Racjonalizacja zużycia energii w wentylacji. Wymiana w centrali

zobacz artykuł w formie pdf zobacz pdfa zobacz pdfa zobacz pdfa

Coraz więcej mówi się o energooszczędności budynków. Dzięki programowi dofinansowania budynków energooszczędnych przez NFOŚiGW inwestorzy coraz częściej zastanawiają się nad ich wyborem, a są i tacy, którzy decydują się budować energooszczędnie.

Komfort cieplny
Nowoczesne, coraz bardziej zaawansowane technologicznie budownictwo z założenia powinno zapewnić komfort przebywania w pomieszczeniach. Odpowiednie warunki mikroklimatu uwzględniają: aspekt cieplny (za który odpowiada system ogrzewczy i izolacyjność przegród); jakość powietrza w pomieszczeniach (za który odpowiada wentylacja: oczyszczenie powietrza, kształtowanie wilgotności powietrza, zapewnienie przepływu) oraz komfort akustyczny (przy systemach wentylacji mechanicznej może być niezachowany z powodu błędnego projektu, wykonawstwa).

Z powyższego wynika, że wentylacja odgrywa decydującą rolę w zagadnieniu kształtowania komfortu przebywania w pomieszczeniach.

Czyste powietrze staje się towarem, który kosztuje – wzrasta świadomość tego faktu wśród inwestorów.

Na koszt czystego powietrza składają się koszty inwestycyjne związane z urządzeniami i ich zamontowaniem, a także koszty eksploatacyjne, które dla wentylacji w podstawowej wersji związane są z transportem powietrza, zaś dla wentylacji z funkcjami klimatyzacji związane są z dodatkowymi kosztami obróbki powietrza. Aspekt eksploatacyjny jest warty szczególnej uwagi, bowiem koszty eksploatacji (w ciągu okresu użytkowania instalacji) niejednokrotnie przekraczają koszty inwestycyjne.

Energooszczędne systemy wentylacji
Podstawową funkcją systemu wentylacji jest zapewnienie odpowiedniej jakości powietrza (przy zachowaniu komfortu akustycznego). Systemy energooszczędne realizują tę funkcję przy możliwie

najmniejszym zużyciu energii.

Aby instalacja wentylacji była energooszczędna, musi być uwzględnionych kilka aspektów:

* na etapie projektowania i instalowania;
* dotyczących rozwiązań technologicznych jednostek centralnych;
* użytkowania instalacji wentylacyjnej.

Projektowanie i wykonanie
Projektowanie i wykonanie obejmuje szereg działań, z których do najważniejszych, z punktu widzenia poszanowania energii, należą:

  • Określenie ilości powietrza wentylacyjnego

Ilość powietrza wentylacyjnego określa się po rozważeniu stosownych kryteriów i wybraniu najmniej korzystnego – największa ilość powietrza. Obserwuje się dwie przeciwstawne tendencje. Z jednej strony wymaga się większych ilości powietrza wentylacyjnego (poprawa warunków higienicznych w pomieszczeniu), z drugiej – ograniczana jest ilość powietrza (mniejsze zużycie energii). Dokładny bilans ilości powietrza zapewnić może komfort, ale również oszczędności w użytkowaniu instalacji wentylacji.

  • Dobór wielkości kanałów, izolacja

Kanał wentylacyjny transportuje zadaną ilość powietrza przy zakładanej prędkości. Prędkość powiązana jest z nakładem energetycznym, jak też emisją dźwięku. Standardowo przyjmuje się  prędkość nie większą niż 4 m/s. Ważna jest kwestia zachowania szczelności instalacji. Kanały prowadzone są przez pomieszczenia ogrzewane. Kanały należy bezwzględnie izolować. Izolacja pełni funkcję ochrony cieplnej, akustycznej, zapobiega wykropleniu się wilgoci. Grubość izolacji, z punktu widzenia ochrony cieplnej, uzależniona jest od różnicy temperatur pomiędzy temperaturą transportowanego powietrza i temperaturą otoczenia. Dbałość o izolację przekłada się na wyższy stopień efektywności energetycznej instalacji. Wykorzystuje się kanały sztywne. Przewody elastyczne stosowane są na odcinkach nie dłuższych niż 1 m. Powierzchnia wewnętrzna kanałów wentylacyjnych powinna być gładka. Gwarantuje to mniejsze zużycie energii i umożliwia okresowe czyszczenie.

  • Umiejscowienie centrali wentylacyjnej

Centralę najlepiej umieszczać w pomieszczeniach ogrzewanych – w centralnej części obsługiwanego budynku. W przypadku montażu w pomieszczeniach o ujemnej temperaturze należy bezwzględnie zaizolować dodatkowo rekuperator oraz zabezpieczyć odpływ skroplin kablem grzejnym.

  • Umiejscowienie czerpni, wyrzutni, elementów nawiewnych i wywiewnych

Czerpnie najczęściej umieszcza się w ścianie budynku, wyrzutnie na dachu. Należy zabezpieczyć czerpnię przed opadami i wiatrem oraz zapewnić pobieranie najczystszego i najchłodniejszego powietrza. Czerpnię i wyrzutnię należy czyścić co najmniej raz w roku.

Rozmieszczenie nawiewników powinno umożliwić wentylację pomieszczeń w całej kubaturze. Odpowiednie oddalenie nawiewnika od wywiewnika nadaje właściwą cyrkulację powietrza. W małych budynkach mieszkalnych preferuje się stosowanie nawiewów w pomieszczeniach mieszkalnych – czystych, zaś wyciągów w pomieszczeniach brudnych – wilgotnych.

  • Zamknięcie szczelne budynku (w tym likwidacja kanałów grawitacyjnych)

Uzyskanie wysokiej efektywności funkcjonowania instalacji wentylacyjnej może nastąpić w szczelnym budynku. Nieszczelności prowadzą do niekontrolowanej wymiany powietrza. Całkowity strumień przekracza zdecydowanie projektową ilość powietrza – przyczynia się to do zwiększonego zapotrzebowanie na ciepło na cele ogrzewcze i powstanie przeciągów.

  • Wykorzystanie dodatkowych elementów instalacji wentylacji mechanicznej
    • Gruntowe wymienniki ciepła
      Gruntowe wymienniki ciepła (GWC) są dosyć chętnie wykorzystywanym elementem. Kojarzone są z wymiennikami typu powietrznego, w których powietrze dostaje się do wymiennika poprzez tzw. czerpnię terenową, przechodzi przez wymiennik, wstępnie ogrzewając się, chłodząc, a przy wymiennikach, np. typu żwirowego, dodatkowo nawilżając się, i następnie dochodzi do rekuperatora od strony podłączenia czerpni. Wykorzystanie wymiennika gruntowego pozwala na kształtowanie temperatury powietrza nawiewanego w szerszym zakresie przy bardzo niewielkim dodatkowym nakładzie energii. W zimie zapobiega się zamrażaniu wymiennika rekuperatora, w lecie pozwala na delikatne obniżenie temperatury powietrza. Istotną kwestią jest wykorzystanie podwójnego układu czerpni (terenowa i ścienna) celem efektywnej pracy, np. w okresach przejściowych oraz w sytuacjach awaryjnych (zanieczyszczenie wymiennika gruntowego, zalanie).
    • Nagrzewnice i chłodnice wodne
      Wymienniki te w połączeniu z odpowiednią temperaturą czynników roboczych zapewniają zdecydowanie szerszy zakres temperatury przygotowywanego powietrza w okresie całego roku. Powoduje to jednak większe koszty eksploatacji niż w przypadku zastosowanie energii zgromadzonej w środowisku (gruntowe wymienniki ciepła).
    • Nagrzewnice elektryczne
      W małych instalacjach i tych użytkowanych okresowo można stosować nagrzewnice elektryczne.

Wentylacja stanowić może jedynie uzupełnienie potrzeb grzewczych i chłodniczych budynku, a nie zastępować systemy dedykowane do powyższych celów.

Technologia central wentylacyjnych

Najważniejszym elementem decydującym o efektywności instalacji wentylacyjnej jest centrala wentylacyjna, która dla prostych kompaktowych jednostek przyjmuje nazwę rekuperatora.

Cechy energooszczędnego rekuperatora:

    • Możliwie jak najwyższa sprawność wymiennika ciepła
      Wymienniki ciepła w centralach wentylacyjnych odzyskują ciepło z powietrza usuwanego i przekazują do powietrza świeżego. Prowadzi to do odzysku dużej ilości ciepła. Sprawność odzysku determinowana jest rodzajem stosowanego wymiennika, parametrami procesowymi wymiany ciepła między dwoma strumieniami powietrza. Wykorzystuje się wymienniki krzyżowe, przeciwprądowe i obrotowe. Wymienniki krzyżowe – niemal historyczne – stosowane są nadal w najprostszych rozwiązaniach central. Sprawność temperaturowa dochodzi do 60%. Zwiększoną powierzchnią kontaktu charakteryzują się wymienniki przeciwprądowe – sprawność do 90%. Wymienniki obrotowe mogą osiągnąć podobny poziom sprawności, jednak wymagają dodatkowych nakładów energii. Sprawności eksploatacyjne dobrych wymienników oscylują wokół 80%.
    • Energooszczędne wentylatory prądu stałego
      Wykorzystanie wentylatorów stałoprądowych umożliwia płynną regulację i ograniczenie zużycia energii. Z punktu widzenia instalatora wentylator EC traktować można jako falownik zespolony z silnikiem. Oszczędność energii w porównaniu do silników asynchronicznych (AC) wynosi do 35%. Głównym elementem odpowiedzialnym za energooszczędność jest silnik. Powinno stosować się silniki energooszczędne co najmniej klasy IE2, a najlepiej IE3.
    • Możliwość okresowego automatycznego wyłączenia odzysku ciepła
      W okresie letnim by-pass stosuje się w nocy celem schłodzenia budynku, a w okresie zimowym celem zabezpieczenia wymiennika przed zamarzaniem. Zalecane jest wykorzystanie by-passu automatycznego.
    • Automatyczny system antyzamrożeniowy
      Układ antyzamrożeniowy – zabezpieczenie wymiennika ciepła (płytowego) przed szronieniem. Jednym z najpopularniejszych sposobów jest zastosowanie elektrycznej nagrzewnicy wstępnej.  Zastosowanie funkcji stopniominut – załączanie w zależności od temp. zewnętrznej umożliwia ograniczenie zużycia energii. Inne sposoby realizacji odmrażania obejmują wykorzystanie automatycznego by-passu i balansowanie wentylatorów. Rozwiązania te ograniczają zdecydowanie zużycie energii, jednak czas realizacji procesu jest dłuższy niż z wykorzystaniem grzałki. Niekonwencjonalne podejście stanowi zastosowanie układu, który będzie zapobiegał wymrażania się wymiennika. Funkcję zabezpieczającą przed zamrożeniem się wymiennika pełni również wymiennik gruntowy. Wymienniki obrotowe nie wymagają układów antyzamarzaniowych.
    • Zaawansowana automatyka rekuperatora
      Sterowanie rekuperatorem odgrywa decydującą rolę w procesie efektywnego wykorzystania rekuperatora. Praktycznie przestaje się wykorzystywać sterowanie oparte na stosowaniu przełącznika trzypozycyjnego. Wyposażenie obecnych central w układy płynnej regulacji, automatyczny by-pass, monitorowanie zabrudzenia filtrów czy wymiennika, układy antyzamrożeniowe, możliwość sterowania dowolnym urządzeniem wentylacyjnym, czujniki temperatur, wilgotności, zawartości dwutlenku węgla spowodowały wyposażanie obecnych jednostek w układy programowalne z wizualizacją parametrów pracy i dostosowaniem sposobu pracy do bieżących warunków. Ostatnim trendem jest możliwość podłączenia centrali pod system BMS.
    • Izolacja termiczna i akustyczna
      Budowa rekuperatora umożliwia zamontowanie w pomieszczeniach ogrzewanych. Zamontowana izolacja chroni przed ucieczką ciepła dla różnicy temperatur kilku stopni. W przypadku większych różnic temperatur należy jednostkę dodatkowo izolować. Zastosowana ochrona izolacyjna tłumi również dźwięk emitowany przez zamontowane wentylatory, tak iż w połączeniu z poprawnie wykonaną instalacją centrala nie emituje dokuczliwego hałasu.

Filtry
Omawiając zagadnienie efektywności energetycznej central wentylacyjnych, nie można zapomnieć o stosowanych filtrach.
Mają one za zadanie oczyścić powietrze nawiewane oraz chronić wymiennik przed zanieczyszczeniem.
Należy pamiętać, że każdy filtr stanowi opór dla przepływającego powietrza. Wyróżnia się: opór początkowy dla nowego filtra, który wynosi w zależności od klasy filtracji kilkadziesiąt Pa, opór końcowy – opór filtra brudnego określa graniczny opór, po osiągnięciu którego filtr należy wymienić (ewentualnie wyczyścić). Zanieczyszczone filtry zdecydowanie zwiększają zużycie energii przez system wentylacji.

Podsumowanie
Poprawnie wykonana instalacja i wysokiej klasy centrala wentylacyjna nie zagwarantuje jeszcze energooszczędnego charakteru systemu wentylacyjnego. Nie bez znaczenia pozostanie poprawne jej użytkowanie. Instalacja wentylacji, podobnie jak ogrzewcza, powinna dopasować się do rytmu życia mieszkańców, ograniczając przepływ powietrza w porze ich nieobecności, obniżając nawiew do sypialni podczas snu, zwiększając ilość powietrza wraz z pojawieniem się domowników czy np. podczas kąpieli. System wentylacji winien być również przygotowany do zwiększenia wydajności powyżej poziomu standardowego w przypadku np. większych imprez rodzinnych. Wykorzystuje się do tego celu odpowiednie funkcje programowe oraz zestaw czujników. Przyczynia się to do energooszczędnej realizacji tak niezbędnego procesu, jakim jest dostarczenie świeżego powietrza, celem zapewniania komfortu przebywania w pomieszczeniach.

dr inż. Krystian Kurowski

 

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