Rekuperator – dlaczego zamarza?

Rekuperator pozwala na odzyskanie części ciepła z powietrza wywiewanego z pomieszczeń przez układ wentylacji mechanicznej. Jak pamiętamy z poprzednich wpisów dotyczących wykraplania pary w rekuperatorze, zimą po stronie wywiewu może nam się lać kondensat (skroplona para wodna). Co będzie jeśli skropliny zetkną się z zimną ścianką odgradzającą strumienie powietrza w rekuperatorze? O tym w dalszej części artykułu.

Co się dzieje z powietrzem w rekuperatorze po stronie wywiewu?

Niestety, im rekuperator ma większą sprawność, tym temperatura na wylocie wywiewu jest bliższa temperaturze na wlocie nawiewu. Dotychczas, w artykułach poświęconych sprawności odzysku ciepła, analizowaliśmy jedynie charakterystyki związane z przemianami powietrza po stronie nawiewu. Tym razem zajmiemy się temperaturą powietrza wywiewanego za rekuperatorem. Popatrzmy na wykres, na którym pokazałem jak temperatura powietrza za rekuperatorem (wymiennik przeciwprądowy) zależy od temperatury powietrza nawiewanego przed wymiennikiem.

wentylacja mechaniczna, rekuperator - zależność temperatury na wylocie wywiewu ot temperatury na wlocie nawiewu wymiennika przeciwprądowego

Zależność temperatury powietrza po stronie wywiewu na wylocie rekuperatora od temperatury powietrza na wlocie nawiewu dla wymiennika L0200/1.5A 200mm firmy Heatex. Wyniki uzyskane w programie doboru dostępnym na stronie producenta dla równych natężeń przepływu powietrza nawiewanego i wywiewanego (120m3/h) oraz stałej temperatury na wlocie wywiewu (20°C). Przyjęta wilgotność względna powietrza na wlocie wywiewu wynosiła 30%.

Jak się łatwo domyślić na podstawie powyższego wykresu, zimą gdy powietrze zewnętrzne podawane na rekuperator ma temperaturę ujemną rośnie prawdopodobieństwo zamarzania skroplin (kondensatu). Pomiędzy płytami wymiennika na wywiewie pojawia się szron, który stopniowo zmniejsza prześwit, zwiększając tym samym spadek ciśnienia na wymienniku oraz ograniczając przepływ powietrza ciepłego. Tym samym rośnie stosunek strumienia zimnego powietrza podawanego na rekuperator do strumienia powietrza wywiewanego powodując dalsze zamarzanie układu odzysku ciepła. W skrajnym przypadku może to doprowadzić do całkowitego zatkania wymiennika.

Skąd wiemy, że rekuperator zamarza?

Zabezpieczenie przed oblodzeniem układu odzysku ciepła jest zadaniem automatyki rekuperatora. To właśnie odpowiednie algorytmy sterowania decydują o sposobie radzenia sobie z tym problemem. Skąd sterownik rekuperatora wie, że występuje ryzyko zamarzania? Dzieje się tak, dzięki zastosowaniu odpowiednich elementów pomiarowych, wśród których możemy wymienić:

  • czujnik temperatury powietrza za wymiennikiem po stronie wywiewu, na podstawie wskazań którego sterownik pracy rekuperatora decyduje o zadziałaniu zabezpieczenia,
  • termostat za wymiennikiem po stronie wywiewu, który decyduje dla jakiej temperatury powietrza zabezpieczenie przeciwzamrożeniowe ma się włączyć, a dla jakiej wyłączyć,
  • presostat, który w przypadku oblodzenia wykrywa wzrost spadku ciśnienia na rekuperatorze i powoduje załączenie procedury odladzającej.

Każdy z wymienionych sposobów pomiaru omówię przy okazji omawiania różnych metod zabezpieczenia rekuperatora.

 Jak zabezpieczyć rekuperator przed zamarzaniem

Jednym ze sposobów zabezpieczenia centrali rekuperacyjnej przed zamrożeniem jest wstępne podgrzanie powietrza nawiewanego za pomocą gruntowego wymiennika ciepła (GWC). Rozwiązanie takie jest stosunkowo drogie na etapie inwestycji, więc decyzję o jego zastosowaniu należy dobrze przemyśleć (a właściwie przeliczyć). Więcej o gruntowych wymiennikach ciepła (GWC), ich budowie i rodzajach napiszę w późniejszych artykułach. Spróbuję tam też przeanalizować sposoby obliczeń opłacalności zastosowania takich wymienników.

Producenci automatyki do układów odzysku ciepła w układach wentylacji mechanicznej stosują kilka metod zabezpieczenia przeciwzamrożeniowego rekuperatora. Wśród nich możemy wymienić:

  • czasowe wyłączanie wentylatora nawiewnego, aby umożliwić powietrzu wywiewanemu ogrzanie wymiennika,
  • zastosowanie wstępnej nagrzewnicy elektrycznej przed rekuperatorem na nawiewie w celu wstępnego ogrzania powietrza tak, aby powierzchnia wymiennika miała temperaturę uniemożliwiającą powstanie szronu,
  • zastosowanie przepustnicy obejściowej wymiennika (tzw. bypass wymiennika), która pozwala na czasowe omijanie wymiennika przez zimne powietrze po stronie nawiewu.

Każda z wyżej wymienionych metod zabezpieczenia rekuperatora przed zamarzaniem powoduje, że sprawność temperaturowa odzysku ciepła maleje. Więcej na ten temat można znaleźć w artykule dotyczącym obliczeń sprawności rekuperatora z bypassem.

4 myśli nt. „Rekuperator – dlaczego zamarza?

    1. Piotr Kaczmarek Autor wpisu

      Czujnik temperatury przekazuje do sterownika informację o faktycznej temperaturze natomiast termostat informuje tylko o fakcie, że temperatura jest poniżej lub powyżej pewnego progu. Np. w rozważanym przypadku poniżej pewnej temperatury powietrza wywiewanego za rekuperatorem (np. +1°C) termostat wyśle informację do sterownika (np. poda na wejście sterownika napięcie 24V), że jest ryzyko zamarzania wymiennika, wtedy sterownik rozpocznie procedurę odszraniania, która będzie działać tak długo, aż termostat odłączy napięcie z wejścia sterownika. Jeśli termostat załączy napięcie przy pewnej temperaturze, a odłączy przy innej, to mówimy, że jest to termostat z histerezą. W większości termostatów można ustawić zarówno temperaturę załączenia, jak i wyłączenia termostatu.

      Podobnie ma się sprawa z presostatem (sprawdza czy różnica ciśnień przekroczyła ustalony próg) i przetwornikiem ciśnienia (mierzy wartość ciśnienia lub różnicy ciśnień) oraz higrostatem i czujnikiem wilgoci. Jeśli będzie zainteresowanie to mogę napisać kilka słów na temat wykorzystania tych elementów w systemach wentylacji mechanicznej.

      Odpowiedz
  1. Karol

    Mam pytanie dotyczące automatyki przeciwzamrozeniowej. Moja centrala ma dwie opcje zabezpieczenia, pierwsza to standardowo tryb off nawiewu, druga opcja to nagrzewnica.
    Z nagrzewnica jest nieco inaczej, ponieważ nie jest to nagrzewnica wstępna, ale wtórna za wymmiennikiem na nawiewie.
    W przypadku ryzyka zamarznięcia wymiennika powietrze nawiewane jest podgrzane przez nagrzewnice do ustawionej temp. na sterowniku i puszczane przez bypass a w tym czasie wywiew ogrzewa wymiennik.
    Dodatkowo nagrzewnica ta zawsze dogrzewa powietrze do zadanej temp, jeśli odzysk nie osiąga takiej temp.
    Chciałem zapytać czy można jakoś przeliczyć ile taka nagrzewnica zużyje prądu?
    W sensie która metoda bardziej się opłaci?
    Nagrzewnica ma moc 1,5kW i na szczęście posiada płynną regulację mocy.
    Dziękuję za pomoc.

    Odpowiedz
    1. Piotr Kaczmarek Autor wpisu

      Przykładowe obliczenia pokazałem w artykule:
      http://portalinstalacyjny.pl/wplyw-zabezpieczenia-przeciwzamrozeniowego-na-sprawnosc-odzysku-ciepla-centrali-rekuperacyjnej/
      Moim zdaniem warto jako temperaturę zadaną za nagrzewnicą ustawić taką, która nie powoduje odczucia dyskomfortu związanego z nadmuchem zimnego powietrza z anemostatu (np. 16°C). Niestety tutaj zawsze mamy dylemat: wybór pomiędzy komfortem a kosztem eksploatacji. Dla oszacowania kosztów warto zakupić za kilkadziesiąt złotych licznik zużywanej energii elektrycznej – dostępne w marketach budowlanych. Po jednym zimowym miesiącu eksploatacji sprawa będzie jasna.

      Odpowiedz

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *