Optymalizacja systemów zmiennowydatkowych - VAV

Systemy wentylacyjne bazujące na stałej wydajności powietrza - CAV coraz częściej zastępowane są przez nowoczesne układy o zmiennej ilości powietrza wentylacyjnego - VAV. Te w ostatnich latach ze względu na duże zainteresowanie inwestorów i projektantów , szczególnie w kontekście znacznych oszczędności na energii potrzebnej do eksploatacji systemów wentylacyjno – klimatyzacyjnych, przeszły szereg udoskonaleń.

VAV a oszczędność energii 

Aktualnie instalowane systemy wentylacji generują znaczną część kosztów energii w codziennym użytkowaniu budynku. Specjaliści z branży HVAC cały czas zastanawiają się nad wymogami odnośnie urządzeń i systemów w kontekście oszczędności energii. Nigdy wcześniej wykorzystanie energii i optymalizacja klimatu wewnątrz budynków nie było tak wysoko na liście priorytetów. Fakt, że zużycie energii w ramach sektora budowlanego stanowi ponad  40% europejskiego zużycia CO2 oraz liczne badania nowoczesnych biurowców pokazujące, że ludzie spędzają w biurach do 70% swojego czasu pracy, powodują wzrost popytu na elastyczne rozwiązania odnośnie kształtowania klimatu wewnętrznego budynków.

Gdzie stosować VAV ?

VAV jest skrótem od "Variable Air Volume", czyli zmiennej ilości powietrza. Instalacja poprzez zmienny strumień powietrza ma pokryć zaistniałe w skutek użytkowania zyski/straty ciepła oraz dostarczyć optymalną ilość świeżego powietrza. W popularnych ze względu na niższe koszty inwestycyjne i prostszy projekt systemach stałowydatkowych CAV ( Constans Air Volume ) strumień powietrza jest cały czas ten sam natomiast zmienia się temperatura powietrza w celu zapewnienia parametrów projektowych. System CAV jest jednak dużo bardziej energochłonny w trakcie użytkowania ze względu na fakt iż działa cały czas na pełnej wydajności, niezależnie od realnego zapotrzebowania.

VAV jest dedykowany do  pomieszczeń o zmiennym zapotrzebowaniu na powietrze, gdzie np. liczba osób jest zmienna w ciągu doby. Intensywność wentylacji może być kontrolowana w zależności od stężenia np. CO2, który jest dobrym wskaźnikiem jakości powietrza w pomieszczeniu. Innym jest obciążenie cieplne, wynikające z obecności ludzi, pracy komputerów czy nasłonecznienia, które jest też bardzo ważne w kontekście określenia wielkości wentylacji w pomieszczeniu. Te obciążenia cieplne prawie zawsze zmieniają się w ciągu dnia i nocy. Poprzez utrzymywanie stałej temperatury powietrza nawiewanego, niższej od temperatury pokojowej i zamiast regulować przepływ powietrza w stosunku do żądanej temperatury pokojowej, zyski ciepła odbierane są odpowiednią ilością powietrza. Zmiany w przepływie powietrza są spowodowane przez przepustnice kanałowe lub specjalne nawiewniki z siłownikiem z funkcją przepustnicy. VAV mogą być stosowane zarówno w wentylacji wyporowej jak i wentylacji mieszającej. W prawie wszystkich typach systemów sensowne wydaje się dostosowywanie ilości dostarczanego powietrza, do aktualnego zapotrzebowania wynikłego z użytkowania i funkcji danego budynku. Ponad to takie zmniejszenie wielkości strumienia powietrza wpłynie na zmniejszenie energii potrzebnej do chłodzenia / ogrzewania powietrza zewnętrznego i co za tym idzie do kolejnych oszczędności. Oprócz oszczędności finansowej związanej ze zmniejszeniem zużycia energii, systemy VAV umożliwiają utrzymanie wybranej temperatury pojedynczego pomieszczenia przy różnych obciążeniach. Przeprowadzone liczne badania i testy, wykazały, że istnieje zależność pomiędzy temperatury pracy w pokoju i wydajności pracowników przebywających w danym pomieszczeniu. Jeśli temperatura w pomieszczeniu nie jest odpowiednia, wydajność pracy spadnie, co w wielu przypadkach oznacza ekonomiczną stratę dla firmy zatrudniającej danych pracowników. Te kilka kwestii ekonomiczno-funkcjonalnych daje do zrozumienia, że systemy VAV, pomimo droższej jednorazowej inwestycji, zwrócą się w dłuższej perspektywie czasu przez oszczędności kosztów energii.

Nowoczesne układy VAV

Obecne oczekiwania jak największego obniżenia kosztów eksploatacyjnych systemu wentylacyjnego oraz zapewnienia jak najlepszego komfortu użytkownikom budynków, sprawiają, że nowoczesne instalacje VAV muszą być wyposażone w różnego typu elementy pomiarowo-regulacyjne i dedykowaną automatykę kontrolno-sterującą.  Same systemy VAV ze względu na wykorzystane urządzenia mogą mieć różne stopnie zaawansowania. Najprostsze systemy VAV to tzw. stałociśnieniewe układy, które nie mają pomiaru przepływu a wywiew jest regulowany proporcjonalnie do nawiewu. Taki system utrzymuje stałe ciśnienie na kanale nawiewnym. Bardziej dokładne układy doposażone są w regulatory z pomiarem przepływu powietrza dzięki czemu regulacja jest dużo dokładniejsza i niezależna od ciśnienia w instalacji.

Systemy VAV najnowszych generacji ( patrz. Rys. 1 ) to jednak dużo bardziej zaawansowane układy bazujące na rozbudowanej automatyce mającej na celu optymalizację i stały monitoring całej instalacji. Każdy element czy będzie to nawiewnik czy regulator przepływu wysyła sygnały zwrotne o stanie pracy w jakim właśnie się znajduje. Nowoczesne systemy VAV mają funkcję sterowania na żądanie, za pomocą np. nawiewników z czujką obecności ( patrz. Rys 2 ) która wykrywa obecność w pomieszczeniu, a w przypadku niewykrycia obecności, przechodzi w tryb niskiego przepływu powietrza, co pozwala zoptymalizować zużycie energii. Rozwiązanie to jest głównie oparte na regulacji przepływu objętościowego, który zapewnia system zmiennego ciśnienia. Inaczej niż w systemach ciśnienia stałego aktualnie dostępnych na rynku, układ przewodów w systemie zmiennego ciśnienia ma mniejsze znaczenie, a ilość regulatorów została zredukowana. Dzięki systemowi zmiennego ciśnienia możliwe jest uzyskanie prawidłowego przepływu powietrza w każdej części systemu, we wszystkich warunkach działania. Jednym z kluczowych elementem takiego systemu jest nowoczesna puszka rozprężna wyposażona w regulator przepływu i specjalną przepustnicę liniową wraz z siłownikiem (patrz. Rys.3 ). Skrzynka dostraja każdy z anemostatów w systemie do prawidłowego przepływu powietrza. W połączeniu z wbudowanym regulatorem zdolnym do precyzyjnego pomiaru przepływów, eliminuje konieczność umieszczenia dodatkowych regulatorów pomiędzy wentylatorem a skrzynką. Wszystkie zastosowane w tym rozwiązaniu części mają standardowe ustawienia fabryczne i mogą zostać łatwo dopasowane oraz uruchomione po zamontowaniu. Systemy VAV w dużym stopniu ograniczają zużycie energii potrzebnej do transportu oraz procesu schładzania powietrza. Przedstawiony wyżej system umożliwia jeszcze większe ograniczenie konsumpcji energii. Zamiast tradycyjnej regulacji ciśnienia wentylatora, posiada funkcję optymalizującą wentylator, kontrolującą prędkość zarówno wentylatora nawiewu, jak i wyciągowego. System utrzymuje 85% otwarcie co najmniej jednej przepustnicy, dzięki czemu we wszystkich częściach systemu obecna jest odpowiednia ilość powietrza, ale jednocześnie wentylator nie wytwarza ciśnienia większego, niż jest to konieczne. Dla optymalnej kontroli wentylatora system odczytuje pozycje wszystkich nawiewników w danym pomieszczeniu.

Podsumowanie

Zainteresowanie zoptymalizowanymi systemami VAV w nowoczesnym budownictwie cały czas rośnie. Liczne zalety takie jak przede wszystkim bardzo duże oszczędności energii dochodzące nawet do 85% w stosunku do prostych systemów CAV, czy 55% w stosunku do VAV z kontrolą stałego ciśnienia, czy pełna kontrola nad pracą systemu, zachęcają kolejnych inwestorów szukających najlepszych rozwiązań dla swoich inwestycji. Świadomi inwestorzy już dawno odkryli jak duże korzyści przede wszystkim finansowe może dać im nowoczesny i energooszczędny system wentylacyjno-klimatyzacyjny. Dodatkowo użytkownicy budynków oczekują coraz wyższych standardów i jakość powietrza wewnątrz biur. To sprawia, że również systemy VAV cały czas podlegają unowocześnieniom i rozbudowie możliwości działania. Zawansowana automatyka systemu VAV z funkcją optymalizacji pracy systemu to w tym momencie najkorzystniejsze rozwiązanie w kontekście niskich kosztów eksploatacyjnych układu.