ABC ogrzewania i chłodzenia powierzchniowego. Chłód na sucho

W nawiązaniu do poprzedniego artykułu należy wyjaśnić, iż płyty systemowe suche do ogrzewania i/lub chłodzenia nie różnią się niczym. Natomiast ich odmienne działanie związane jest jedynie z różnymi parametrami czynnika zasilającego. Gdy system suchy zasilamy czynnikiem grzewczym, mamy do czynienia z ogrzewaniem. Gdy system suchy zasilamy czynnikiem chłodzącym, mamy do czynienia ze schładzaniem. Z tego względu często będą się w artykule pojawiać analogie lub przeciwieństwa systemów grzania i chłodzenia ściennego oraz próby łączenia ich w zależności od potrzeb. Motorem napędowym rozwoju nowych technologii w tym segmencie techniki są niewątpliwie rosnące wymagania użytkowników obiektów budowlanych oraz wzrost cen nośników energii. Podstawową cechą systemów powierzchniowych jest wykorzystywanie powierzchni przegród budowlanych do przekazywania strumienia chłodu na pokrycie zysków ciepła pomieszczeń. Takie rozwiązanie umożliwia redukcję elementów wyposażenia wnętrz, przeznaczonych tylko do celów schładzania lub klimatyzacji, jak fancoile, systemy schładzania powietrznego. Poprzez całkowite pokrycie zysków ciepła od ludzi, przegród i wyposażenia pomieszczeń można znacznie zredukować strumień powietrza wentylacji schładzającej do strumienia powietrza wynikającego z potrzeb higienicznych. Uzyskujemy wówczas więcej wolnej przestrzeni do dyspozycji, z możliwością swobodnej aranżacji, bez ograniczeń spowodowanych elementami instalacji. W przypadku budynków biurowych lub usługowych pomieszczenia są projektowane jako wielkokubaturowe, tzw. open space, z wydzielonymi węzłami sanitarnymi. Podział na mniejsze pomieszczenia często realizowany jest po sprzedaży lub wynajęciu dużych pomieszczeń. Wydzielenie mniejszych pomieszczeń realizowane jest w technologii ze ścianami gipsowo-kartonowymi. Zastosowanie systemu suchego pozwala na zintegrowanie systemu grzania i chłodzenia w ramach systemu ścianek działowych, gdzie zamiast zwykłych płyt gipsowo-kartonowych wykorzystywane są płyty grzewcze lub chłodzące systemu suchego. Cechą charakterystyczną systemu chłodzenia ściennego jest znaczne „rozwinięcie” powierzchni schładzającej w stosunku do tradycyjnych rozwiązań z fancoilami. Duża powierzchnia chłodzenia oznacza relatywnie wysoką temperaturę samej powierzchni chłodzącej przy zachowaniu wymaganej wydajności całkowitej.
Zagadnienie to należy rozpatrywać w dwóch aspektach: ekonomicznym i komfortu cieplnego. Aspekt ekonomiczny oznacza redukcję zapotrzebowania na chłód, wynikającą z wyższej temperatury w pomieszczeniach schładzanych lub klimatyzowanych oraz bardziej efektywne wykorzystanie tradycyjnych lub nietypowych źródeł chłodu. Przy dużej powierzchni chłodzącej większy jest udział niskiej temperatury przegród (mniejsze promieniowanie) w kształtowaniu komfortu cieplnego oraz absorbowaniu ciepła niż przy chłodzeniu tradycyjnym, a więc komfort cieplny jest odczuwalny przy wyższej temperaturze powietrza. Wyższa temperatura w pomieszczeniach schładzanych lub klimatyzowanych oznacza mniejsze zapotrzebowanie na strumień zimna. Wynika to z faktu, iż przy mniejszej średniej różnicy temperatur po obu stronach przegród występują mniejsze zyski ciepła wynikające z przenikania ciepła przez przegrody. Dotyczy to przegród pomiędzy pomieszczeniami schładzanymi i pomieszczeniami bez schładzania lub przegród zewnętrznych pomieszczeń schładzanych. Niższe zapotrzebowanie na strumień zimna wynika także z mniejszego zapotrzebowania na zimno dla schłodzenia powietrza wentylacyjnego, ponieważ powietrze zewnętrzne musi być schłodzone do wyższej temperatury, odpowiednio do temperatury w pomieszczeniu schładzanym. Gdy chłodzenie powierzchniowe pracuje przy wyższej temperaturze czynnika chłodzącego, bardziej efektywnie mogą pracować źródła chłodu, takie jak chillery lub pompy ciepła. Relatywnie wysoka temperatura zasilania oznacza możliwość praktycznego wykorzystania części zimna z niekonwencjonalnych źródeł chłodu, np. wody wodociągowej, która będzie wykorzystana na potrzeby ciepłej wody użytkowej lub zimna, które może zapewnić kolektor ziemny w trakcie regeneracji. Przy zastosowaniu pomp ciepła pracujących w trybie odwróconym, gdy pożądanym efektem jest pozyskanie chłodu, w pewnych warunkach zbliżenie średnich temperatur dolnego i górnego źródła ciepła o 1oC może spowodować poprawę efektywności pracy urządzenia nawet o 10%. Interesującym zagadnieniem przy opracowywaniu koncepcji schładzania pomieszczeń jest aspekt komfortu cieplnego przebywających tam osób.

Często bywa, iż komfort cieplny projektanci ograniczają tylko do zapewnienia temperatury obliczeniowej 24oC latem, zgodnie z normą PN-76/B-03421*. Odpowiednia średnia temperatura w pomieszczeniach schładzanych jest to jeden z elementów komfortu cieplnego. Ważna jest także jednorodność pola temperatur i promieniowania w pomieszczeniach schładzanych. Wszystkie te parametry zależą od przegród budowlanych, ilości przeszkleń, lokalizacji źródeł ciepła, czyli od czynników, na które projektant instalacji sanitarnych nie ma wpływu. Dlatego należy zastosować takie systemy, które pozwalają zredukować niekorzystne uwarunkowania w pomieszczeniach schładzanych. Przykładem takiego rozwiązania są systemy chłodzenia ściennego lub sufitowego. Chłodzenie powierzchniowe, dzięki rozciągnięciu powierzchni chłodzącej na dużym obszarze, pozwala na znaczną redukcję różnicy temperatur w pomieszczeniach schładzanych oraz powoduje jednorodne pole promieniowania w całym obszarze. W przypadku schłodzenia powierzchniowego istnieje możliwość redukcji chłodzenia systemami powietrznymi, co ma ogromne znaczenie dla poprawy komfortu przebywania w pomieszczeniach schładzanych lub klimatyzowanych bez efektu przeciągu. Systemy chłodzenia powierzchniowego mają jednak także ograniczenia. Podstawowym jest wydajność jednostkowa i brak możliwości jej intensyfikacji. Poniższy przykład to zobrazuje. Ze względu na obniżenie temperatur przegród można przyjąć temperaturę komfortu dla lata +28oC. Przy temperaturze zasilania czynnika chłodzącego 17oC i jego podgrzaniu o 3oC do temperatury 20oC można uzyskać wydajność chłodzenia z 1 m2 powierzchni chłodzącej ok. 40 W. Ograniczenie tkwi w temperaturze zasilania 17oC, ponieważ jej obniżenie może spowodować niebezpieczeństwo wykroplenia się wilgoci z powietrza na przegrodzie. Dla temperatury 28oC w pomieszczeniu i temperatury zasilania 17oC maksymalna wilgotność powietrza nie powinna przekraczać 48%, przy zachowaniu 1oC różnicy pomiędzy temperaturą zasilania i temperaturą kondensacji wilgoci z powietrza. Ograniczenie to powoduje zmniejszenie wydajności systemu chłodzenia, jeżeli wilgotność przekroczy wartość 48% w przedstawionym przykładzie. Koniecznym wymogiem jest stosowanie czujników punktu rosy dla zabezpieczenia przegród przed niekontrolowaną kondensacją i systemów automatyki, które będą mogły kontrolować stan wilgotności na powierzchni przegrody. Kolejnym ograniczeniem są niezbyt duże moce obiegów chłodzących. Wynika to z ograniczonej długością pętli chłodzących (do 50 m) oraz małej różnicy temperatur pomiędzy zasilaniem i powrotem czynnika chłodzącego, wynoszącym zaledwie 3oC. W układach grzewczych różnice temperatur pomiędzy zasilaniem i powrotem wynoszą od 15 do 25oC, zaś w tradycyjnych układach chłodzących różnice temperatur pomiędzy zasilaniem i powrotem wynoszą od 5 do 7oC w sensie obliczeniowym. Ograniczeniem w zastosowaniu suchych systemów chłodzenia jest asortyment kształtów płyt chłodzących oraz możliwość tworzenia lub zabudowy tylko przegród płaskich lub graniastych. Z płyt systemu suchego nie można stworzyć przegród w postaci koła lub ścian na podstawie łuku lub elipsy. Mała moc jednostkowa ogranicza zastosowanie wyłącznie suchego systemu chłodzenia powierzchniowego do obiektów dobrze izolowanych cieplnie lub o małych zyskach ciepła.
Ze względu na swoją specyfikę system każdorazowo wymaga zaprojektowania oraz realizacji przez osoby o wysokich kwalifikacjach zawodowych. W przypadku łączenia funkcji grzania i chłodzenia powierzchniowego wymiarowanie instalacji należy dokonać w oparciu o wymagane zapotrzebowanie na chłodzenie, wydajność grzewcza prawie zawsze będzie zapewniona. W niniejszym artykule scharakteryzowany został system pod względem możliwości zastosowania, specyfiki i ograniczeń. System stosowany samodzielnie, pomimo rozlicznych zalet, posiada także ograniczenia. Można jednak te ograniczenia zminimalizować, uwypuklając zalety, jeśli system suchy chłodzenia ściennego będzie stosowany w konfiguracji z innymi systemami. W przypadku klimatyzacji lub wentylacji schładzającej stanowi on doskonałe uzupełnienie systemu powietrznego. W przypadku przemyślanego ogrzewania powierzchniowego zimą z wykorzystaniem pomp ciepła, latem umożliwia schładzanie pomieszczeń bez dodatkowych kosztów przez odwrócenie pracy pompy ciepła lub, co bardziej interesujące, przez chłodzenie pasywne przy jednoczesnej regeneracji wymiennika gruntowego. Dlatego zawsze warto rozważyć możliwość zastosowania suchego systemu chłodzenia powierzchniowego przy okazji projektowania suchego systemu ogrzewania powierzchniowego.
Grzegorz Ojczyk
* PN-76/B-03421 – Wentylacja i klimatyzacja. Parametry obliczeniowe powietrza wewnętrznego w pomieszczeniach przeznaczonych do stałego przebywania ludzi.
Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf pdf

 

Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij