Jak działa wymiennik ciepła w rekuperatorze? Rodzaje wymienników a wilgotność powietrza w domu

Czego dowiesz się z artykułu?

Najłatwiejszym i najskuteczniejszym sposobem na precyzyjną kontrolę wymiany powietrza w domu jest wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła, czyli rekuperacja. Pracuje ona w sposób stały, zbilansowany (ilość powietrza nawiewanego jest równa wywiewanemu). Sercem rekuperacji jest wymiennik ciepła.

Co to jest wilgotność względna?

Optymalna, najzdrowsza dla człowieka wilgotność względna wynosi od 40% do 60%. Poziom powyżej 60% sprzyja rozwojowi grzybów i roztoczy, a spadek poniżej 30% wywołuje suchość skóry, oczu i śluzówek. Zimą mamy do czynienia z pozornym paradoksem: na zewnątrz jest bardzo wilgotno (np. podczas mgły czy opadów, wilgotność względna może przekraczać 95%), a mimo to po wpuszczeniu tego powietrza do domu staje się ono nagle bardzo suche. Aby to zrozumieć, musimy wyjaśnić pojęcie wilgotności względnej.

Wilgotność względną trzeba przede wszystkim kontrolować. Optymalna wynosi 40-50%, fot. STADLER FORM

Wilgotność względna (wyrażana w procentach) to nic innego jak stosunek ilości pary wodnej faktycznie znajdującej się w powietrzu do maksymalnej ilości, jaką to powietrze mogłoby w sobie zgromadzić w danej temperaturze. Kluczem do zagadki jest to, że powietrze - w zależności od swojej temperatury - zachowuje się jak „gąbka” o zmiennej pojemności. Im jest chłodniejsze, tym mniej wody jest w stanie w sobiezmieścić. Dlatego np. przy mrozie -10°C powietrze może przyjąć maksymalnie tylko 1,8 g wilgoci na kilogram, wówczas jego wilgotność względna wynosi 100%. Jeżeli następnie trafi do pomieszczeń i zostanie podgrzane do temperatury pokojowej (ok. 20°C), to jego wilgotność względna spadnie do zaledwie kilkunastu procent. Chociaż, patrząc w liczbach bezwzględnych, wody w nim jest cały czas tyle samo. To właśnie dlatego, zimą powietrze nawiewane z zewnątrz tak silnie przesusza nasze domy. To, w jakim stopniu rekuperator poradzi sobie z tym zjawiskiem i podniesie komfort, zależy w 100% od serca urządzenia - czyli wymiennika ciepła.

Jakie są rodzaje wymienników ciepła i czym się różnią?

Jak działa wymiennik przeciwprądowy?

Powietrze zimne (z zewnątrz) i ciepłe (wyciągane z domu) przepływa przez setki kanałów wykonanych z aluminium lub tworzywa. Strumienie te mijają się w przeciwnych kierunkach, oddając sobie wzajemnie wyłącznie energię cieplną, ale fizycznie się ze sobą nie mieszając.

Charakterystyka wymiennika przeciwprądowego

Wymiennik przeciwprądowy oferuje najwyższą sprawność odzysku samego ciepła (nawet do 95%). Niestety, w ogóle nie odzyskuje wilgoci. Para wodna z kuchni, łazienki czy choćby ta którą sami generujemy, wykrapla się na ściankach wymiennika i jest odprowadzana rurką do kanalizacji. Z uwagi na dużą ilość skroplin wewnątrz urządzenia, wymiennik ten jest bardzo podatny na szronienie. Już przy temperaturze niewiele poniżej 0°C potrzebne jest zabezpieczenie przed zamarzaniem.

Wymiennik przeciwprądowy cechuje bardzo wysoka sprawność. Nie zapewnia on jednak odzysku wilgoci, fot. PRO-VENT

Jak działa wymiennik obrotowy (kondensacyjny)?

Jest powoli obracającym się aluminiowym bębnem (rotorem), w którym znajdują się setki kanalików. W efekcie przez te same kanały naprzemienie przepływa powietrze ciepłe (usuwane) nagrzewając je, oraz zimne (nawiewane do budynku), które to ciepło odbiera.

Charakterystyka wymiennika obrotowego

Oprócz ciepła wymiennik obrotowy (sprawność 80-85%), odzyskuje również część wilgoci. W wymienniku wykrapla się bowiem wilgoć usuwana z wnętrz. Następnie tę wilgoć odbiera powietrze nawiewane. Dzięki naprzemiennemu przepływowi zimnego i ciepłego powietrza przez te same kanały wymiennik jest odporny na szronienie (do kilkunastu stopni mrozu).

Klasyczny wymiennik obrotowy, fot. VENTIA

Jak działa wymiennik obrotowy II generacji (sorpcyjny-entalpiczny)?

Mechanika obrotu rotora i poziom odzysku ciepła są identyczne jak w standardowym wymienniku obrotowym. Jednak jego aluminiowa powierzchnia jest pokryta dodatkowo powłoką z zeolitu (naturalnego minerału silnie absorbującego wodę). Zeolit przyjmuje, a następnie oddaje wilgoć. Przy tym wielkość porów w zeolicie nie pozwala fizycznie na zagnieżdżenie się w nich wirusów, bakterii czy nawet najdrobniejszych pyłów, które są rzędy wielkości większe od cząsteczek wody.

Charakterystyka wymiennika obrotowego II generacji

Odzysk wilgoci osiąga tu ok. 90%. Przy tym realna temperatura szronienia została tu obniżona aż do -25°C. Co więcej, wymiennik ten latem: potrafi odebrać nadmiar wilgoci z gorącego powietrza zewnętrznego, pasywnie je osuszając, przez co odciąża klimatyzację.

Wymiennik sorpcyjny, który w jeszcze większym stopniu umożliwia odzysk wilgoci., fot. VENTIA

Jak działa wymiennik entalpiczny (membranowy)?

Konstrukcyjnie zbliżony jest do wymiennika przeciwprądowego, jednak mikrokanały nie są wykonane z pełnego tworzywa czy metalu, ale ze specjalnych przepuszczających wilgoć membran polimerowych.

Przeczytaj

Może cię zainteresować

Wentylacja decentralna w modernizacji budynków - poprawa... Systemy wentylacji - który jest najlepszy do Twojego domu? Centrale wentylacyjne a komfort w cieplejszym sezonie....

Dowiedz się więcej

Zobacz więcej Zobacz mniej

Charakterystyka wymiennik entalpicznego

Cząsteczki wody przenikają przez membranę, pomiędzy strumieniami powietrza wywiewanego i nawiewanego. Rozmiar porów w polimerze jest na tyle mały, że przepuszcza wyłącznie parę wodną. Łączy zalety odzysku wilgoci z niemal całkowitą separacją strumieni powietrza. Odporność na szronienie jest lepsza niż w zwykłym wymienniku przeciwprądowym (do ok. -8°C). Niestety, sprawność wymiennika wyraźnie spada wraz ze wzrostem intensywności wymiany powietrza.

Tabela: Charakterystyka wymienników ciepła

Aby ułatwić wybór, w tabeli poniżej zestawiono twarde dane charakteryzujące opisywane wymienniki. Tabela zawiera również symulację temperatury nawiewu - czyli to, ile będzie ona ona wynosić, przy wydatku projektowym, jeśli na zewnątrz panuje temperatura 0°C, a powietrze usuwane z pomieszczeń ma 22°C. Warto zaznaczyć, że już samo zainstalowanie jakiegokolwiek rekuperatora rozwiąże problem wysokiego stężenia CO₂ i utraty ciepła.

Typ wymiennika ciepła	Odzysk ciepła / sprawność	Odzysk wilgoci	Temp. przemarzania / szronienia	Nagrzewnica wstępna	Temp. nawiewu przy 0°C zewn. i 22°C wywiewu
Przeciwprądowy	Do 90-95%	Brak / 0%	Ok. 0°C	Wymagana	~20-21°C
Obrotowy kondensacyjny	Ok. 80-85%	Ok. 50%	Ok. -15°C	Niepotrzebna	~17,5-19°C
Obrotowy II generacji / sorpcyjno-entalpiczny	Ok. 80-85%	Do 90%	Nawet -25°C	Niepotrzebna	~17,5-19°C
Entalpiczny membranowy	Ponad 90% przy niskim wydatku, do ok. 70% przy maksymalnym	Do 70%	Poniżej -8°C	Wymagana	~16-20°C

Współpraca rekuperacji z klimatyzacją

Te dwa systemy zamontowane w domu - wentylacja i klimatyzacja - mogą się genialnie wspierać. Jeśli mamy rekuperator z wymiennikiem obrotowym sorpcyjnym-entalpicznym lub entalpicznym, to latem urządzenie takie zachowa się odwrotnie niż zimą: odbierze wilgoć od gorącego, parnego powietrza wpadającego do centrali i wyrzuci ją na zewnątrz. W efekcie rekuperator pasywnie osuszy świeże powietrze, zanim to trafi ono do domu. Dzięki temu klimatyzacja będzie mogła wykorzystać energię do schłodzenia powietrza bez jego osuszania, co według wyliczeń pozwala zredukować zużycie prądu przez klimatyzację nawet o 30%.

Wymiennik ciepła: podsumowanie

Fundamentem zdrowego mikroklimatu w domu jest wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła, która zapewnia stały dopływ świeżego powietrza, kontrolę CO2 oraz filtrację zanieczyszczeń. To właśnie wybór odpowiedniego systemu, a w szczególności rodzaju wymiennika ciepła, decyduje nie tylko o efektywności energetycznej, ale także o poziomie wilgotności i realnym komforcie mieszkańców.

Autor: Tomasz Osuchowski