Rekuperácia striedavého prúdu: Princíp, typy a výhody

Rekuperácia je moderný systém vetrania, ktorý zabezpečuje výmenu vzduchu v budovách s minimálnymi tepelnými stratami. Vetranie obytných priestorov je v nových moderných stavbách, v ktorých sa zvlášť dbá na nízke energetické straty a tesnosť stavby, nutnosťou.

Základný princíp rekuperácie

Rekuperácia má svoje zaužívané pravidlá, ktoré výrazne zjednodušujú jej realizáciu. Základný princíp rekuperácie spočíva vo výmene tepla medzi odpadovým (odvádzaným) a čerstvým (privádzaným) vzduchom.

Systém nasáva čerstvý vzduch z vonkajšieho prostredia, ktorý prechádza cez filtre a čistí sa od prachu, peľu a ďalších nečistôt. Odpadový vzduch z miestností, ako sú kuchyne, kúpeľne a toalety, je odsávaný a privádzaný do rekuperačnej jednotky.

V tepelnom výmenníku, ktorý je srdcom rekuperačného systému, teplý odchádzajúci vzduch odovzdá svoje teplo cez teplovýmennú membránu prichádzajúcemu vzduchu zvonku, bez toho, aby sa premiešali. Čerstvý vzduch je najskôr privádzaný priechodkou vonkajšou obvodovou stenou k filtru, kde dôjde k jeho prečisteniu (je pritom možné aplikovať napríklad peľový filter, ktorý výrazne uľahčuje život alergikom). Následne sa vo výmenníku tepla ohreje od odchádzajúceho odpadového vzduchu a potom prúdi do interiéru.

V lete to funguje rovnako, len opačne: vnútorný odchádzajúci vzduch chladí ten prichádzajúci zvonku. Ak v lete nie je spätný zisk tepla žiaduci, možno túto funkciu vypnúť. V takom prípade sa uzavrie tzv. obtoková klapka a vzduch zvonku postupuje okruhom mimo výmenník (letné bypass).

Výhody rekuperácie

• Energetická efektívnosť: Využitím tepla z odchádzajúceho vzduchu znižujú náklady na vykurovanie. Dokonca až s 90% účinnosťou. Ak máme vo vnútri 22°C a vonkajšia teplota je -10°C, dokážeme ohriať prívodný vzduch až na 19°C. A to bez nutnosti elektrického ohrevu vzduchu s nákladmi len na chod ventilátorov. Tieto náklady sú v porovnaní s ušetrenou energiou zanedbateľné.
• Zlepšenie kvality vzduchu: Rekuperačné systémy filtrujú prichádzajúci vzduch, čím znižujú množstvo prachu, peľu a iných alergénov v domácnosti.
• Regulácia vlhkosti: Pomáhajú regulovať úroveň vlhkosti v domácnosti, čo prispieva k prevencii plesní. Po rekonštrukcii, napríklad zateplením fasády a výmenou okien v rodinných domoch a bytoch, často stúpla vlhkosť a znížila sa kvalita vzduchu a vnútorného prostredia. Tomuto sa dá zabrániť práve riadeným vetraním.
• Komfort: Zabezpečuje stálu výmenu vzduchu bez nutnosti otvárania okien a tepelných strát.
• Bezpečnosť: Otvorené okná v čase, keď sa v objekte nikto nenachádza alebo jeho užívatelia spia, môžu znamenať riziko vlámania.

Princíp fungovania a nastavenia

Pri jednoduchých riešeniach je takmer jedno, či máte alebo nemáte rovnaký počet výustiek. Taktiež je skoro jedno, či máte rovnako dlhé trasy jednotlivých potrubí. Pre jednoduchosť montáže a najlepšiu funkčnosť rekuperácie sa však dosahuje pomocou rovnakého počtu prívodov a odvodov. Rovnaký počet výustiek na odvod a prívod vzduchu je pri rekuperácii najjednoduchší spôsob, ako nič nepokaziť.

Pre funkčnosť rekuperačného systému je ideálne dosiahnuť čo najpodobnejšie dĺžky jednotlivých potrubí. Keď sa to podarí dosiahnuť, vieme, že tlakové straty v potrubí sú približne rovnaké a preto bude každá výustka fúkať alebo naťahovať približne rovnaké množstvo vzduchu. Takýto vzhľad systému je v bežnom dome veľmi problematické dosiahnuť. Umiestnenie rekuperačnej jednotky je zvyčajne v technickej miestnosti, ktorá býva často pri obvodovej stene. Tým pádom vzniká prirodzená nesymetria. Na jednej strane domu sú kratšie potrubia a smerom do vzdialenejších miest od technickej miestnosti sú potrubia dlhšie. Tlaková strata vzniká dĺžkou potrubia, teda čím dlhšie potrubie, tým väčšia tlaková strata.

Vzduch v systéme rekuperácie sa šíri v potrubiach podľa toho, kde na akú tlakovú stratu narazí. Kde je malá, je ho veľa, kde je veľká, je ho naopak málo. Preto je potrebné rekuperačný systém poriadne zmerať a podľa toho systém vyregulovať. Najčastejšie sa regulácia systému rekuperácie robí pomocou koncových prvkov, napríklad tanierových ventilov.

Typy rekuperačných systémov

Existujú dva hlavné typy rekuperačných systémov: centrálne a decentrálne (lokálne).

Centrálna rekuperácia

Centrálna rekuperácia sa inštaluje najmä v technickej miestnosti a vyžaduje potrubné rozvody pre distribúciu vzduchu do všetkých miestností. Je zložitejšia na inštaláciu, ale ponúka najvyššiu efektivitu a komfort pre celý objekt. Centrálny systém rekuperácie zabezpečuje výmenu vzduchu vo všetkých miestnostiach.

Komponenty centrálnej rekuperačnej jednotky

Rekuperačná jednotka je tvorená ventilátormi na prívod a odvod vzduchu, filtrami vzduchu zabezpečujúcimi zdravú vnútornú klímu, výmenníkom tepla, automatickou reguláciou riadenia rekuperačnej jednotky, no a v prípade potreby aj prídavným výhrevným telesom. Srdcom celého systému je výmenník tepla (rekuperátor).

• Výmenník tepla (rekuperátor): Zabezpečuje prenos tepelnej energie medzi dvoma prúdmi vzduchu.
• Filtre: Na prívodový (čerstvý) aj odpadový (znečistený) vzduch, ktoré zabezpečujú čistotu privádzaného vzduchu a predlžujú životnosť výmenníka.
• Ventilátory: Prívodný a výfukový ventilátor zabezpečujú nepretržitý pohyb vzduchu v systéme.
• Riadiaci systém: Zabezpečuje automatickú reguláciu a optimalizáciu prevádzky jednotky.
• Prípojky pre vzduchové kanály: Zvyčajne štyri prípojky pre distribúciu vzduchu do jednotlivých miestností a nasávanie odpadového vzduchu.

Súčasťou systému sú aj recirkulačné komory, rúrkové tlmiče a, samozrejme, izolované potrubia pre prívod a odvod vzduchu, resp. prietok medzi vonkajším prostredím a zariadením. Kvalita potrubí je rozhodujúca pre efektívnosť celého systému.

Technológie výmenníkov tepla v centrálnych systémoch

V súčasnosti sú v rekuperačných jednotkách bežne využívané tri konštrukčné prevedenia výmenníkov tepla:

Doskový výmenník tepla

Konštrukcia doskového výmenníka tepla je založená na tenkostenných paneloch, ktoré sú striedavo spojené tak, aby striedali priechod rôznych teplotných tokov medzi nimi pod uhlom 90 stupňov. Vďaka zmene tvaru a prúdenia vzduchu sa účinnosť doskových rekuperátorov zvýšila z pôvodných 50-60% na súčasných 90 až 95%. Rekuperačné jednotky s doskovými protiprúdovými výmenníkmi tepla sú vhodné predovšetkým do regiónov s miernejším klimatickým podnebím bez silných mrazov.

• Výhody: Nízke náklady, dlhá životnosť, jednoduchá údržba, malé rozmery a hmotnosť.
• Nevýhody: Možnosť tvorby kondenzátu a zamŕzania pri nízkych teplotách. Pri zamrznutí kondenzátu dochádza minimálne k zablokovaniu rekuperačnej jednotky.

Rotačný (bubnový) výmenník tepla

Princíp činnosti rotačného výmenníka tepla je založený na rotácii výmenníka tepla, vo vnútri ktorej sú vrstvy vlnitého kovu s vysokou tepelnou kapacitou. Tento typ rekuperátora si dokáže veľmi dobre poradiť s náročnejšími klimatickými podmienkami a problém mu nebudú robiť ani nižšie mínusové teploty. Výhodou rotačného rekuperátora je, že vďaka otáčaniu sa nikdy nezamŕza a navyše do interiéru vracia nielen teplo, ale aj časť vzdušnej vlhkosti. Riešiť teda nemusíte ani odvod kondenzátu.

• Výhody: Vysoká účinnosť, návrat vlhkosti, odolnosť voči mrazu.
• Nevýhody: Zložitá konštrukcia s pohyblivými časťami, zvýšená hladina hluku, možný spätný prietok vzduchu. Jemnozrnný výmenník tepla rotačného rekuperátora je náchylný na zanášanie, preto je dôležité venovať pozornosť kvalitnej práci jemných filtrov.

Entalpický výmenník tepla

Moderné rekuperačné jednotky sú vybavené membránovým entalpickým výmenníkom tepla, ktorý dokáže pracovať aj pri nižších vonkajších teplotách. Výhodou centrálnych vetracích jednotiek s entalpickým výmenníkom tepla je predovšetkým rekuperácia vlhkosti. Popri odovzdávaní tepla privádzanému vzduchu dokážu tieto rekuperátory spoľahlivo odovzdávať vlhkosť a tým prispieť k optimálnej relatívnej vlhkosti vzduchu v interiéri budov. Entalpický výmenník tepla odovzdávaním vlhkosti privádzanému vzduchu okrem toho eliminuje namŕzanie výmenníka. Materiál lamiel (membrána) má schopnosť prenášať vlhkosť, pričom je priepustný len pre molekuly vodnej pary.

• Výhody: Rekuperácia tepla aj vlhkosti, optimálna vnútorná klíma, eliminuje namŕzanie.
• Nevýhody: Vyššie náklady v porovnaní s doskovými výmenníkmi.

Lokálna (decentrálna) rekuperácia

Lokálna rekuperácia, nazývaná aj decentralizovaná rekuperácia, je systém vetrania, ktorý zabezpečuje výmenu vzduchu v jednotlivých miestnostiach alebo menších zónach budovy prostredníctvom samostatných rekuperačných jednotiek. Na rozdiel od centrálnych rekuperačných systémov, ktoré vyžadujú rozsiahlu sieť vzduchovodov pre distribúciu čerstvého a odvod znehodnoteného vzduchu, lokálne jednotky pracujú nezávisle v každej vetranej miestnosti.

Ak z akéhokoľvek dôvodu nechcete alebo nemôžete pristúpiť k inštalácii centrálnych vzduchotechnických rozvodov, môžete problém riešiť lokálne a len tam, kde je to relevantné, teda v miestnostiach, kde potrebujete pravidelne vetrať ako napríklad v spálňach počas spánku. Reč je o kompaktných rekuperačných jednotkách s jednoduchou inštaláciou bez rozvodov, ktoré sa umiestňujú v obvodových múroch domu, v ktorých je prerazený jediný otvor.

Systém s miestnymi rekuperátormi je zvyčajne lacnejší, pokiaľ ide o 2 až 3 miestnosti. Je to však nákladnejšie, ak je viac miestností alebo ak chcete dosiahnuť kvalitu vetrania, ktorá je zabezpečená centrálnym rekuperačným systémom. Lokálny systém sa inštaluje tam, kde nie je možnosť inštalácie centrálnej rekuperácie a je vhodný pre menší počet miestností, pre celý byt alebo dom iba výnimočne.

Princíp fungovania lokálnej rekuperácie

1. Znečistený vnútorný vzduch je odvádzaný ventilátorom von cez keramický alebo hliníkový rekuperačný výmenník.
2. V rovnakom čase alebo s malým oneskorením je čerstvý vonkajší vzduch nasávaný dovnútra a predhrievaný odpadovým teplom.
3. Čerstvý a prefiltrovaný vzduch, ktorý prešiel predhriatím, je následne privádzaný do miestnosti.
4. Teplota v miestnosti sa udržuje bez tepelných strát a zároveň je zabezpečené kvalitné vetranie.

V prípade nástennej decentralizovanej jednotky s rekuperáciou tepla typu „push-pull“ je vybavená rekuperačným výmenníkom tepla. Vzduch extrahovaný z miestnosti má svoju tepelnú energiu. Počas režimu odvádzaného vzduchu sa táto energia prenáša do hmoty výmenníka tepla a tam sa hromadí. Normálne jeden cyklus trvá 70 sekúnd. Potom sa ventilátor zastaví, zmení smer otáčania a dodá čerstvý vzduch. Režimy prívodu a odvodu vzduchu sa nevykonávajú súčasne.

Typy lokálnych rekuperačných jednotiek

• Nástenné rekuperačné jednotky: Najbežnejší typ, inštaluje sa na stenu a zvyčajne obsahuje dva otvory pre prívod a odvod vzduchu.
• Okenné rekuperačné jednotky: Integrujú sa do okenného rámu alebo sa inštalujú namiesto časti okenného skla. Vhodné pre dodatočnú inštaláciu bez rozsiahlych stavebných prác.
• Podomietkové rekuperačné jednotky: Inštalujú sa do steny, pričom viditeľné sú len mriežky pre prívod a odvod vzduchu. Esteticky nenápadné riešenie, ale vyžaduje stavebné úpravy.
• Jednotky s akumuláciou tepla (s keramickým výmenníkom): Pracujú na princípe striedavého vetrania. Jeden ventilátor vháňa vzduch do keramického výmenníka, ktorý sa ohreje. Následne ten istý ventilátor prepne smer a vháňa čerstvý vzduch cez ohriaty keramický výmenník, ktorý mu odovzdá teplo. Vyžadujú pravidelné prepínanie smeru prúdenia vzduchu.

Porovnanie lokálnej a centrálnej rekuperácie

Údržba a náklady rekuperačných systémov

Jedinou potrebnou pravidelnou údržbou je čistenie a/alebo výmena použitých filtrov. V zásade všetky zariadenia majú štandardný filter na sanie čerstvého vzduchu a filter na sanie odpadového vzduchu. Jemné filtre sa musia pravidelne meniť alebo čistiť. V opačnom prípade zvýšený odpor proti prúdeniu vzduchu spôsobí poruchu ventilátora.

Riadené vetranie s centrálnou rekuperačnou jednotkou nie je otázkou niekoľkých desiatok eur. Ide predsa len o niečo vyššiu vstupnú investíciu a na rozdiel od lokálnych rekuperačných jednotiek aj o náročnejšiu realizáciu rozvodov vzduchu. Približné náklady na systém núteného vetrania s rekuperáciou sa pohybujú od 4 000 do 6 000 EUR, v závislosti od systému a veľkosti objektu.

Ďalšie funkcie a možnosti rekuperácie

Okrem toho miestnosti môžu byť chladené a ohrievané rekuperáciou, keď je vykonaná montáž chladiča/ohrievača do potrubia na prívod čerstvého vzduchu. Výhodou tejto možnosti je, že v lete môže byť do všetkých obytných miestností vháňaný chladený a suchý vzduch a v prechodných ročných obdobiach, keď systém nie je aktívny, zostáva vzduch pri izbovej teplote.

Centrálna rekuperácia môže v zime zabezpečiť zvlhčenie prívodového vzduchu. Na tieto účely je možné zabezpečiť rekuperátor s výmenníkom tepla. V mnohých prípadoch sa však vnútorné prostredie vysušuje a vnútorná vlhkosť sa tak pohybuje pod 40 %. Dôsledkom je zníženie relatívnej vlhkosti vzduchu až na 20 %. Tieto hodnoty spôsobujú vysychanie slizníc, pálenie očí a rapídne sa znižuje odolnosť proti vpádu vírusov a baktérií do organizmu. Niektorí výrobcovia vetracích jednotiek problém s nízkou vlhkosťou riešia napríklad dodatočným dovlhčením.

Rekuperačnú jednotku v kombinácii so zemným kolektorom je možné práve v letnom období použiť ako prírodnú klimatizáciu. Približne +15 °C studený vzduch zo zemného kolektora je prostredníctvom ventilátora rekuperačnej jednotky vháňaný do obytných priestorov, čím je zabezpečené prirodzené klimatizovanie priestorov s takmer nulovými nákladmi.

V teplých letných mesiacoch rekuperácia funguje opačne ako v zimných mesiacoch, to znamená, že vonkajšiemu teplu odoberá teplo a zabraňuje tak prehrievaniu interiéru. V chladnejších večerných hodinách môžu byť obytné miestnosti vetrané s vyradením spätného získavania tepla (aktivovaním funkcie pasívneho chladenia) a následne zaistením príjemnej vnútornej klímy.

Pri silných mrazoch typických pre dané územie a nedostatočnej účinnosti rekuperátora na ohrev vonkajšieho vzduchu je možné dodatočne nainštalovať ohrievač. Ak je to potrebné, zvlhčovač, ionizátor a ďalšie zariadenia sú namontované tak, aby vytvorili priaznivú mikroklímu v miestnosti.

Moderné modely obsahujú elektronickú riadiacu jednotku. Komplexné úpravy majú funkcie na programovanie prevádzkových režimov v závislosti od fyzikálnych parametrov vzdušného prostredia.

Pri ochladzovaní výstupného vzduchu na záporné teploty vo vnútri rekuperátora sa kondenzáty menia na ľad, čo spôsobuje zníženie živého prierezu prúdu a v dôsledku toho zníženie objemu alebo úplné zastavenie vetrania. Pre periodické alebo jednorazové rozmrazovanie rekuperátora je inštalovaný obtok - obtokový kanál pre pohyb privádzaného vzduchu. Keď tok prechádza obtokom zariadenia, prenos tepla sa zastaví, výmenník tepla sa zohreje a ľad sa stáva tekutým. Voda prúdi do zbernej nádrže kondenzátu alebo sa odparuje von. Princíp obtokového zariadenia je jednoduchý, preto, ak existuje riziko tvorby ľadu, je vhodné poskytnúť také riešenie.

tags: #rekuperacia #striedavy #prud