Wymienniki glikolowe do odzysku ciepła w wentylacji
Wstęp
Kilka lat temu opublikowaliśmy artykuł na temat tzw. glikolowego odzysku ciepła w centralach wentylacyjnych.
W artykule tym kompleksowo omówiliśmy budowę i sposób działania całego układu glikolowego odzysku ciepła i spotkał się on i wciąż się spotyka z dużym zainteresowaniem, z czego bardzo się cieszymy. Jednak często w kontakcie z częścią klientów mamy świadomość, że tematyka odzysku ciepła w zastosowaniem wymienników glikolowych jest na tyle złożona, że wciąż spotyka się z niewłaściwym czy też niewystarczającym zrozumieniem kwestii ekonomiki takich układów, dlatego postanowiliśmy stworzyć nowy artykuł, który byłby niejako uzupełnieniem i rozwinięciem tamtego, w którym umówimy zarówno same wymienniki, wersje ich wykonania, a także ekonomikę takich układów.
Co to jest wymiennik glikolowy?
W potocznym rozumieniu wymienniki takie są mylone przede wszystkim z wymiennikami płytowymi woda/glikol, które przekazują ciepło z jednego medium ciekłego do innego, np. w instalacjach CWU z wykorzystaniem pomp ciepła.
Nie o takie wymienniki glikolowe nam jednak chodzi. Nasze wymienniki, które będą odzyskiwać ciepło to tak naprawdę zestaw składający się z nagrzewnicy wodnej i chłodnicy wodnej z odkraplaczem, które są zalane nie czystą wodą, a wodą z dodatkiem jakiegoś rodzaju glikolu. Glikol jest tutaj niezbędny, ponieważ w niskich temperaturach w zimie na wymiennik będzie napływać powietrze o ujemnej temperaturze, a my chcemy mieć całoroczny, bezobsługowy układ odzyskiwania ciepła, który będzie oszczędzał nasze pieniądze, ale o którym będziemy mogli zapomnieć, że istnieje ciesząc się jego pracą.
Glikolowy odzysk ciepła – sytuacja przed i po jego instalacji
Aby zobrazować z czego wynikają wyższe koszty inwestycyjne przyjrzyjmy się 2 grafikom identycznego budynku. W pierwszym przypadku mamy instalację nawiewno/wyciągową bez odzysku ciepła, w drugim z odzyskiem z zastosowaniem wymienników glikolowych.
Nasz obiekt – np. budynek produkcyjny, na grafice 1 posiada jedynie prostą wentylację bez odzysku ciepła, złożoną z wentylatora nawiewnego i wentylatora wyciągowego, które umożliwiają przewietrzanie budynku. Zakładamy, że budynek ma jakieś niezależne od wentylacji źródło ogrzewania.
Zakładamy również, że nie możemy stosować w tym budynku ani recyrkulacji, ani innego rodzaju odzysku ciepła, bowiem powietrze wewnętrzne jest zanieczyszczone np. szkodliwymi oparami z produkcji.
W opisanym przypadku wentylator wyciągowy wyrzuca powietrze o temperaturze jaka aktualnie panuje wewnątrz pomieszczenia, w wentylator nawiewny nawiewa powietrze o aktualnej temperaturze zewnętrznej.
Tak układ miałby bardzo ograniczone działanie, gdyż przy bardzo niskich temperaturach zewnętrznych następowałoby bardzo szybkie wychłodzenie obiektu i utrata ciepła. W praktyce oznaczałoby to wyłączenie wentylacji na zimę, lub też znaczne ograniczenie wydajności w tym czasie, gdyż włączenie jej na pełną wydajność doprowadziłoby do jego szybkiego wychłodzenia.
Powyższy układ jest idealnym, wzorcowym modelem kwalifikującym się do wykonania odzysku ciepła z zastosowaniem wymienników glikolowych. Zatem przyjmijmy, że właściciel obiektu decyduje się na realizację układu odzysku ciepła i dodaje wymienniki glikolowe, które ograniczą koszty energii wydatkowanej na ogrzewanie powietrza wentylacyjnego – otrzymujemy wówczas wariant przedstawiony na grafice 2.
Po dodaniu wymienników w części nawiewnej i w części wyciągowej wzrosną opory powietrza, zatem w układzie będą musiały być zespoły wentylatorowe o większej mocy. Dojdzie także układ łączący część nawiewną i część wyciągową – instalacja glikolowego odzysku ciepła. Układ glikolowego odzysku ciepła omówiliśmy dokładnie w starszym artykule o którym mówiliśmy na początku. W artykule tym jest również link zapisu do naszego newslettera. Po zapisaniu się wysyłamy szczegółowy i dokładny schemat hydrauliczny glikolowego odzysku ciepła, zatem jeśli interesuje Cię ta kwestia zachęcam do jego pobrania.
Wersje wykonania wymienników glikolowych
Każdy wymiennik glikolowy może być wykonany na dowolny wymiar, w 3 podstawowych wersjach wykonania zależnie od warunków w jakich będzie pracował. Zależnie od wersji wykonania zmienia się również moc wymiennika, gdyż każdy materiał ma inne właściwości wymiany ciepła
Wymiennik glikolowy standardowy:
Jest zbudowany z rurek wykonanych z miedzi, oraz lemel wykonanych z aluminium
Wymiennik glikolowy epoksydowany:
Jest zbudowany podobnie jak wymiennik glikolowy standardowy, ale dodatkowo jest pokryty cienką warstwą farby specjalnej farby epoksydowej. Wymiennik glikolowy w wersji epoksydowanej będzie miał odporność na chemikalia, rozpuszczalniki, a nawet na wybrane kwasy i zasady.
Sprawność takiego wymiennika będzie niższa niż standardowego o ok. 10%, gdyż farba epoksydowa chociaż zabezpiecza wymiennik przed działaniem agresywnej atmosfery, to także ogranicza kontakt powierzchni wymiennika z powietrzem. Cena wymiennika epoksydowanego jest nieznacznie wyższa, ale jest to różnica niewielka
Wymiennik glikolowy ze stali nierdzewnej/kwasoodpornej:
Zarówno rurki, jak i lamele takiego wymiennika są zbudowane ze stali nierdzewnej lub kwasoodpornej. Stal nierdzewna dzięki zawartości co najmniej 11% zawartości chromu tworzy na powierzchni tlenek chromu, który jest odporny na działanie większości kwasów i zasad. Z kolei stal kwasoodporna poza domieszką chromu w ilości 15-20%, zawiera także nikiel w ilości 8-14%. Może zawierać również miedź, mangan, tytan, czy molibden.
Wymienniki ze stali nierdzewnej czy kwasoodpornej powinny być stosowane tylko w sytuacjach, gdy żywotność wymiennika epoksydowanego nie byłaby wystarczająca, gdyż poza ogromnym wzrostem odporności równie ogromnie wzrasta również cena takich wymienników, a także znacząco spada ich sprawność.
Cena wymiennika w takiej wersji może być nawet 3-4 krotnie wyższa niż wersja standard. Na cenę, poza ceną samego materiału, która jest znacznie wyższa, ma wpływ kilka czynników, z których należy wymienić fakt, że w procesie produkcji takiego wymiennika używa się innych narzędzi ze względu na wysoką twardość blach nierdzewnych i kwasoodpornych. Dodatkowo, gdyby wykonać taki wymiennik 1:1 tak, jak w wersji standard, to jego sprawność byłaby bardzo niska, więc aby utrzymać sprawność na poziomie zbliżonym do wersji standard należy znacznie, nawet o 50% zwiększyć powierzchnię kontaktu takiego wymiennika z powietrzem, zatem należy użyć znacznie więcej materiału. Stal nierdzewna jest znacznie cięższa, zatem finalnie masa wymiennika glikolowego ze stali nierdzewnej o takich samych wymiarach i zbliżonej sprawności jak wymiennika standardowego może być nawet 3 krotnie wyższa.
Jak zastosowanie wymiennika glikolowego w centrali wentylacyjnej wpływa na koszt inwestycyjne?
Jak każdy odzysk ciepła, również glikolowy odzysk ciepła wpływa na znaczne zwiększenie kosztów inwestycyjnych.
Koszty te można podzielić na 3 grupy:
Grupa 1 to koszty związane bezpośrednio z centralą wentylacyjną. Centrala będzie dłuższa, gdyż w części nawiewnej i wyciągowej znajdą się wymienniki. Wymiennik na wywiewie musi posiadać również podobnie jak chłodnica odkraplacz, tacę ociekową, która zgromadzi skropliny oraz system odprowadzenia skroplin do kanalizacji. Zatem finalnie cena wzrasta o cenę 2 wymienników, z których jeden ma dodatkowo odkraplacz i tacę ociekową.
Grupa 2 to koszty wynikające z przekazywania ciepła pomiędzy centralą nawiewną a wyciągową. A więc będą to rury, izolacja, oraz armatura z których najważniejszymi elementami są pompa obiegowa i naczynie wzbiorcze. Tę kwestię omówiliśmy szczegółowo w starszym artykule, w którym za zapis do naszego newslettera można otrzymać również szczegółowy schemat hydrauliczny takiej instalacji.
Wreszcie grupa 3 to koszty wykonania instalacji, koszt położenia rur izolowanych oraz koszty glikolu, które szczególnie w przypadkach znacznego oddalenia centrali nawiewnej i wyciągowej, mogą znaczące.
Jak zastosowanie wymienników glikolowych wpływa na koszty eksploatacyjne?
Całościowo układ odzysku ciepła z zastosowaniem wymienników glikolowych wpłynie bardzo znacząco na koszty eksploatacyjne. Zależy to oczywiście od wielu czynników, takich jak m.in. ilość powietrza wentylacyjnego, oraz źródła ciepła nagrzewnicy, dlatego na poziomie ogólnym trudno byłoby operować konkretnymi liczbami.
Na obniżenie kosztów eksploatacyjnych ma wpływ przede wszystkim znaczny spadek kosztów energii potrzebnej na ogrzanie powietrza. Jednak w kosztach tych należy uwzględnić również koszty energetyczne, które chociaż zasadniczo nie wpływają na całościową ocenę opłacalności stosowania tego rodzaju odzysku ciepła, to są to koszty, których nie ma w wersji instalacji bez odzysku ciepła. Są to:
– koszty energetyczne działania układu hydraulicznego, przede wszystkim koszty energii pobieranej przez pompę obiegową , zawór elektromagnetyczny oraz układ sterowania
– Koszty energetyczne potrzebne na pokonanie oporu powietrza po montażu wymienników glikolowych. Spadek ciśnienia na wymiennikach glikolowych może sięgać od kilkudziesięciu do kilkustet Pa zależnie od prędkości przepływu powietrza i sprawności wymienników
– koszty serwisowania instalacji odzysku ciepła, a więc regularne przeglądy wszystkich elementów układu , a także badanie i wymiana co kilka lat glikolu, który z czasem będzie tracił swoje właściwości niezamarzające
Minimalna sprawność określona dyrektywą Ekoprojekt 2018 wynosi 68%, ale wymienniki oferowane prze naszą firmę są w stanie osiągnąć sprawność przekraczającą nawet 80%.
Jak dobrać prawidłowo wymienniki glikolowe odzysku ciepła?
Dobierając zatem wymienniki glikolowe do odzysku ciepła należy uwzględniać zasadniczo 3 czynniki:
- Sprawność odzysku ciepła
- Spadek ciśnienia wymiennika glikolowego po stronie powietrza
- Spadek ciśnienia wymiennika glikolowego po stronie cieczy
Dobór naprawdę ekonomicznej wersji wymienników glikolowych wymaga dużego doświadczenia. Należy zazwyczaj wykonać co najmniej kilka doborów sprawdzając jak dany wymiennik wpływa na spadki ciśnień zarówno po stronie powietrza, jak i po stronie cieczy, czyli glikolu i wybrać wariant, który będzie posiadał maksymalną sprawność, która nie generuje jednak oporów powietrza i czynnika na tyle dużych, że koszt ich pokonania poprzez wyższy pobór prądu przez pompę i wentylatory byłby wyższy niż koszty energii na ogrzanie powietrza wynikające z wyższej sprawności.
Dlatego też porównywanie urządzeń z wymiennikami glikolowymi odzyskującymi ciepło nie jest zadaniem łatwym, gdyż należy brać pod uwagę wszystkie elementy wpływające na ekonomikę danego układu.
Bardzo ważną kwestią jest odpowiednia izolacja termiczna rur pomiędzy wymiennikiem glikolowym w części nawiewnej i w części wywiewnej central.
Jeśli instalacja będzie przebiegała wewnątrz można przyjąć grubości izolacji rur typowe dla rur ciepłowniczych, tj.:
– średnica wewnętrzna rury do 22 mm – grubości izolacji min. 20 mm
– średnica wewnętrzna rury 22-35 mm – grubość izolacji conajmmniej 30 mm
– średnica wewnętrzna rury w przedziale 35-100 mm – grubość izolacji równa średnicy wewnętrznej rury
– średnica wewnętrzna rury powyżej 100 mm – grubość izolacji co najmniej 100 mm
Podsumowanie
Wymienniki glikolowe stosowane do odzysku ciepła znacząco poprawiają ekonomikę wentylacji, a dzięki zarówno samego sposobów odzyskiwania ciepła jak i specjalnym wykonaniom wymienników mogą odzyskiwać ciepło tam, gdzie nie jest to możliwe żadną inną metodą: w wysokich temperaturach, w środowiskach agresywnych, w przypadku powietrza silnie zanieczyszczonego.
Jednak dobry dobór wymienników glikolowych nie jest sprawą prostą, gdyż przy doborze należy uwzględniać wiele parametrów takich ja sprawność odzysku ciepła oraz opory po stronie powietrza i opory po stronie czynnika przekazującego ciepło – glikolu.
Mamy nadzieję, że powyższy artykuł był dla Ciebie wartościowy. Jeśli chciałbyś otrzymać ofertę na wymienniki glikolowe zapraszamy do kontaktu e-mailowego lub telefonicznego.