Sprawność odzysku ciepła każdego rekuperatora jest prawdziwa tylko przy zrównoważonych przepływach powietrza. Tylko w takich warunkach rekuperator odzyskuje ciepło od całego powietrza usuwanego z budynku i wykorzystuje je do podgrzania powietrza nawiewanego.
Systemy sterowania większości central wentylacyjnych nie mierzą rzeczywistych przepływów powietrza, a użytkownik ustawiając na panelu sterowania intensywność wentylacji w rzeczywistości ustawia jedynie prędkość obrotową wentylatorów. Dlatego, na skutek zmian warunków atmosferycznych, działania wiatru, naturalnego zanieczyszczenia filtrów oraz kondensacji wilgoci w wymienniku ciepła, przepływy powietrza nawiewanego i wywiewanego ulegają ciągłym zmianom. Niezrównoważenie wentylacji przekracza często 30%, zwiększając proporcjonalnie straty ciepła i koszty ogrzewania.
4 przyczyny niezrównoważenia wentylacji
Zimą w wymienniku ciepła każdego rekuperatora wykrapla się wilgoć z ciepłego wilgotnego powietrza usuwanego z budynku. Wypełnione wodą kanaliki wymiennika ciepła ograniczają przepływ wywiewanego powietrza nawet o 30%. Mniejsza ilość ciepłego, wewnętrznego powietrza oznacza mniejszą ilość odzyskanej energii, którą rekuperator wykorzystuje do podgrzania powietrza zewnętrznego, niższą temperaturę powietrza nawiewanego do pomieszczeń i w konsekwencji wyższe koszty ogrzewania budynku.
Przez filtry powietrza w systemie wentylacji domu o powierzchni użytkowej 150 m2 przepływa w ciągu roku około 1 000 000 m3 powietrza. W każdym metrze sześciennym powietrza znajduje się około 1 000 000 cząstek pyłu. Te cząstki osadzają się na filtrach zwiększając opór jaki filtr stawia przepływającemu powietrzu . Wywołane w ten sposób zaburzenia równowagi przepływów powietrza w systemie wentylacji sięgają 25% zmniejszając proporcjonalnie sprawność odzysku ciepła w rekuperatorze co przekłada się wprost na wzrost kosztów ogrzewania.
Każdy 1 m3 powietrza o temperaturze 20°C waży 1,2 kg podczas gdy w temperaturze -15°C ten sam 1 m3 waży 1,37 kg co oznacza, że 100 m3/h to odpowiada 120 kg/h w temperaturze 20°C i 137 kg/h w temperaturze -15°C. Nierówność przepływów wywołana zmianami temperatury może więc w skrajnym przypadku przekroczyć 13% zmniejszając proporcjonalnie sprawność odzysku ciepła i tym samym koszty ogrzewania.
Kiedy wiatr napiera swoją siłą na budynek, po stronie nawietrznej powstaje nadciśnienie a po stronie zawietrznej podciśnienie. Przy prędkości wiatru równej 4 m/s na ścianie powstaje ciśnienie równe 10 Pa a przy prędkości 9 m/s jest to już 50 Pa. Jeżeli na tej ścianie będzie zainstalowana czerpnia lub wyrzutnia powietrza nastąpi odpowiednio zwiększenie lub zmniejszenie przepływu powietrza w części nawiewnej lub wywiewnej instalacji wentylacyjnej. Centrale wentylacyjne działają przez większość czasu ze średnią lub niską wydajnością. Dlatego nawet średniej prędkości wiatr może zaburzyć bilans powietrza w budynku w stopniu większym i drastycznie zwiększyć koszty ogrzewania powietrza wentylacyjnego.
Dlaczego niezrównoważona wentylacja zwiększa koszty ogrzewania i pogarsza jakość powietrza?
Kiedy przepływy powietrza wentylacyjnego nie są zrównoważone w pomieszczeniach powstaje nadciśnienie lub podciśnienie powodując, że część powietrza zamiast przez rekuperator, przepływa przez nieszczelności budynku. To powietrze nie bierze udziału w procesie odzysku ciepła zwiększając w ten sposób koszty ogrzewania powietrza wentylacyjnego.
Wentylacja niezrównoważona – nadciśnienie w budynku
Sytuacja:
- Kondensacja wilgoci w wymienniku ciepła
- Częściowo zabrudzony, ale wciąż sprawny filtr powietrza wywiewanego
Skutki:
- Zmniejszenie przepływu instalacji wywiewnej
- Nadciśnienie w budynku
- Na skutek nadciśnienia, część ciepłego powietrza zamiast przez rekuperator wpływa z budynku przez nieszczelności bezpowrotnie tracąc ciepło.
- Mniejsza ilość powietrza ciepłego płynącego przez rekuperator oznacza mniej energii do podgrzania powietrza świeżego i w konsekwencji niższą temperaturę nawiewu.
Wentylacja niezrównoważona – podciśnienie w budynku
Sytuacja:
- Częściowo zabrudzony, ale wciąż sprawny filtr powietrza nawiewanego.
- Lekkie oszronienie wymiennika na skutek zamrożenia wilgoci wytrąconej z powietrza wywiewanego (brak skutecznego systemu przeciwzamrożeniowego).
Skutki:
- Zmniejszenie przepływu instalacji nawiewnej
- Podciśnienie w budynku
- Na skutek podciśnienia część świeżego, zimnego powietrza zamiast przez rekuperator wpływa do budynku przez nieszczelności nie ogrzewając się w procesie odzysku ciepła. To zimne powietrze obniża temperaturę w pomieszczeniach przez co wymusza zwiększenie mocy systemu grzewczego i tym samym zwiększa koszt ogrzewania.
- Powietrze wpływające przez nieszczelności nie przepływa przez filtry rekuperatora wprowadzając do pomieszczeń zanieczyszczenia pyłowe.
Jak System CF oszczędza energię w budynku?
Wszystkie cztery czynniki wpływające na niezrównoważenie wentylacji są naturalne a czas występowania każdego z nich jest w zasadzie nieprzewidywalny. Z tych powodów, nawet dokładnie wyregulowana, po zakończonym montażu instalacja wentylacyjna w czasie użytkowania znajduje się w stanie ciągłego rozregulowania, w którym przepływy powietrza nawiewanego i wywiewanego różnią się od siebie o często o ponad 30%.
Jedynym sposobem na zapewnienie zrównoważonej wentylacji przez cały rok jest ciągłe, automatyczne dostosowywanie wydajności wentylatorów do chwilowych warunków pracy. Tak właśnie działa system CF. Układ pomiarowy systemu CF ciągle mierzy rzeczywiste przepływy powietrza nawiewanego oraz wywiewanego z dokładnością +/-3%. Wyniki pomiarów są analizowane przez procesor, który ustawia prędkości obrotowe wentylatorów tak aby wentylacja była zbilansowana, niezależnie od chwilowych warunków atmosferycznych oraz stanu zabrudzenia filtrów. Całe powietrze wentylacyjne zawsze przepływa przez rekuperator gdzie bierze udział w procesie odzysku ciepła. Ciśnienia powietrza za zewnątrz i wewnątrz budynku są zawsze wyrównane co gwarantuje brak przepływu powietrza przez nieszczelności budynku. W ten sposób efektywność energetyczna wentylacji jest zawsze najwyższa możliwa, a koszty ogrzewania najniższe.
Zrównoważona wentylacja w budynku
Sytuacja:
- Czysty lub częściowo zabrudzony filtr powietrza wywiewanego.
- Czysty lub częściowo zabrudzony filtr powietrza nawiewanego.
- Kondensacja wilgoci w wymienniku ciepła lub brak kondensacji.
- Oddziaływanie wiatru na budynek.
Skutki:
- Przepływ powietrza w instalacji nawiewnej równy przepływowi powietrza w instalacji wywiewnej.
- Ciśnienie na zewnątrz i wewnątrz budynku są wyrównane.
- Całe powietrze wpływające do budynku i wypływające z budynku przepływa przez rekuperator wymieniając ze sobą ciepło.
- Powietrze nawiewane do pomieszczeń ma temperaturę 17–20°C niezależnie od temperatury powietrza zewnętrznego.
- Powietrze nawiewane jest zawsze przefiltrowane.
Działanie systemu CF w warunkach rzeczywistych
Pomiary wykonano w Krakowie w dniach 13.02.2017–17.02.2017. Centrala wentylacyjna AirPack Home 300h działała w rzeczywistych warunkach przez dwie doby z wyłączonym systemem CF oraz dwie kolejne doby z włączonym systemem CF. W obu przypadkach rekuperator działał w programie tygodniowym z nastawami fabrycznymi. Wilgotność powietrza w budynku była na poziomie 50%. Z uwagi na niskie temperatury na zewnątrz, w wymienniku ciepła wykraplała się wilgoć z powietrza wywiewanego. Woda wypełniająca kanaliki wymiennika ciepła ograniczała przepływ powietrza wywiewanego. Dla lepszego zobrazowania wpływu niezrównoważenia wentylacji na straty ciepła budynku, sprawność określono na podstawie zależności SPRAWNOŚĆ = (Tn-Tz)/(Tp-Tz)1.
1 Tn – temperatura powietrza nawiewanego do pomieszczeń, Tp – temperatura powietrza w pomieszczeniach, Tz – temperatura powietrza zewnętrznego
Podczas pracy bez systemu CF wentylatory działają ze stałą prędkością obrotową, nie reagując na zmiany przepływu powietrza. Mniej wywiewanego ciepłego powietrza, to mniej odzyskanej energii, którą rekuperator wykorzystuje do podgrzania powietrza świeżego. Temperatura powietrza nawiewanego spada do 12°C, a średnia sprawność odzysku energii wynosi 65%.
System CF wykrywa mniejszy przepływ powietrza i odpowiednio zwiększa prędkość obrotową wentylatora wywiewnego. Przepływy powietrza są zawsze równe. Temperatura powietrza nawiewanego utrzymuje się na poziomie 18°C, a średnia sprawność odzysku energii wynosi 90%.