UPONOR

Ako pochopiť rotačný výmenník tepla na rekuperáciu energie?

Mnohé budovy potrebujú zvonka neustálu výmenu čistého vzduchu  s kontaminovaným vzduchom vytváraným v budove. To je pre udržiavanie konkrétnych podmienok vnútorného vzduchu životne dôležité pre zdravie a pohodlie obyvateľov. Tu sa však objavuje problém, pretože požiadavky na teplotu a vlhkosť vnútorného vzduchu sú často iné ako tie, ktoré sa nachádzajú vonku. Prúdiaci vzduch musí byť upravený tak, aby bol vhodný na prenos do budovy, čo môže vyžadovať veľa energie – v skutočnosti chladenie predstavuje obrovskú časť spotreby energie na celom svete. Tu prichádzajú na rad kolesá na rekuperáciu energie (ERW)..

Čo je to rotačný výmenník tepla na rekuperáciu energie?

Rotačné výmenníky tepla (tiež tepelné kolesá, môžete sa stretnúť aj so skratkou ERW) sú neoddeliteľnou súčasťou vykurovania, vetrania a klimatizácie (HVAC). Sú formou ventilátorov s rekuperáciou energie (ERV) a môžu pasívne prenášať tepelnú (citlivú) energiu, vlhkú (latentnú) energiu alebo oboje medzi prúdiacim vzduchom dovnútra budovy a prúdiacim vzduchom von z budovy.

Koncept rotačného výmenníka tepla (ERW) je jednoduchý. V mieste ventilačného systému budovy, kde čerstvý vzduch a odpadový vzduch v súčasnosti plynú proti sebe, ale vedľa seba, je možné umiestniť rotačný výmenník tepla (ERW) do ventilačného systému tak, že polovica bude vystavená čerstvému prúdiacemu vzduchu a druhá polovica na kontaminovaný exkurzný vzduch. To umožňuje rotačnému výmenníku tepla (ERW) absorbovať požadované teplotné a vlhkostné pomery vzduchu (ktorý bol upravený tak, aby bol vhodný pre budovu) a prenášať ich do prúdiaceho vzduchu. Týmto spôsobom je prúdiaci vzduch prispôsobený tak, aby bol blízko požadovanej teploty a vlhkosti. Tento proces je pasívny a môže výrazne znížiť energetické a finančné náklady na používanie novej energie a vlhkosti na úpravu prúdiaceho vzduchu. Kolesá na rekuperáciu energie môžu za určitých podmienok znížiť energetickú náročnosť úpravy prúdiaceho vzduchu až o 95 % (Fischer 1998). Rotačný výmenník tepla (ERW) je v podstate mechanizmus na recykláciu rozumnej a latentnej energie.

Ako to funguje?

Zákon zachovania energie vo fyzike hovorí, že v izolovanej fyzikálnej sústave je celková energia nemenná, čiže nie je funkciou času. Inými slovami energia nevzniká a nezaniká, ale sa len premieňa z jednej formy energie na druhú formu energie či na iné formy energií. Rotačný výmenník tepla (ERW) je vyrobený z komplexnej mriežky, z citlivej kovovej zliatiny absorbujúcej energiu, ktorá je zvyčajne potiahnutá látkou absorbujúcou vlhkosť, ako je silikagél alebo molekulové sito. Voštinová matrica z kovu a materiálu absorbujúceho vlhkosť maximalizuje povrchovú plochu, cez ktorú vzduch prechádza, aby sa optimalizovala plocha pre prenos energie. Keď prúdiaci vzduch prechádza cez  rotačný výmenník tepla (ERW), exponovaná polovica kolesa absorbuje citlivú a latentnú energiu zo vzduchu a potom túto energiu prenáša, keď sa pomaly otáča, aby bola vystavená a prenesená do prúdiaceho vzduchu, ktorý sa má uvoľniť. Fyzikálne vlastnosti rotačného výmenníka tepla (ERW) potom umožňujú jeho nastavenie tak, aby sa buď ohrieval, alebo ochladzoval, ako aj zvlhčoval alebo vysušoval prúdiaci vzduch do budovy. Táto schopnosť nastavenia je rozhodujúca pre funkčnosť rotačného výmenníka tepla (ERW) v rôznych ročných obdobiach. V horúcom a vlhkom lete možno ERW použiť na pasívne ochladzovanie a zbavovanie sa vlhkosti vzduchu prúdiaceho do budovy a v zime potom možno použiť ERW na zohrievanie a zvlhčovanie vzduchu prúdiaceho do budovy (pozrite obrázok 1 nižšie). V oboch prípadoch ERW recykluje požadované vlastnosti vzduchu už vo vnútri budovy, pričom túto energiu prenáša, namiesto toho, aby používal novú energiu.

Obrázok 1. Nastavenia  entalpického kolesa, ktoré odlišne zmierňujú vlhkosť a teplotu prúdiaceho  vzduchu medzi letom (horný panel) a zimou (spodný panel). Prevzaté z „Faktov o ventilátoroch s rekuperáciou energie“ (Hoger 2009).

Typy rotačných výmenníkov tepla

Existujú tri základné typy ERW. Doteraz boli diskutované také ERW, ktoré sú schopné absorbovať a prenášať citlivú a latentnú energiu (kolesá na obnovenie entalpie). Existujú však dva ďalšie typy: ERW, ktorý je navrhnutý tak, aby sa vysporiadal iba so zmyslovou energiou (čisto prenos tepla; ventilátor s rekuperáciou tepla HRV), a tie, ktoré iba prenášajú latentnú energiu (iba vlhkosť). Tieto dva typy, ktoré sa zaoberajú iba jedným aspektom prenosu energie, sú často lacnejšie alebo ľahšie realizovateľné. V niektorých prípadoch môže byť  medzi vnútorným a vonkajším vzduchom hlavným problémom  iba relatívna vlhkosť alebo teplota. V týchto prípadoch sa možno rozhodnúť pre konkrétnu formu ERW, ktorá sa zaoberá vhodným typom zhodnocovania energie. No predsa sa ukázalo, že ERW, ktoré spolupracujú s oboma typmi energie, sú nákladovo najefektívnejšou a energeticky najvýhodnejšou formou.

Prečo sú potrebné rotačné výmenníky tepla a k čomu slúžia?

Potreba ERW je predovšetkým ich úspora energie, čo v konečnom dôsledku výrazne znižuje náklady na energiu. Kolesá na rekuperáciu energie vrátia náklady na ich inštaláciu do troch rokov. Potom začnú šetriť veľké množstvo financií po zvyšok životnosti zariadenia, čo môže byť veľkým prínosom (viac ako 20 rokov).

Úspora energie a zelené technológie sú v legislatíve moderné a povinné, takže ERW a podobné energeticky úsporné technológie HVAC sú veľmi zaujímavé a dôležité pre celý dnešný svet. Recykláciou energie z vyčerpaného vzduchu ERW vyťažia zo zlej situácie maximum.

S rastúcimi zdravotnými a bezpečnostnými predpismi na všetkých verejných pracoviskách, od škôl cez reštaurácie až po továrne, sa čoraz viac zameriava na systémy HVAC a ich úlohu v oblasti zdravia a pohodlia. Kľúčovou zmenou v predpisoch bolo zvýšenie objemu a rýchlosti prúdenia čerstvého vzduchu do a von z budov. To predstavuje značnú výzvu regulácie kvality a vlastností (teplota a relatívna vlhkosť) oveľa väčších objemov prúdiaceho vzduchu. Systémy HVAC už predstavujú veľkú časť spotreby energie, ktorá predstavuje až 50 % spotreby energie niektorých komplexných budov.

Tradične táto spotreba energie na úpravu prúdiaceho vzduchu nebola dobre regulovaná a často sa nezávisle chladila, aby sa regulovala vlhkosť, a potom sa znova ohrievala, aby sa regulovala teplota. Bolo to obrovské plytvanie energiou. ERW predstavujú významný pokrok v technológii klimatizácie a môžu poskytnúť novým a starým (ak sú retroaktívne) budovy s veľkými úsporami energie v globálnej spoločnosti, ktorá si čoraz viac uvedomuje energiu.

Ďalšie články o udržateľnom sálavom vykurovaní a chladení: