Czy można „przenosić” odzyskaną energię cieplną? Dlaczego odzysk ciepła z czynnikiem pośredniczącym zastępuje często wymienniki krzyżowe? Jakie warunki powinna spełnić instalacja, żeby glikolowy odzysk ciepła był opłacalny?

Dziś najważniejsze cechy układów z czynnikiem pośredniczącym.

Odzysk ciepła w instalacjach wentylacji i klimatyzacji to odebranie energii cieplnej ze strumienia powietrza wywiewanego i przekazanie go do strumienia powietrza nawiewanego.

Dzięki temu zyskujemy ogromne oszczędności energii. W praktyce projektowej najczęściej stosuje się odzysk ciepła z zastosowaniem wymienników krzyżowych (krzyżowo-przeciwprądowych) i obrotowych. Istnieje jednak wiele innych sposobów rekuperacji, które bywają stosowane z powodzeniem w instalacjach wentylacji i klimatyzacji, szczególnie w przemyśle i służbie zdrowia.

Dziś przybliżymy Ci jedną z tych metod jaką jest odzysk ciepła z czynnikiem pośredniczącym. W naszym przypadku będzie to wodny roztwór glikolu, dlatego potocznie o centralach z tego typu odzyskiem ciepła mówimy „odzysk glikolowy”.

 

Glikolowy odzysk ciepła  – jak to działa?

schemat instalacji glikolowgo odzysku ciepła

 

W centrali wentylacyjnej z glikolowym odzyskiem ciepła, w strumieniach powietrza nawiewanego i wywiewanego są umieszczone wymienniki ciepła. Wymienniki są ze sobą połączone instalacją rurową, gdzie czynnik – glikol o odpowiednim stężeniu, krąży w obiegu zamkniętym. Glikol jest ogrzewany na wymienniku w strumieniu powietrza wywiewanego, a następnie oddaje ciepło na wymienniku umieszczonym w strumieniu powietrza nawiewanego. Schematycznie pokazuje to rysunek tytułowy.

Czym wymiennik glikolowy różni się od standardowego wymiennika wodnego? Budowa wymienników glikolowych do odzysku ciepła jest zbliżona do budowy zwykłej nagrzewnicy i chodnicy wodnej. Różnica polega na tym, że są one znacznie większe, tzn. posiadają znacznie więcej rzędów rurek i znacznie większą powierzchnię lamel.

Dodatkowo są nieznaczne różnice pomiędzy wymiennikami: nawiewnym i wywiewnym. Wymiennik umieszczony w strumieniu powietrza wywiewanego ma większy odstęp pomiędzy lamelami, ponieważ powietrze oddając ciepło do wymiennika wywiewnego jest na nim ochładzane – jest ryzyko wykraplania na nim pary wodnej zawartej w powietrzu wywiewanym. Większy odstęp lamel minimalizuje w tym wypadku wpływ tego zjawiska na spadek ciśnienia powietrza na wymienniku

 

Glikolowy odzysk ciepła – wady i zalety

Kiedy i dlaczego stosować odzysk ciepła z czynnikiem pośredniczącym? Jakie są jego wady i zalety w porównaniu do innych metod rekuperacji? Dlaczego ten sposób odzysku ciepła jest mniej popularny w porównaniu do innych metod?

 

Glikolowy odzysk ciepła – zalety

Najważniejszą zaletą odzysku ciepła z czynnikiem pośredniczącym jest całkowita eliminacja mieszania strumienia powietrza wywiewanego z nawiewanym.

Budowa innych wymienników odzysku ciepła, np. obrotowych sprawia, że w powietrzu nawiewanym znajdzie się do kilku procent powietrza usuwanego. Również wymienniki krzyżowe (przeciwprądowe) mogą posiadać mikro-nieszczelności, przez które przedostanie się śladowa ilość powietrza wyciąganego do nawiewu. Pewność, że powietrze nawiewane nie jest w najmniejszym stopniu „skażone” powietrzem wywiewanym daje nam w 100% tylko układ odzysku ciepła z czynnikiem pośredniczącym.

Drugą bardzo ważną zaletą glikolowego odzysku ciepła jest możliwość rozdzielenia ciągu nawiewnego  z wywiewnym. Centrale mogą być zblokowane (część wyciągowa na nawiewie lub odwrotnie), ale może być też tak, że część nawiewna jest oddalona od wyciągowej nawet o kilka kondygnacji. Nie ma potrzeby wówczas prowadzenia tak dużej ilości kanałów wentylacyjnych, a centrala nawiewna jest połączona z wywiewną tylko rurociągiem przekazującym odzyskane ciepło i układem automatyki zasilająco-sterującej.

Ta zaleta jest istotna szczególnie w starym budownictwie. Jeśli obiekt powstawał wiele lat temu -przepisy umożliwiały jego budowę i eksploatację bez wentylacji mechanicznej. Adaptując teraz obiekt do bieżących regulacji prawnych i chcąc podnieść komfort pracy w takim obiekcie projektant staje przed problemem zmieszczenia kanałów i central wentylacyjnych. Rozdzielając część nawiewną i wyciągową centrali wentylacyjnej i umieszczając je w różnych miejscach zyskujemy przestrzeń, której w takich obiektach zazwyczaj brakuje.

A więc stosując tę metodę rekuperacji możemy odzyskiwać energię cieplną z powietrza nawet bardzo zanieczyszczonego, z kuchni, okapów, z różnego rodzaju procesów technologicznych, labolatoriów, a w służbie zdrowia np. na salach operacyjnych i innych pomieszczeniach, w których wymagana jest sterylność. W takich przypadkach istotne jest jednak dostosowanie części wywiewnej centrali wentylacyjnej i materiałów z jakich jest wykonana do temperatury i składu powietrza wyciąganego, aby powietrze o podwyższonej temperaturze lub o agresywnym chemicznie składzie nie powodowało niszczenia elementów urządzenia. W takich przypadkach urządzenie musi posiadać wyższą odporność temperaturową niż standardowa centrala, a wnętrze urządzenia powinno być wykonane np. z blachy kwasoodpornej. Także sam wymiennik odzysku ciepła powinien być wykonany z innych materiałów niż standardowy, lub być pokryty powłoką odporną na czynniki agresywne.

W praktyce zdarzało się, że nasza firma dostarczała zestawy nawiewno-wywiewne z odzyskiem glikolowym, gdzie część nawiewna znajdowała się w piwnicy, a część wywiewna – na dachu wielopiętrowego budynku – lub odwrotnie. Nie byłoby to możliwe stosując jakąkolwiek inną metodę odzysku ciepła.

Kolejną zaletą, niedostępną przy jakiejkolwiek innej metodzie rekuperacji jest możliwość sprzężenia jednej centrali nawiewnej z kilkoma wywiewnymi, lub też jednej wywiewnej z kilkoma nawiewnymi.

 

Glikolowy odzysk ciepła – wady

To, co jest zaletą czasami implikuje także wady. Tak jest w przypadku dużych odległości pomiędzy centralą nawiewną a wywiewną. Oddalenie central sprawia, że mogą wystąpić znaczne straty ciepła, gdyż ogrzany czynnik krążący na dużych odległościach będzie narażony na kontakt z otoczeniem na większych powierzchniach i przez dłuższy czas, będzie więc znacznie szybciej wytracał swoje ciepło. Dlatego bardzo istotna jest odpowiedniej jakości izolacja rurociągów z czynnikiem krążącym pomiędzy częścią nawiewną i wywiewną.

Drugą wadą tego typu metody rekuperacji jest jej relatywnie niska sprawność, gdy porównujemy ją do innych metod. Dyrektywa 1253/2014 Parlamentu Europejskiego, tzw. Ekoprojekt narzuciła począwszy od 2018 roku wymaganą sprawność tego typu urządzeń na poziomie min. 68%. I nie jest łatwo taką sprawność osiągnąć.

Wymienniki ciepła stosowane do odzysku glikolowego mają wiele rzędów, a wężownica wewnątrz nich jest bardzo długa, co implikuje z kolei zwiększone opory hydrauliczne i dodatkowe koszty związane z ceną takich wymienników, ale także z zakupem i eksploatacją pomp tłoczących czynnik wewnątrz instalacji. Wielorzędowe wymienniki ciepła poza zwiększonym oporem hydraulicznym dają także wyższe opory po stronie powietrza, co wpływa na wyższy pobór mocy silników wentylatorów centrali.

12-rzędowy wymiennik odzysku glikolowego w centrali wentylacyjnej

Kolejną wadą jest potrzeba niższej prędkości przepływu powietrza wewnątrz centrali, aby zapewnić odpowiednio długi kontakt powietrza z wymiennikiem. A niższa prędkość powietrza oznacza często przewymiarowanie przekroju centrali w porównaniu do innych metod odzysku ciepła.

Wreszcie należy również wspomnieć o kosztach osprzętu i wykonania dodatkowej instalacji pomiędzy nawiewem i wywiewem centrali, a także kosztach przeglądów takiej instalacji. Kosztów tych nie ma przy innych metodach odzysku ciepła, co niewątpliwie należy zaliczyć jak kolejną wadę tej metody odzysku ciepła.

Jednak jeśli mamy kilka możliwych do zastosowania typów odzysku ciepła i możemy zastosować inną metodę powinniśmy bardzo dokładnie zbadać wszystkie za i przeciw, przeprowadzić szczegółową analizę techniczną i ekonomiczną.

Należy spojrzeć więc na instalację całościowo, biorąc pod uwagę także stronę hydrauliczną centrali wentylacyjnej, gdyż jest to układ naczyń połączonych i większe oszczędności w jednym miejscu mogą wpłynąć na większe koszty w innym.

Glikowy odzysk ciepła – schemat instalacji hydraulicznej

Jak wygląda instalacja odzysku ciepła z czynnikiem pośredniczącym od strony hydraulicznej?

Na poniższym rysunku przedstawiamy schemat ideowy takiej instalacji.

 

schemat hydrauliczny instalacji glikolowego odzysku ciepła

 

Czynnik w instalacji ma stały przepływ. Zawór elektromagnetyczny 4 reguluje dopływ podgrzanego czynnika w zależności od nastawionej temperatury wiodącej.

 

Stężenie glikolu w instalacji glikolowego odzysku ciepła

Stężenie i rodzaj glikolu w instalacji ma duży wpływ na sprawność odzysku ciepła wymienników centrali.

Glikol propylenowy jest czynnikiem w pełni ekologicznym, ma jednak znacznie wyższą lepkość kinematyczną i wyższą temperaturę zamarzania. Stosując ten czynnik należy zatem przyjąć jego większe stężenie, a wymienniki ciepła pracujące na tym czynniku będą miały niższą sprawność odzysku ciepła.

Lepsze własności ma glikol etylenowy, jednak jego zastosowanie musi wykluczać możliwość przedostania się czynnika do otoczenia z uwagi na jego silną toksyczność.

Zależność temperatury zamarzania czynnika od stężenia glikolu

W centralach wentylacyjnych zewnętrznych stężenie glikolu powinno być takie, aby w przypadku awarii urządzenia czynnik w instalacji nie zamarzł. Powinno być więc dopasowane do temperatur obliczeniowych w danym regionie (od -24 ℃ w Polsce północno-wschodniej do -16℃ w Polsce północno-zachodniej)

W przypadku central wentylacyjnych w wykonaniu wewnętrznym stężenie glikolu może być nieco niższe – może być dopasowane do spodziewanych temperatur czynnika w instalacji hydraulicznej odzysku ciepła. Jednak automatyka urządzenia musi w takim wypadku wyłączyć urządzenie np. w przypadku awarii pompy obiegowej lub spadku temperatury czynnika poniżej temperatury zamarzania przyjętej mieszanki wody z glikolem. Dla instalacji wykonanej zgodnie z powyższym schematem hydraulicznym, temperaturę wyłączenia ustawia się na sterowniku centrali – mierzy ją przylgowy lub zanurzeniowy czujnik temperatury oznaczony nr 11. Najniższa temperatura w instalacji hydraulicznej glikolowego odzysku ciepła występuje na wyjściu czynnika z wymiennika centrali nawiewnej i tam powinien być umieszczony czujnik temperatury dający sygnał do wyłączenia urządzenia. Producent centrali dobierając wymienniki glikolowe powinien podać w jakim zakresie temperatur będzie oscylował czynnik.

Niższe stężenie glikolu to zazwyczaj wyższa sprawność odzysku ciepła i niższe opory hydrauliczne. Jeśli masz wątpliwości jakie stężenie glikolu zastosować skontaktuj się z nami.

Glikolowy odzysk ciepła – podsumowanie

Jak więc widać po przeglądzie zalet i wad, metoda odzysku ciepła z czynnikiem pośredniczącym na bazie wody z glikolem nie jest idealna, ale ma niezaprzeczalne zalety, których nie posiadają inne metody rekuperacji.

W praktyce projektowej obecnie wielu rzeczoznawców Sanepidu nie zgadza się na stosowanie do wentylacji pomieszczeń czystych innych urządzeń niż tych z odzyskiem ciepła z czynnikiem pośredniczącym. W takim przypadku centrala z glikolowym odzyskiem ciepła jest jedyną alternatywą.

Dyrektywa Parlamentu Europejskiego nr 1253/2014 nakładająca na odzysk ciepła z czynnikiem pośredniczącym wymóg wysokiej sprawności (min. 68% w przypadku wentylacji bytowej) przyczyniła się do dynamicznego rozwoju wymienników ciepła stosowanych w tego typu instalacjach i podniosła konkurencyjność urządzeń z takimi wymiennikami.

Jeśli chciałbyś/chciałabyś otrzymać ofertę na urządzenia tego typu napisz do nas na adres: oferty@micro-clima.pl