Wentylacja z rekuperacją
Nie warto wybierać między dobrą jakością powietrza w domu a kosztami jego ogrzewania. Tu potrzebny jest kompromis i jest nim rekuperacja
We współczesnych, szczelnych i dobrze ocieplonych domach niezbędna jest skuteczna i – co nie mniej ważne – dająca się regulować wentylacja. Krótko mówiąc – wentylacja mechaniczna.
Gdy jest dobrze zaprojektowana i wykonana, zapewnia intensywną, zgodną z wyliczonym zapotrzebowaniem wymianę zużytego powietrza wewnętrznego (zanieczyszczonego głównie dwutlenkiem węgla i wilgocią) na świeże – zewnętrzne. Gwarantuje komfort mieszkańcom i prawidłową, bezpieczną eksploatację wielu domowym urządzeniom (kotłom, kominkom, gazowym podgrzewaczom i kuchenkom). Jednocześnie jednak zwiększa wydatki na ogrzewanie. Powietrze zużyte, wyciągane z po- mieszczeń, jest ciepłe. Świeże, nawiewane w jego miejsce z zewnątrz, jest przez dużą część roku znacznie chłodniejsze, a w miesiącach zimowych nierzadko mroźne. Wraz z pierwszym z domu ucieka porcja cennego ciepła dostarczonego wcześniej przez system grzewczy, drugie wymaga ogrzania przed rozprowadzeniem do pomieszczeń. Aby ograniczyć to ewidentne marnotrawstwo, trzeba odzyskać jak największą część ciepła z powietrza wywiewanego i przekazać je nawiewanemu. Taki proces ma miejsce w rekuperatorze.
Jego głównym elementem jest wymiennik, przez który przepływają, nie mieszając się (nie ma więc przepływu zanieczyszczeń między nimi), oba strumienie powietrza. Rekuperacja pozwala ograniczyć zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania powietrza wentylacyjnego i umożliwia zmniejszenie wydatków na ogrzewanie bez potrzeby rezygnowania z komfortu.
Dodatkowe znaczenie ma w przypadku domów nowo budowanych, ponieważ ułatwia spełnienie wymogu odnośnie do uzyskania niskiego zapotrzebowania na energię pierwotną do ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji (Ep). Takie wymagania zostały zapisane w obowiązującej od 2021 r. wersji Warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Dlatego w nowoczesnych energooszczędnych budynkach rekuperacja jest już w zasadzie zaliczana do instalacji „obowiązkowych”.
Rekuperator
Najważniejszym elementem centrali wentylacyjnej z odzyskiem ciepła, czyli rekuperatora (w przypadku stosunkowo niewielkich urządzeń przeznaczonych do domów jednorodzinnych ta nazwa jest bardziej popularna), jest wymiennik ciepła. Przepływają przez niego dwa strumienie powietrza – wywiewany z domu i nawiewany do niego. Nie dochodzi między nimi do bezpośredniego kontaktu (nie mieszają się ze sobą), ale następuje wymiana ciepła – cieplejsze powietrze wywiewane ogrzewa chłodniejsze, to czerpane z zewnątrz. Strumień nawiewany przepływa przez zamontowane w rekuperatorze filtry, które usuwają z niego większość popularnych zanieczyszczeń, co jest korzystne dla komfortu we wnętrzach, ale może mieć także znaczenie dla zdrowia domowników, zwłaszcza tych bardziej wrażliwych (dzieci, osób starszych, osób ze schorzeniami płuc lub oskrzeli). Odpowiedni ciąg, konieczny do przepływu powietrza przez elementy centrali i instalację rozprowadzającą, wytwarzają wentylatory: nawiewny i wywiewny. Dzięki sterowaniu ich prędkością w pomieszczeniach można zapewnić wymaganą wymianę powietrza, niezależnie od zmieniających się warunków i potrzeb.
Obudowa i króćce. Centrale wentylacyjne/rekuperatory mają prostopadłościenne, szczelne, dobrze zaizolowane obudowy ze stali lub tworzywa sztucznego z czterema króćcami do podłączenia przewodów. Rekuperator można ustawić na podłodze, powiesić na ścianie albo podwiesić pod sufitem, najlepiej wybierając model z odpowiednią, dopasowaną do warunków montażowych konfiguracją króćców (na przykład wyprowadzonymi po bokach albo na górze obudowy) i wygodnym dostępem do elementów wymagających konserwacji lub wymiany (filtrów).
Filtry. Rekuperatory są fabrycznie wyposażone jedynie w dwa filtry, które wyłapują zaledwie niewielką ilość większych zanieczyszczeń. Jeden, zamontowany w kanale nawiewnym, oczyszcza powietrze kierowane do pomieszczeń, drugi – umieszczony w przewodzie wywiewnym – chroni wymiennik przed zabrudzeniem. Oba mogą być tej samej klasy filtracji, jednak często na nawiewie montuje się lepszy. Najczęściej stosuje się filtry z włóknin z tworzyw sztucznych klasy G3, G4 lub M5, zapewniające podstawowe oczyszczenie powietrza z większych cząstek kurzu i pyłu.
Aby mieć w domu powietrze lepszej jakości, zamontowane fabrycznie filtry można zastąpić produktami wyższej klasy, a jeśli wśród domowników jest alergik, dokupić komplet filtrów dokładnych, eliminujących drobniejsze zanieczyszczenia, w tym na przykład te tworzące smog. W obu przypadkach trzeba dopłacić do ceny rekuperatora ze standardowym wyposażeniem.
Wymiennik ciepła. Jest zbudowany z wielu cienkich warstw aluminium, miedzi, tworzyw sztucznych lub celulozy, uformowanych w taki sposób, by między nimi powstało mnóstwo wąskich kanalików do przepływu powietrza. W najpopularniejszych modelach wymienników – przeciwprądowych lub krzyżowo-przeciwprądowych – strumienie powietrza zimnego i ciepłego (odpowiednio: czerpanego z zewnątrz i wywiewanego z pomieszczeń) przepływają obok siebie w przeciwnych kierunkach, ale się nie krzyżują. Wymianie ciepła towarzyszy skroplenie wilgoci, którą trzeba odprowadzać do kanalizacji. Sprawność temperaturowa wymienników przeciwprądowych sięga 96%. W materiałach technicznych central wentylacyjnych jest przeważnie podawana sprawność temperaturowa odzysku ciepła, która zmienia się wraz ze zmianami temperatury powietrza zasysanego do systemu. W rzeczywistości nie jest ona aż tak wysoka, ponieważ jest ustalana podczas pracy rekuperatora w warunkach laboratoryjnych, a takie w naturze zdarzają się rzadko. Nieco mniejszą sprawność – do 90%, ale lepsze parametry wilgotności powietrza zapewniają wymienniki obrotowe. Taki wymiennik ma postać walca obracającego się wokół własnej osi, raz w jedną, raz w drugą stronę. Najpierw przepływa przez niego powietrze wywiewane z pomieszczeń, od którego jest odbierane ciepło, a po zmianie kierunku obrotu – powietrze czerpane z zewnątrz, któremu to ciepło zostaje przekazane. Pokrycie materiału bębna substancją higroskopijną pozwala na częściowe odzyskiwanie wilgoci z powietrza wywiewanego (niemożliwe w przypadku innych wymienników), dzięki czemu nie trzeba odprowadzać skroplin z rekuperatora, a powietrze dostarczane do pomieszczeń jest mniej przesuszone. Oba strumienie – nawiewany i wywiewany – mieszają się jednak w pewnym stopniu, co może skutkować przenoszeniem zanieczyszczeń i zapachów z powietrza wywiewanego.
Do zapewnienia stałego obrotu wymiennika konieczny jest napędzany elektrycznie silnik, co skutkuje większym niż w przypadku innych rekuperatorów zużyciem prądu. W tańszych urządzeniach stosuje się wymienniki krzyżowe o prostszej konstrukcji, ale wyraźnie niższej sprawności. Ponieważ latem rekuperacja nie jest potrzebna, centrale wentylacyjne mają wbudowany dodatkowy kanał z przepustnicą (by-pass), którym powietrze jest przesyłane z pominięciem wymiennika. W rekuperatorach z wymiennikiem obrotowym nie jest on potrzebny.
Wentylatory. W rekuperatorze są dwa – wywiewny i nawiewny – zwykle napędzane silnikami stałoprądowymi typu EC i sterowane automatycznie. Wymienniki o wysokiej sprawności potrzebują wentylatorów o odpowiednio wyższym sprężu, co wiąże się z większym zużyciem energii elektrycznej. Do sterowania intensywnością wentylacji z odzyskiem ciepła służy elektroniczny sterownik. Pozwala on zazwyczaj na ustawienie kilku trybów pracy rekuperatora, odpowiadających typowym sytuacjom, z jakimi mamy do czynienia w codziennym życiu, zaprogramowanie jego działania w cyklu tygodniowym albo precyzyjne sterowanie z wykorzystaniem czujników odnotowujących zamiany dwóch podstawowych parametrów odpowiedzialnych za jakość powietrza w pomieszczeniach, czyli stężenia CO2 i/ lub wilgotności powietrza. Można też zamontować dodatkowe czujniki: na przykład ciśnienia i/lub temperatury w kanałach wentylacyjnych czy pracy wentylatorów.
Nowoczesne rozwiązania umożliwiają sterowanie pracą rekuperatora online za pomocą laptopa, tabletu lub smartfona z odpowiednią aplikacją lub włączenie go do systemu automatyki domowej (domu inteligentnego).
Instalacja na wymiar
Instalacja powinna być policzona i zaprojektowana indywidualnie dla konkretnego domu oraz wykonana zgodnie z tym projektem i wyregulowana po uruchomieniu. W projekcie dobiera się parametry rekuperatora i wybiera dla niego optymalną lokalizację, ustala liczbę oraz rozmieszczenie punktów nawiewnych i wywiewnych, planuje trasy kanałów wentylacyjnych, określa wymagane strumienie powietrza, liczbę i miejsce montażu przepustnic, lokalizację czerpni i wyrzutni, sposób sterowania instalacją i konieczne do tego elementy automatyki, ewentualnie rodzaj i parametry gruntowego wymiennika ciepła, a także wiele innych szczegółów, mniej lub bardziej istotnych dla efektywności systemu rekuperacji. Projekt wentylacji mechanicznej nawiewno-wywiewnej z odzyskiem ciepła może być – wraz z innymi instalacjami – elementem dokumentacji technicznej nowo projektowanego domu. Jeśli projekt domu jest sporządzany na indywidualne zamówienie inwestora, uwzględnienie w nim rekuperacji wystarczy ustalić z architektem (o ile sam wcześniej nie zasugeruje takiego rozwiązania). Coraz częściej można też znaleźć rekuperację w tak zwanych projektach gotowych.
Rodzaj i sposób prowadzenia przewodów
Wentylacja z rekuperacją potrzebuje dwóch kompletów przewodów (nawiewnego i wywiewnego). Najlepiej układać je na etapie stanu surowego zamkniętego, podczas rozprowadzania innych instalacji, bo wtedy jeszcze można je stosunkowo łatwo ukryć, w zależności od rodzaju zastosowanego systemu – pod posadzkami, na stropach lub pod nimi, za przedścianką. W domach zaprojektowanych od początku do wentylacji z rekuperacją miejsce na nie jest przewidziane, więc nie ma z tym problemu. W takich, które zgodnie z oryginalnym projektem miały mieć wentylację grawitacyjną, przewody wentylacji mechanicznej można osłonić wykonanymi w części wnętrz sufitami podwieszanymi albo obudowami z płyt gipsowo-kartonowych udającymi belki lub słupy. Trzeba tylko pilnować, by po ich zamontowaniu wysokość wnętrz zanadto się nie zmniejszyła, przez co stałyby się niekomfortowe.
W miarę możliwości instalację należy prowadzić pod stropami korytarzy i/lub łazienek lub pomieszczeń pomocniczych, gdzie ewentualne zmniejszenie wysokości jest mniej uciążliwe dla mieszkańców. W domach parterowych, gdzie potrzebne są tylko przewody poziome, instalację można rozprowadzić na nieużytkowym poddaszu, a elementy nawiewne/wywiewne zamocować w stropie. W piętrowych poziome odcinki instalacji trzeba ukryć w posadzce lub nad sufitem podwieszonym, pionowe można schować za obudową z płyt gipsowo-kartonowych, w szachcie instalacyjnym, w szafie wnękowej albo w przestrzeni pod schodami.
Przekroje kanałów zależą od ilości powietrza, które ma być nimi transportowane, oraz rodzaju użytych przewodów. Nowoczesne przewody z tworzywa sztucznego, elastyczne i o właściwościach antybakteryjnych, mają stosunkowo niewielką średnicę (50-100 mm), więc do przetransportowania wymaganej ilości powietrza w każdej odnodze instalacji musi być ich kilka. Rozkłada się je płasko na stropie, obok innych instalacji (grzewczej, wodnej) w warstwie styropianu i pokrywa wylewką. Poziom posadzki z taką instalacją podnosi się więc zaledwie o kilka centymetrów. Wiązkę przewodów z tworzywa tworzącą jedną odnogę instalacji łączy się z jednej strony z rekuperatorem przez tak zwane skrzynki rozdzielaczowe, z drugiej – przez skrzynki rozprężne (kolektory) – z elementami nawiewnymi/wywiewnymi.
Znacznie więcej miejsca potrzeba na tradycyjne, sztywne kanały blaszane o przekroju kołowym lub prostokątnym. Aby nadawały się do transportowania wymaganej w przeciętym domu jednorodzinnym ilości powietrza, muszą mieć średnicę 160- 250 mm lub – gdy są prostokątne – odpowiednio duży przekrój. Przewody prostokątne łatwiej zmieścić w ograniczonej przestrzeni, ale opory przepływu są w nich większe, więc stosuje się je rzadziej. Zaizolowanie przewodów wełną mineralną o grubości 2 cm, najlepiej na całej długości, poprawia warunki termiczne i akustyczne instalacji.
Elementy nawiewne i wywiewne
Przewody powinny być i zwykle są dobrze ukryte, elementy nawiewne i wywiewne pozostają widoczne w pomieszczeniach. Na końcach odgałęzień odcinków wywiewnych w ścianach albo w stropie instaluje się kratki wywiewne lub anemostaty, na zakończeniach odcinków nawiewnych – anemostaty. Mimo że przepływ przez anemostaty może być regulowany, potrzebna jest zwy- kle dodatkowa regulacja za pomocą przepustnic, które należy zamontować w miejscach wskazanych w projekcie. Dodatkowe dwie kratki wentylacyjne, większe niż te w pomieszczeniach, osadza się w ścianach zewnętrznych. Jedną (czerpnię), najlepiej od strony północnej – do zasysania świeżego powietrza, drugą (wyrzutnię), możliwie daleko od pierwszej – do usuwania powietrza zużytego. W systemach wentylacji, których elementem jest gruntowy wymiennik ciepła, zamiast albo oprócz czerpni ściennej (wykorzystywanej do czasowego pobierania powietrza z pominięciem GWC) instaluje się czerpnię terenową, połączoną rurą z wymiennikiem.
GWC - przydatny, ale nie niezbędny
Gruntowy wymiennik ciepła wykorzystuje właściwości gruntu, którego temperatura już niespełna 2 m pod powierzchnią ziemi jest zawsze dodatnia i wynosi od kilku stopni Celsjusza zimą, do kilkunastu latem. Strumień powietrza wentylacyjnego, który w tym samym czasie ma temperaturę odpowiednio kilka lub kilkanaście stopni niższą od zera (zimą) albo znacznie przekraczającą 20, a nawet 30oC (latem), przetłoczony przez grunt ogrzewa się albo schładza o kilka stopni. Nie tak zupełnie za darmo, bo wentylatory muszą pokonać dodatkowe opory przepływu powietrza przez GWC, więc zużycie energii do ich napędu jest większe niż w instalacjach bez tego elementu.
Jak dobrać rekuperator?
Najważniejszym ze względu na przeznaczenie rekuperatora parametrem jest sprawność odzysku ciepła, ale istotne są też energochłonność wentylatorów, sposób sterowania i ochrona przed zamarzającymi skroplinami. Producenci stosują rozmaite rozwiązania mające zapobiegać zamarzaniu wymienników, na przykład okresowe wyłączanie wentylatora nawiewu przy bardzo niskiej temperaturze, dodatkową nagrzewnicę wstępną powietrza pobieranego z zewnątrz albo dodatkową przepustnicę kierującą do wymiennika ciepłe powietrze wewnętrzne.
Zgodnie z wymogami Ekoprojektu centrale wentylacyjne z rekuperacją powinny mieć sprawność odzysku ciepła nie mniejszą niż 73% (taką część ciepła można dzięki nim odzyskać z powietrza usuwanego). Ważną wskazówką przy wyborze jest obowiązkowa od pewnego czasu etykieta energetyczna, zawierająca informacje o klasie efektywności energetycznej rekuperatora, określonej na podstawie wyliczonego jednostkowego zużycia energii (JZE). Najbardziej efektywne urządzenia są oznaczone klasą A+, która świadczy o tym, że w klimacie umiarkowanym można dzięki nim zaoszczędzić powyżej 42 kWh/(m2·rok) energii koniecznej do ogrzewania domu. W przypadku urządzeń o klasach niższych od A+, oznaczonych kolejnymi literami alfabetu, oszczędności wynoszą odpowiednio od 42-34 kWh/(m2·rok) – dla klasy A, do 10-0 kWh/(m2·rok) – dla F. JZE pozwala oszacować, po jakim czasie wydatek na droższy rekuperator z wyższą klasą efektywności „zwróci się” dzięki niższym kosztom ogrzewania. Na etykiecie znajdują się także informacje o wydajności rekuperatora oraz poziomie mocy akustycznej.
4 kroki do oszczędnej i komfortowej wentylacji
1. Zamów projekt, wybierz doświadczonego wykonawcę. Najlepiej powierz wykonanie firmie wybranej spośród specjalizujących się w instalowaniu systemów z rekuperacją i mających doświadczenie w doborze systemów do domów jednorodzinnych. Sporządzenie projektu jest zwykle elementem integralnym kompleksowej usługi zakończonej uruchomieniem instalacji.
2. Nie oszczędzaj na rekuperatorze. Niska cena nie może być kluczowym argumentem przy wyborze konkretnego modelu. Rekuperator musi być dobrany na podstawie obliczeń w projekcie. Jeśli będzie miał nieodpowiednie parametry, wentylacja nie będzie komfortowa, a oszczędności na kosztach ogrzewania – satysfakcjonujące.
3. Dopilnuj starannego wykonania. Zwróć uwagę na to, czy wykonawca stosuje odpowiednie materiały, prowadzi przewody zgodnie z wytycznymi w projekcie, starannie je izoluje. Sprawdź, czy nie wprowadza zmian, które mogłyby niekorzystnie wpływać na późniejsze działanie instalacji.
4. Umiejętnie korzystaj z systemu. Na etapie projektowania oraz podczas uruchamiania systemu zgłoś swoje oczekiwania odnośnie do sposobu działania wentylacji, uwzględniające między innymi tryb życia domowników, niestandardowe wymagania, preferowany sposób sterowania i zarządzania. Korzystaj z systemu zgodnie z tymi wytycznymi. Przestrzegaj zaleceń dotyczących wymaganych przeglądów oraz wymiany zużywających się elementów (zwłaszcza filtrów)
