Može li ventilacijski sustav s rekuperacijom topline uštedjeti energiju za zgrade?

Kako ventilacijski sustav s obnovom topline smanjuje potrošnju energije u zgradama

Razumijevanje uloge obnove topline u smanjenju opterećenja grijanja i hlađenja pomoću sustava obnove energije

Ventilacijski sustavi opremljeni tehnologijom rekuperacije topline smanjuju potrebu za energijom prenošenjem toplinske energije iz zraka koji ispuštamo na svježi zrak koji ulazi. Ovi sustavi, poznati kao HRV (Heat Recovery Ventilators) i ERV (Energy Recovery Ventilators), rade putem posebnih izmjenjivača topline koji preuzimaju otprilike 80 posto otpadne topline iz unutarnjeg zraka. Zatim se tako uhvaćena toplina koristi za zagrijavanje ili hlađenje vanjskog zraka prije nego što dođe do glavnog HVAC sustava. Ministarstvo energetike SAD-a procjenjuje da ovi sustavi mogu znatno utjecati na uštedu energije, smanjujući potrebu za punim ciklusima grijanja ili hlađenja. Kao rezultat toga, zgrade ukupno troše otprilike 30 do čak 50 posto manje energije za svoje HVAC operacije.

Ušteda energije kroz kontinuiranu razmjenu zraka bez gubitka topline

Tradicionalni sustavi ventilacije jednostavno izbacuju kondicionirani zrak i troše ogromne količine energije, dok moderni sustavi oporavka topline održavaju svjež zrak u unutrašnjosti bez gubitka topline. Kada sustav ispravno radi, uravnotežuje ulazne i izlazne tokove zraka putem posebnog komponenta razmjene topline, koji se obično izrađuje od keramičkih materijala ili određenih vrsta polimernih plastika. Tijekom ovog procesa razmjene uhvati se otprilike 60 do 90 posto topline. Što to znači za primjenu u stvarnom svijetu? Zgrade gube oko polovice do tri četvrtine manje energije na troškove ventilacije svake godine, zbog čega ljudi zapravo imaju stabilnije temperature tijekom različitih godišnjih doba, umjesto da se suočavaju s neprihvatljivim oscilacijama temperature na koje smo se svi navikli kod starijih sustava.

Kako razmjenjivači topline u HRV/ERV sustavima prethodno kondicioniraju dolazni zrak kako bi održali stabilnost unutarnje temperature

Tijekom zimskih mjeseci, kada vanjske temperature padnu na oko -5 stupnjeva Celzijevih, sustav funkcionira tako da izvlači toplinu iz toplijeg ispušnog zraka (oko 20°C) prema hladnom vanjskom zraku. Ono što izađe već je djelomično zagrijano na približno 11°C prije nego što uopće uđe u zgradu. Taj jednostavni izmjena topline smanjuje potrebu kućanstava za dnevnim grijanjem, nekamo između 3 do možda 5 kilovatsati uštede energije. Dolaskom ljeta, situacija se obrne. Postupak i dalje vrijedi, ali sada pomaže u hlađenju vrućeg zraka koji dolazi s vanjske strane prenošenjem viška topline na odvodni ispušni tok. To znači da unutrašnjost zgrada ostaje ugodna bez potrebe da se uređaji za klimatizaciju stalno rade tijekom cijelog dana. Ljudi zapravo primjećuju bolju stabilnost temperature u svojim domovima, a istovremeno troše manje novca na visoke račune za grijanje i hlađenje na kraju mjeseca.

Uvid u podatke: Prosječno smanjenje potrošnje energije za grijanje i hlađenje za 50–70% u stambenim zgradama

Studije Fondacije THESEF pokazuju da stambene zgrade s ventilacijom s povratom topline troše 50–70% manje energije za grijanje i hlađenje u odnosu na one s konvencionalnim sustavima. Kod pasivnih kuća, gdje su sustavi s povratom topline standard, potrebe za grijanjem često padaju ispod 15 kWh/m²/godina — što predstavlja smanjenje od 80% u usporedbi s tipičnim kućama.

Učinkovitost sustava ventilacije s povratom topline u različitim klimatskim uvjetima

Utjecaj sustava s povratom topline na dimenzioniranje HVAC sustava i energetsku učinkovitost u hladnim klimama

Kada temperature padnu ispod točke smrzavanja, sustavi za oporavak topline smanjuju potrebu za grijanjem od oko 38% do gotovo polovice, što znači da se HVAC sustavi mogu izgraditi manjim i učinkovitijim. Tehnologija izmjenjivača topline s protustrujnim tokom zapravo zagrijava svježi zrak koji ulazi za otprilike 8 do 12 stupnjeva Celzijusovih u odnosu na vanjsku temperaturu, pa inženjerima više nisu potrebni oni ogromni uređaji za grijanje, što može uštedjeti 1 ili 2 tone opreme i dalje postići dobre rezultate. Savremene značajke za kontrolu zamrzavanja osiguravaju glatko funkcioniranje većinu vremena, čak i kada je vani izrazito hladno, postižući oko 89% dostupnosti pri minus 25 stupnjeva Celzijusa. To čini sustave za oporavak topline praktičnim rješenjima i za područja s teškim zimskim uvjetima. Studija objavljena 2022. godine u časopisu Renewable and Sustainable Energy Reviews potvrđuje ovu tvrdnju o njihovoj učinkovitosti u ekstremnim klimatskim uvjetima.

Učinkovitost ventilacije s oporavkom topline u vlažnim i umjerenim klimama

ERV sustavi zaista se ističu u vrućim, vlažnim područjima i područjima s miješanim vremenskim uvjetima jer istovremeno upravljaju kontrolom temperature i upravljanjem vlage. Ovi uređaji mogu smanjiti potrebu za dodatnim hlađenjem za oko 18 do 27 posto zahvaljujući svojoj sposobnosti selektivnog premještanja vlage s jedne strane na drugu, što ih čini znatno učinkovitijima u održavanju suhih prostora u usporedbi s običnim sustavima. Kada pogledamo specifično klimu sličnu mediteranskoj, modeli s dvostrukim jezgrom izvrsno funkcioniraju tijekom hladnijih mjeseci tako što prekupljaju oko 74% topline koja bi inače bila izgubljena. Istovremeno, ovi sustavi sprječavaju pretjeranu vlažnost unutarnjeg zraka tijekom toplijih sezona. To je važno jer standardni sustavi klimatizacije često troše između 20 i 30 posto energije kada previše ventiliraju, što se vrlo često događa u mnogim kućama i zgradama.

Studija slučaja: Ušteda energije u pasivnoj kući u Kanadi korištenjem HRV-a tijekom 12 mjeseci

Stara kuća u Saskatchewani preuređena je u pasivnu kuću s ventilacijskim sustavom s rekuperacijom topline koji djeluje s učinkovitošću od oko 92%. Ova nadogradnja smanjila je račune za grijanje skoro za dvije trećine, što znači uštedu od otprilike 1.240 USD godišnje u usporedbi s razdobljem kada su imali samo obične ispušne ventilatore. Prema istraživanju iz časopisa Energy and Buildings, ova kuća održavala je razine ugljičnog dioksida ispod 800 milijuntinki (dijelova na milijun), smanjujući ukupnu potrošnju energije otprilike za 42%. To je zapravo 31 bod bolje od onoga što zahtijevaju ASHRAE 62.2 standardi za odgovarajuću ventilaciju. Prilično impresivni rezultati za takvu poboljšanu udobnost i uštedu u troškovima.

Maksimizacija uštede energije kroz ranu integraciju u projekt zgrade

Smanjenje opterećenja HVAC-a integracijom ventilacijskog sustava s rekuperacijom topline tijekom faze projektiranja

Kada arhitekti već u početnim dizajnima integriraju sustave ventilacije s toplinskom reakcijom, zgrade obično ostvaruju oko 30 do 50 posto bolje performanse grijanja i hlađenja u usporedbi s situacijama kada se ti sustavi dodaju kasnije. Ako se ovo ispravno izvede na početku, projektanti mogu pravilno planirati kanale za zrak i prilagoditi veličinu izmjenjivača topline stvarnim potrebama zgrade. U suprotnom, zgrade koje instaliraju ove sustave nakon izgradnje često gube oko 15 do 25 posto učinkovitosti jer komponente jednostavno ne rade skladno. Američki ministarstvo energetike spominje slične stvari u svojim izvorima o energetskim resursima plemena. Zgrade s pravilno integriranim sustavima održavaju vrlo dobre performanse tijekom različitih godišnjih doba, održavajući učinkovitost od 80 do 90 posto čak i kada se vanjske temperature drastično mijenjaju.

Analiza trendova: Usvajanje ventilacije s toplinskom reakcijom u zgradama s nultom potrošnjom energije

Otprilike dvije trećine svih zgrada s neto nulom potrošnje energije širom zemlje trenutačno uključuju sustave ventilacije s oporavkom topline, što je u velikoj mjeri posljedica smjernica Ministarstva za energetiku o cjelovitom projektiranju zgrada. Kada izvođači pravilno ugrade ove sustave, mogu smanjiti potrebu za grijanjem skoro napola u hladnijim klimama te smanjiti potrebu za hlađenjem za otprilike jednu trećinu u područjima s visokom vlažnošću. Posebno za zgrade certificirane prema standardu Pasivne kuće, ranom instalacijom HRV sustava osigurava se odlična kvaliteta unutarnjeg zraka bez kompromitiranja čvrstih brtvi koje su potrebne za energetsku učinkovitost. Ravnoteža između cirkulacije svježeg zraka i održavanja zrakopropusne ovojnice ostaje ključna za postizanje ambicioznih ciljeva neto nula.