Procesy przygotowania powietrza wentylacyjnego (cz. 2)

W procesach przygotowania powietrza wentylacyjnego ważne jest uwzględnienie odzyskiwania energii cieplnej. Można tego dokonać na dwa sposoby – poprzez recyrkulację powietrza lub dzięki wykorzystaniu wymienników do odzyskiwania ciepła.

Odzyskiwanie energii z powietrza usuwanego

Wymagania prawne dotyczące odzyskiwania energii z powietrza usuwanego W celu odzyskania energii cieplnej lub chłodniczej, ewentualnie wilgoci, stosuje się dwie metody:

• recyrkulację powietrza, czyli mieszanie strumienia powietrza zewnętrznego ze strumieniem powietrza usuwanego z pomieszczenia (zależnie od określonego stopnia recyrkulacji, czyli stosunku strumienia powietrza zewnętrznego do całkowitego strumienia powietrza wentylacyjnego),
• odzysk ciepła w wymienniku do odzyskiwania ciepła. Zgodnie z zapisem w rozporządzeniu, w instalacjach wentylacji mechanicznej ogólnej nawiewno-wywiewnej lub klimatyzacji komfortowej o wydajności 2000 m3/h i większej należy stosować urządzenia do odzyskiwania ciepła z powietrza wywiewanego o skuteczności co najmniej 50% lub recyrkulację, gdy jest to dopuszczalne. W przypadku zastosowania recyrkulacji strumień powietrza zewnętrznego nie może być mniejszy niż wynika to z wymagań higienicznych, jednocześnie nie mniejszy niż 10% powietrza nawiewanego. Takie samo wymaganie (10% ilości powietrza wymienianego) zamieszczono w rozporządzeniu o przepisach bhp. W celu zapewnienia przynajmniej minimalnego strumienia powietrza zewnętrznego, koniecznego do zrealizowania podstawowej wymiany powietrza w pomieszczeniach, przy realizacji recyrkulacji powietrza stosuje się wymagane prawnie tzw. higieniczne strumienie powietrza zewnętrznego, których wartość podawana w m3/h dla każdego użytkownika.

Pozostałe wymagania (obostrzenia) dotyczące możliwości stosowania recyrkulacji powietrza znajdują się w rozporządzeniach, ale ogólnie można stwierdzić, że chociaż recyrkulacja pozwala na zmniejszenie zużycia energii w trakcie eksploatacji, nie wolno jej stosować wtedy, gdy w wyniku zmieszania strumienia powietrza usuwanego z powietrzem świeżym, uzyskana mieszanina będzie się charakteryzować gorszymi cechami ze względu na obecność zanieczyszczeń stałych, gazowych, drobnoustrojów, zapachów usuwanych z pomieszczenia.

Recyrkulacja powietrza

Recyrkulację powietrza na wykresie psychrometrycznym przedstawia się w postaci procesu mieszania dwóch strumieni powietrza realizowanego w komorze mieszania. Kierunek przemiany powietrza w komorze mieszania oraz uzyskany punkt końcowy (punkt mieszania) zależą od wartości parametrów strumieni powietrza wpływających do komory oraz stopnia recyrkulacji powietrza. W przypadku recyrkulacji powietrza zdarzają się dwie sytuacje, różniące się wynikową lokalizacją punktu mieszania. Punkt mieszania może znaleźć się w obszarze powietrza wilgotnego (powyżej linii nasycenia na wykresie i-x) lub poniżej tej linii, czyli w obszarze powietrza zamglonego (rys. 6). W tym drugim przypadku nastąpi wykroplenie nadmiaru pary wodnej albo rozmrożenia odrobinek lodu w komorze mieszania, a powietrze wypływające z komory mieszania będzie powietrzem nasyconym (wilgotność względna wynosząca 100%).

Odzyskiwanie ciepła

Przebieg procesu odzyskiwania ciepła/chłodu (i masy, czyli wilgoci) na wykresie psychrometrycznym będzie związany z rodzajem zastosowanego wymiennika do odzyskiwania ciepła i jego właściwościami. Mogą to być wymienniki rekuperacyjne lub regeneracyjne. Występują następujące przypadki:

• odzysk ciepła bez wymiany masy pomiędzy strumieniami i bez wykroplenia nadmiaru wilgoci z usuwanego powietrza,
• odzysk ciepła bez wymiany masy pomiędzy strumieniami i z wykropleniem nadmiaru wilgoci z usuwanego powietrza,
• odzysk ciepła wraz z wymianą masy (wilgoci) pomiędzy strumieniami powietrza – w regeneratorach.

Dwa pierwsze wymienione procesy pojawią się, gdy do odzyskiwania energii zastosuje się wymienniki rekuperacyjne, w których proces wymiany ciepła jest realizowany bez kontaktu obu strumieni powietrza (usuwanego i nawiewanego) z tą samą powierzchnią wymiennika. Jest to powierzchniowa wymiana ciepła w tzw. rekuperatorach, czyli np. w wymienniku płytowym, wymienniku rurowym, rurce cieplnej, wymienniku glikolowym z czynnikiem pośredniczącym, sprężarkowej pompie ciepła z bezpośrednim odparowaniem. Wykroplenie wilgoci z powietrza usuwanego pojawi się, gdy temperatura powietrza wywiewanego spadnie poniżej temperatury punktu rosy powietrza. Dla temperatury powietrza zewnętrznego poniżej 0°C może istnieć niebezpieczeństwo zamarzania skroplin w wymienniku do odzysku ciepła.

W wymiennikach regeneracyjnych konstrukcja pozwala na przemienne omywanie tej samej powierzchni wymiennika przez strumienie powietrza nawiewanego i wywiewanego.Może w nich także zachodzić wymiana ciepła i masy (odzysk wilgoci). Są to takie urządzenia, jak obrotowe wymienniki ciepła jawnego, obrotowe wymienniki ciepła całkowitego (jawnego i utajonego) z wirnikiem pokrytym materiałem higroskopijnym, złoża akumulacyjne.

Autor: dr inż. Anna Charkowska

ZOBACZ PIERWSZĄ CZĘŚĆ ARTYKUŁU