Wstęp

Chociaż tegoroczna zima definitywnie odeszła, to w ostatnich dniach jesteśmy świadkami fali nocnych przymrozków, a nawet silnych, dochodzących do minus 10 stopni mrozów. Dlatego postanowiliśmy przyjrzeć się warunkom, w jakich skutek szronienia wymienników dochodzi do spadków sprawności.

Wymienniki krzyżowo-przeciwprądowe są obecnie standardowym i najczęściej stosowanym rozwiązaniem w nowoczesnych centralach wentylacyjnych, zapewniającym wysoką sprawność odzysku ciepła. Jednak w okresie zimowym, szczególnie przy niskich temperaturach zewnętrznych, sprawność wymiennika może okresowo spadać na skutek zjawiska szronienia lub zamarzania.

Z tego artykułu dowiesz się jak i dlaczego dochodzi do tych zjawisk, oraz jak odpowiednio zabezpieczyć instalację przed tym zjawiskiem i utrzymać jej wysoką efektywność.

Dlaczego wymiennik szroni?

Wymiennik krzyżowo-przeciwprądowy przekazuje ciepło z powietrza wywiewanego do powietrza nawiewanego. W tym procesie powietrze wywiewane stopniowo oddaje energię cieplną i ochładza się. Zatem patrząc na część wywiewną wymiennika – działa ona jak chłodnica, gdyż wywiewane ciepłe powietrze ze zimnymi ściankami wymiennika ulega ochłodzeniu.

Kluczowym miejscem powstawania problemu jest więc część wywiewna wymiennika, nie nawiewna!

Szronienie występuje wtedy, gdy:

  • Temperatura powietrza wywiewanego za wymiennikiem spada poniżej 0°C.
  • Wilgotność względna powietrza wywiewanego jest wystarczająco wysoka, aby przekroczyć punkt rosy przy ochładzaniu.
  • W rezultacie para wodna zawarta w powietrzu ulega wykropleniu i zamarza lub bezpośrednio sublimuje w szron.

W praktyce o powstawaniu szronu decyduje temperatura i wilgotność powietrza wywiewanego, a nie bezpośrednio temperatura powietrza zewnętrznego.

Dwa scenariusze powstawania szronienia

Wiemy już, że miejscem zamarzania wilgoci zawartej w powietrzy jest jego część wywiewna. Jednak zamarzanie to może występować z różną intensywnością. Kluczowa jest znajomość temperatury i wilgotności powietrza wywiewanego. Gdy znamy te parametry możemy wyznaczyć punkt rosy powietrza wewnętrznego, a to pomoże nam określić krytyczną temperaturę zewnętrzną przy której nasz wymiennik napewno będzie się szronił, żeby temu zapobiegać.

Punkt rosy powyżej 0°C, np. 20°C, 40% RH (punkt rosy ok. 6°C)

Zobaczmy co się dzieje na wymienniku w takiej sytuacji:

  • Powietrze ochładza się podczas przejścia przez wymiennik.
  • Już przy temperaturze kilka stopni powyżej 0°C (w tym przypadku +6°C) osiąga 100% wilgotności względnej.
  • Następuje wykraplanie wody na ściankach wymiennika.
  • W miarę dalszego ochładzania poniżej 0°C wykroplona woda zamarza, tworząc lód.

Zatem najpierw następuje kondensacja, a następnie zamarzanie. Spływające po wymienniku skropliny zamarzają w jednym obszarze wymiennika tworząc lodową narośl skutkującą po dłuższym czasie całkowitym zablokowaniem przepływu jeśli nie będziemy temu przeciwdziałać.

Punkt rosy poniżej 0°C, np. 20°C, 20% Rh (punkt rosy -3,2°C)

  • Powietrze ochładza się w wymienniku, ale do momentu osiągnięcia 0°C nie następuje kondensacja.
  • Przy dalszym ochładzaniu poniżej 0°C powietrze osiąga punkt rosy.
  • Para wodna natychmiast sublimuje w postaci szronu bez fazy ciekłej.

W tym przypadki następuje bezpośrednie tworzenie się szronu z pominięciem fazy ciekłej pary wodnej zawartej w powietrzu. Proces jest czystszy, ale także prowadzić do narastania i kumulacji lodu i blokowania przepływu.

Jakie konsekwencje ma szronienie dla pracy centrali?

  • Wzrost oporów przepływu powietrza przez wymiennik.
  • Spadek efektywności odzysku ciepła.
  • Ryzyko wyłączania się centrali w przypadku nadmiernego oblodzenia.
  • Zwiększone zużycie energii na pokonanie rosnących oporów.

Jak przeciwdziałać szronieniu wymiennika?

Istnieje wiele sposobów zapobiegania szronieniu wymiennika wymiennika. Oto najczęstsze z nich:

Otwarcie bypassu wymiennika i czasowe ograniczenie odzysku ciepła

Gdy wymiennik rozpoczyna się zamarzanie/szronienie wymiennika bypass wymiennika ulega stopniowemu otwarciu. Powoduje to, że część powietrza nawiewanego przepływa przez centralę z pominięciem wymiennika. Wskutek mniejszej ilości zimnego powietrza wchodzącego na wymiennik jego temperatura wzrasta i następuje stopniowe rozmrażanie.

System dynamicznego sterowania przepływami powietrza, zmniejszające napływ zimnego powietrza.

W starszych modelach bez bypassu (od wielu już lat bypass jest obligatoryjny) może następować cyklicznie całkowite wyłącznie wentylatora nawiewu, wskutek czego tak, jak poprzednio temperatura wymiennika wzrasta i następuje jego odmrożenie. Skutkiem ubocznym jest powstanie podciśnienia w pomieszczeniach, co wpływa na znaczne pogorszenie komfortu.

Odpowiedni dobór wymiennika pod kątem spodziewanych warunków zimowych.

Nie zawsze dążenie do maksymalnej sprawności sprawdza się najlepiej. Mogą być sytuacje, gdy wymiennik o niższej sprawności zapewni stabilniejsze warunki pracy i w efekcie wbrew pozorom przy całościowym spojrzeniu – z uwzględnieniem okresów, gdy załączałby się by-pass i wzrastałoby zapotrzebowanie na ciepło – zapewni korzystniejsze warunki pracy.

Niestety rzadkością jest umieszczenie w projektach obliczeń zysków wilgoci w pomieszczeniu, a szkoda, bo znając te wartości łatwiej jest nam jako dostawcom zaproponować optymalne rozwiązanie.

Podsumowanie

Szronienie wymiennika krzyżowo-przeciwprądowego jest zjawiskiem naturalnym w eksploatacji zimowej, ale jego skutki można skutecznie ograniczyć. Kluczem jest rozumienie mechanizmu powstawania lodu i szronu oraz stosowanie odpowiednich rozwiązań projektowych i automatyki. Profesjonalne podejście pozwala utrzymać wysoką sprawność odzysku ciepła nawet w najtrudniejszych warunkach atmosferycznych.