Baza wiedzy o wentylacji i rekuperacji

Wymiennik obrotowy – niedoceniany Mistrz odzysku ciepła.

Prawie wszystkie specjalistyczne firmy, produkujące małe centrale rekuperacyjne, mają w swojej ofercie urządzenia z wymiennikiem obrotowym. Choć z definicji wymiennik obrotowy nie jest rekuperatorem, tylko regeneratorem, to od przeszło ćwierć wieku z powodzeniem znajduje zastosowanie w dużych i małych centralach wentylacyjnych.

1. Jak działa wymiennik obrotowy?

 Wymiennik obrotowy wykonany jest zazwyczaj z aluminium. Dwie blachy: jedna prosta, a druga falista, nawijane są na ułożyskowany wałek. Po nawinięciu blachy powstaje cylinder o różnej średnicy, zależnej od wydajności i o głębokości zazwyczaj 200mm. Ciekawe jest, że wymiennik wykonany dla wydajności 100m3/h i dla wydajności 10 000m3/h będzie miał tę samą głębokość, a tylko inną średnicę.

Załamania blachy falistej tworzą małe kanaliki, a blacha prosta oddziela je od siebie. Tymi małymi kanalikami przepływa powietrze. Najpierw ciepłe powietrze ogrzewa blachę aluminiową, a po obrocie bębna, przez te same kanaliki przepływa w kierunku przeciwnym (zazwyczaj) powietrze zimne. Powietrze zimne ogrzewa się od rozgrzanej blachy. Aluminium, z którego wykonany jest wymiennik doskonale przejmuje i akumuluje ciepło oraz szybko je oddaje.

2. Odzysk wilgoci.

 Ważną cechą wymiennika obrotowego jest zdolność do odzysku wilgoci w warunkach zimowych. Ochłodzona część wymiennika, po przejściu na stronę ciepłą wywołuje zjawisko kondensacji pary wodnej. Wilgoć, która się wykropliła na ściankach wymiennika zostaje przekazana suchemu powietrzu po stronie nawiewu.

Sprawność odzysku wilgoci standardowego wymiennika, to około 50% dla warunków zimowych. Dobra wilgotność powietrza jest ważna, zwłaszcza zimą, gdy zwykła wentylacja mocno wysusza nam dom, czy mieszkanie.

3. Jaka jest sprawność wymienników obrotowych?

 Zazwyczaj w rekuperatorach stosuje się wymienniki o sprawności temperaturowej od 80 do 90%. Należy tutaj zwrócić uwagę, że producenci centralek z rotorami nie podają informacji w sposób ukryty: „do 99%”, tylko gwarantują daną wydajność. Specyfika działania wymiennika obrotowego sprawia, że można zagwarantować sprawność. Większość poważnych producentów pokazuje również wykres sprawności i użytkownik lub instalator może dobrać urządzenie w taki sposób, aby pracowało ono w okresie zimowym w najwyższym punkcie sprawności.

Poniżej pokazane jest kilka przykładów wykresów sprawności dla centralek Ostberg serii HERU

4. Wymiennik obrotowy nie zamarza.

 W normalnych warunkach wilgotności powietrza w domu (poniżej 60%) wymiennik obrotowy nie mam możliwości zamarznięcia. Dzięki temu może odzyskiwać ciepło również w warunkach zimowych bez stosowania nagrzewnicy wstępnej. Zwykłe wymienniki płytowe (przeciwprądowe, entalpiczne) nie mogą pracować w temperaturach ujemnych, ponieważ wilgoć, która się wykrapla na ściankach od strony powietrza wywiewanego zamarza i zatyka przelot powietrza. Wymiennik obrotowy obraca się około 10 razy na minutę. Wilgoć na jego ściankach również zamarza zgodnie z prawami fizyki, jednak obrót i przejście zamarzniętego fragmentu na stronę ciepłą powoduje rozmrożenie i częściowe odparowanie nadmiaru wilgoci.

Wymiennik obrotowy nie wymaga zabezpieczeń przeciwzamrożeniowych i dzięki pracy w najniższych nawet temperaturach odzyskuje dużo więcej ciepła, niż wymienniki płytowe. Poniższy wykres pokazuje tę różnicę. Oba wymienniki pracują z wydajnością 250m3/h i mają sprawność około 80%.

5. Sprawność wymienników obrotowych

 Sprawność rekuperatorów, to współczynnik temperaturowy, czyli różnica temperatur, jaką tracimy na wymienniku w stosunku do temperatury czerpni przy jednakowych (masowo) strugach nawiewu i wywiewu. Jeżeli chcielibyśmy obliczyć sprawność cieplną, to wynik nas zaskoczy. Sprawność cieplna większości wymienników obrotowych w zimę jest wyższa od 100%. Oczywiście całkowita sprawność jest zawsze mniejsza od 100%, ale sposób liczenia uwzględniający ciepło odzyskanej wilgoci zwiększa ten wynik podobnie, jak w przypadku kotłów kondensacyjnych.

6. Wady i niedoskonałości wymiennika obrotowego.

 Jak każde urządzenie, wymienniki obrotowe mają również swoje wady. Poznanie wszystkich cech wymiennika obrotowego i porównanie z cechami wymienników płytowych powinno być podstawą do podjęcia decyzji o wyborze rozwiązania dla nas optymalnego.

• Ryzyko nieszczelności i mieszania się powietrza wywiewanego ze świeżym, to zazwyczaj główny zarzut firm promujących wymienniki przeciwprądowe. Jest to prawda, ale odpowiedni układ wentylatorów i stosowanie uszczelnienia szczotkowego minimalizuje to ryzyko. Centrale wentylacyjne z wymiennikiem obrotowym mogą być stosowane we wszystkich typach pomieszczeń, poza obiektami szpitalnymi i przemysłowymi, gdzie powietrze może zawierać szkodliwe gazy. Trzeba w tym miejscu dodać, że standardowe centrale z wymiennikiem przeciwprądowym również nie mogą być stosowane w szpitalu, czy sali operacyjnej. Tylko specjalne wykonania central z wymiennikami płytowymi (tzw. wykonanie higieniczne) dopuszczają urządzenie do zastosowania w tych warunkach.

• Inny argument konkurencji to dodatkowe zużycie energii na napęd rotora. Też jest to prawdą. Zazwyczaj do napędu wymiennika służy silniczek o mocy pobieranej około 20-25W. Jest to dość dużo w porównaniu z wentylatorami, które przy normalnej pracy pobierają poniżej 100W razem. Wymiennik obraca się żeby odzyskiwać energię cieplną. Przy niskich temperaturach zewnętrznych ilość odzyskanego ciepła w centrali 250-300m3/h jest ponad 100 razy większa, niż energia zużywana na napęd rotora. Wystarczy, że na zewnątrz mamy kilka stopni mniej, niż w domu, a bilans energii zużywanej na napęd rotora i odzyskanej w wymienniku wychodzi pozytywnie dla nas.

• Wibracje i hałas wymiennika obrotowego. Taka opinia bierze swój początek z niewłaściwego montażu. Oczywiście napęd wymiennika obrotowego generuje nieznaczne wibracje, jednak nie ma tu mowy o hałasie. Hałas związany z wymiennikiem obrotowym powodowany jest przez elementy konstrukcyjne budynku. Niezgodny z instrukcją montaż rekuperatora z wymiennikiem obrotowym bezpośrednio na drewnianym stropie lub innym lekkim elemencie konstrukcyjnym, wywołuje emisję hałasu w domu i to w niskich, bardzo denerwujących częstotliwościach. Producenci zalecają montaż na miękkiej płycie izolacyjnej, która oddzieli drgania obudowy od konstrukcji. Wystarczy 5 cm miękkiego styropianu i żadne dodatkowe dźwięki nie występują. Tak samo jest z izolacją wibracyjną instalacji. Wszystkie podłączenia centrali powinny być wykonane w sposób elastyczny. Zachowanie tych zasad eliminuje wszystkie problemy z hałasem.

7. Podsumowanie

 a. Zalety wymiennika obrotowego

• Wysoka sprawność temperaturowa przy wymianie „suchej”
• Odzysk wilgoci
• Brak zamarzania
• Pełny odzysk ciepła przy niskich temperaturach
• Zwarta budowa
• Bardzo dobry współczynnik cena/efekt
• Wysoka trwałość (aluminium)

 b. Wady wymiennika obrotowego

• Ryzyko nieszczelności
• Dodatkowy element ruchomy – ryzyko wibracji i hałasów przy złym montażu
• Dodatkowy pobór prądu