Jak dodać glikolowy odzysk ciepła do istniejącej instalacji?
Wstęp
Istnieje wciąż wiele dużych instalacji wentylacyjnych, szczególnie w obiektach 20 letnich i starszych, w których nie ma w ogóle odzysku ciepła.
Spotykamy się z takimi instalacjami w zapytaniach od naszych klientów, wiele z nich pomagamy realizować, często są to naprawdę duże obiekty: hale przemysłowe, czy produkcyjne, posiadające systemy wentylacyjne bez odzysku ciepła o łącznych wydajnościach przekraczających często 100 000 m3/h.
Postawienie takiej instalacji bez jej modernizacji naraża użytkownika na ogromne straty energetyczne, które przekładają się na wymierne straty finansowe, jednak aby te straty zahamować trzeba zainwestować w modernizację systemów wentylacyjnych, czyli także ponieść koszty.
Bywają również instalacje z odzyskiem ciepła mające na tyle niską sprawność, że również racjonalne jest sprawdzenie możliwości ich modernizacji, aby tą sprawność odzysku ciepła podnieść, obniżając tym sam koszty eksploatacji systemu. Urządzenia i instalacje z końca ubiegłego stulecia, czy początku obecnego, jeżeli posiadają odzysk ciepła to zazwyczaj o sprawności nie przekraczającej 50% i taka sytuacja także powinna być obszarem do przeprowadzenia analiz.
Obecnie, przy ogólnej dekoniunkturze w budownictwie, przemyśle, handlu hurtowym i detalicznym i wielu innych branżach, większość firm stara się przetrwać, oszczędnie gospodarując zasobami, zatem wszelkie inwestycje są często odkładane na przysłowiowe „lepsze czasy”.
Jednak odkładanie oznacza zgodę na dalsze ponoszenie wysokich kosztów eksploatacyjnych.
W tym artykule chcemy przyjrzeć się jak w sposób rozsądny i racjonalny podejść do powyższych problemów, oraz przybliżyć i przeanalizować pokrótce możliwości i rozwiązania, jakie się pojawiają, gdy wybór padnie na modernizację istniejącej instalacji wentylacyjnej przez dołożenie do niej odzysku ciepła z czynnikiem pośredniczącym.
Modernizować czy robić od nowa?
Rozważając modernizację starej instalacji wentylacyjnej stajemy często przed wyborem: Czy całkowicie od nowa projektować i wykonywać instalację stosując nowe urządzenia wentylacyjne z odzyskiem ciepła, czy też może próbować uzupełnić istniejącą instalację o sam tylko odzysk ciepła pozostawiając samą instalację kanałową bez większych zmian, oraz maksymalnie wykorzystując istniejące urządzenia i zyskując tym samym duże oszczędności?
Niewątpliwie każda taka sytuacja powinna być przedmiotem wnikliwej analizy, audytu systemu pod kątem jego możliwości, opłacalności modernizacji, oraz wybory sposobu jej przeprowadzenia.
Szczególnie w sytuacjach gdy odzysk ciepła nie istnieje, instalacja jest rozproszona, ciągi nawiewny i wywiewny znacznie od siebie oddalone, na pierwszy plan wysuwa się odzysk ciepła z czynnikiem pośredniczącym zwany też potocznie glikolowym odzyskiem ciepła.
Glikolowy odzysk ciepła – zalety
Do najważniejszych zalet odzysku ciepła na wymiennikach glikolowych możemy zaliczyć:
– pełna, 100%-owa separacja strumieni powietrza wyciąganego i nawiewanego,
– możliwość całkowitego rozdzielnia ciągu nawiewnego od wyciągowego i spięcie ich jedynie rurami przekazującymi odzyskane ciepło,
– stosunkowo łatwa możliwość rozbudowy starej instalacji wentylacyjnej bez odzysk ciepła o sam tylko odzysk, bez konieczności przebudowy całej instalacji,
– możliwość znacznego oddalenia centrali nawiewnej od wyciągowej – nie trzeba sprowadzać instalacji nawiewnej i wyciągowej w jedno miejsce,
– możliwość odzysku ciepła nawet z powietrza silnie zanieczyszczonego, czy nawet toksycznego,
– możliwość odzysku ciepła przez jeden wymiennik nawiewny współpracujący z wieloma wymiennikami wyciągowymi, czyli możliwość odzysku z wielu ciągów wywiewnych w jednej instalacji,
– brak efektu spadku sprawności odzysku zimą, jak np. w wyniku oszronienia przy wymiennikach krzyżowych czy obrotowych
– możliwość uzyskania nawet 90% sprawności odzysku ciepła (dla prędkości przepływu powietrza przez wymiennik poniżej 2 m/s).
Glikolowy odzysk ciepła – inne nasze artykuły
Centrale wentylacyjne z glikolowym odzyskiem ciepła
O sposobie działania glikolowego odzysku ciepła pisaliśmy już kilka lat temu w artykule:
Wymienniki glikolowe do odzysku ciepła w wentylacji
W ubiegłym roku rozwijaliśmy temat samych wymienników ciepła w tym artykule:
Zachęcamy do zapoznania się z tymi artykułami, jeśli potrzebujesz uzupełnić wiedzę merytoryczną o sposobie działania i budowie takich systemów.
Jak wygląda modernizacja starej instalacji o odzysk ciepła?
Niewątpliwą zaletą odzysku glikolowego jest fakt, że możemy próbować dołożyć do starej instalacji same tylko wymienniki ciepła, pozostawiając zarówno samą instalację jak również istniejące centrale wentylacyjne bez odzysku ciepła oszczędzając tym samym znaczne koszty związane zarówno z zaprojektowaniem na nowo całej instalacji, jak i z jej późniejszym wykonaniem i zakupem całkiem nowych urządzeń.
Zatem jak się w ogóle zabrać za modernizację takiej instalacji i dodać do niej odzysk ciepła, czy zawsze można to zrobić, co zyskamy oraz na jakie kompromisy będziemy musieli pójść?
Jeśli istnieje ciąg nawiewny i wyciągowy bez odzysku ciepła, najprostszym sposobem jest dołożenie na ciągu nawiewnym w wyciągowym wymienników, które, z których jeden będzie odbierał ciepło z powietrza wyciąganego, gromadził je w czynniku (glikolu) pośredniczącym i przekazywał do drugiego wymiennika – który będzie to ciepło oddawał do strumienia powietrza nawiewanego.
Najprościej wygląda to tak, jak na poniższym rysunku.
Co zmieni się w instalacji, gdy dodamy wymienniki odzysku ciepła?
Dodanie wymienników do istniejącej instalacji jest problemem złożonym, wymagającym wnikliwej analizy szczególnie jeśli planujemy pozostawić urządzenia, a dodać sam tylko odzysk ciepła. Nie zawsze da się to zrobić i nie zawsze będzie opłacalne, ale są sytuacje, szczególnie gdy pracujące urządzenia są w dobrym stanie, są stosunkowo młode technologicznie oraz posiadają rezerwę mocy.
Ile ciepła możemy odzyskać?
Nowe instalacje z czynnikiem pośredniczącym powinny mieć, zgodnie z rozporządzeniem Komisji Europejskiej 2016/2281 sprawność co najmniej 68%. Jeśli modernizujemy istniejącą instalację nie musimy tego kryterium spełnić, ale w naszym interesie będzie oczywiście to, aby sprawność ta była jak najwyższa. Jednak przy doborze tego typu wymiennika zawsze stajemy przed dylematem przeanalizowania 3 czynników, oszacowania wpływu na koszt instalacji każdego z nich i takiego ich dobrania, aby przy możliwie najniższych kosztach osiągnąć najlepszy efekt.
Sprawność ta będzie się mieściła w większości przypadków w przedziale 60-80%. Sprawność poniżej 60% będzie stawiała pod znakiem zapytania sens stosowania takiego wymiennika, natomiast sprawność powyżej 80%, chociaż jest możliwa, zazwyczaj generuje tak duże opory czy to po stronie powietrza, czy po stronie czynnika pośredniczącego, że także może być mniej opłacalna zarówno z ekonomicznego, jak i inwestycyjnego punktu widzenia.
Czy wymienniki glikolowe mogą odzyskiwać także chłód?
Chłodzenie to z fizycznego punktu widzenia odbieranie energii cieplnej, zatem jak najbardziej możliwe jest odzyskiwanie chłodu i każda instalacja glikolowa odzyskująca ciepło, może odzyskiwać również chłód, sprawa jest jednak nieco bardziej złożona. Przy mroźnych zimach różnica temperatur pomiędzy temperaturą powietrza zewnętrznego, a temperaturą wewnątrz jest znaczna, przekraczająca często 40°C, to w przypadku lata i odzyskiwania energii chłodniczej różnica ta jest znacznie niższa i wynosi maksymalnie kilkanaście stopni.
W instalacji glikolowej odzysku ciepła nośnikiem przenoszącym odzyskane ciepło/chłód jest woda z dodatkiem glikolu. Jeśli przypomnisz sobie jaka jest realna temperatura tzw. zimnej wody dostarczanej latem do mieszkań przez spółki komunalne, to będzie to odpowiedzią w kwestii odzysku chłodu. Realnie, szczególnie przy dużych odległościach pomiędzy wymiennikami w części nawiewnej i wyciągowej straty ciepła mogą być bardzo duże i odzyskany chłód nie zostanie „dowieziony” do do wymiennika nawiewnego z powodu strat na przesyle. Dodatkowo bezpośrednie oddziaływanie słońca w przypadku instalacji zewnętrznych może sprawić, że odzysk ten będzie znikomy, dlatego szczególnie ważne jest, jeśli chcemy odzyskiwać chłód, aby pomiar temperatury czynnika docierającego do wymiennika nawiewnego był bardzo precyzyjny, np. przez zastosowanie tulei z czujnikiem zanurzeniowym, który znacznie dokładniej zmierzy temperaturę czynnika niż standardowo stosowany czujnik przylgowy. W ten sposób unikniemy przekazywania czynnika, z którego niewiele można odzyskać lub nawet niepożądanego ogrzewania latem, zamiast chłodzenia.
Jakie elementy wpływają na opłacalność takiej instalacji?
Zatem załóżmy, że nasza instalacja spełnia wszelkie kryteria związane zarówno z aspektem technicznym jak i finansowym, aby przeprowadzić jej modernizację najniższym możliwym kosztem – czyli dokładając tylko same wymienniki odzysku ciepła.
Przyjrzyjmy się więc jakie najważniejsze elementy musimy przeanalizować?
Opory powietrza w instalacji
Dodanie wymiennika odzyskującego ciepło w strumieniu powietrza nawiewanego i wywiewanego wygeneruje dodatkowy spadek ciśnienia w instalacji, który będzie tym większy im więcej rzędów, a tym samym im wyższą sprawność będą miały wymienniki. To, czy opór ten będzie na tyle duży, że będzie powodował spadek wydajności powietrza w instalacji, zależy od aktualnego punktu pracy wentylatorów i ich rezerwy mocy. Wentylatory dobierane w Polsce po 2005 roku zazwyczaj były już wyposażane w falowniki, należy więc sprawdzić jaka jest częstotliwość prądu na falowniku w punkcie pracy wentylatora, a jaka jest częstotliwość maksymalna. Jeśli naszym priorytetem jest bezwzględne utrzymanie wydajności powietrznej, należy dobrać takie wymienniki, aby spadek ciśnienia przez nie powodowany był na tyle niewielki, żeby nie wymuszał konieczności wymiany wentylatorów i silników. I oczywiście jest to możliwe, w takim wypadku musimy się jednak liczyć z relatywnie niższą sprawnością.
Opory tłoczenia czynnika pośredniczącego
Drugim aspektem, który musi być poddany analizie, to moc pompy, która będzie tłoczyła czynnik pośrednicząc w obiegu zamkniętym, pomiędzy wymiennikiem w części nawiewnej i w części wyciągowej. Na moc tą, poza rodzajem samego glikolu i jego stężeniem wpływa także wielkość wymiennika, czyli sprawność odzysku ciepła.
Cena pary wymienników
Trzecim aspektem wpływającym na rentowność instalacji mają koszty inwestycyjne wymienników.
Koszty wykonania instalacji hydraulicznej
Bardzo ważnym aspektem jest koszt samej instalacji hydraulicznej, która w głównej mierze zależy od oddalenia wymiennika pracującego w powietrzu nawiewanym a powietrzem wywiewanym. Koszty te mogą być niemałe, szczególnie przy dużych odległościach. Poza kosztem samych rur dochodzą również koszty izolacji która powinna być na najwyższym poziomie, aby nie tracić odzyskanej energii podczas jej przesyłu pomiędzy wymiennikami.
Stopa zwrotu z inwestycji w odzysk ciepła
Wyższa sprawność generuje wyższe koszty, ale daje także wyższe oszczędności, zatem analizując ten aspekt należy oszacować jaki jest koszt inwestycyjny, oraz koszty eksploatacyjne, obliczyć stopę zwrotu z inwestycji i podjąć decyzję w oparciu o obiektywne dane.
Biorąc pod uwagę jak szybki dotychczas był postęp techniczny w dziedzinie central wentylacyjnych i jej głównych komponentów, szczególnie: silników wentylatorów i podzespołach odzyskujących ciepło, oraz jak bardzo rosną w ostatnich latach ceny energii, nie będzie to zadanie łatwe, gdyż będziemy musieli przyjąć szereg założeń.
W obliczeniach stopy zwrotu należy dokładnie przeanalizować każdy przypadek, uwzględniając czas pracy instalacji w tygodniu, miesiącu, sezonie i roku, uwzględnić w obliczeniach każdy miesiąc oddzielnie, a także dobowe zmiany temperatury. Należy także zmiany klimatyczne, które szczególnie w ostatnich latach niosą dość łagodne w zimy i coraz bardziej gorące lata.
Zapraszamy w tej sprawie do kontaktu z naszą firmą, gdyż posiadamy duże doświadczenie w przeprowadzaniu takich analiz.
Podsumowanie
Podjęcie decyzji o modernizacji systemu wentylacyjnego bez odzysku ciepła, albo z odzyskiem ciepła o bardzo niskiej sprawności, szczególnie obecnie w czasach dekoniunktury nie jest decyzją łatwą.
Wymaga rzetelnego podejścia biorąc pod uwagę wszelkie za i przeciw. Wymaga również wyboru zaufanego, doświadczonego i uczciwego specjalisty, który pomoże rzetelnie te kwestie przeanalizować i obliczyć, kierując się realnymi a nie marketingowymi danymi.
W ostatnich latach, szczególnie w klasie niewielkich systemów, wiele szkody branży przyniosły firmy usiłujące za wszelką cenę sprzedać systemy oparte na pompach ciepła, czy fotowoltaice, reklamując swoje produkty jako niemalże perpetum mobile, jednak gdy przyszło do zapłaty rzeczywistych rachunków za energię i eksploatację, wielu klientów poczuło się oszukanych.
Mamy nadzieję, jeśli stajesz drogi czytelniku przed podobnymi dylematami, to powyższy artykuł będzie dla Ciebie pomocny przy podjęciu decyzji o budowie, czy modernizacji systemu wentylacyjnego.
Zapraszamy również do kontaktu z nami.