Aby udzielić odpowiedzi na to pytanie, niezbędne jest przybliżenie tego sposobu ogrzewania oraz przeprowadzenie analizy porównawczej kilku wybranych systemów grzewczych — na przykładzie hali magazynowej o określonych założeniach projektowych.
W poniższym artykule przedstawimy:
Dokonując wyboru odpowiedniej instalacji grzewczej dla hali magazynowej lub produkcyjnej, należy wziąć pod uwagę poniższe czynniki:
Poniżej przedstawiamy, alternatywne dla gazu, rozwiązanie ogrzewania hali z wykorzystaniem pompy ciepła powietrze/powietrze (A2A). W kolejnym kroku porównamy to rozwiązanie z innymi rodzajami ogrzewania powietrznego: z nagrzewnicami gazowymi wodnymi. Klimatyzator kanałowy (pompę ciepła powietrze/powietrze) dobieramy jako system jednego źródła ciepła, z uwzględnieniem temperatury projektowej i określeniem wydajności urządzenia przy danej temperaturze.
Na potrzeby tego porównania przyjęto następujące założenia:
Klimatyzator kanałowy (pompę ciepła powietrze/powietrze) dobieramy jako system jednego źródła ciepła — powietrza, z uwzględnieniem temperatury projektowej i określeniem wydajności urządzenia przy danej temperaturze.
W przypadku naszej hali zaproponowany został zestaw SPLIT klimatyzacji kanałowej wysokiego sprężu Panasonic Big PACi.
Na zestaw składa się:
Zastosowana automatyka pozwala na zmiany trybów pracy czy nastawy temperatury, a także ustawienie harmonogramu pracy (uwzględniającego okresowość użytkowania przestrzeni). Jednostki połączone są między sobą instalacją freonową oraz elektryczną.
Na poniższym rysunku przedstawiony jest wycinek karty katalogowej dla wybranego zestawu klimatyzacji kanałowej dużego sprężu (Rys. 3).
Warto przy tym zwrócić uwagę na to, że podane w karcie katalogowej wartości: wydajności chłodniczej i wydajności grzewczej podawane są dla ściśle określonych warunków, i tak:
Wartości wydajności podane w kartach katalogowych należy dodatkowo skorygować o poniższe współczynniki.
Współczynnik korekcyjny ze względu na temperaturę
Jeżeli chcemy dobrać urządzenie pod inne temperatury, musimy oszacować jego wydajność dla tych właśnie temperatur. W tym celu należy określić wartość współczynnika korekcyjnego (oddzielnego dla grzania i oddzielnego dla chłodzenia), których wartości możemy odczytać z tabeli (Rys 4) lub wykresów (Rys 5) podanych w dokumentacji serwisowej danego urządzenia.
Z powyższego wykresu wynika, że dla naszych warunków projektowych, tj. temperatury zewnętrznej -20OC i temperatury wewnętrznej 16OC współczynnik korekcyjny wyniesie 65%. Do określenia skorygowanej wydajności urządzeń PANASONIC można użyć specjalnych programów, w których po podaniu parametrów temperatury zewnętrznej i wewnętrznej otrzymamy poziom wydajności, dla konkretnego modelu.
Współczynnik korekcyjny ze względu na defrost
Podczas odbierania ciepła z powietrza otaczającego agregat może co jakiś czas dochodzić do zjawiska zalodzenia wymiennika jednostki zewnętrznej. Aby temu zapobiec, stosowany jest proces defrost, czyli odwrócenia pracy układu na czas jego odlodzenia. Dlatego przy obliczeniu wydajności układu należy uwzględnić współczynnik korekcyjny ze względu na defrost. Współczynnik ten odczytujemy z poniższej tabeli (Rys. 6).
Wartość współczynnika korekcyjnego ze względu na defrost odczytujemy dla temperatury zewnętrznej wskazanej dla danej strefy klimatycznej, w której znajduje się hala. Również i w tym przypadku bierzemy pod uwagę temperaturę zewnętrzną -20OC, dla której współczynnik korekcyjny będzie wynosił 0,88.
Kolejnym współczynnikiem, który powinniśmy uwzględnić, szacując wydajność urządzeń, jest współczynnik korekcyjny zależny od długości instalacji oraz różnicy wysokości między jednostką zewnętrzną i wewnętrzną. Uwzględniamy tu również to, czy montaż jednostki zewnętrznej jest powyżej jednostki wewnętrznej, czy poniżej. Wartość współczynnika możemy odczytać z przedstawionych wykresów dla chłodzenia i dla grzania (Rys.7)
W przypadku naszej hali pod uwagę bierzemy maksymalną możliwą długość instalacji przy napełnieniu fabrycznym, czyli 30 m i dla tej wartości współczynnik korekcyjny ze względu na długość instalacji będzie wynosił 0,97.
Przy doborze jednostek klimatyzacji kanałowej wysokiego sprężu należy uwzględnić wszystkie powyższe współczynniki korekcyjne. Poniżej przedstawiamy sposób przeprowadzania wyliczeń wartości wydajności grzewczej urządzenia dla zadanych warunków projektowych (Rys. 8).
Otrzymany wynik — 16 kW — określa moc grzewczą pojedynczego układu. A skoro nasze zapotrzebowanie na moc cieplną wynosi 60 kW, potrzebujemy aż 4 kompletów takich jednostek kanałowych, co przy temperaturze obliczeniowej dla naszego budynku zapewni nam łącznie 64 kW mocy grzewczej. Tu warto podkreślić, że wspomniany powyżej agregat zewnętrzny o mocy 25 kW ma również możliwość pracy w układach symultanicznych co oznacza, że może pracować z innymi, mniejszymi jednostkami wewnętrznymi na przykład w układzie 2 x 12,5 kW lub 4 x 6,0 kW. Na poniższym rysunku (Rys.9) przedstawiony jest przykładowy schemat rozmieszczenia 4 jednostek kanałowych, uzbrojonych w 4 nawiewniki dalekiego zasięgu każda.
System działa w oparciu o powietrze obiegowe, które zasysane jest przez otwór wlotowy jednostki kanałowej, następnie ogrzewane przez wymiennik ciepła i poprzez wentylator transportowane do pomieszczenia. Takie rozłożenie zapewnia dotarcie ciepłego powietrza do strefy przebywania ludzi i jego równomierne rozprowadzenie.
Montaż takiego układu nie wymaga wykonania instalacji hydraulicznej, więc nie jest skomplikowany, a cały proces można opisać w poniższych punktach:
Wybór miejsca montażu jednostki wewnętrznej i zewnętrznej
Połączenie między jednostkami instalacją freonową
W przypadku wybranych wydajności rura cieczowa ma średnicę 12 cali i wykonujemy połączenie kielichowe, a rura gazowa ma średnicę 25 cali i dla niej wykonujemy połączenia lutowane. Średnica rur freonowych: cieczowej i gazowej zależą od wydajności układu, zatem im mniejsza moc tym średnice rury są mniejsze;
Podłączenie zasilania elektrycznego
Dla wybranych wydajności zarówno jednostka zewnętrzna, jak i wewnętrzna mają indywidualnie doprowadzone zasilenie, a między jednostkami poprowadzony jest przewód komunikacyjny. Przy mniejszych wydajnościach urządzeń zasilenie jest doprowadzone tylko do agregatu, a między jednostkami jest poprowadzony przewód komunikacyjno – zasilający;
Instalacja odprowadzenia skroplin
Jako, że jednostki kanałowe mogą być wykorzystywane do chłodzenia pomieszczeń, co skutkuje wykropleniem wilgoci z powietrza i powstaniem kondensatu. Dlatego niezbędne jest wykonanie instalacji odprowadzenia skroplin. Zaleca się wykonanie jej w sposób grawitacyjny;
Instalacja wentylacji
Do poprawnej pracy systemu klimatyzacji kanałowej niezbędne jest rozprowadzanie od jednostki wewnętrznej przewodów wentylacyjnych z elementami nawiewnymi takimi jak: dysze dalekiego zasięgu lub nawiewniki szczelinowe. Wybór akcesoriów powinien być dostosowany do potrzeb budynku. Tu warto wspomnieć o ułatwieniach montażowych dotyczących jednostek wewnętrznych kanałowych wysokiego sprężu Panasonic Big PACi, w których jednostkę wewnętrzną można na czas montażu podzielić na 3 oddzielne elementy, z których najcięższy waży tylko 48 kg (Rys. 10).
Pozwala to na wykonanie montażu nawet w ograniczonej przestrzeni i usprawnienie całego procesu.
Ograniczenia w montażu ze względu na czynnik R32
W omawianym przypadku system klimatyzacyjny działa w oparciu o czynnik chłodniczy R32. I mimo tego, że jest on sklasyfikowany jako czynnik o niskim stopniu palności, to jego wykorzystanie niesie za sobą ograniczenie w minimalnej powierzchni pomieszczenia, w którym zamontowana jest jednostka wewnętrzna. Dlatego w dokumentacji serwisowej, w instrukcji instalacji, znajdziemy wykres zależności minimalnej powierzchni pomieszczeń od poziomu napełnienia układu czynnikiem R32 (Rys.11).
W naszym przypadku przy napełnieniu fabrycznym 5,2 kg (które pozwala na wykonanie instalacji o długości do 30 m) minimalna powierzchnia pomieszczenia to około 15 m2.
Poniżej przestawiamy porównanie kosztów inwestycyjnych czterech alternatywnych systemów ogrzewania dla omawianej hali (Rys 12):
Zestawienie opiera się na cenach katalogowych wybranych urządzeń (stan na sierpień 2022) oraz szacunkowych kosztach ich instalacji. Wynika z niego, że pod kątem inwestycyjnym najtańszym rozwiązaniem jest zastosowanie nagrzewnic gazowych, ale różnice mogą być nieco mniejsze po uwzględnieniu ewentualnych rabatów od cen katalogowych.
W poniższej tabeli (Rys.13) porównane zostały przybliżone koszty eksploatacyjne wybranych systemów dla przyjętego zapotrzebowania na ciepło wynoszącego 93 000 kWh. Roczne zużycie nośników energii dla każdego z rozwiązań zostało wyliczone przy zastosowaniu poniższych założeń:
Możemy zauważyć, że koszty eksploatacyjne systemów wykorzystujących pompy ciepła są znacznie mniejsze niż tych zasilanych gazem, co w pewnej części wynika z obecnych cen nośnika energii, jakim jest gaz.
Na podstawie wyliczonych wcześniej kosztów inwestycji i kosztów eksploatacji, określono okres zwrotu inwestycji w ogrzewanie przy wykorzystaniu pomp ciepła powietrze/powietrze (A2A) oraz powietrze/woda (A2W). (Rys 14).
Z wyliczeń wynika, że w przypadku pomp ciepła powietrze/powietrze (A2A) na zwrot kosztów inwestycji możemy liczyć 2-3 lata wcześniej w porównaniu z tradycyjnymi sposobami ogrzewania powietrznego jak: nagrzewnice wodne i gazowe. Natomiast w przypadku pomp ciepła powietrze/woda (A2W) na zwrot kosztów inwestycji możemy liczyć o 5-6 lat wcześniej, niż z analogicznych sposobów ogrzewania powietrznego.
Jednocześnie trzeba podkreślić, że wyliczone koszty eksploatacyjne, a co za tym idzie okres zwrotu inwestycji, będą zależeć od aktualnych poziomów kosztów nośników energii.
W poniższej tabeli (Rys.15) zebrane zostały zalety i wady wszystkich zaproponowanych rozwiązań.
Warto wiedzieć o możliwości wykorzystania systemu klimatyzacji do ogrzewania hal produkcyjnych czy magazynowych. Wybór powinna poprzedzić dokładna analiza wymagań, jakie są stawiane systemom ogrzewania ze względu na różną specyfikę i przeznaczenie tego typu budynków. Jak wynika z powyższych ustaleń w pewnych przypadkach pompa ciepła powietrze/powietrze, w postaci zestawu SPLIT klimatyzacji kanałowej wysokiego sprężu Panasonic Big PACi, może stanowić korzystniejszą alternatywę dla tradycyjnie stosowanych rozwiązań.
Zainteresował cię temat?
Skontaktuj się z Panem Krzysztofem Kleszczem - Sales Engineer A2A PANASONIC, tel: 880 529 275, mail: krzysztof.kleszcz@eu.panasonic.com