzięki czemu zachowana jest jego wydajność. Odszranianie musi być zaplanowane tak, by zużycie energii było możliwie niskie, czyli nakłady energetyczne nie niweczyły odzysku ciepła.

Najprostszy sposób odszraniania wymiennika ciepła polega na kierowaniu usuwanego ciepłego powietrza na wymiennik (nie pracuje wówczas wentylator nawiewny) – tak prowadzony proces odszraniania trwa kilka-kilkadziesiąt minut. Jest to jednak sposób najmniej efektywny energetycznie, może też doprowadzić do wytworzenia podciśnienia w pomieszczeniach przez przerywaną pracę wentylatora nawiewnego.

Innym rozwiązaniem jest rozmrażanie powietrzem wewnętrznym dzięki skierowaniu go na wymiennik przez dodatkową trójstronną przepustnicę recyrkulacyjną. Ciepłe powietrze napływa na wymiennik z obu stron – po szybkim i skutecznym rozmrożeniu centrala samoczynnie wraca do normalnej pracy.

Najpopularniejszym sposobem rozmrażania pozostaje stosowanie nagrzewnicy wstępnej. Ważna jest jednak jej inteligentna kontrola, dzięki której koszty powietrza nawiewanego są zoptymalizowane. Niskie zużycie prądu przez nagrzewnice wstępne możliwe jest dzięki odpowiedniemu algorytmowi sterowania (modulacji) tych urządzeń. Producenci proponują własne algorytmy, jednak ich istota jest taka sama – uruchomienie nagrzewnicy na krótkie momenty (np. kilkanaście minut) w odpowiednich odstępach czasowych. Czasy pracy i przerwy dobrane są tak, by uniemożliwić zamrożenie wymiennika, tj. podać powietrze o temperaturze wyższej niż 0°C, ale jednocześnie zapewnić jak najniższe zużycie energii. Modulowana nagrzewnica pozwala na osiągnięcie oszczędności ok. 30% w porównaniu do rozwiązań bez rozmrażania wymiennika.

Dodatkowym czynnikiem zwiększającym skuteczność technik odszraniania wymiennika jest usuwanie kondensującej wody z wilgotnego usuwanego powietrza. W rozwiązaniach niektórych producentów jest ona przenoszona do strefy temperatury dodatniej – dzięki temu na samym wymienniku zostaje niewielka ilość kondensatu, co znacznie ogranicza proces szronienia.

Filtry antysmogowe

Mówiąc dziś o rekuperacji, nie można poprzestać na uzyskiwanych dzięki niej oszczędnościach energii, ponieważ do systemu wentylacyjnego dociera powietrze zewnętrzne, czyli wraz ze wszystkimi zanieczyszczeniami. Niezbędna jest odpowiednia filtracja – zgodnie z głośnym medialnie tematem smogu coraz częściej można spotkać informację, że centrale rekuperacyjne wyposażone są w filtry „antysmogowe”.

Nie istnieje jednak definicja takiego filtra. Można przyjąć, że powinien on skutecznie usuwać najgroźniejsze składniki smogu – pył o frakcji PM_2,5 oraz PM₁₀. Pod względem technicznym powinien być to filtr kieszeniowy lub kasetowy o dużej powierzchni filtracyjnej – kilkukrotnie większej niż w przypadku typowych filtrów. Natomiast pod względem klasy filtr powinien odpowiadać filtrowi dokładnemu (F7–F9), choć od lipca 2018 roku należy się już posługiwać nową normą klasyfikującą filtry do wentylacji ogólnej – PN-EN ISO 16890 Przeciwpyłowe filtry powietrza do wentylacji ogólnej. Skuteczność filtra określa się dla danej wielkości cząstek – mówi ona, o ile zmniejsza się stężenie takich cząstek po przejściu przez filtr. Każdy filtr może więc mieć trzy klasy: ePM10XX%, ePM2,5YY%, ePM1ZZ%, przy czym zwykle XX>YY>ZZ. Minimalna skuteczność filtra odpowiedniego do usuwania cząstek danej frakcji to 50% – stąd klasa filtra antysmogowego powinna wynosić co najmniej ePM2,550%.

Jak to się ma do filtrów dokładnych? Jednoznaczne przeliczenie klas „starych” na „nowe” jest niemożliwe. Są one inaczej definiowane i badane, zatem „nową” klasę danego filtra można określić tylko po przebadaniu go według obowiązującej normy. Jednak Stowarzyszenie Eurovent porównało klasy według wycofanej normy PN-EN 779 i nowej PN-EN ISO 16890 dla faktycznie istniejących filtrów, testując je w akredytowanych laboratoriach. Powstało zalecenie Eurovent 4/23, na podstawie którego można przeprowadzić szybkie przejście z PN-EN 779 do potencjalnych ofert PN-EN ISO 16890 (fragment przedstawia tabela).

Niezwykle istotna staje się więc prawidłowa eksploatacja, w której duże znaczenie ma odpowiednio częsta wymiana filtrów. Producenci zwykle podają szacowaną częstotliwość wymiany (np. raz do roku), jednak przy dużym zapyleniu filtry zużywają się szybciej – rosną opory przepływu, a tym samym wentylatory pracują na wyższych biegach i zwiększa się zużycie prądu przez centralę. Dlatego odpowiednia częstotliwość wymiany filtrów zależy od faktycznego tempa ich zabrudzenia – czyli od tego, jak bardzo zanieczyszczone jest powietrze zewnętrzne. 

Producenci oferują rozwiązania umożliwiające kontrolę zanieczyszczenia filtra:   

• liczniki przydatności filtrów – prosta funkcja czasu, w której sterownik zaprogramowany jest na określoną liczbę dni, np. 90, dla których sygnalizuje zbliżającą się konieczność wymiany filtra;
• presostat – dzięki pomiarowi przepływu powietrza przez filtr uruchamia się sygnał alarmowy, jeśli spadek ciśnienia na filtrze przekroczy ustalony poziom. Dzięki jego zastosowaniu użytkownik otrzymuje sygnał o konieczności wymiany filtra, zanim nastąpi spadek wydajności instalacji i zwiększenie zużycia energii elektrycznej.

Ciekawe rozwiązania

Rekuperacja staje się coraz popularniejsza, dlatego pojawiają się rozwiązania wychodzące naprzeciw inwestorom o nietypowych potrzebach – mających szczególnie mało miejsca lub tych, którzy „obudzili się” na zbyt zaawansowanym etapie budowy, by myśleć o klasycznej centrali rekuperacyjnej. Producenci zmierzają choćby w kierunku rozwiązań kompaktowych, np. tworząc centrale o małej wysokości, które można zamontować w suficie podwieszanym, lub o małej długości, które można zamontować w miejscu po standardowej zabudowie meblowej (60 cm).

Interesujące rozwiązania dotyczą też sytuacji, kiedy na etapie projektu nie została założona instalacja wentylacji mechanicznej i konstrukcja domu nie przewiduje ani montażu centrali rekuperacyjnej, ani poprowadzenia instalacji kanałowej. Przykładem może być rekuperator wewnątrzścienny, wyposażony w sprawny wymiennik ceramiczny oraz elektronicznie komutowany wentylator nawiewno-wywiewny, który w tych dwóch funkcjach działa naprzemiennie co określony krótki odcinek czasu. Takie rozwiązanie najlepiej spełni swoją funkcję, jeśli dana kondygnacja zostanie wyposażona w dwa blisko położone urządzenia, zsynchronizowane i o przeciwstawnych przepływach, sterowane przez jeden regulator obrotów.

Interesującym rozwiązaniem jest też klimakonwektor zintegrowany z rekuperatorem, w którym zastosowano wymiennik wykonany z poliestru. Również i w tym wykonaniu postawiono na oszczędność miejsca i zastosowanie wentylatorów EC – odśrodkowego, odpowiedzialnego za proces wymiany powietrza z odzyskiem ciepła, i promieniowego, będącego sercem właściwego klimakonwektora.