Wymienniki ciepła chronią klimat

Zastosowanie wymienników ciepła pozwala nie tylko na zmniejszenie zużycia energii, a tym samym na oszczędności finansowe, ale również przyczynia się do aktywnej ochrony klimatu.

Komisja Europejska: szansa na znaczącą redukcję emisji CO2

Wymienniki ciepła pozwalają na całym świecie na istotną redukcję emisji CO2. Według dokumentu roboczego Komisji Europejskiej z 2012 roku, już dziś, dzięki zastosowaniu odzysku ciepła, ogranicza się na terenie UE emisję CO2 o około 100 mln ton rocznie. I dotyczy to tylko tak zwanych budynków niemieszkalnych, czyli biur, fabryk, szpitali, szkół itd., budynki mieszkalne nie zostały bowiem w tych kalkulacjach uwzględnione.

Dzięki zwiększeniu wykorzystania odzysku ciepła do roku 2025,  jak mówią badania, można by zaoszczędzić kolejne 50 milionów ton w stosunku do roku 2010. 

Studium przypadku

Każdy, kto posiada w swoim budynku system wentylacjimechanicznej może w znacznym stopniu przyczynić się do ochrony klimatu. Jak bardzo, pokazuje brak odstępu obrotowego wymiennika ciepła o prawie trzech metrach średnicy. W klimatach takich jaki na przykład dominuje w Europie Zachodniej, wirnik ten odzyskuje podczas normalnej pracy rocznie około 291.000 kilowatogodzin (kWh) energii cieplnej (patrz obliczenia projektowe).

Według raportu Komisji Badawczej „Ochrona atmosfery ziemi” Niemieckiego Bundestagu z 1994 emisję CO2 szacuje się w zależności od kopalnych źródeł energii takich jak - węgla brunatnego, węgla kamiennego, ropy naftowej i gazu ziemnego w następujący sposób:

Emisja CO2 według źródła energii

Źródło energii Emisje CO2 w kilogramach na kilowatogodzinę
Węgiel brunatny 0,400 kg CO2 / kWh
Węgiel kamienny 0,330 kg CO2 / kWh
Ropa naftowa 0,262 kg CO2 / kWh
Gaz ziemny 0,199 kg CO2 / kWh

Na podstawie tych wartości można wyliczyć potencjał redukcji emisji CO2 dzięki zastosowaniu naszego obrotowego wymiennika ciepła. W zależności od tego, które z czterech źródeł energii będzie wykorzystywane,  roczna redukcja emisji CO2 (w zaokrągleniu) przedstawia się następująco:

Redukcja emisji CO2 za pomocą obrotowych wymienników ciepła

Źródła energii Oszczędność w tonach rocznie
Węgiel brunatny 116,5 t /a
Węgiel kamienny 96,1 t /a
Olej opałowy 76,3 t /a
Gaz ziemny 58,0 t /a

W dalszej części chcielibyśmy przedstawić metodykę obliczania przedstawionych wyników. Podstawowymi parametrami wymaganymi do przeprowadzenia rzetelnych obliczeń są odpowiedni dobór obrotowego wymiennika ciepła oraz studium opłacalności.

Dobór obrotowego wymiennika ciepła

  • Typ wirnika: RRS P-C16-3000/3000-2840
  • Grubość folii 0,08 mm
  • Wysokość karbowania 1,6 mm
  • Przepływ standardowy (20°C / 50% / 1013 mbar)
  • Objętość powietrza nawiewanego i wywiewanego 30000 m³/h
Wlot powietrza Nawiew Wywiew
Temperatura -12 ° C 22 ° C
Objętość powietrza 26628 m³ / h 30192 m³ / h
Wilgotność względna 90% 40%
Wilgotność bezwzględna .1,20 g / kg 6,56 g / kg
Wylot powietrza Nawiew Wywiew
Temperatura 14.0 ° C -2,5 ° C
Objętość powietrza 29424 m³ / h 27527 m³ / h
Wilgotność względna 43% 95%
Wilgotność bezwzględna 4,21 g / kg 2,91 g / kg

Obliczenia dla dobranego wymiennika i dla ww. wartości wykazują sprawność wymiany ciepła w wysokości 77% dla powietrza nawiewu i do 71% dla powietrza wywiewu. Ponadto stopień wymiany wilgoci wynosi 56% wilgoci z powietrza nawiewanego i 68% wilgoci z powietrza wywiewanego.

Wydajność wymiany  
Ciepło jawne 263 kW
Ciepło utajone 75 kW
Ciepło razem 338 kW
Odzysk wilgoci 108 kg/h

Studium opłacalności

W celu określenia potencjału redukcji emisji CO2, jako podstawę obliczeń przyjęto parametry pracy instalacji w okresie zimowym, sześć dni w tygodniu od 6 do 18 godzin dziennie (czas pracy instalacji w ciągu roku wynosi zatem 1862 godzin).

Obliczenia oparto na wytycznych dyrektywy VDI 2067 (Efektywność ekonomiczna systemów budowlanych).

Za okres zimowy przyjmuje się czas od listopada do kwietnia, czyli miesiące, w których w strefie klimatycznej 3, do której należą także Niemcy, jest zazwyczaj używane ogrzewanie.
Poniższa tabela zawiera odzysk ciepła w poszczególnych miesiącach.

Odzysk ciepła w kWh ciepło jawne ciepło utajone
Styczeń 57.228,1 7.629,5
Luty 48.529,4 4.467,2
Marzec 42.544,3 778,3
Kwiecień 28.223,8 11,6
Maj    
Czerwiec    
Lipiec    
Sierpień    
Wrzesień    
Październik    
Listopad 42.229,4 551,2
Grudzień 54.283,6 4.877,2
     
Suma za rok ogółem 273.038,6 18.314,9

Z sumy jawnego i utajonego odzysku ciepła wynika ogólny odzysk energii w wysokości 291.354 kilowatogodzin rocznie. Całkowity odzysk wilgoci wynosi 26.363 kg rocznie.

Z tych wartości wynika w efekcie potencjał redukcji CO2 przedstawiony przez nas w pierwszych dwóch tabelach.

To dowodzi: zastosowanie w systemach wentylacji wymienników ciepła, może znacznie obniżyć koszty ogrzewania i chłodzenia, jak również zredukować emisję gazów cieplarnianych.