Ventilarea cu recuperare de caldura – mod de functionare, dimensionare, etc..

Generalitati

Shrink-wrapped-toy-houseAparitia caselor eficientizate energetic sau a caselor pasive a ridicat problematica unei anvelope exterioare etanse a cladirii: umezeala formata in interior (cauzata prin respiratie, transpiratie, gatit, utilizarea bailor, spalatul rufelor, etc..) sau mirosurile (cauzate prin gatit, utilizarea toaletelor, etc..) nu mai sunt transferate inspre exterior prin micile crapaturi ale cladirilor anterioare cum ar fi prin ramele geamurilor, usi, etc.. iar invers aerul proaspat nu mai patrunde in interior. Acest aspect duce la formarea de condens in interior (mucegai) si pierderi mari de caldura in timpul iernii cauzate de necesitatea de aerisire. Fiindca cladirile sunt izolate termic mult mai bine proportia de pierdere a caldurii prin aerisire este mai mare in totalul pierderii de caldura a unei cladiri.

Pentru a beneficia de avantajele unei cladiri eficientizate energetic sau chiar pasive s-a creat necesitatea de a "automatiza" procesul de aerisire al casei utilizand caldura aerului viciat pe timp de iarna pentru a incalzi aerul proaspat introdus in casa, asa numita recuperare de caldura. Procesul de aerisire si improspatare al aerului din interior devine astfel, spre deosebire de aerisirea prin deschiderea geamurilor, independent de directia si viteza vantului sau diferentei de temperatura intre interior si exterior (aerul cald are o presiune mai mare decat cel rece cu consecintele unei pierderi masive de caldura dupa deschiderea geamurilor).

Astfel s-a creat notiunea / termenul de ventilatie controlata. Aerul este filtrat inainte de a ajunge in interiorul cladirii, insectele si praful raman afara.

Cu cat este mai mare gradul de recuperare a caldurii prin intermediul schimbatorului de caldura cu atat se pierde mai putina energie termica din cladire inspre exterior.

Pe timpuri si astazi

Spre deosebire de conditiile aglomerate ale blocurilor in orase unde se utiliza de mult timp un sistem de ventilare fortat prin intermediul cosurilor de ventilare verticale in interior la case era suficenta ventilatia "naturala" prin crapaturile ramelor de geamuri si usi sau prin intermediul hornurilor de sobe sau seminee deschise (subpresiune). Se pleaca de la premisa ca aceasta ventilatie naturala s-a micsorat cu factorul 40 dupa aparitia cladirilor anvelopate si in special dupa utilizarea geamurilor si usilor de tip termopan.

O comparatie al factorilor care cauzeaza umiditate intr-o casa tip locuita de 4 persoane arata aceste schimbari masive.

Umiditate cauzata de                Pe timpuri             Astazi               Cauza

Gatit                                                              1,6                           1,2                        Se gateste mai putin acasa in ziua de astazi

Spalat, dus, baie                                             0,4                           2,4                         Fiecare locuinta sau apartament are astazi un dus sau baie

Spalat & uscat rufe                                          0,4                           1,2                         Masinile de spalat automat se utilizeaza mai des decat cele manuale

Respiratie si transpiratie                                   2,0                           1,6                         Spatiul locuibil de astazi adaposteste mai putini locuitori per mp

Plante                                                             1,6                           2,1                         Mai multe plante decat pe timpuri

Total                                                                       6,0                               8,5

 

Dezumificare prin                       Pe timpuri           Astazi                  Cauza

Geamuri si usi                                              – 3,0                            -0,5                        Geamuri si usi termopane

Focar deschis, seminee, soba                         – 3,0                             0                           Subpresiunea in horn a creat in permanenta un curent de aer

Total                                                              + / – 0,0                            + 8,0

 

Tipuri de sisteme si instalatia lor

unitate centrala ventilare cu recuperare caldura - interior cu schimbator de caldura

unitate centrala ventilare cu recuperare caldura – interior cu schimbator de caldura

Se face deosebirea intre sisteme de ventilare centrale si decentrale. Sistemele centrale de ventilare cu recuperare de caldura dispun de 4 fluxuri diferite de aer: aer proaspat din afara, aer viciat inspre afara, aer proaspat inspre camere si aer viciat dinspre camere. Aceste fluxuri se intalnesc in unitatea centrala unde dupa caz aerului viciat dinspre camere este extrasa energia termica si transferata aerului proaspat dinspre afara. Sistemul centralizat de ventilare cu recuperare de caldura necesita investitii mai mari din cauza tubulaturii care trebuie amplasata intre unitatea centrala si camere. El prezinta insa avantaje mari la temperarea aerului, la filtrare si la volumele de aer transportate.

smart fan - unitate decentrala de ventilare cu recuperare caldura

smart fan – unitate decentrala de ventilare cu recuperare caldura – montaj in exteriorul peretilor

Sistemele decentrale de ventilare cu recuperare caldura sunt unitati care se amplaseaza in peretele exterior al camerei care se doreste a fi ventilata. Ele sunt utilizate in special in cladiri existente unde amplasarea unui sistem de canale este prea laborios sau imposibil din varii motive. Sistemele decentrale recupereaza caldura prin doua metode: una utilzeaza un schimbator de caldura iar alta utilizeaza un regenerator care pe perioada de evacuare inmagazineaza caldura si o preda aerului rece pe perioada de introducere. Sistemele de ventilare cu regenerator functioneaza intotdeauna in numar par si nu sunt supuse problemei inghetarii recuperatorului.

Dimensionare unui sistem de ventilatie controlata

Dimensionarea si proiectarea unui sistem de ventilare cu recuperare de caldura este extrem de importanta. Dimensionare se face in functie de capacitatea unitatii centrale de a transporta un anumit volum de aer. De regula ele dispun de un reglaj cu ajutorul caruia se pot seta diferite volume de aer ventilat in functie de necesitati. Este posibila utilizarea unui senzor CO2 care regleaza volumele de aer si impiedica introducerea de prea mult aer proaspat cu posibilul efect de uscare a acestuia. Sistemele care au recuperatoare de umiditate trebuie vazute (cel putin pentru moment) cu ochi critici din cauza problemelor legate de igiena (aparitia bacteriilor in aerul introdus in casa).

Un volum ventilat de ca 30 mc/ora per persoana este considerat ca fiind o necesitate din punct de vedere igienic (deci e vorba doar de persoane, nu si de cladire). De aici rezulta o rata de schimb al aerului de ca. 120 mc/ora pentru 4 persoane. Asta corespunde in cazul unei cladiri cu 150 mp si un volum total de 500 mc unei rate de schimb de ca. 25% al aerului per ora.

Normativele in vigoare din Europa de vest au aici abordari usor diferite, insa in practica se cere o rata de schimb de 50% al volumului de aer din interior per ora. Aici sunt relevante normativul DIN 4108 (part.2) si DIN 1946 (part. 6) din Germania, normativul ÖNORM H 6038:2014 din Austria, SIA 382/1 Elvetia, EN 15251 sau recomandarile institului de case pasive Dr. Feist respectiv www.komfortlüftung.at .

Cu cat suprafata locuita este mai mare si cu cat mai putine persoane locuiesc in ea rata de schimb ceruta poate fi scazuta in cladirea respectiva. Daca insa se doreste a beneficia de avantajele unui schimbator de caldura in sol pentru temperarea aerului pe timp de vara atunci rata de schimb a aerului per ora trebuie marita. Iarna insa o rata de schimb prea mare al aerului poate usca peste peste masura aerul din incaperi.

Baza unui sistem de ventilatie controlat eficient este in orice caz o dimensionare corecta cu respectarea normativelor in vigoare. Viteza aerului in conducte n-ar trebui sa depaseasca 2,5 m/s si sectiunea tubulaturii trebuie sa fie corespunzatoare pentru a evita zgomotul. Pozitionarea gresita sau necorespunzatoare a ventilelor in camere poate provoca impreuna cu subdimensionarea sistemului curenti de aer neplacuti.

Materialele folosite trebuie sa fie de inalta calitate, tubulatura utilizata sa nu emane miros si sa fie certificata din punct de vedere igienic, manopera executata corect. Daca toate aceste aspecte sunt indeplinite sistemul de ventilare va functiona multi ani spre satisfactia locuitorilor fara probleme legate de miros, zgomot, curenti neplacuti sau igiena.

Deci in consecinta ajungem la concluzia deloc surprinzatoare: Temele de casa in acest caz trebuie facute temeinic si in cunostinta de cauza.

Dimensionarea unui sistem de ventilare contralat conf. ÖNORM H6038

In normativul ÖNORM H6038 (Austria) sunt definite trei dimensionari al unui sistem de ventilare controlat, se aplica cea cu valoarea mai mare.

Incaperi: bai si baile cu toaleta au nevoie de 40 mc/ora, toalete separate fara dus/vana 20 mc/ora, debara 10 mc/ora, bucatarii 40 mc/ora. Sistemele de ventilare nu sunt utilizabile pentru a prelua functia hotelor, rata de schimb aer e mult prea mica (aici revenim cu precizari mai tarziu).

Persoane: volumul minim de schimb aer per ora si persoana este 36 mc.

Volum schimb aer: volumul minim de schimb al aerului se calculeaza dupa urmatoarea formula: 

Volum minim mc/ora = suprafata locuita in mp x inaltime camere in m x rata schimb minima (aici se aplica un minim de 50 % per ora, la mai mult de 150 mp utili locuibili se poate scadea pana la 30 % per ora).

Schimbator de caldura in sol pentru temperarea aerului

schimbator de caldura in sol pentru ventilatie cu recuperare caldura

Pe timp de iarna unitatea centrala a ventilatiei absoarbe aer cu temperaturi negative de afara care este incalzit aproape de temperatura din camere in schimbatorul de caldura. Fiindca aerul din camere este relativ umed si este racit aproape de temperatura aerului absorbit de afara (caldura este predata catre acesta) se creaza condens la nivelul schimbatorului de caldura care poate ingheta. Acest lucru duce la oprirea procesului de ventilare sau in cazuri extreme poate duce la deterioraria schimbatorului de caldura. Este deci de dorit ca aerul absorbit de afara sa ajunga cu temperaturi pozitive in unitatea de ventilare, lucru care poate fi asigurat relativ simplu printr-un schimbator de caldura in sol. Un schimbator de caldura in sol in care aerul este "tras" prin tubulatura ingropata este insa de evitat din punct de vedere igienic. O posibilitate care s-a dovedit eficienta este un schimbator de caldura in sol cu colector din tevi umplute cu un amestec antigel / apa  unde prin intermediul unui radiator in fluxul de aspiratie aerul proaspat este incalzit. Acest schimbator poate fi utilizat si pentru preracirea aerului pe timp de vara. Mai multe informatii AICI si AICI.

Filtre – clase filtrare

Pentru a simplifica acest aspect luam in considerare doar filtrele utilizate de catre producatorii consacrati in unitati de ventilare cu recuperare caldura. Cu cat mai mare este cifra in clasa de filtrare cu atat mai bine filtreaza filtrul respectiv. Deci G4 este cel mai bun filtru in clasa sa, F9 in clasa filtrelor fine.

G3 si G4. Filtrele din clasa G3 si G4 sunt asa numite filtre pentru praf grosier. Ele sunt folosite in unitatile de ventilare in fluxul de aer viciat dinspre camere catre schimbatorul de caldura pentru a impiedica umplerea acestuia cu impuritati. In unele constelatii sunt folosite pentru prefiltrarea aerului inaintea unui Filtru clasa F6 – F9. Ele purifica aerul de insecte, par, nisip, praf, scrum, cenusa, polen etc.. .

F7 – F9. Filtrele din clasa F7 – F9 sunt asa numite filtre de praf fine. In plus fata de clasa de filtrare anterioara aceste filtre purifica aerul de bacterii, virusi, gaze masini, praf fin si particole fine. In practica s-a dovedit ca utilizarea unui filtru clasa F7 este foarte utila. Daca totusi exista in casa pesoane foarte alergice atunci se impune un filtru clasa F9. Pentru a evita colmatarea acestui filtru in timp foarte scurt se recomanda instalarea acestuia intr-o carcasa separata dupa filtrele principale, ex. F7.

Unele filtre din clasa G4 sunt reutilizabile dupa spalare/curatare, la filtrele din clasa F7 – F9 se recomanda schimbarea dupe ce sunt colmatate. Necesitatea de schimbare ale filtrelor din unitatile centrale este de regula afisata pe panoul de comanda. Filtre instalate in alte locuri (prefiltrare, postfiltrare) trebuie inspectate vizual regulat si schimbate dupa caz.

Exista posibilitatea de contaminare cu bacterii al sistemului de ventilare?

Aceasta posibilitate nu exista in cazul in care se folosesc schimbatoare de caldura in care aerul viciat si cel proaspat nu se intalnesc direct. Bacterii care se formeaza in casa si ajung in sistemul de tubulatura pentru evacuare nu au posibilitatea de a fi din nou introduse in casa. Un sistem de ventilare controlat care functioneaza in permanenta nu permite formarea de germeni si bacterii. Tubulatura in interiorul casei este si ea tratate sa impiedice acest lucru, de regula se foloseste argintul.

Se poate folosi ventilatia pentru a inlocui hota din bucatarie?

Acest lucru nu este posibil, ventilarea nu poate inlocui o hota, volumele extrase din bucatarie sunt mult prea mici. Hotele moderne extrag pana la 1000 mc/ora sau mai mult si pot indeplini sarcina cu mult mai bine. Se recomanda insa hote care functioneaza in modul de recirculare al aerului, deci hota trece aerul printr-un filtru si il preda camerei din nou. Ventilele de extragere al aerului in bucatarie se pozitioneaza respectand o anumita distanta de hota. Mirosul de bucate va fi prezent in timpul gatitului insa va disparea dupa scurt timp datorita ventilatiei.

Hota trebuie sa functioneze in modul de recirculare pentru a nu crea o deschidere suplimentara in anvelopa cladirii prin care se poate disipa necontrolat o cantitate mare de caldura. Umiditatea creata in timpul gatitului este cu mult mai mica decat cea creata in timpul unui dus, sistemul de ventilare extrage aceasta fara probleme. Hota are ca sarcina sa retina umezeala si grasimi local, in imediata imprejurime al locului de gatit. 

O alta problema care apare in cazul unei deschideri suplimentare in anvelopa cladirii este pierderea necontrolata de aer care poate afecta ventilatoarele din unitatea centrala. Unitati moderne dispun de un reglaj care tine volumul de aer introdus / evacuat constant, raport care este perturbat de deschiderea suplimentara prin care in special iarna se pierde un volum de aer considerabil.

Ce se intampla cu umiditatea in aer?

Se vorbeste mult despre uscarea aerului pe timp de iarna in interiorul unei case ventilate. In special in case pasive care trebuie "rulate" cu un volum mai mare de aer din cauza problemelor legate de de incalzirea incaperilor (aerul este un conducator rau de caldura, pentru a incalzi este necesara marirea volumului ventilat) apare aceasta discutie.

Trebuie mentinut faptul ca sistemul de ventilare nu usuca aerul, el insusi este uscat pe timp de iarna. Aerul exterior cu o temperatura de -5°C contine la o saturatie de 80% ca. 2 gr. de umiditate. El este asadar relativ umed, saturatia maxima fiind de 100% (punctul unde umiditatea condenseaza fiindca nu poate fi mentinut de aer). Dupa ce acest aer trece de schimbatorul de caldura si este incalzit la temperatura dorita din casa el contine tot acesti 2 gr/kg insa aerul este relativ uscat fiindca el ar putea prelua mai multa umiditate, saturatia la 22°C ar fi de 12%. Acest efect se obtine si fara ventilatie deschizand geamurile pentru aerisire. Aerul cu 22°C care are o presiune mai mare dispare din casa, aer rece de -5°C cu presiune mai mica intra in camere. Dupa ce este incalzit din nou la 22°C tot la o saturatie de 12% ajunge, deci fie ca exista un sitem de ventilare sa nu, iarna aerul este mai uscat in casa.

Din aceasta cauza dimensionarea volumelor de schimb al aerului este foarte importanta si unitatea de reglaj al sistemului trebuie sa permita adjustarea volumului ventilat la o rata potrivita. Plantele, gatitul, utilizarea bailor sau spalatul de rufe produce umiditate in interior, nivelul de umiditate se regleaza pe timpul iernii de regula in jurul valorii de 30%.

Aerul poate deveni mai umed doar pe timp de vara in situatia in care aer cald intra intr-o cladire rece cu elemente de plansee, fundatii sau beciuri neizolate corespunzator. Continutul de umiditate in aer nu se schimba dar efectul de racire creste saturatia, aerul mai rece devine relativ umed. O cauza pentru acest efect poate fi si o cladire veche, cu zidarie in pamant, care trage umiditate din sol.

Este oportuna deservirea unei camere cu aer proaspat si evacuarea aerului viciat?

Posibilitatea de a ventila o incapere prin introducerea de aer proaspat si extragerea in acelasi timp al aerului viciat exista insa nu este de dorit. Conceptul de ventilare incrucisata al spatiului locativ prevede fluxuri de aer poaspat in intregimea spatiilor interioare, de regula dinspre zonele in care se introduce aer proaspat (living, dormitoare, birouri, etc..) cattre zonele in care se extrage aerul viciat (bai, bucatarie, spatii tehnice, spalatorii, etc..). Astfel se garanteaza o ventilare corespunzatoare in intregul spatiu interior, lucru care nu este dat in cazul unui ventilari cu aer proaspat si viciat in aceleasi incaperi.

Cand se amortizeaza o instalatie de ventilare cu recuperare de caldura?

Se poate oare face un calcul de amortizare a costurilor in cazul unei bucatarii, bai sau mobilier in casa? Toate aceste lucruri sunt la fel de esentiale ca un sistem de ventilare controlat in case moderne. In acest calcul trebuie sa intre variabile precum climat, regiune, tip de sistem de ventilare controlat, mod de exploatare dar si economia de energie fata de o casa ventilata prin deschiderea geamurilor. Se pune insa intrebarea cum sa calculezi castigul de confort, sanatatea si preventia fata de boli respectiv necesitatea ventilarii pentru intreaga substanta cladita?

Unde se poate amplasa unitatea de ventilare cu recuperare caldura centralizata?

In principiu ea se instaleaza in spatiul tehnic sau in podul casei, se poate insa si in orice spatiu liber din interiorul cladirii. Este insa foarte important ca acest spatiu sa fie ferit de inghet, sa se afle in interiorul amprentei incalzite si sa aiba posibilitatea de a racorda tubulatura cu trecerile inspre exterior (aer proaspat, aer viciat).

La ce distanta si cum se instaleaza racordul pentru aer proaspat si viciat inspre exterior?

Acest lucru depinde de situatia constructiva, de amplasamentul unitatii centrale dar si de viteza si intensitatea vantului. De regula este de evitata o instalare pe acelasi perete inspre exterior fiindca nu se poate exclude posibilitatea ca unitatea centrala de ventilare sa aspire prin racordul aerului proaspat aer viciat extras din cladira anterior. Acest lucru duce la calitate mult inrautatita al aerului, sa nu mai vorbim de posibile mirosuri neplacute.

Amplasamentul racordurilor este ideal peste colt, unul la peretele exterior si unul peste acoperis, la distante mari intre ele (min. 6 m). Daca nu este posibil acest lucru si este necesar folosirea unui perete comun la distanta mica exista solutii constructive pentru acest lucru.