Nawiewno-wywiewne jednostki wentylacyjne: porównawczy przegląd różnych typów urządzeń

Naturalny system cyrkulacji powietrza często zawodzi – jego wydajność zależy od czynników naturalnych i stosowania szczelnych pakietów szybowych. Wentylacja wymuszona pozbawiona jest tych wad.

Do normalizacji wymiany powietrza stosuje się nawiewno-wywiewną jednostkę – praktyczne i skuteczne rozwiązanie. Różnorodność urządzeń klimatyzacyjnych pozwala wybrać model do konkretnych warunków eksploatacji. Jednak zdecydowanie się na odpowiednie urządzenie bywa problematyczne, prawda?

Pomożemy Państwu rozwiązać ten problem. W artykule przedstawiono informacje o zasadach działania i cechach eksploatacji różnych rodzajów nawiewno-wywiewnych agregatów. Aby ułatwić wybór, wskazaliśmy główne cechy i parametry urządzeń, które należy koniecznie wziąć pod uwagę przy zakupie.

Elementy składowe wentylacji wymuszonej

Moduł nawiewno-wywiewny – główny składnik systemu wentylacji z wymuszeniem. Jednostka zapewnia normowaną cyrkulację powietrza w zamkniętej przestrzeni – dostarczanie czystych strumieni i usuwanie zużytych mas.

Moduł wentylacyjny stanowi zespół urządzeń zamkniętych w jednej obudowie (agregat monoblokowy) lub złożonych z elementów zestawowych.

Schemat budowy wymuszonego systemu wentylacji: 1 – moduł nawiewno-wywiewny (NJW), 2 – kanały wentylacyjne, kratki czerpne, przejściówki, 3 – rozdzielacze strumieni powietrza, 4 – blok automatyki (+)

Konstrukcja agregatu nawiewno-wywiewnego koniecznie obejmuje następujące elementy:

1. Wentylator. Podstawowy element do działania sztucznego systemu wymiany powietrza. W NJW z rozgałęzioną siecią kanałów wentylacyjnych montuje się wentylatory promieniowe, utrzymujące wysokie ciśnienie powietrza. W przenośnych NJW dopuszczalne jest stosowanie modeli osiowych.
2. Zawór powietrza. Montowany za kratką zewnętrzną i zapobiega przedostawaniu się powietrza z zewnątrz przy wyłączonym systemie. W przypadku jego braku zimą do pomieszczenia będą przenikać zimne strumienie.
3. Magistrala kanałów powietrznych. W systemie zaangażowane są dwie linie kanałów: jedna – nawiew, a druga – wywiew powietrza. Obie sieci przechodzą przez PNU. Do pierwszego kanału podłączany jest wentylator nawiewny, do drugiego – odpowiednio wentylator wywiewny.
4. Automatyka. Praca urządzenia jest regulowana przez wbudowany system automatyki, reagujący na wskazania czujników i parametry zadane przez użytkownika.
5. Filtry. Do oczyszczania napływających mas stosuje się filtrację wielostopniową. Na wejściu kanału nawiewnego umieszczany jest filtr wstępnego oczyszczania, którego zadaniem jest zatrzymywanie puchu, owadów i cząstek pyłu.

Głównym celem oczyszczania wstępnego jest ochrona wewnętrznych elementów systemu. Do dokładniejszej filtracji przed dystrybutorami powietrza instaluje się fotokatalityczny, węglowy lub inny typ bariery.

Budowa PNU na przykładzie modelu Vents VUT z rekuperacją i nagrzewnicą. W konstrukcji przewidziano bypass w celu ochrony wymiennika ciepła w okresie zimowym (+)

Niektóre zespoły są wyposażone w dodatkowe funkcje: chłodzenie, klimatyzację, nawilżanie, wielostopniowy system oczyszczania i jonizacji powietrza.

Zasada działania układu nawiewno-wywiewnego

Cykl pracy PNU opiera się na dwuobwodowym schemacie transportu.

Cały proces wentylacji można podzielić na kilka etapów:

1. Pobór strumienia powietrza z zewnątrz, jego oczyszczenie i dostarczenie do dystrybutorów przez kanał powietrzny.
2. Dopływ zanieczyszczonych mas do kanału wywiewnego i ich późniejszy transport do kratki wylotowej.
3. Wyrzut zużytych strumieni na zewnątrz.

Schemat cyrkulacji może być uzupełniany etapami przekazywania energii cieplnej między dwoma strumieniami, dodatkowym ogrzewaniem powietrza nawiewanego itp.

Działanie PNU. Oznaczenia na rysunku: 1 – moduł nawiewno-wywiewny, 2 – dopływ świeżego powietrza, 3 – pobór powietrza zużytego, 4 – wyrzut zużytych mas powietrza na zewnątrz (+)

Działanie systemu wymuszonego zapewnia szereg zalet w porównaniu z naturalną wymianą powietrza:

• utrzymywanie zadanych parametrów – czujniki reagują na zmiany w atmosferze i dostosowują tryb pracy PNU;
• filtracja strumienia nawiewanego i możliwość jego obróbki – ogrzewanie, chłodzenie, nawilżanie;
• oszczędność kosztów ogrzewania – istotne dla urządzeń z rekuperacją.

Do wad stosowania PNU należą: wysoki koszt zespołu wentylacyjnego, trudność montażu po zakończeniu prac remontowo-budowlanych oraz efekt hałasu. W instalacjach monoblokowych ta ostatnia wada została wyeliminowana dzięki zastosowaniu obudowy izolującej akustycznie.

Typy jednostek: cechy budowy i eksploatacji

Koszt, wydajność, zużycie energii zależą od funkcjonalności systemu nawiewno-wywiewnego. Różnorodność modeli można podzielić na następujące grupy: urządzenia z rekuperacją, agregaty z ogrzewaniem i klimatyzacją. Osobna kategoria – urządzenia «mobilne».

Moduł nawiewno-wywiewny z rekuperatorem

Wymuszony system wentylacji oprócz opisanych wyżej zalet ma również istotną wadę – znaczny wzrost strat ciepła. Wraz z powietrzem wywiewanym «ulatuje» również ciepło wytworzone przez system grzewczy.

Straty wynoszą około 60%. Rozwiązaniem problemu jest przenoszenie energii z odprowadzanego strumienia powietrza do nawiewanego.

Częściowe odzyskiwanie ciepła odbywa się w rekuperatorze – module z wymiennikiem ciepła i wentylatorem do przemieszczania strumieni w przeciwnych kierunkach. Wymiana energii zachodzi przez ścianki wymiennika – strumienie powietrza nie mieszają się (+).

Obecnie większość systemów nawiewno-wywiewnych produkowanych jest z rekuperatorami. Pomimo wysokich kosztów sprzętu, zasadność systemu rekuperacyjnego jest ekonomicznie uzasadniona.

Wartości sprawności «wymiennika ciepła»:

• 30-60% – niski poziom odzysku ciepła;
• 60-80% – dobry wskaźnik efektywności;
• powyżej 80% – wysokiej jakości wymiana ciepła.

Co ciekawe, nawet obecność rekuperatora o sprawności 30% jest ekonomicznie bardziej opłacalna niż podstawowa jednostka nawiewno-wywiewna bez wymiennika ciepła. Średni okres zwrotu rekuperacyjnego systemu wentylacyjnego wynosi do 5 lat.

Efektywność systemu nawiewno-wywiewnego, schemat ruchu strumienia powietrza, zużycie energii elektrycznej i cena modułu zależą od konstrukcji rekuperatora.

Wyróżnia się kilka rodzajów wymienników ciepła:

• obrotowy;
• płytowy;
• rurki cieplne;
• moduł komorowy;
• agregat glikolowy.

Szerokie rozpowszechnienie uzyskały dwa pierwsze modele.

Rekuperator obrotowy

W obudowie systemu nawiewno-wywiewnego znajduje się cylindryczny obrotowy wymiennik ciepła z płytami z falistego metalu. Podczas pracy przegrody są naprzemiennie wypełniane strumieniami powietrza w przeciwnych kierunkach.

Strefa z powietrzem wywiewanym nagrzewa się, po obrocie bębna ciepło jest przekazywane nowo napływającym masom zimnego powietrza zebranym w sąsiednim kanale.

Odzysk ciepła wynosi 60-90%.

Dodatkowe zalety:

• częściowy odzysk wilgoci;
• oszczędne zużycie energii elektrycznej.

Prędkość obrotową bębna można regulować, wybierając tym samym intensywność wymiany powietrza i poziom sprawności.

Argumenty przeciw modyfikacji bębnowej:

• domieszka powietrza wywiewanego do świeżego strumienia – 3-8%;
• częściowe przenoszenie zapachów z powrotem do pomieszczenia;
• ciśnienie akustyczne od obracającego się wirnika;
• konieczność regularnej konserwacji ruchomych elementów;
• duże gabaryty.

Ze względu na złożoność mechanizmu, systemy nawiewno-wywiewne z rekuperatorem obrotowym są droższe od modyfikacji płytowych.

Płytowy wymiennik ciepła

Kanały wentylacyjne «spotykają się» w szczelnym bloku z wieloma kanałami. Komory są oddzielone przegrodami przewodzącymi ciepło.

Utworzone ścieżki są umieszczone w kierunku krzyżowym – w strefie turbulencji efektywność wymiany ciepła wzrasta. Następuje jednoczesne chłodzenie/ogrzewanie przegród kasety rekuperatora z obu stron.

Argumenty «za»:

• dostarczanie czystego powietrza bez domieszki «wywiewu»;
• przystępna cena;
• prostota konfiguracji i niezawodność modułu – brak ruchomych elementów.

Sprawność płytowego wymiennika – do 70%. Główna wada – powstawanie kondensatu i pojawianie się szronu w kanale wywiewnym zimą. Praca w trybie «odszraniania» (przekierowanie ciepłego strumienia z pominięciem kasety) obniża sprawność systemu o 20%.

Obecnie na rynku dostępnych jest dość wiele systemów wentylacji nawiewno-wywiewnej z rekuperacją ciepła od różnych producentów. Posiadając podobny zestaw cech, różnią się one ceną, jakością, obszarem obsługi i wieloma innymi kryteriami.

Dlatego zalecamy przyjrzeć się nawiewno-wywiewnej jednostce wentylacyjnej z płytowym rekuperatorem i zintegrowaną automatyką od Naveka, które w ostatnim czasie doskonale sprawdziło się na rynku ze względu na swoją niezawodność i dość cichą pracę. Zintegrowane sterowanie za pomocą pilota, monitoring na zewnętrznym wyświetlaczu LCD, ustawienie harmonogramu pracy i wiele innych funkcji jest już wbudowanych w ten agregat.

Typowy “przedstawiciel” nawiewno-wywiewnej jednostki z płytowym rekuperatorem – Naveka Node1 500AC. Model kompaktowy, z grubością panelu 25 mm, wypełniony niepalną wełną mineralną. Jedną z licznych zalet tego rozwiązania jest panel sterowania z wyświetlaczem LCD, za pomocą którego można bardzo wygodnie zarządzać pracą całego systemu.

Wśród innych marek zalecamy zwrócić uwagę na systemy z rekuperacją od Mitsubishi, Maico i VENTO.

Agregaty energooszczędne z podgrzewaniem

Często sama rekuperacja nie wystarcza do pełnej kompensacji różnicy temperatur strumieni przeciwbieżnych. Tę funkcję przejmuje wbudowana nagrzewnica. Ponadto element chroni wymiennik ciepła przed zamarzaniem.

W jednostkach nawiewno-wywiewnych stosowane są dwa rodzaje nagrzewnic: wodne i elektryczne. Przyjrzyjmy się każdemu bliżej.

Podgrzewanie wodne

W obudowie jednostki wentylacyjnej z wymuszonym przepływem umieszczony jest radiator z rurkami, przez które krąży czynnik grzewczy. Wężownica ma żebra w celu zwiększenia powierzchni kontaktu z przepływającymi strumieniami powietrza.

Przykład budowy jednostki nawiewno-wywiewnej z nagrzewnicą (Vents WUT 1000 WG): 1 – nagrzewnica wodna, 2 – rekuperator, 3 i 4 – wentylatory nawiewu i wywiewu odpowiednio (+)

Element grzejny cieczowy włącza się, jeśli na wyjściu z rekuperatora nawiewane powietrze jest zimniejsze niż zadana temperatura.

Nagrzewnica elektryczna

Instalacje z nagrzewnicą elektryczną są w stanie ogrzewać nawiewane powietrze do wyższych temperatur niż modyfikacje 'wodne'.

Jednak nagrzewnica elektryczna jest bardziej wymagająca w kwestii warunków pracy:

• prędkość przepływu powietrza – 2 m/s i więcej;
• temperatura nawiewanego powietrza w zakresie 0-30°C, wilgotność – do 80%;
• przed grzałką zaleca się zainstalowanie dodatkowego filtra.

W porównaniu z podgrzewaniem wodnym moduł elektryczny jest droższy w eksploatacji – rosną opłaty za energię elektryczną.

Sterowanie nagrzewnicą odbywa się z centralnego bloku sterowania. Konieczne jest posiadanie timera pracy oraz opcji wyłączenia urządzenia w przypadku przegrzania (+).

Zespoły z klimatyzacją

Poszczególne modele łączą w sobie opcje wymuszonej wentylacji i klimatyzacji. Wszystkie elementy są zebrane w jeden kompleks termoizolacyjny. Wyraźnym przykładem wielofunkcyjnej techniki jest seria urządzeń «Klimat».

Konstrukcja agregatu klimatycznego: 1 – filtry, 2 – wentylatory dwukierunkowe, 3 – sprężarka obiegu freonowego, 4 – nagrzewnica elektryczna, 5 – nagrzewnica wodna, 6 – wymienniki ciepła, 7 – automatyka, 8 – obudowa (+)

W schemacie występuje rewersyjna pompa ciepła – wypełniony szczelny obieg freonowy, połączony z wymiennikami ciepła na kanale wywiewnym i nawiewnym.

Praca PWW z klimatyzacją odbywa się w dwóch trybach:

1. Chłodzenie. Wymiennik ciepła na kanale nawiewnym działa jako parownik i obniża temperaturę napływającego powietrza. Z kolei wymiennik ciepła-skraplacz jest chłodzony chłodnym powietrzem pochodzącym z pomieszczenia.
2. Ogrzewanie. Rekuperator kanału wywiewnego oddaje ciepło 'zużytego' powietrza świeżym masom powietrza. Na wyjściu z PWW przed podaniem do domu możliwe jest dodatkowe ogrzewanie powietrza.

Tryb funkcjonowania jest ustawiany automatycznie dzięki regulatorom i czujnikom odczytującym parametry atmosfery.

Przenośna jednostka bezkanałowa

Interesujące rozwiązanie dla zamkniętych przestrzeni – mobilne instalacje wentylacyjne nawiewne z możliwością oczyszczania, ogrzewania i chłodzenia powietrza.

Charakterystyczne cechy modułów przenośnych:

• brak nieporęcznych kanałów wentylacyjnych;
• instalacja wewnątrz wentylowanego pomieszczenia;
• kompaktowe wymiary i możliwość montażu w ciągu 2-3 godzin;
• wielofunkcyjność: nawiew, obróbka i wyprowadzenie mas powietrza;
• niski poziom hałasu – w granicach 35 dB;
• brak przeciągów.

Do urządzenia zdecentralizowanej wentylacji konieczny jest montaż przenośnej PWW w każdym oddzielnym pomieszczeniu.

Schemat mobilnej centrali nawiewno-wywiewnej: 1,3 – tłumik hałasu, 2 – sektor rekuperacji i wentylacji, 4 – nagrzewnica elektryczna, 5 – filtr węglowy, 6 – filtr dokładny, 7 – filtr wstępny, 8 – przepustnica żaluzjowa, 9 – napęd elektryczny (+)

Bezkanałowe centrale wentylacyjne są używane głównie w budynkach użyteczności publicznej (sale wykładowe, siłownie, sale lekcyjne itp.).

Ranking mobilnych urządzeń klimatyzacyjnych znajduje się w tym artykule.

Odmiany ze względu na sposób montażu

Możliwe są trzy warianty montażu modułu wentylacyjnego:

• podłogowy;
• ścienny;
• „podwieszany”.

Montaż podłogowy jest typowy dla wysokowydajnych i obszernych central wentylacyjnych z przepływem powietrza od 8000 m³/h. Pomimo obecności izolacji wibracyjnej sekcji wentylacyjnych, do montażu dużych modułów wymagana jest solidna podstawa.

Modele ścienne charakteryzują się niewielką wydajnością – do 1500 m³/h i kompaktowymi rozmiarami. Montaż odbywa się za pomocą kotew ściennych, a podłączenie kanałów wentylacyjnych od góry. Agregat może być umieszczony w pomieszczeniu technicznym (balkon, łazienka, garderoba).

Moduły o montażu podwieszanym lub podsufitowym są najpopularniejsze. Z reguły urządzenia te mają wykonanie kanałowe i są przeznaczone do montażu pod stropem.

Główną zaletą modeli podwieszanych jest ukryty montaż. Jednak w przypadku instalacji w już użytkowanym pomieszczeniu konieczne będzie częściowe «wykorzystanie» wysokości sufitów.

Podstawowe parametry wyboru jednostki wentylacyjnej

Projektowanie i montaż systemów wentylacyjnych wymagają znacznych inwestycji kapitałowych i sporych nakładów pracy. Dlatego podejście do wyboru „serca” systemu wentylacyjnego opiera się na dokładnych obliczeniach i analizie szeregu parametrów.

Ocena i obliczanie parametrów technicznych

Przede wszystkim należy określić odpowiednie wartości wydajności i ciśnienia statycznego.

Wydajność

Obliczenia instalacji opierają się na normach wymiany powietrza według SNiP, przeznaczeniu pomieszczenia, powierzchni obsługiwanej i liczbie osób.

Należy wykonać dwa obliczenia (według liczby osób i krotności wymiany powietrza), porównać wskaźniki i wybrać największą wartość.

Normy zużycia powietrza na osobę: typowa wartość – 60 m³/h, w spoczynku – 30 m³/h. Regulowana krotność wymiany powietrza: 1–2 dla budynków mieszkalnych, 2–3 dla biur i centrów handlowych.

Przykład określenia wydajności (L) dla domu przy założonych warunkach:

• liczba członków rodziny – 3 osoby;
• powierzchnia domu – 70 m²;
• wysokość sufitu – 3 m.

Wzór 1. Obliczenie według liczby osób:

L=N*norm,

gdzie:

• N – liczba mieszkańców;
• norm – przepływ powietrza (nie mniej niż 40 m³/h).

L=3*40=120 m³/h.

Wzór 2. Obliczenie według krotności wymiany powietrza:

L=S*H*n,

gdzie:

• S – powierzchnia;
• H – wysokość;
• n – znormalizowany wskaźnik wymiany powietrza.

L=70*3*1,5=315 m³/h.

Wniosek: aby zapewnić wystarczającą cyrkulację powietrza, wymagana jest instalacja o wydajności co najmniej 315 m³/h.

Typowe parametry wentylatorów:

• 100-500 m³/h – mieszkania i pojedyncze pomieszczenia;
• 500-2000 m³/h – domy prywatne, wille;
• 1000-10000 m³/h – budynki przemysłowe, hale, biura.

Ciśnienie statyczne

Wielkość ta pokazuje ciśnienie wytwarzane przez wentylator w celu pokonania oporów na drodze cyrkulacji powietrza. Dokładne obliczenie ciśnienia statycznego wymaga uwzględnienia oporów wszystkich elementów sieci.

Ręczne obliczenie bez odpowiedniego doświadczenia jest trudne. Specjaliści korzystają z pakietu oprogramowania takiego jak MagiCad.

Uśrednione wartości ciśnienia przy prędkości przepływu powietrza 3-4 m/s: mieszkania 50-150 m² – 75-100 Pa, wille 150-350 m² – 100-150 Pa

Podane dane dotyczą wyłącznie modułowych wentylatorów, a nie systemów składanych, gdzie należy uwzględnić spadek ciśnienia na zaworze powietrznym, nagrzewnicy, filtrze i innych elementach.

Oprócz wymienionych parametrów należy ocenić:

1. Efektywność energetyczna. Dla każdego z możliwych modeli należy obliczyć koszty energii elektrycznej na 1 rok, uwzględniając tryb pracy zimą i latem. Klasa zużycia energii wskazuje stosunek zużytej energii do ilości wyprodukowanego ciepła.
2. Sprawność rekuperatora. Należy porównać wartości sprawności w różnych trybach pracy instalacji nawiewno-wywiewnej. Wysoką efektywność osiągają wymienniki ciepła z podwójną kasetą płytową i strefą pośrednią – sprawność sięga 70-90%.
3. Moc grzałki. Typowy wskaźnik dla domowych urządzeń wentylacyjnych wynosi 3-5 kW.

Lepiej wybierać modele z możliwością automatycznego zmniejszania prędkości wentylatora w celu dostosowania obciążenia sieci.

Poziom hałasu i stopień filtracji

Moc akustyczna pokazuje, jak 'głośna' będzie praca zmontowanej instalacji.

Efekt dźwiękowy określają dwie wielkości:

• LwA – poziom mocy akustycznej;
• LpA – poziom ciśnienia akustycznego.

Oceny rzeczywistej 'hałaśliwości' należy dokonywać na podstawie pierwszego wskaźnika. Różni producenci mogą mierzyć moc akustyczną różnymi metodami, dlatego te same wartości czasami dają różne wyniki w praktyce.

Skuteczną metodą oceny 'brzmienia' instalacji jest testowanie urządzenia w sali demonstracyjnej. Dopuszczalny poziom hałasu w pomieszczeniu mieszkalnym wynosi 25-45 dB.

Jakość napływającego powietrza zależy od używanego systemu oczyszczania.

Możliwe stopnie filtracji:

• Bariera przed dużym pyłem ulicznym, sierścią i puchem – wstępne oczyszczanie filtrami G4, G3 o skuteczności 90%;
• Ochrona przed drobnym pyłem o wielkości 1 µm – klasa filtracji F7-F9;
• Absolutne czyszczenie, zapewniające barierę przed cząstkami 0,3 µm – filtry HEPA (H10-H14), skuteczność – 99,5%.

Dla budynków mieszkalnych wystarczą pierwsze dwa stopnie czyszczenia. Wysokowydajna filtracja stosowana jest w placówkach medycznych, pomieszczeniach do produkcji leków, artykułów spożywczych, elektroniki.

Wygoda eksploatacji: niezbędne funkcje

Domowe centrale wentylacyjne są wyposażone w wbudowany system automatyki, pilot zdalnego sterowania, wyświetlacz LCD pokazujący wszystkie parametry wymiany powietrza. Oprócz podstawowych opcji (regulacja prędkości wentylatora, temperatury) mile widziane jest posiadanie praktycznych funkcji.

Timer. Sterowanie scenariuszowe pozwoli zoptymalizować tryb pracy na określoną porę dnia lub dzień tygodnia.

Do precyzyjnej regulacji zaleca się wybierać urządzenia z wentylatorem o 5 i więcej prędkościach, a także z zegarem czasu rzeczywistego bez resetowania po odłączeniu zasilania.

Restart. Możliwość automatycznego włączenia i zachowania ustawionych parametrów w przypadku awarii zasilania.

Wskaźnik zanieczyszczenia filtra. Wygodna opcja – powiadomienie o wymianie elementu filtrującego. Zaawansowane modele wyposażone są w czujniki zmiany ciśnienia na wejściu filtra powietrza – przy zabrudzeniu wzrasta spadek ciśnienia.

Samodiagnostyka. Każda technika z czasem ulega awarii. Przydatne, jeśli automatyka „powiadamia” o powstałej usterce – pomoże to w odpowiednim czasie zidentyfikować i rozwiązać problem.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Energooszczędny system wentylacyjny z rekuperacją podwieszany Daikin VAM/800FB:

Urządzenie, cechy i technologia montażu przenośnego modułu nawiewno-wywiewnego Vents Micro 60/A3:

Centrala wentylacyjna 400 od Ventrum z nagrzewnicą elektryczną i rekuperatorem obrotowym:

Urządzenie wentylacji za pomocą modułu nawiewno-wywiewnego stosowane jest w pomieszczeniach o różnym przeznaczeniu i metrażu.

Zapewnienie wysokiej jakości wymiany powietrza zależy od prawidłowego obliczenia i doboru urządzeń klimatyzacyjnych. W przypadku wątpliwości co do własnych umiejętności, lepiej skonsultować się z profesjonalistami w celu określenia parametrów i opracowania projektu.

Czy masz coś do dodania, albo masz pytania dotyczące wyboru centrali wentylacyjnej? Możesz zostawiać komentarze do publikacji i brać udział w dyskusji – formularz kontaktowy znajduje się w dolnym bloku.