WYMIENNIK ENTALPICZNY – CO TO JEST I JAK DZIAŁA ?

Wymiennik entalpiczny, obok odzysku ciepła odzyskuje również wilgoć z powietrza wywiewanego. Poniższy artykuł stanowi kompendium podstawowej wiedzy na temat zasady działania i cech charakterystycznych wymiennika i rekuperatora entalpicznego. Szeroka oferta urządzeń firmy Pro-Vent pozwala na wybór rozwiązania dopasowanego do potrzeb, tworząc harmonijny i energooszczędny system wentylacyjny znacząco podnoszący komfort przebywania.

DLACZEGO ZIMĄ POWIETRZE W DOMU MOŻE BYĆ ZBYT SUCHE?

Aby zrozumieć dlaczego zimą powietrze w domu może być zbyt suche, przybliżmy na początek czym jest powietrze wilgotne. Powietrze wilgotne jest mieszaniną powietrza suchego i pary wodnej. Skład powietrza suchego jest praktycznie niezmienny, a głównymi komponentami są azot oraz tlen. Udział pary wodnej zmienia się za to w dość szerokich granicach. Ponadto para wodna występująca w powietrzu atmosferycznym ulega zmianom stanu skupienia.

Powietrze może wchłonąć pewną, ograniczoną ilość pary wodnej. Ilość ta jest zależna od temperatury powietrza. Im temperatura powietrza jest niższa, tym mniej pary wodnej powietrze może wchłonąć. Czyli zimą ilość pary wodnej zawartej w powietrzu zewnętrznym jest mała i wynosi na  przykład 3 gramy na każdy kilogram powietrza suchego przy temperaturze zewnętrznej -2^oC. Dla porównania, latem ilość pary wodnej w powietrzu zewnętrznym może wynosić 12 gramów/ kilogram przy temperaturze +30^oC, czyli cztery razy więcej.

Kiedy powietrze w danej temperaturze nie przyjmie więcej pary wodnej, mówimy wtedy, że wilgotność (względna) powietrza wynosi 100%. Typowa wartość wilgotności względnej w powietrzu zewnętrznym w pogodny dzień to 40 ÷ 70%.

Podgrzewanie powietrza zmienia jego wilgotność

Co się dzieje zimą, kiedy powietrze zewnętrzne ogrzewamy do temperatury np. +20^oC?  Podgrzewane powietrze mogłoby wchłonąć więcej pary wodnej. Jednak załóżmy, mu jej nie dostarczamy. Wówczas ilość pary wodnej (np. 3g/kg) się nie zmienia, a ponieważ możliwości wchłonięcia rosną (dla temperatury +20^oC jest to nawet 15g/kg), zmniejsza się wilgotność względna. I tak, dla +20^oC wynosi zaledwie 20%.

To właśnie z tego powodu zimą powietrze w domu może być zbyt suche. Dzieje się tak niezależnie od tego, czy budynek wentylujemy w sposób grawitacyjny, naturalny czy mechaniczny. Oczywiście użytkując budynek zawsze generujemy zyski wilgoci, przez gotowanie, pranie, mycie. Każdy z nas „oddaje” wilgoć do powietrza.

Jeśli zatem w budynku mamy do czynienia z zyskami wilgoci, dobrze byłoby je zimą wykorzystać, a nie usuwać  wraz z powietrzem wywiewanym z pomieszczeń. W przypadku wentylacji mechanicznej jest to możliwe, a zadanie to spełnia rekuperator wyposażony w wymiennik tzw. entalpiczny.

CO TO JEST I JAK DZIAŁA WYMIENNIK ENTALPICZNY?

Najważniejszym zadaniem wymiennika entalpicznego jest przekazywanie zarówno energii cieplnej jak i wilgoci między powietrzem nawiewanym do budynku, a wywiewanym. Wilgoć jest przekazywana w postaci pary wodnej poprzez dyfuzję ze strony wysokiego ciśnienia pary do strony niskiego ciśnienia pary. Czyli zimą, wilgoć będzie przekazywana w kierunku powietrza nawiewanego, latem zaś odwrotnie.

Suma ciepła jawnego (temperatura) oraz utajonego (wilgoć) daje entalpię. Wymiennik płytowy krzyżowy lub przeciwprądowy odzyskuje z powietrza wywiewanego tylko ciepło jawne, zmieniając tym samym temperaturę powietrza nawiewnego. Sprawność temperaturowa wymiennika płytowego przeciwprądowego może wynosić nawet do 96%, tymczasem sprawność temperaturowa wymiennika entalpicznego wynosi do 85%. Sprawność temperaturowa wymiennika entalpicznego jest niższa niż wymiennika klasycznego. Dzieje się tak ponieważ strumień powietrza nawiewanego uzyskuje niższą temperaturę. 

Niemniej, ponieważ wymiennik entalpiczny obok ciepła jawnego odzyskuje również ciepło utajone, energia jaką niesie ze sobą powietrze z wymiennka entalpicznego jest wyższa niż klasycznego wymiennika płytowego. Jeżeli przy określaniu sprawności wymiennika entalpicznego uwzględnimy ciepło utajone, wówczas okaże się, że jego sprawność względem „zwykłego „ wymiennika wynosi ponad 100%! Trochę podobnie jak w przypadku kotłów kondensacyjnych.

Odzysk wilgoci  nie jest to tylko poprawa komfortu ale też realny zysk. Suche powietrze w zimie powoduje zwiększone odparowanie (suszenie) wszystkiego co ma wodę – a na to trzeba przecież zużyć dodatkową energię grzewczą. Konkretnie w całym sezonie grzewczym od 1500kWh do nawet 3000kWh dla domu około 160m².

REKUPERATOR WYPOSAŻONY W WYMIENNIK ENTALPICZNY

• 

• 

Brak problemu zbyt suchego powietrza zimą

Rekuperator z wymiennikiem entalpicznym odzyskuje z powietrza wywiewanego wilgoć, tym samym dowilżając powietrze nawiewane. Dzięki temu, zapewniona jest optymalna wilgotność w domu nawet podczas silnych mrozów. To z kolei oznacza, że wyeliminowany jest problem zbyt suchego powietrza zimą.

Ochrona przed szronieniem wymiennika entalpicznego

Duży odzysk wilgoci w połączeniu z autorską konstrukcją zwiększa odporność wymiennika na zamarzanie, równocześnie obniżając koszty pracy nagrzewnicy wstępnej nawet o 75%.

Bardzo dobra sprawność temperaturowa wymiennika i odzysku wilgoci

Sprawność temperaturowa rekuperatora entalpicznego będzie zawsze niższa niż rekuperatora z wymiennikiem przeciwprądowym. Niemniej, konstrukcja wymiennika pozwala na uzyskanie bardzo dobrej sprawności temperaturowej do 85%, a odzysk wilgoci nawet na poziomie 60 ÷ 65%.

Poprawa komfortu latem

Rekuperator entalpiczny w okresie letnich upałów będzie osuszał powietrza nawiewane. Jeśli system wentylacyjny wyposażony jest w gruntowy wymiennik ciepła to powietrze będzie również praktycznie bezkosztowo ochładzane. Darmowa energia ciepła i chłodu z GWC redukuje ucieczkę ciepła z budynku, co w praktyce oznacza niższe rachunki i jednocześnie podwyższony komfort przebywania.

Wymiennik entalpiczny – trwałość

Wybierając model rekuperatora entalpicznego warto zwrócić uwagę na trwałość wymiennika. Czyli po prostu sprawdzić jak długo wymiennik będzie przekazywał wilgoć. Powietrze przechodzące przez rekuperator zawiera  drobinki tłuszczu oraz innych substancji hydrofobowych. Jeżeli po pewnym czasie eksploatacji wymiennik zostanie pokryty warstwą takich substancji, wówczas przestanie przekazywać wilgoć. Może pojawić się wtedy problem ze skroplinami i szronieniem (zimą), jak w typowych wymiennikach płytowych. Rekuperatory z wymiennikami płytowymi są wyposażone w nagrzewnice wstępne, które nie dopuszczają do zamarznięcia wody w wymienniku. Jeżeli rekuperator entalpiczny nie ma nagrzewnicy wstępnej i jednocześnie dojdzie do wykroplenia wody, to wymiennik może po prostu zamarznąć. Wydaje się, że mycie/ moczenie wymiennika entalpicznego w detergencie może być wątpliwe. Każdy z nas wie, że aby umyć tłusty talerz nie wystarczy go opłukać, trzeba go po prostu mechanicznie wyszorować.

Droższa konstrukcja

Rekuperator z wymiennikiem entalpicznym przez swoją konstrukcję jest droższy od analogicznej wielkości wymiennika przeciwprądowego.

WYMIENNIK ENTALPICZNY I SPRAWNOŚĆ PONAD 100%

Aby graficznie przedstawić jak zmieniają się parametry powietrza wilgotnego dla klasycznego wymiennika płytowego oraz wymiennika entalpicznego posłużymy się wykresem Molliera. Można z niego odczytać wzajemne zależności temperatury, wilgotności względnej oraz bezwzględnej, temperatury punktu rosy i entalpii powietrza wilgotnego.

Punkt Z odpowiada przykładowym parametrom powietrza zewnętrznego, a wartość temperatury wynosi 0^oC a wilgotność 40%. Jeżeli to powietrze przejdzie przez wymiennik przeciwprądowy wówczas jego temperatura wzrośnie do np. + 17^oC, ale zawartość wilgoci już nie (wilgotność względna spadnie poniżej 10%!. Dlatego linia poprowadzona jest pionowo. Sprawność wymiennika wynosi 85%, a punkt na wykresie oznaczony jako N1.

Inaczej będzie wyglądała przemiana w wymienniku entalpicznym, który poza wymianą ciepła odzyskuje również wilgoć. Punkt P odpowiada parametrom powietrza w pomieszczeniu, w przykładzie +20^oC i 60% wilgotności. Punkt N2 parametrom powietrza za wymiennikiem entalpiczym. Temperatura w punkcie N2 jest niższa niż w punkcie N1, ale znacznie wzrosła zawartość wilgoci oraz (co się z tym wiąże) entalpii. Stąd linia łącząca punkty Z oraz N2 jest odchylona od pionu. Sprawność temperaturowa wymiennika entalpicznego wynosi 80%, jednak jeśli uwzględnić wyższą wartość entalpii (całego ciepła) wówczas wyniesie ona 128%. Innymi słowy, aby powietrze za wymiennikiem przeciwprądowym miało taką samą wartość entalpii jak za wymiennikiem entalpicznym musiałoby się znajdować w punkcie N2’, który odpowiada temperaturze +25,5^oC.

POZNAJ WSZYSTKIE MODELE REKUPERATORÓW MISTRAL