Wprowadzenie

Postępujący rozwój gospodarczy

przyczynia się do podnoszenia standardu

życia oraz wzrostu oczekiwań względem

komfortu cieplnego oraz standardu wypo-

sażenia budynków. Sumarycznie, sektor

budowlany w krajach Unii Europejskiej

odpowiedzialny jest za 36% emisji gazów

cieplarnianych do atmosfery oraz 40%

zużycia energii końcowej, co czyni go

sektorem o największym zużyciu energii

oraz jednym z głównych emiterów dwu-

tlenku węgla [1]. Zgodnie z inicjatywną

Europejskiego Zielonego Ładu do 2050

roku Unia Europejska ma za zadanie osią-

gnąć neutralność klimatyczną poprzez

transformację gospodarczą ienergetycz-

ną [2]. Zmniejszenie zużycia energii koń-

cowej wsektorze budowlanym odgrywa

więc kluczową rolę wosiągnięciu ambit-

nych celów klimatycznych UE.

Obecnie, około 75% zasobów budyn-

ków Unii Europejskiej jest niewydajnych

energetycznie, co oznacza, że znaczna

część zużywanej energii jest bezpowrot-

nie tracona [3]. Dominującą część całko-

witego zużycia energii końcowej w bu-

dynkach stanowi ogrzewanie przestrzeni

użytkowych, dlatego też szczególnie na

w tym obszarze skupiono się podczas

poszukiwania oszczędności [3].

Zgodnie z normą dotyczącą ciepl-

nych właściwości użytkowych budynków

PN-EN ISO 13789 straty ciepła następują

poprzez przenikanie przez przegrody

konstrukcyjne oraz wentylację budynku

[4]. Zmniejszenie strat energii przez prze-

grody osiągnąć można dzięki stosowaniu

materiałów konstrukcyjnych o niskim

współczynniku przewodzenia ciepła iod-

powiedniej grubości przegrody. Wostat-

nich latach realizowane jest to poprzez

masową termomodernizację istniejących

budynków oraz przez zaostrzanie wyma-

gań dotyczących izolacyjności termicznej

dla obiektów nowopowstających. Wcelu

ograniczenia strat ciepła przez wentylację

stosuje się głównie mechaniczne systemy

zodzyskiem ciepła, które wostatnich la-

tach w Polsce zyskały na popularności

również wobszarze budownictwa miesz-

kaniowego, gdzie funkcjonują pod nazwą

„rekuperacja”. Systemy te zapewniają

Odzysk ciepła iwilgoci wniehigroskopijnym

wymienniku obrotowym wwarunkach kondensacji

– wyniki badań in situ

Heat and moisture recovery in anon-hygroscopic rotary heat exchanger

under condensing conditions – in situ research results

MARIA KOSTKA, ZUZANNA KOŁODKO

DOI 10.36119/15.2025.4.4

Wpracy zawarto opis procesów zachodzących podczas odzysku ciepła jawnego icałkowitego wwymiennikach sto-

sowanych wsystemach wentylacyjnych. Przykładowe przemiany powietrza zachodzące wurządzeniach przedstawio-

no na wykresach i-x Molliera. Opisano mechanizm transferu wilgoci whigroskopijnych iniehigroskopijnych wymienni-

kach obrotowych. Zaprezentowano wyniki pomiarów przeprowadzonych wwarunkach kondensacji, wcentrali wenty-

lacyjnej wyposażonej wobrotowy niehigroskopijny wymiennik obrotowy, pracującej wużytkowanym budynku jednoro-

dzinnym. Wykazano odzysk wilgoci osprawności średniej 32% oraz sprawność temperaturową 75%. Dokonano anali-

zy wpływu parametrów powietrza wewnętrznego izewnętrznego na sprawność odzysku ciepła, jednak przeprowa-

dzone pomiary nie pozwoliły na uwidocznienie wszystkich zależności wykazywanych wliteraturze.

Słowa kluczowe: wentylacja mechaniczna zodzyskiem ciepła, rekuperacja, obrotowy wymiennik ciepła, odzysk

wilgoci

The study includes adescription of the processes occurring during the recovery of sensible and total heat in heat

exchangers used in ventilation systems. Example air transformations are presented on the Mollier diagram. The

mechanism of moisture transfer in both hygroscopic and non-hygroscopic rotary heat exchangers is also included.

The results of measurements conducted in condensation conditions in aventilation unit equipped with arotary non-

hygroscopic rotary heat exchanger, operating in asingle-family building in use, were presented. Moisture recovery

with an average efficiency of 32% and temperature efficiency of 75% were demonstrated. The influence of indoor

and outdoor air parameters on heat recovery efficiency was analysed, but the measurements performed did not

allow for the identification of all the relationships shown in the literature.

Keywords: MVHR, residential ventilation, rotary heat exchanger, moisture recovery

dr inż. Maria Kostka https://orcid.org/0000-0002-3511-744X, mgr inż. Zuzanna Kołodko https://orcid.org/0009-0008-8127-9336 ‒

Katedra Klimatyzacji, Ogrzewnictwa, Gazownictwa iOchrony Powietrza, Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Wrocławska, Wrocław.

Adres do korespondencji/Corresponding author: zuzanna.kolodko@pwr.edu.pl

4/2025 www.informacjainstal.com.pl

O grzewanie, wentylacja, klimatyzacja/ HVAC

Księga4_25.indb 34Księga4_25.indb 34 15.04.2025 17:27:5715.04.2025 17:27:57

www.informacjainstal.com.pl

4/2025

Ogrzewanie, wentylacja, klimatyzacja

wysoki komfort użytkowania budynków,

gwarantując wyższą (wstosunku do wen-

tylacji naturalnej) jakość powietrza i lep-

szą kontrolę warunków środowiska we-

wnętrznego, atakże ograniczają wentyla-

cyjne straty ciepła, umożliwiając odzysk

energii zpowietrza usuwanego zbudyn-

ku. Dzięki temu zwiększa się efektywność

energetyczna obiektu, zmniejsza się jego

odziaływanie na środowisko, ale także

obniżają się koszty utrzymania.

Ograniczenie strat ciepła wynikają-

cych zwymiany powietrza, związane jest

z przekazywaniem energii z powietrza

wywiewanego zpomieszczeń do powie-

trza wprowadzanego zzewnątrz do bu-

dynku, co w obiektach mieszkaniowych

odbywa się przede wszystkim wwymien-

nikach płytowych i obrotowych. W po-

wszechnej świadomości proces ten pro-

wadzi do podniesienia temperatury po-

wietrza nawiewanego w okresie zimo-

wym (odzysk ciepła jawnego), tymczasem

może zachodzić tu również tzw. odzysk

wilgoci.. W Polsce w okresie zimowym

zawartość wilgoci wpowietrzu zewnętrz-

nym jest stosunkowo niewielka (Rys. 1).

Podczas procesu ogrzewania powietrza

zewnętrznego (wnagrzewnicach lub wy-

miennikach zodzyskiem ciepła jawnego)

iwprowadzenia go do pomieszczeń bez

dodatkowego nawilżania, zawartość wil-

goci wpowietrzu nie zmienia się. Skutkuje

to obniżeniem wilgotności względnej po-

wietrza wewnętrznego, które wtempera-

turze pokojowej jest wstanie zaabsorbo-

wać wyższą zawartość wilgoci. Wkonse-

kwencji, wpomieszczeniach wokresie zi-

mowym występować może niska wilgot-

ność względna, wykraczająca poza wa-

runki komfortu [5], [6]. Przykład przemian

zachodzących w wymienniku płytowym

podczas odzysku ciepła jawnego przed-

stawiono na rysunku 2. Problem ten doty-

czy wyłącznie okresu zimowego, gdyż,

jak widać na rysunku 1, zawartość wilgoci

wpowietrzu zewnętrznym winnych okre-

sach roku wzrasta, co zkolei może stać się

przyczyną konieczności jego osuszania

celem utrzymania warunków komfortu.

Odzysk ciepła iwilgoci

wsystemach wentylacyjnych

Rodzaje wymienników do odzysku

ciepła

Odzysk energii w niewielkich syste-

mach wentylacji mieszkaniowej realizo-

wany jest przede wszystkim wwymienni-

kach płytowych (krzyżowych i przeciw-

prądowych) oraz obrotowych, zwanych

rotorami [9]. Wzależności od konstrukcji,

obydwa rodzaje urządzeń mogą być de-

dykowane wyłącznie do odzysku ciepła

jawnego (zmiana temperatury powietrza

przy stałej zawartości wilgoci) lub jedno-

cześnie do odzysku wilgoci (zmiana tem-

peratury zjednoczesną zmianą zawarto-

ści wilgoci podczas przemiany powie-

trza). Wymienniki płytowe wykonane

zaluminium, stali lub prostego tworzywa

sztucznego realizują wyłączenie wymianę

ciała jawnego, natomiast zastąpienie tych

materiałów paroprzepuszczalnymi mem-

branami umożliwia odzysk ciepła całko-

witego, a taki wymiennik przyjęto nazy-

wać entalpicznym. W klasycznych wy-

miennikach obrotowych proces odzysku

wilgoci może następować na skutek od-

parowania kondensatu powstającego na

stalowej/aluminiowej ściance wymienni-

ka, a urządzenie takie nazywamy niehi-

groskopijnym. Drugą możliwością jest po-

chłanianie iodparowanie wilgoci zacho-

dzące wpowłoce, którą pokrywana jest

dodatkowo powierzchnia rotora, a wy-

miennik taki nosi nazwę higroskopijnego.

Sprawność odzysku wilgoci jest zależ-

na od konstrukcji wymiennika, przy czym

najniższe wartości osiągane są w wy-

mienniku obrotowym niehigroskopijnym.

Wliteraturze ograniczone są jednak infor-

macje ojego dokładnych możliwościach.

Zaletą wymiennika obrotowego jest jego

większa tolerancją na mróz [10], co pro-

wadzi do ograniczenia konieczności sto-

sowania wstępnego podgrzewania po-

wietrza w nagrzewnicach elektrycznych

izmniejszenia zużycia energii na potrzeby

pracy centrali wentylacyjnej. Wadą tej

konstrukcji jest natomiast większe ryzyko

mieszania się strumieni powietrza świeże-

go i usuwanego, spowodowane nie-

szczelnościami oraz przenoszeniem po-

wietrza wskutek obrotu rotora.

Wymienniki płytowe iobrotowe wyko-

nane zmembran iwykorzystujące materiały

Rys. 1

Zawartość wilgoci

wpowietrzu zewnętrz-

nym we Wrocławiu

według typowych lat

meteorologicznych

(TMY), lata 1770-2000

[7] oraz 2001-2020

[8]

Rys. 2

Przykład przemian

zachodzących

wwymienniku płyto-

wym wwarunkach

wykroplenia wilgoci

zpowietrza usuwane-

go, dla założonej

sprawności temperatu-

rowej wymiennika

= 75%

Księga4_25.indb 35Księga4_25.indb 35 15.04.2025 17:27:5715.04.2025 17:27:57

4/2025 www.informacjainstal.com.pl

higroskopijne umożliwiają odzysk wilgoci

w ciągu całego roku [11], natomiast aby

doszło do odzysku ciepła całkowitego wro-

torze niehigroskopijnym, musi wystąpić zja-

wisko kondensacji.

Co istotne, wokresie zimowym proces

odzysku ciepła jawnego jest niemal pew-

ny, gdyż wpolskich warunkach klimatycz-

nych budynki są ogrzewane, aco za tym

idzie nieustannie dostarczana jest do nich

energia cieplna, która może być następnie

odzyskiwana z powietrza usuwanego.

Odmiennie wygląda sytuacja związana

zodzyskiem wilgoci, gdyż nieodzownym

warunkiem jego wystąpienia jest wogóle

obecność wilgoci wpowietrzu wywiewa-

nym. Jeśli wewnątrz budynku nie ma emisji

wilgoci (np. obecność ludzi, gotowanie,

pranie itd.) isystem powietrzny nie posiada

dodatkowo urządzeń nawilżających, nie

ma również energii którą można by odzy-

skać. Dodatkowo, co istotne wprzypadku

wymienników obrotowych niehigroskopij-

nych, wyższa zawartość wilgoci wpowie-

trzu w budynku wydłuża czas w którym

w możliwa jest kondensacja, co zostało

wyjaśnione wdalszej części artykułu.

Wspomnieć należy także, że wymien-

niki płytowe iobrotowe wykorzystywane

są również wdużych systemach wentyla-

cyjnych, gdzie zpowodzeniem uzdatniają

znacznie większe objętości powietrza

[12]. W rozwiązaniach tych urządzenia

wykonywane są jednak głównie zalumi-

nium, przez co możliwości odzysku wilgo-

ci są ograniczone.

Transfer wilgoci wwymiennikach

higroskopijnych

Higroskopijność wwymiennikach ob-

rotowych można uzyskać dzięki zastoso-

waniu specjalnych powłok lub materiałów

akumulacyjnych, którymi pokrywana jest

powierzchnia wymiany energii. W ofer-

tach producentów wyszczególnić można

dodatkową grupę wymienników z odzy-

skiem wilgoci – wymienniki sorpcyjne,

będące zaawansowaną wersją wymien-

ników higroskopijnych, umożliwiające od-

zysk nawet 90% wilgoci zpowietrza wy-

wiewanego. Zastosowanie higroskopij-

nych wymienników obrotowych, w tym

wymienników sorpcyjnych, pozwala na

lepsze kształtowanie mikroklimatu po-

mieszczeń pod względem warunków

cieplno-wilgotnościowych. Częściowy od-

zysk wilgoci w systemie wentylacyjnym

może zmniejszyć liczbę godzin występo-

wania parametrów wykraczających poza

zakres komfortu cieplnego człowieka, bez

konieczności stosowania dodatkowych

urządzeń do nawilżania lub osuszania

powietrza. Przykładowe przemiany po-

wietrza w wymienniku higroskopijnym

przedstawiono na rysunku Rys. 3.

Transfer wilgoci wwymiennikach

niehigroskopijnych

Wymienniki niehigroskopijne dedyko-

wane są przede wszystkim do wysoko-

sprawnego odzysku ciepła jawnego inie

posiadają dodatkowych powłok, stosowa-

nych wcelu uzyskania całorocznego, wy-

sokowydajnego odzysku wilgoci. W rze-

czywistości również tutaj zachodzi ten pro-

ces, jednak jest obserwowany wmniejszej

skali ijedynie przez część roku. Wniehi-

groskopijnym wymienniku obrotowym

transfer wilgoci wystąpi jedynie wwarun-

kach, kiedy powietrze usuwane zpomiesz-

czeń zostanie schłodzone poniżej tempe-

ratury punktu rosy. W temperaturze tej

rozpoczyna się bowiem proces kondensa-

cji, tj. wykroplenia wilgoci zawartej wpo-

wietrzu usuwanym. Wykroplona wilgoć

Rys. 3

Przykład przemian

zachodzących whigro-

skopijnym wymienniku

obrotowym wwarun-

kach wykroplenia wil-

goci wpowietrza usu-

wanego, przy założo-

nej sprawności tempe-

raturowej wymiennika

= 75% oraz sprawno-

ści odzysku wilgoci

= 80%

Rys. 4

Przykład przemian

zachodzących wniehi-

groskopijnym wymien-

niku obrotowym

wwarunkach wykro-

plenia wilgoci wpowie-

trza usuwanego, przy

założonej sprawności

temperaturowej

wymiennika η

= 75%

oraz sprawności odzy-

sku wilgoci η

= 35%

Księga4_25.indb 36Księga4_25.indb 36 15.04.2025 17:27:5715.04.2025 17:27:57

www.informacjainstal.com.pl

4/2025

Ogrzewanie, wentylacja, klimatyzacja

(kondensat), tworzy na powierzchni wy-

miennika cienką warstwę wody. Warstwa

ta pozostaje na powierzchni lameli iwraz

zobrotem wymiennika trafia do sekcji po-

wietrza nawiewanego gdzie ulega ogrza-

niu, a następnie odparowaniu. Oznacza

to, że wwymiennikach niehigroskopijnych

zjawisko odzysku wilgoci, warunkowane

jest uzyskaniem odpowiednich warunków

zewnętrznych iwewnętrznych, prowadzą-

cych do osiągnięcia temperatury punktu

rosy wsekcji powietrza usuwanego. Przy-

kład przemian zachodzących wniehigro-

skopijnym wymienniku obrotowym wwa-

runkach wykroplenia wilgoci przedstawio-

no na Rys. 4.

Parametry układu imetodyka

pomiarów

Budynek badawczy

Budynek wktórym wykonano pomiary

jest domem jednorodzinnym opowierzchni

użytkowej ok. 140 m

, posiadającym sys-

tem wentylacji mechanicznej wyposażony

w niehigroskopijny obrotowy wymiennik

ciepła. Budynek zamieszkiwany jest przez

trzy osoby, zczego co najmniej jedna jest

niemal cały czas obecna wdomu, co jest

istotne wkontekście pojawiających się we-

wnętrznych zysków wilgoci.

Wokresie objętym pomiarami wydaj-

ność systemu mechanicznego wynosiła

ok. 180 m

/h. Strumień powietrza nawie-

wanego i wywiewanego określono na

podstawie pomiarów prędkości powietrza

we wszystkich kanałach dochodzących

do urządzenia oraz na czerpni iwyrzutni

(Tab. 1), jednak, ze względu na warunki

rzeczywiste, uzyskanie dokładnych wyni-

ków było utrudnione – brak odcinków

prostych wymaganych dla uzyskania sta-

bilnego przepływu powietrza. Osiągnięto

zbliżone wyniki obliczeń objętości strumie-

nia powietrza nawiewanego iwywiewa-

nego, ztendencją do niewielkiego nadci-

śnienia w budynku (różnica w objęto-

ściach powietrza poniżej 10%).

Pomiary

Wcelu określenia sprawności odzysku

wilgoci w niehigroskopijnym wymienniku

obrotowym wykonano pomiary tempera-

tury i wilgotności względnej w czterech

punktach pomiarowych, czujniki umiesz-

czono w kanałach powietrznych w cen-

trali wentylacyjnej. Przybliżoną lokalizację

czujników przedstawiono schematycznie

na Rys. 6. Pomiary prowadzono wdniach

26 – 28 grudnia 2024, 10 – 14 stycznia

2025 oraz 19 – 26 lutego 2025, Interwał

pomiarów wynosił 5 minut.

Wtabeli 1 przedstawiono parametry

wykorzystywanych czujników pomiaro-

wych.

Ze względu na obserwowanie, istot-

nych w kontekście przyszłych obliczeń,

rozbieżności pomiędzy rejestrowanymi

parametrami wilgotności względnej,

przed przystąpieniem do pomiarów za-

sadniczych dokonano ręcznej kalibracji

czujników pomiarowych. Wtym celu reje-

stratory umieszczano kolejno wotoczeniu

o różnej temperaturze i wilgotności

względnej (Rys. 7). Wykazano, że czujniki

pomiarowe nie wymagają kalibracji pod

względem wskazań temperatury, aobser-

wowane rozbieżności mieszczą się

w przedziale dokładności deklarowanej

przez producenta. W przypadku wilgot-

ności względnej dokonano ręcznej kali-

bracji wyników. Wjej efekcie, wporów-

naniu do średniej arytmetycznej wilgotno-

ści względnej, 99% wskazań zczujników

mieści się w przedziale dokładności od-

czytanym zkarty katalogowej rejestratora.

Obliczenia

Na podstawie wykonanych pomiarów

określono sprawność temperaturową wy-

miennika (1). Wcelu określenia sprawno-

ści odzysku wilgoci (7) niezbędne było

obliczenie zawartości wilgoci wposzcze-

gólnych punktach pomiarowych oraz wy-

kluczenie warunków, w których nie ma

szansy za zaistnienie kondensacji. Wtym

celu wykorzystano zależności przedsta-

wione równaniami 2 – 6.

Sprawność temperaturowa wymiennika:

(1)

gdzie:

– temperatura powietrza nawie-

wanego do pomieszczeń, °C

Tab. 1 Parametry urządzeń pomiarowych wykorzystanych wbadaniu

Parametr

Rejestrator wilgotności itemperatury

Testo 174 H

Miernik prędkości przepływu

powietrza Testo 0635.1049

Miernik prędkości przepływu

powietrza Airflow LCA301

Zakres pomiarowy

Temperatura: (‒20) do 70

RH: 0 do 100%

Prędkość: 0 do10 m/s Prędkość: 0,25 do30 m/s

Dokładność

Temperatura:

±0,5

C wzakresie (‒20) do 70

RH: ±3,0% wzakresie

od 2 do 98% w+25

±0,03% RH/K ± 1 cyfra/y

Prędkość: ± (0,03m/s + 5%

wartości mierzonej

Prędkość: ± 1% wartości

odczytanej ± 0,02 m/s

Rozdzielczość

Temperatura: 0,1

RH: 0,1 %

Prędkość: 0,1 m/s Prędkość: 0,01 m/s

Interwał pomiarów 5 min

Pomiar 10 sekund, średnia dla

każdego z10 punktów

pomiarowych wkanale

Wartość średnia z15 sekund

pomiarów

Rys. 5

Badana

centrala

wentylacyj-

Rys. 6

Schemat opomiarowa-

nia wymiennika wcen-

trali wentylacyjnej,

oznaczenia: t

– czujnik

temperatury iwilgotno-

ści wdanej sekcji ukła-

Rys. 7

Kalibracja czujników pomiarowych – wyniki po kalibracji

Księga4_25.indb 37Księga4_25.indb 37 15.04.2025 17:27:5715.04.2025 17:27:57

– temperatura powietrza zewnętrz-

nego, °C

– temperatura powietrza wywie-

wanego zpomieszczeń, °C

Ciśnienie cząstkowe pary wodnej

wstanie nasycenia [13]:

(2)

(3)

gdzie:

t – temperatura powietrza wdanym

punkcie pomiarowym, °C

Ciśnienie cząstkowe pary wodnej

wwarunkach pomiarowych:

(4)

gdzie:

RH – wilgotność względna, %

Zawartość wilgoci wpowietrzu:

(5)

gdzie:

b – ciśnienie barometryczne, Pa

(brak danych pomiarowych,

założono wartość 1000hPa)

Temperatura punktu rosy powietrza

wywiewanego [14]:

(6)

gdzie:

– ciśnienie cząstkowe pary wod-

nej w powietrzu wywiewanym

zpomieszczeń, Pa

Sprawność odzysku wilgoci:

(7)

gdzie:

– zawartość wilgoci w powietrzu

nawiewanym do pomieszczeń,

g/kg p.s.

– zawartość wilgoci w powietrzu

zewnętrznym, g/kg p.s.

– zawartość wilgoci w powietrzu

wywiewanym z pomieszczeń,

g/kg p.s.

Analiza danych idyskusja

W wyniku przeprowadzonych badań

wykazano odzysk ciepła iwilgoci wniehi-

groskopijnym wymienniku obrotowym.

Rys. 8. przedstawia rozkład obliczonych

wartości. Średnia sprawność temperaturo-

wa wymiennika wyniosła wokresie pomia-

rów η

= 75%, przy czym odnotowany

przedział sprawności temperaturowej jest

bardzo wąski izawiera się wgranicach 74

– 76% (a). Wyniki obliczeń sprawność od-

zysku wilgoci dały mniej stabilne rezultaty,

zawierające się w przedziale 18 – 48%,

przy czym połowa wyników znajduje się

wprzedziale 27 – 36%. Zarówno mediana

jak iwartość średnia wynoszą η

= 32%.

W badanych okresach czasowych

wartość temperatury wewnętrznej utrzy-

mywała się w przedziale od 19,6

C do

21, 1

C, maksymalna amplituda tempera-

tury wyniosła więc Dt = 1,5

C. Przy danej

amplitudzie nie odnotowano wpływu

zmiany temperatury wewnętrznej na

sprawność odzysku ciepła jawnego oraz

odzysku wilgoci w wymienniku. Wpływ

pozostałych parametrów powietrza we-

wnętrznego izewnętrznego na sprawność

całkowitą wymiennika poddano dalszej

analizie idyskusji.

Na wykresie (Rys. 9) przedstawiono

sprawność temperaturową oraz sprawność

odzysku wilgoci wzależności od tempera-

tury zewnętrznej. Wokresie pomiarowym,

wktórym wystąpiły warunki do wykrople-

nia wilgoci wwymienniku obrotowym, za-

rejestrowana została temperatura ze-

wnętrzna od ‒4,4

C do 5,2

C. Spraw-

ność temperaturowa utrzymywała się

wwąskim zakresie, nie wykazano wpływu

temperatury zewnętrznej na osiągane wy-

niki. Podczas trwania badań dominowały

temperatura powietrza zewnętrznego zza-

kresu (‒1

C) ‒ 3

C, jej udział wyniósł 82%

wskazań czujnika. Zgodnie zliteraturą [15],

w warunkach wystąpienia kondensacji

pary wodnej sprawność odzysku wilgoci

wzrasta wraz ze spadkiem temperatury

zewnętrznej. Sprawność ta osiąga jednak

pewną wartość maksymalną iwraz zdal-

szym spadkiem temperatury zewnętrznej

następuje jej stabilizacja. Dzieje się tak po-

nieważ powietrze zewnętrzne przed wej-

ściem do centrali wentylacyjnej osiąga za-

wartość wilgoci bliską punktowi saturacji

(nasycenia) i ma ograniczoną zdolność

dalszego pochłaniania wilgoci. Wzakresie

temperatury zarejestrowanej podczas ba-

dań nie osiągnięto stabilizacji sprawności

odzysku wilgoci wwymienniku, nie wyka-

zano również istotnego wzrostu sprawności

odzysku wilgoci wraz ze wzrostem tempe-

ratury (Rys. 9). Oznaczona na wykresie

tendencja wzrostowa nie znajduje potwier-

dzenia wliteraturze ijest prawdopodobnie

spowodowana stosunkowo niewielką licz-

bą pomiarów wgranicznych wartościach

temperatury. Maksymalna sprawność od-

zysku wilgoci dla analizowanego aluminio-

wego wymiennika obrotowego prawdo-

podobnie nie została osiągnięta, ajej uzy-

skanie warunkowane jest występowaniem

temperatury powietrza zewnętrznego niż-

szej niż ‒4,4

C. Wpływ na uzyskane wyni-

ki może mieć również prawdopodobna

nieco mniejsza objętość strumienia powie-

trza wywiewanego niż nawiewanego, co

wwarunkach zimowych obniża wyniki za-

równo sprawności temperaturowej jak iod-

zysku wilgoci.

a) b)

Rys. 8

Rozkład wyników obliczeń sprawności tempe-

raturowej (a) oraz sprawności odzysku wilgoci

(b) wokresie pomiarowym

Rys. 9

Sprawność temperaturowa

oraz sprawność odzysku wilgo-

ci wzależności od temperatury

zewnętrznej

4/2025 www.informacjainstal.com.pl

Księga4_25.indb 38Księga4_25.indb 38 15.04.2025 17:27:5815.04.2025 17:27:58

Sprawność odzysku wilgoci wniehigro-

skopijnym wymienniku obrotowym zależna

jest od zawartości wilgoci wpowietrzu usu-

wanym z pomieszczeń, a tym samym od

wilgotności względnej tego powietrza. Za-

leżność te, wraz zzależnością sprawności

temperaturowej od zawartości wilgoci

wpowietrzu wywiewanym, przedstawiono

na poniższych wykresach (Rys. 10, 11).

Wraz ze wzrostem zawartości wilgoci

oraz wilgotności względnej powietrza wy-

wiewanego odnotowano wzrost sprawno-

ści odzysku wilgoci. Związane jest to bez-

pośrednio zzależnością wiążącą te para-

metry ztemperaturą punktu rosy. Przykła-

dową zależność przedstawiono na wykre-

sie i-x Moliera (Rys. 12). Dla punktu 1,

znajdującego się na przecięciu linii tempe-

ratury wewnętrznej 20

C ikrzywej wilgot-

ności względnej równej 30%, temperatura

punktu rosy wynosi t

= 2,2

C przy zawar-

tości wilgoci równej x = 4,5 g/kg p.s.

Wprzypadku wyższej wilgotności względ-

nej np. 40% (punkt 2), przy tej samej tem-

peraturze wewnętrznej temperatura punktu

rosy wynosi t

= 6,0

C. Wraz ze wzrostem

zawartości wilgoci wpowietrzu wywiewa-

nym zpomieszczeń, wzrasta zatem tempe-

ratura punktu rosy, ato zkolei wpływa na

zwiększenie obszaru wymiennika, w któ-

rym może zajść zjawisko kondensacji pary

wodnej. Wraz ze wzrostem powierzchni

na której wykrapla się kondensat, może

więc wzrastać sprawność odzysku wilgoci

(zwykluczeniem pewnych warunków opi-

sanych poniżej). Uzyskana sprawność

temperaturowa zawierała się w wąskim

zakresie wartości, jej zależność od zawar-

tości wilgoci wpowietrzu wywiewanym nie

została wykazana.

Według [15], [16] w wymiennikach

obrotowych może wystąpić nadmiar zgro-

madzonego kondensatu na powierzchni

lamel wymiennika. Nadmiar wody wystąpi

zarówno w wymiennikach higroskopij-

nych, jak i niehigroskopijnych, w warun-

kach wktórych powietrze zewnętrzne nie

będzie wstanie pochłonąć całości wilgoci

pochodzącej z powietrza usuwanego.

Jednym zpowodów wystąpienia tego zja-

wiska może być wysoka wilgotność

względna powietrza zewnętrznego, zbli-

żona do punktu nasycenia. Drugą przy-

czyną może być bardzo wysoka zawar-

tość wilgoci wpowietrzu usuwanym zpo-

mieszczeń, warunkowana występowa-

niem w obiekcie dużych/ponadnorma-

tywnych zysków wilgoci. Zjawisko to nie

zostało odnotowane podczas prowadze-

nia badań, może mieć ono jednak wpływ

na ograniczenie sprawności odzysku wil-

goci przy wysokiej zawartości wilgoci

w powietrzu wywiewanym (Rys. 10).

W warunkach nasycenia powietrza ze-

wnętrznego, wtemperaturze poniżej 0

nadmiar kondensatu uformuje na po-

wierzchni wymiennika warstwę lodu. Za-

gadnienie przemarzania niehigroskopijne-

go wymiennika obrotowego zostało opisa-

ne szerzej winnych publikacjach np. [17].

Uzyskaną sprawność temperaturową

oraz sprawność odzysku wilgoci skonfron-

towano zwynikami opisywanymi wlitera-

turze. Według R. B. Holmberga [15]

Rys. 10

Sprawność temperatu-

rowa oraz sprawność

odzysku wilgoci

wzależności od

zawartości wilgoci

wpowietrzu wywie-

wanym

Rys. 11

Sprawność temperatu-

rowa oraz sprawność

odzysku wilgoci

wzależności od wil-

gotności względnej

powietrza wywiewa-

nego

Rys. 12

Przykład wyznaczania

punktu rosy dla tempe-

ratury wewnętrznej

C iwilgotności

względnej (1) 30% oraz

(2) 40%

Ogrzewanie, wentylacja, klimatyzacja

Księga4_25.indb 39Księga4_25.indb 39 15.04.2025 17:27:5815.04.2025 17:27:58

wpływ parametrów powietrza wewnętrz-

nego oraz zewnętrznego, tj. temperatury

oraz wilgotności względnej przedstawić

można graficznie za pomocą wykresu

(Rys. 13). Na wykresie zaznaczono ob-

szar występowania parametrów powie-

trza podczas prowadzenia badań. Za li-

nie ograniczające przyjęto krzywe zbliżo-

ne do rejestrowanych wczasie pomiarów

parametrów powietrza wewnętrznego (t =

C, f = 30%) oraz (t = 21

C, f = 40%).

Uzyskany obszar możliwych do osiągnię-

cia wartości sprawności odzysku wilgoci

pokrywa się zwartościami obliczonymi na

podstawie przeprowadzonych pomiarów.

Obliczona sprawność temperaturowa wy-

miennika obrotowego również osiąga

wartość przedstawioną na wykresie. Za-

znaczony obszar wdobrym stopniu uka-

zuje więc sprawności uzyskane w wy-

mienniku w warunkach pomiarowych.

Wcelu poznania dokładnych granic pola

sprawności odzysku wilgoci niezbędne

jest przeprowadzenie dokładniejszych

iobszerniejszych badań wzakresie niskich

wartości temperatury zewnętrznej.

Wnioski

Wartykule omówiono zjawisko odzy-

sku energii w wentylacyjnych wymienni-

kach do odzysku ciepła jawnego icałko-

witego oraz przedstawiono wyniki pomia-

rów niehigroskopijnego wymiennika obro-

towego pracującego w warunkach kon-

densacji. Na podstawie analizy danych

pomiarowych idostępnej literatury sformu-

łowano następujące wnioski:

1. Uzyskanie odzysku wilgoci w niehi-

groskopijnych wymiennikach obroto-

wych warunkowane jest występowa-

niem parametrów powietrza zewnętrz-

nego iwywiewanego (t, RH) sprzyja-

jących zjawisku kondensacji, czyli

umożliwiających osiągniecie tempera-

tury punktu rosy (t

) wobszarze wylo-

towym wymiennika.

2. Wg informacji literaturowych [15]

sprawność odzysku wilgoci zależna

jest od temperatury izawartości wilgo-

ci w powietrzu zewnętrznym, czego

nie udało się wpełni zaobserwować

wtrakcie badań. Zgodnie zliteraturą

sprawność odzysku wilgoci wzrasta

wraz ze spadkiem temperatury ze-

wnętrznej. Osiąga również pewne

maksimum, zależne od parametrów

powietrza wewnętrznego.

3. Na podstawie pomiarów potwierdzo-

no wzrost sprawności odzysku wilgoci

wraz ze wzrostem zawartości wilgoci

iwilgotności względnej powietrza wy-

wiewanego wbadanym zakresie.

4. Wtrakcie badań sprawność odzysku

wilgoci wynosiła od 18% do 48%,

osiągając wartość średnią η

= 32%.

Uzyskane wyniki znajdują potwier-

dzenie wliteraturze (Rys. 13).

5. Wtrakcie badań sprawność tempera-

turowa wymiennika utrzymywała stałą

wartość około η

= 75% niezależnie

od temperatury zewnętrznej oraz za-

wartości wilgoci iwilgotności względ-

nej powietrza wywiewanego.

6. Badania przeprowadzono w warun-

kach rzeczywistych, winstniejącej in-

stalacji, gdzie utrudnione było uzyska-

nie informacji orzeczywistych objęto-

ściach strumienia powietrza przepły-

wającego przez wymiennik. Na za-

prezentowane wyniki wpływać mogą

spodziewane, jednak nieokreślone,

nieszczelności wymiennika obrotowe-

go oraz niezbilansowane objętości

strumienia powietrza nawiewanego

iwywiewanego. Porównanie wyników

uzyskanych wtrakcie badań oraz da-

nych literaturowych pozwalają jednak

przypuszczać, że te nieprecyzyjne

dane nie wpłynęły drastycznie na

osiągi wymiennika.

7. Częściowy odzysk wilgoci wniehigro-

skopijnych wymiennikach obrotowych,

wynikający ze zjawiska kondensacji,

może ograniczać liczbę godzin dys-

komfortu termicznego, spowodowane-

go niską wilgotnością względną wpo-

mieszczeniach wokresie zimowym.

8. W celu poznania dokładnych zależ-

ności wiążących parametry powietrza

wewnętrznego i zewnętrznego oraz

sprawność temperaturową i odzysku

wilgoci, niezbędne jest przeprowa-

dzenie dalszych badań w szerszym

zakresie parametrów powietrza

wukładzie.

LITERATURA

[1] European Commission – Department: Energy,

“Energy efficiency in buildings,” 2020.

[2] European Commission, “The European Green

Deal.” Accessed: Feb. 18, 2025. [Online].

Available: https://commission.europa.eu/

strategy-and-policy/priorities-2019-2024/

european-green-deal_en

[3] Eurostat, “Energy consumption in households.”

Accessed: Feb. 18, 2025. [Online]. Available:

https://ec.europa.eu/eurostat/statistics-ex-

plained/index.php?title=Energy_consump-

tion_in_households

[4] Polska Norma PN-EN ISO 13789:2017-10

Cieplne właściwości użytkowe budynków –

Współczynniki przenoszenia ciepła przez

przenikanie iwentylację – Metoda obliczania.

[5] M. Baborska-Narożny, M. Kostka, “Seasonal

Air Quality in Bedrooms with Natural, Mechan-

ical or Hybrid Ventilation Systems and Varied

Window Opening Behavior-Field Measure-

ment Results”, Energies (Basel), vol. 15, no. 24,

Dec. 2022, doi: 10.3390/en15249328.

[6] D. Kwiecień, A. Zając, “Warunki wilgotnościo-

we wpomieszczeniach zklimatyzacją opartą

na osuszaniu kondensacyjnym – uwarunkowa-

nia i ograniczenia. Humidity conditions in

rooms with air conditioning based on conden-

sation dehumidification”, Instal 10/2024, s.

22-29, doi: 10.36119/15.2024.10.4.

[7] Ministerstwo Inwestycji i Rozwoju, “Dane do

obliczeń energetycznych budynków.”

Accessed: Mar. 09, 2025. [Online]. Available:

https://www.gov.pl/web/archiwum-inwest-

ycje-rozwoj/dane-do-obliczen-ener-

getycznych-budynkow

[8] P. Narowski, “Fizyka Budowli, TLM 2000 Pro-

ject.” Accessed: Mar. 09, 2025. [Online].

Available: http://fizyka-budowli.pl/

[9] H. Y. Bai, P. Liu, M. Justo Alonso, H. M. Mathisen,

“A review of heat recovery technologies and

their frost control for residential building ventila-

tion in cold climate regions”, Jul. 01, 2022,

Elsevier Ltd. doi: 10.1016/j.rser.2022.112417.

[10] A. Mardiana-Idayu, S. B. Riffat, “Review on heat

recovery technologies for building applications”,

Feb. 2012. doi: 10.1016/j.rser.2011.09.026.

[11] 1205079221 Y. Men, X. Liu, T. Zhang, “Exper-

imental and numerical analysis on heat and

moisture recovery performance of enthalpy

wheel with condensation”, 1205079221 Ener-

gy Convers Manag120 5 079221

[12] M. Jakubiak, M. Porowski, “Sterowanie ener-

gooptymalne systemami HVAC zrecyrkulacją

i odzyskiem ciepła w pomieszczeniach czy-

stych. Energy-optimized control of HVAC sys-

tems with recirculation and heat recovery in

cleanrooms”, Instal 7-8/2021, s. 20-24, doi:

10.36119/15.2021.7-8.3.

[13] J. Huang, “Asimple accurate formula for calcu-

lating saturation vapor pressure of water and

ice”, J Appl Meteorol Climatol, vol. 57, no. 6,

pp. 1265–1272, Jun. 2018, doi: 10.1175/

JAMC-D-17-0334.1.

[14] A. Pełech, Wentylacja iklimatyzacja – podsta-

wy. 1205079246 Oficyna Wydawnicza

Politechniki Wrocławskiej, 2008.

[15] R. B. Holmberg, “Prediction of Condensation

and Frosting Limits in Rotary Wheels for Heat

Recovery in Buildings. ASHRAE Transcription

95:64-69”, 1989.

[16] K. M. Smith, S. Svendsen, “The effect of arota-

ry heat exchanger in room-based ventilation on

indoor humidity in existing apartments in tem-

perate climates”, Energy Build, vol. 116, pp.

349–361, Mar. 2016, doi: 10.1016/j.

enbuild.2015.12.025.

[17] P. Kanaś, A. Jedlikowski, S. Anisimov, “Frost

accumulation in the non-hygroscopic rotary heat

exchanger for heat recovery”, Int J Heat Mass

Transf, vol. 228, p. 125608, Aug. 2024, doi:

10.1016/J.IJHEATMASSTRANS-

FER.2024.125608.

n

Rys. 13

Wykres sprawności temperaturowej

isprawności odzysku wilgoci dla niehigro-

skopijnego wymiennika ciepła, przy pręd-

kości obrotowej 15 obr./min, prędkości

powietrza 3 m/s igęstości powietrza

1,2 kg/m

, na podstawie [15]

Księga4_25.indb 40Księga4_25.indb 40 15.04.2025 17:27:5915.04.2025 17:27:59