Wymienniki ciepła - rodzaje

W wymienniku ciepła następuje proces wymiany powietrza wywiewanego i nawiewanego bez mieszania się obydwu strumieni. Powietrze doprowadzane do wymiennika z zewnątrz jest w nim podgrzewane ciepłem wywiewanym z pomieszczeń. W zależności od rodzaju zastosowanego w rekuperatorze wymiennika – różna może być ilość odzyskanego ciepła, jak również jakość powietrza nawiewanego do pomieszczeń domu. Podstawowe rodzaje wymienników montowanych w systemach wentylacji domowej to:

• wymienniki krzyżowe;
• wymienniki przeciwprądowe proste;
• wymienniki przeciwprądowe spiralne;
• wymienniki obrotowe.

Wymienniki te charakteryzują się nieskomplikowaną konstrukcją i niskim poziomem hałasu podczas pracy. Przy ich zastosowaniu można odzyskiwać tak powietrze zimne, jak i chłodne. Nie dają jednak możliwości odzyskiwania wilgoci. Ponadto, mają dość duże wymiary, co może być kłopotliwe w określonych sytuacjach. Dodatkowo, na płytach wymiennika może występować zjawisko szronienia, które wpływa na obniżenie sprawności urządzenia. Wymiennik krzyżowy jest zbudowany z płyt stalowych, aluminiowych lub z tworzywa, które ułożone są naprzemiennie jako nawiewne i wywiewne. Obieg powietrza jest wymuszany poprzez działanie wentylatorów i przepływa ono przez wymiennik prostopadle na krzyż. Sprawność wymiennika wynosi 60 – 70%, a zwiększa ją skierowanie powietrza pod kątem 90 stopni. Jeśli w jednej centrali zastosuje się dwa tego rodzaju wymienniki sprawność odzysku może wynieść nawet 95%. Jednak kiedy temperatura zewnętrzna spada do około -2 stopni Celsjusza – wymiennik może się oszronić, czego skutkiem jest zablokowanie przepływu powietrza. Efekt szronienia można niwelować poprzez zastosowanie obejścia, dzięki któremu część powietrza omija wymiennik lub poprzez zamontowanie nagrzewnicy wstępnej, która włącza się automatycznie podczas określonego powyżej spadku temperatury. Nagrzewnice są skuteczniejszą metodą walki ze szronieniem się wymiennika, pod warunkiem odpowiedniego, tj. dostosowanego do wielkości rekuperatora doboru ich mocy. Wymienniki krzyżowe uchodzą za najczęściej stosowane w niewielkich centralach będących użytkiem właścicieli domów jednorodzinnych.

Posiadają one budowę podobną do wymienników krzyżowych, ale w ich przypadku płyty ułożone są równolegle. Działają sprawnie i dość wydajnie, ale tak samo jak wymienniki krzyżowe ulegają szronieniu na skutek spadku temperatury powietrza do około -2 stopni Celsjusza. Wymagają zatem zastosowania obejścia by-pass lub innego układu oszraniającego. Sprawność odzysku dokonywanego przez wymienniki przeciwprądowe proste wynosi do 85%, ale kiedy szronienie jest ograniczane poprzez zmniejszenie prędkości pracy wentylatora – wydajność tych wymienników niestety maleje. Jednak efekt szronienia można aktualnie skutecznie eliminować dodatkowymi systemami odszraniającymi, co powoduje, że wymienniki przeciwprądowe proste znajdują coraz większą ilość odbiorców w budownictwie jednorodzinnym.

Ten rodzaj wymienników charakteryzuje się szczelną i jednocześnie prostą budową. Wymienniki przeciwprądowe spiralne nie ulegają szronieniu i nie wymagają doprowadzenia do nich energii spoza układu. Są jednak urządzeniami o dość znacznych gabarytach, a ponadto nie kosztują mało. Wymiennik tego typu jest zbudowany z folii aluminiowej, która jest zwijana w formie walca. Konstrukcja zwoju wydłuża drogę, którą pokonuje powietrze przepływające przez wymiennik, przez co większa jest również powierzchnia czynna udoskonalonego wymiennika przeciwprądowego. Wymienniki te są chętnie stosowane przez inwestorów pod warunkiem, że montaż rekuperatora o znacznych rozmiarach nie stanowi problemu. Jako ciekawostkę warto podać, że ta specyficzna i interesująca konstrukcja jest dziełem jednej z polskich firm.

Przy zastosowaniu tego typu wymiennika urządzenie odzyskujące ciepło nie jest już właściwie rekuperatorem, a regeneratorem. Strumienie powietrza nie przepływają bowiem przez wymiennik bez stykania się z sobą. W tym przypadku powietrze miesza się w nim i dopiero trafia ponownie do wnętrz. Wymienniki obrotowe charakteryzują się jednak wysokim poziomem odzysku ciepła, mają niewielkie rozmiary i działają sprawnie. Do wad tych urządzeń można natomiast zaliczyć ich hałaśliwość podczas pracy oraz fakt, że stanowią dodatkowy pobór energii w domu. Wymienniki tego typu składają się z obudowy, wewnątrz której znajduje się wirnik (rotor). Wirnik jest w tych wymiennikach elementem zasadniczym i odpowiadającym za odzysk ciepła. Element ten poprzez obracanie się przechodzi naprzemiennie przez obszar powietrza wywiewanego oraz nawiewanego, ocieplając zregenerowane powietrze płynące do wnętrz. Wirnik wymiennika obrotowego jest zbudowany z pofalowanej blachy aluminiowej, która jest nawinięta na walec i ma zdolność do magazynowania energii cieplnej. Wymienniki obrotowe charakteryzują się sprawnością na poziomie 50 – 80% i są odporne na szronienie, ale ze względu na hałas, który powstaje w czasie ich pracy – nie wszyscy chcą je stosować w swoich domach. Problematyczne pozostaje również mieszanie się powietrza wywiewanego z nawiewanym, co wpływa na jakość mikroklimatu panującego w wentylowanych pomieszczeniach. Z tych powodów wymienniki obrotowe stosuje się raczej w budynkach niemieszkalnych, tj. biura, zakłady pracy, czy obiekty użyteczności publicznej. Warte zauważenia jest, że wymienniki te są zdolne nie tylko do odzyskiwania ciepła, ale również wilgoci. Jeśli urządzenie pokryje się substancją higroskopijną – w zimie będzie ono odbierało wilgoć z powietrza wywiewanego i przekazywało ją do nawiewanego. To z kolei sprawi, że powietrze w pomieszczeniach nie będzie nadmiernie przesuszone, a sprzyjające dobrej kondycji organizmu ludzkiego.

Uwaga !
Wybierając wymiennik ciepła nie do końca należy brać pod uwagę sprawność urządzenia, jaką podaje producent jako wartość maksymalną i określoną najczęściej w warunkach laboratoryjnych. Istotna jest sprawność średnioroczna, o którą zawsze warto dopytywać sprzedawcę. Należy pamiętać, iż jest ona najczęściej zdecydowanie niższa od wartości, o której informuje producent i może wynosić od 40 do 60% w zależności od rodzaju wymiennika.