Technologie pozwalające na oszczędne gospodarowanie energią stały się w ostatnich latach bardzo popularne, a także modne. Również w obrębie wentylacji pojawiło się w tym zakresie wiele ciekawych rozwiązań. Można do nich zaliczyć między innymi rekuperatory. Ogólnie ujmując, pozwalają one na odzysk ciepła z powietrza usuwanego z pomieszczeń i podgrzewanie powietrza pobieranego z zewnątrz. Urządzenia te dostępne są w różnych wariantach wykonań oraz coraz częściej dysponują szerokim zakresem dodatkowych funkcjonalności.

Energooszczędne technologie stosowane w budownictwie przyczyniają się do ograniczania strat energii, jednak rozwiązania tego typu niejednokrotnie pogarszają warunki naturalne wewnątrz pomieszczeń. Na przykład szczelne okna i drzwi, ograniczające straty energii, negatywnie wpływają na grawitacyjną wentylację budynku. Oprócz tego w powietrzu koncentrują się niepożądane składniki. Należą do nich między innymi dwutlenek węgla, para wodna, kurz czy też substancje wydzielane przez materiały budowlane i elementy wyposażenia. Zbyt mała ilość powietrza może być przyczyną złego samopoczucia użytkowników pomieszczenia. Stąd też przydatne okazują się urządzenia wentylacji wymuszonej, dzięki którym wymiana powietrza jest zapewniona w sposób mechaniczny. Decydując się na zastosowanie takiego rozwiązania warto rozważyć nabycie rekuperatora, który z jednej strony odpowiada za wymianę powietrza, z drugiej zaś jest w stanie odzyskać ciepło z powietrza usuwanego z budynku. Żaden system wentylacji grawitacyjnej i mechanicznej indywidualnej nie stwarza takiej możliwości, dlatego też przewagę w tym zakresie mają rekuperatory.

Zasada działania rekuperatora

Zalety i wady rekuperacji

Podstawowym zyskiem z zastosowania rekuperatora jest istotny odzysk ciepła. Dzięki krzyżowemu, przeciwprądowemu (powietrze napływające i wydalane nie mieszają się) wymiennikowi ciepła, urządzenia wentylujące mogą przekazywać do świeżego powietrza energię cieplną powietrza zużytego. Przenoszenie ciepła odbywa się przez cienkie płytki wykonane z tworzywa sztucznego. Deklarowany stopień odzysku ciepła urządzeń osiąga około 90%, stąd też koszty ogrzewania można zmniejszyć nawet o 40%.
Rekuperatory pozwalają również na odzyskiwanie wilgoci. Efekt ten można uzyskać dzięki specjalnemu wymiennikowi ciepła. Takie rozwiązanie przyczynia się do polepszenia relatywnej wilgotności powietrza w budynku, co jest szczególnie przydatne przy suchym powietrzu zimą. Para wodna z wilgotnego, zużytego powietrza skrapla się, a potem zostaje wchłonięta przez membranę. W następnej kolejności wilgoć i ciepło oddawane są do powietrza nawiewanego.
Przydatnym rozwiązaniem w rekuperatorach jest też tzw. bypass letni. Jest on odpowiedzialny za przeprowadzanie zużytego powietrza obok wymiennika. Tym sposobem powietrze schłodzone na przykład przez gruntowy wymiennik ciepła nawiewane w lecie nie jest podgrzewane przez ciepłe powietrze zużyte.
Przeciwnicy stosowania rekuperatorów podkreślają wysokie koszty instalacji, duże zużycie prądu spowodowane ciągłą pracą wentylatorów oraz znaczny hałas, generowany przez centralę.

Wymienniki płytowe (fot. firma Klingenburg

Budowa

Typowa centrala rekuperatora bazuje na dwóch wentylatorach. Jeden z nich jest odpowiedzialny za nawiewanie świeżego powietrza do środka, zaś drugi wyrzuca zużyte powietrze na zewnętrz. Oba strumienie przechodzą przez wymiennik krzyżowy, nie mieszając się ze sobą. Wymiennik powoduje, że energia cieplna ze strumienia zużytego powietrza, oddawana jest strumieniowi świeżego powietrza, które, podgrzane, napływa do pomieszczeń.
Metalowe obudowy rekuperatorów są pokryte poliestrem. Wkład wykonany jest z aluminium. Jego konstrukcja zapewnia łatwe mycie. W niektórych modelach wkład można w prosty sposób wymienić, dzięki specjalnym szczotkom na krawędziach, które pełnią również funkcję uszczelniającą. Oprócz tego w urządzeniu montowany jest sterownik. Pozwala on na wybór niezależnej prędkości wentylatora nawiewnego i wywiewnego. W zależności od modelu, sterowanie może być mechaniczno-elektryczne, elektroniczne lub cyfrowe. To ostatnie zapewnia łatwą obsługę i wygodę kontrolowania systemu. Można na przykład programować włączanie i wyłączanie centrali w cyklach dobowych, tygodniowych lub z uwzględnieniem warunków atmosferycznych. Układ rozmrażania, w zależności od wersji urządzenia, może być sterowany ciśnieniowo. Działa on na zasadzie chwilowego wyłączenia wentylatora nawiewnego. W rekuperatorach z funkcją odzyskiwania wilgoci, najczęściej stosowane są wymienniki z celulozowym wkładem.

Struktura wymiennika spiralnego-przeciwprądowego (fot. firma Bartosz)

Warianty konstrukcji

Oferta w zakresie rekuperatorów jest bardzo obszerna i obejmuje urządzenia zróżnicowane pod względem konstrukcji.

Wnętrze rekuperatora KWLC 350 firmy Helios

Rekuperatory obrotowe
Rekuperatory z ruchomym wypełnieniem, bardzo często nazywane także obrotowymi, bazują na wirniku akumulacyjnym, który napędzany jest silnikiem elektrycznym. W urządzeniu przewidziano również śluzę oraz obudowę. W tego typu konstrukcjach ciepło jest przekazywane za pomocą obrotowego wirnika. Rekuperatory takie są jednak rzadko instalowane, bowiem wymagają stosowania silników elektrycznych osiągających czasami znaczne moce. Napędy te są niezbędne do obracania wirnika z wypełnieniem akumulacyjnym. Jako wady wymienia się mogące wystąpić problemy z uszczelnieniem, pomiędzy ruchomym wypełnieniem a nieruchomą obudową. Może wówczas dojść do niekontrolowanego przepływu powietrza przez nieszczelności.

Rekuperator Vena firmy Bartosz z wymiennikiem spiralnym, przeciwprądowym

Rekuperatory z czynnikiem pośrednim
Konstrukcja rekuperatorów z czynnikiem pośrednim jest nieco bardziej złożona. Typowy system przewiduje całkowite oddzielenie od siebie strumieni powietrza. Stąd też w takim rozwiązaniu usytuowanie głównych przewodów nawiewnych i wywiewnych jest dowolne.
Do rekuperatorów z czynnikiem pośrednim zalicza się również pompy ciepła, w których najczęściej stosuje się sprężarkowy układ parowy. Stanowią one dobre rozwiązanie w miejscach, gdzie potrzebne jest zarówno ogrzewanie jak i chłodzenie pomieszczenia, zazwyczaj w dużych obiektach.
Rurki ciepła także należą do grupy rekuperatorów z czynnikiem pośrednim. Urządzenia te bazują na ożebrowanej rurce, która wypełniona jest niskowrzącym czynnikiem chłodniczym. Jedna jej część znajduje się w kanale nawiewnym, zaś druga, w wywiewnym. Jako ograniczenia w stosowaniu tego rozwiązania wymienia się konieczność umiejscowienia kanału nawiewnego nad kanałem wywiewnym, jeśli rurka pracuje w układzie grawitacyjnym.

Rekuperator HRU-4 BVH-004 RFT firmy Itho z wymiennikiem krzyżowo-przeciwprądowym (fot. firma Iglotech)

Rekuperatory płytowe
Kolejną grupę stanowią rekuperatory płytowe. Co prawda osiągają one gorsze parametry, to jednak są najczęściej stosowane, szczególnie w budownictwie jednorodzinnym. Wynika to przede wszystkim z ich nieskomplikowanej budowy i niskiej ceny. Istotną rolę odgrywa tu brak ruchomych części oraz czynnika pośredniego, co przyczynia się do uproszczenia konstrukcji i obniżenia ceny urządzenia. Rekuperatory płytowe dostępne są z różnymi wymiennikami. Stąd też można nabyć wersje z wymiennikiem ciepła krzyżowoprądowym, przeciwprądowym z płyt płaskich lub spiralnym.
W rekuperatorach płytowych stosuje się najczęściej wymienniki o przepływie krzyżowym, w kształcie prostopadłościanu, czasami sześcianu. Takie rozwiązanie dobrze komponuje się w segmentach centrali wentylacyjnej. Przepływ zarówno strumienia powietrza chłodzonego, jak i ogrzewanego, odbywa się w kierunkach prostopadłych. Konieczne jest zapobieganie zamrażaniu wykroplonej wilgoci. Stąd też w wymienniku rekuperatora montuje się układ rozmrożeniowy. Podczas silnych mrozów powietrze zewnętrzne omija rekuperator, który w tym czasie jest wyłączony z pracy.
Budowa wymiennika spiralnego bazuje na nawiniętych arkuszach blachy, między którymi zachowane są stałe odległości. Powstaje w ten sposób konstrukcja w kształcie walca. Rozwiązania tego typu najczęściej są stosowane przy niewielkich strumieniach powietrza wentylacyjnego, ze względu na małe rozmiary przekrojów poprzecznych kanałów.
W nowoczesnych rekuperatorach przewidziano wymienniki wykonane w układzie przeciwprądowym. Zapewniają one największą skuteczność w odzyskiwaniu ciepła. Oprócz tego do ich zalet można zaliczyć odporność na zjawisko wykraplania wilgoci. Niewątpliwą korzyścią przemawiającą za stosowaniem wymienników w układzie przeciwprądowym, jest dobre odprowadzanie pary wodnej. Stąd też urządzenie może być montowane prawie pionowo, tak aby strumień powietrza chłodzonego przepływał do dołu. Skropliny spływają wówczas do rurki ściekowej, która jest zamontowana w pobliżu króćca wentylacyjnego, umieszczonego w dolnej części rekuperatora.

Rekuperator Aeris z nagrzewnicą wstępną (fot. firma Rekuperatory.pl)

Dobór urządzenia

Wybór rekuperatora powinien być dobrze przemyślany. Przed jego nabyciem należy zwrócić uwagę na kilka ważnych aspektów. Jednym z nich są koszty eksploatacyjne. Przede wszystkim warto kupić urządzenie z podzespołami dobrej jakości. Zdarzyć się może, że koszty użytkowania tańszego rekuperatora będą wysokie, ze względu na konieczność zakupu drogich filtrów. Ważnym czynnikiem jest także zużycie energii elektrycznej, ceny części zamiennych czy też serwisu.
Istotną rolę odgrywa spręż centrali, który w praktyce oznacza siłę, z jaką rekuperator wpycha powietrze w przewody wentylacyjne oraz zasysa powietrze z zewnątrz. Podaje się, że im wartość tego parametru jest wyższa, tym centrala jest silniejsza. Jeżeli zostanie zastosowana centrala o zbyt małym sprężu, nawiew i wywiew może funkcjonować tylko na anemostatach, które położone są najbliżej centrali. W takim przypadku powietrze nie będzie docierało do nawiewników i wywiewników umieszczonych dalej. Stąd też, przy obliczaniu sprężu należy wziąć pod uwagę spadki ciśnienia na instalacji wentylacyjnej w domu. Warto zainwestować w silniejszy rekuperator tym bardziej, jeżeli przewiduje się wykorzystywanie gruntowego wymiennika ciepła. Uniknie się wtedy kosztów związanych z zainstalowaniem dodatkowego wentylatora.
Nie mniej istotny jest wybór odpowiedniego wentylatora i obudowy. Rekuperator będzie pracował 24 godziny na dobę, zatem zastosowanie wentylatora dobrej klasy odgrywa szczególne znaczenie. Jedna z wytycznych mówi, aby nie nabywać central ze zwykłymi, łopatkowymi wentylatorami blaszanymi.
Kluczową rolę odgrywa wybór obudowy. Z jednej strony ma ona zapewnić funkcję estetyczną, zaś z drugiej, gwarantować dobrą izolację zarówno termiczną, jak i akustyczną. Rekuperatory z obudowami metalowymi są rzadziej używane w domach, ze względu na większą przenikalność cieplną i gorsze parametry akustyczne. Obudowy metalowe mogą wpadać w rezonans. Dobrej jakości centrale nie wymagają tłumików hałasu. Nie ma również potrzeby zabudowania urządzenia w pomieszczeniu dźwiękoszczelnym.
W przypadku parametrów związanych z odzyskiem ciepła, wielu producentów podaje sprawność teoretyczną, która jest obliczana w warunkach idealnych. Pomiary mogą być na przykład wykonane w laboratorium, gdzie zapewnia się minimalny przepływ powietrza przez wymiennik. Należy zatem porównać wartość odzysku ciepła, która podawana jest przez producenta z wartością wynikającą z pracy centrali w innych trybach. Ten drugi parametr bardzo często przedstawiany jest w formie krzywej na wykresie. I jeszcze jedna ważna uwaga: zwiększenie sprawności centrali może pociągnąć za sobą konieczność zastosowania mocniejszych wentylatorów, a to z kolei spowoduje większe zużycie energii elektrycznej. Można zatem powiedzieć, że zastosowanie centrali rekuperacyjnej o wysokim (procentowym) współczynniku odzysku ciepła może być mniej ekonomiczne, niż zastosowanie centrali o mniejszym współczynniku odzysku ciepła, a co za tym idzie mniejszym poborze prądu.
Warto zwrócić uwagę na jeszcze jeden parametr, mianowicie poziom hałasu generowanego przez centralę. Jeżeli rekuperator będzie zbyt głośny, dźwięk może przenikać do sąsiednich pomieszczeń. Podaje się, że urządzenia z wymiennikiem obrotowym są głośniejsze od tych modeli, w których przewidziano wymiennik krzyżowy. Może się również zdarzyć, że metalowa obudowa centrali czy też aluminiowy wymiennik ciepła będą się kurczyć i rozszerzać pod wpływem zmian temperatury. Mogą wówczas powstać luzy między elementami mocującymi. W efekcie zjawisko rezonansu może być dla użytkownika wyjątkowo uciążliwe.

Montaż

Rekuperatory montuje się w dowolnej pozycji. W obudowach uwzględniono uchwyty do mocowania np. w przestrzeniach sufitów podwieszanych. Należy zwrócić uwagę, aby czerpnia powietrza umieszczona była na zewnętrznej ścianie budynku od strony nawietrznej, czyli najlepiej w kierunku zachodnim. Wyrzutnia powinna być natomiast zamontowana od strony wschodniej. Centrala bardzo często instalowana jest na strychu. Konieczne jest uwzględnienie połączeń z pomieszczeniami, które będą wentylowane. Najczęściej do pokoi dziennych, pokoi dziecięcych i sypialni powietrze jest wdmuchiwane za pomocą systemu kanałów i kratek wentylacyjnych, umieszczonych w poszczególnych pomieszczeniach. Nawiewu nie uwzględnia się na korytarzach. Miejsce nawiewu powinno być dobrane w sposób zapewniający dobrą wymianę powietrza. Odpowiednią lokalizacją do tego celu są okolice okien, z dala od drzwi.
Z kuchni czy też z łazienki powietrze jest wyciągane. Bardzo często do instalacji wywiewnej w kuchni podłącza się okap kuchenny, który powinien być wyposażony w filtr przeciwtłuszczowy. Założeniem jest, aby powietrze z pokoi przepływało do kuchni i łazienki. Tym sposobem do pokoi nie napływają zapachy i wilgoć.
Kanały najczęściej bazują na rurach PVC. Stosuje się również aluminiowe przewody giętkie. Przewody powinny być ocieplone wełną mineralną w celu zmniejszenia strat ciepła.
Jeżeli rekuperator ma być zamontowany w nowym domu, trzeba zadbać o zapewnienie pewnych wymagań już na etapie projektowania budynku. W starszych obiektach instalację rekuperatora najlepiej uwzględnić przy generalnym remoncie.
Jeżeli w domu funkcjonuje instalacja ogrzewania z zastosowaniem kominka, nie ma potrzeby łączenia systemów. Zaleca się, aby dobrać wówczas rekuperator, który dysponuje wysokim odzyskiem ciepła. Ruch powietrza z rekuperatora oraz ruch powietrza z kominka zapewnią dobre rozprowadzanie ciepła. Trzeba przy tym pamiętać, że niewłaściwe połączenie instalacji może być przyczyną złej pracy obu systemów, uszkodzenia rekuperatora a nawet pożaru.

Damian Żabicki