Odzysk chłodu w klimacie umiarkowanym

Dla skrajnie ciepłych bądź chłodnych stref klimatycznych urządzenia umożliwiające odzysk (rekuperatory, regeneratory) są wykorzystywane odpowiednio: do odzysku ciepła w okresie zimowym lub chłodu w okresie letnim. W strefach umiarkowanych istnieje zasadność wykorzystania raz zainstalowanych komponentów do pracy w obu okresach. Skutkiem powolnego ocieplania się klimatu jest tendencja, aby układy pierwotnie dedykowane do odzysku tylko ciepła powtórnie przeliczyć i przystosować do odzysku chłodu.

Zasadność stosowania układów odzysku energii nie sprowadza się jedynie do oszczędności eksploatacyjnej. Zmniejszenie zapotrzebowania na dany typ energii wiąże się z możliwością zaoszczędzenia znacznych kwot przy zakupie urządzeń służących jej przygotowaniu. Mniejsze zapotrzebowanie na ciepło lub chłód to instalacja urządzeń peryferyjnych o mniejszych mocach, a co za tym idzie – niższych cenach. Do konieczności odzyskiwania chłodu powinien przekonać fakt, iż koszt inwestycyjny związany z pozyskaniem 1 kW chłodu jest znacznie wyższy niż koszt instalacji do wytworzenia tej samej ilości ciepła dla celów grzewczych.

Aby dokonać najkorzystniejszej kompletacji całego zestawu urządzeń, konieczne jest kompleksowe wyznaczenie wszystkich parametrów eksploatacyjnych jeszcze na etapie projektowym. Program doboru, uwzględniając założenia odzyskiwania chłodu, odpowiednio przeliczy pracę wszystkich komponentów centrali i w wielu przypadkach dobierze dla niej chłodnicę o mniejszej rzędowości oraz wyliczy parametry wody lodowej bądź odparowania czynnika chłodniczego. W niektórych przypadkach poskutkuje to nawet obniżeniem ceny samej centrali.

Intensyfikacja „utajonej” części procesu

Dla wymiennika niehigroskopijnego wymiana ciepła utajonego zachodzi jedynie w wyniku kondensacji wilgoci na jego złożu. Zatem czynnikiem warunkującym ten proces jest niższa temperatura powierzchni regeneratora niż temperatura punktu rosy powietrza oddającego wilgoć.

Istotą stosowania złoża higroskopijnego w wymienniku obrotowym jest zwiększenie udziału migracji ciepła utajonego (wymiana masy – konkretnie wilgoci) pomiędzy strumieniami powietrza. W tym przypadku proces może zachodzić przy temperaturach niekoniecznie niższych niż punkt rosy osuszanego powietrza, a kierunek przekazywania wilgoci podyktowany jest różnicami ciśnienia cząsteczkowego wody zawartej w powietrzu i złożu.

Tab. 1. Porównanie osiągów central wentylacyjnych, wyposażonych w wymiennik obrotowy niehigroskopijny oraz higroskopijny. Wydatek centrali nawiew/wywiew 15 000 m³/s.Lato: powietrze zewnętrzne: 32^oC, φ=45%; powietrze nawiewane: 18^oC; powietrze wywiewane: 20^oC, φ=50%. Zima: powietrze zewnętrzne: -20^oC, φ=100%; powietrze nawiewane: 22^oC; powietrze wywiewane: 22^oC, φ=50%.

Przyjmując typowe obliczenia temperatury powietrza dla lata i zimy w Polsce, można zauważyć znaczące różnice w ogólnych mocach odzysku. Porównując je z osiągami typowego wymiennika niehigroskopijnego podczas zimy, zauważamy, że sumaryczna moc odzysku wzrasta od 6 do 9%, podczas gdy latem różnica ta oscyluje pomiędzy 33 a 39%. Mając świadomość, że zwiększenie ogólnej mocy odzysku jest udziałem przenoszenia wilgoci pomiędzy strumieniami powietrza, warto zadać pytanie o parametry powietrza nawiewanego, opuszczającego wymiennik latem i zimą.

W okresie zimowym, gdy temperatura powietrza zewnętrznego spada poniżej 0^oC, zawartość wilgoci jest na tyle niska, że powietrze takie (po ogrzaniu i dostarczeniu do pomieszczeń) możemy odczuwać jako suche. Dla poprawy komfortu posiłkujemy się systemami nawilżania, których zakup i eksploatacja nie należą do tanich. Stosując wymiennik obrotowy, wyposażony w złoże higroskopijne, zyskujemy dodatkowe gramy wilgoci na każdy kilogram powietrza już w trakcie procesu odzysku ciepła. Zysk ten z pewnością znajdzie odzwierciedlenie w postaci podniesienia komfortu odczuwalnego w wentylowanych pomieszczeniach, a także poskutkuje zmniejszeniem zapotrzebowania na dodatkowe jego nawilżanie. Jednak ze względu na większą wilgotność powietrza trafiającego do nagrzewnicy (sumaryczne większe ciepło właściwe mieszaniny powietrza suchego i pary wodnej), zmniejszenie jej mocy w porównaniu z układem wyposażonym w wymiennik niehigroskopijny nie jest oczywiste. Przeciwnie – w niektórych sytuacjach możemy zaobserwować niewielkie zwiększenie zapotrzebowania na moc grzewczą.

Odwrotne działanie wymiennika higroskopijnego obserwujemy latem. Wysoka temperatura i wilgotność powietrza, zasysanego przez centralę wentylacyjną, skutkuje od strony obróbki koniecznością jego schłodzenia do wymaganej temperatury. Pamiętać trzeba, że znaczna część mocy oddanej przez chłodnicę powietrza pożytkowana jest na osuszenie. Stosując wymiennik higroskopijny możemy znacznie zmniejszyć wymagany wydatek chłodnicy. Mamy zatem dwie korzyści jednocześnie: mniejszą wymaganą moc ze strony agregatu wody lodowej oraz mniejszą wilgotność powietrza dostarczanego do pomieszczeń.

Cyprian Estemberg