[ Zamknij ]

Nowe zasady dotyczące cookies
W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia Państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów na stronie Polityka Prywatności.


rejestracja

Efektywność procesu uzdatniania powietrza

Opublikowano: 23.03.2015

image

Centrale klimatyzacyjne uzdatniające powietrze świeże („pierwotne”) lub mieszaninę powietrza recyrkulacyjnego i powietrza świeżego są nieodłącznym elementem systemu klimatyzacji. Zapewnienie dobrej jakości powietrza poprzez dostarczenie powietrza świeżego do pomieszczeń jest podstawowym i nieodzownym zadaniem systemu klimatyzacyjnego. Co zrobić by taki system był efektywny energetycznie? Jakimi parametrami winny się cechować nowoczesne centrale klimatyzacyjne ? Informacje na ten temat znajdziecie Państwo w poniższym artykule.


Wstęp
Różne nowopowstające dokumenty zawierają szereg wytycznych jak projektować izolacyjność budynku by zużycie energii cieplnej przez obiekt było jak najmniejsze. Zwiększenie izolacyjności, patrząc pod kątem tylko fizyki cieplnej budowli, rzeczywiście zmniejsza energochłonność cieplną budynku. Niestety jest drugie ale… Wzrost izolacyjności i tym samym szczelności budynku generuje z drugiej strony zwiększone zapotrzebowanie na powietrze świeże, które należy do obiektu doprowadzić na cele wentylacyjne. I tutaj pojawia się problem. Im większe jest zapotrzebowanie na powietrze świeże tym większym zużyciem energii, tym razem na cele chłodzenia i wentylacji, będzie się cechował budynek.
Zwiększona energochłonność na cele chłodnicze i wentylacji wynika bezpośrednio z samej ilości świeżego powietrza (większy wydatek centrali) oraz pośrednio ze zwiększonego zapotrzebowania na moc chłodniczą, grzewczą, itp. przez systemy powiązane.


Rys. 0 Zmniejszenie strat ciepła budynku wiąże się ze wzrostem zapotrzebowania na powietrze świeże a to generuje zwiększone koszty eksploatacyjne.

Konstrukcja central klimatyzacyjnych od wielu lat powiela ten sam model schematyczny. Centrala zawiera element odzysku ciepła - rekuperator, którego zadaniem jest odzysk ciepła/chłodu z powietrza usuwanego. Tutaj prym wiodą rekuperatory głównie obrotowy i płytowo-krzyżowy.

Dalsze elementy stanowią:

  • chłodnica, której zadaniem jest schłodzenie i/lub osuszenie powietrza,
  • nagrzewnica (pierwotna i wtórna),
  • wentylatory nawiewny i wyciągowy
  • komora mieszania
  • sekcja nawilżania
  • sekcja filtracji

Idea i zasada działania polega na złożeniu elementów w jedną logiczną całość pozwalająca na doprowadzenie parametrów powietrza zmieszanego czy też tylko świeżego do żądanych parametrów powietrza na wyjściu z centrali.

Projektanci często dążą do uzyskania jak najwyższej sprawności wszystkich elementów co jest słuszne ale takie działanie podlega licznym ograniczeniom. Pierwszym z nich to przyjęty i utrwalony typowy schemat działania centrali. Jeżeli nie zostanie przemyślana idea całej centrali, jej zadania przy jednoczesnej weryfikacji najczęściej występujących warunków klimatycznych oraz analiza możliwości uzyskania jak najniższych kosztów eksploatacji wówczas rozwiązania te które były stosowane od wielu lat w dalszym ciągu nie zmienią się zaś dalsza redukcja kosztów eksploatacyjnych nie będzie możliwa.

Poniżej autor chciałby przedstawić rozwiązanie jednego z producentów, które zmienia stereotypy dotyczące central klimatyzacyjnych, jest to świeże spojrzenie producenta na pewne zagadnienia, które zostały całkowicie przemyślane i są odpowiedzią na zapotrzebowanie obecnego klienta.

Cel jaki przyświeca autorowi polega na przedstawianiu rozwiązań innowacyjnych, ciekawych i efektywnych energetycznie. Nie jest intencją autora propagowanie pochodzących od najbardziej rozreklamowanych producentów rozwiązań (często reprezentujących słaby poziom rozwiązań technicznych) tylko takich, które mogą pochodzących od tych mnie znanych wytwórców, ale reprezentujących śmiałe i przemyślane konstrukcje.

Poniżej autor przedstawi w kilku faktach analizę najczęściej stosowanych rozwiązań i kolejno propozycję spojrzenia na konstrukcję nowoczesnej centrali wentylacyjno-klimatyzacyjnej pracującą ze 100% udziałem powietrza świeżego.

Czy deklaracja parametrów centrali dla obliczeniowych warunków pracy może stanowić odzwierciedlenie kosztów eksploatacji?
W większości rozwiązań systemów klimatyzacyjnych przygotowywane są przez projektanta dobory urządzeń i obliczenia dla praktycznie dwóch całkiem skrajnych i odmiennych parametrów powietrza zewnętrznego.

Parametry obliczeniowe powietrza zewnętrznego są przyjmowane m.in. w oparciu o określoną strefę klimatyczną i inne uwarunkowanie, niemniej jednak strony zaangażowane w projekt zgodzą się z pewnym uproszczeniem, że:

  • dla okresu zimowego temp. obliczeniowe powietrza zewnętrznego oscylują wokół -20 oC / 100% wilgotności względnej
  • dla okresu letniego parametry powietrza zewnętrznego oscylują wokół temperatury 30 oC / 45% w. w.

Często jest tak, że analiza projektu i danych centrali klimatyzacyjnych ogranicza się tylko do tych dwóch punktów pracy.
Nie ma jednak nic bardziej mylnego, tylko analiza uwzględniająca pracę urządzenia w ciągu całego sezonu pozwoli na prognozowanie i kształtowanie się kosztów eksploatacji urządzeń wciągu roku.

Dla wybranej stacji meteorologicznej - Kraków Balice dane meteorologiczne w postaci temperatury powietrza zewnętrznego zostały zebrane i przedstawione w formie wykresu częstości występowania powietrza zewnętrznego o danej temperaturze (rys. 1). Taki sam wykres można opracować dla dowolnych innych stacji metrologicznych dla konkretnego roku referencyjnego:
(http://www.mir.gov.pl/budownictwo/rynek_budowlany_i_technika/efektywnosc_energetyczna_budynkow/typowe_lata_meteorologiczne/strony/start.aspx) .


Rys. 1 Wykres częstości występowania temperatur powietrza zewnętrznego
dla danego roku referencyjnego dla stacji meteo Kraków Balice.

Można zauważyć, że odniesienie się tylko do dwóch skrajnych parametrów obliczeniowych nie ma nic wspólnego z zachowaniem się systemu klimatyzacyjnego w ciągu roku. Obliczeniowe parametry powietrza zewnętrznego to zaledwie ok. 1% czasu pracy systemu klimatyzacji bądź grzewczego.

Jakiekolwiek urządzenie klimatyzacyjne o najwyższej efektywności osiąganej dla tych skrajnych punktów obliczeniowych może się zachowywać odmiennie podczas okresu występowania najczęstszych warunków klimatycznych.

Ten fakt został już zauważony np. przez producentów agregatów chłodniczych z tego powodu został wprowadzony w 2008 roku wskaźnik ESEER do programu certyfikacji agregatów chłodniczych EUROVENT.

Jeden z wiodących producentów agregatów chłodniczych (wprowadził gotowe rozwiązania agregatów chłodniczych o wysokich wskaźnikach efektywności energetycznych ESEER odpowiednio wcześniej bo już w 2000 roku przed zauważeniem zagadnienia przez zainteresowane strony. Idea i rozwiązanie nowoczesnej centrali klimatyzacyjnej, które autor pragnie przedstawić pochodzi od tego producenta.

Można zauważyć, że agregaty (rys. 2) o wysokich wskaźnikach EER (współczynnik efektywności energetycznej dla pełnego obciążenia cieplnego) nie muszą osiągać wysokich wskaźników ESEER (współczynnik efektywności energetycznej dla warunków częściowego obciążenia cieplnego).

Rys. 2 Agregaty chłodnicze o wysokiej efektywności dla warunków pełnego obciążenia cieplnego nie zawsze uzyskują wysokie wskaźniki efektywności energetyczne dla warunków częściowego obciążenia cieplnego


 

Podobnie centrale zaprojektowane tak by osiągały jak najwyższe sprawności dla tych dwóch skrajnych punktów obliczeniowych nie muszą się cechować zmniejszonym zużyciem energii podczas całego sezonu. Analiza czy dane rozwiązanie jest efektywne energetycznie musi być poprzedzona jego szczegółową weryfikacją dla warunków najczęściej występujących. Na podstawie rysunku 1 można wywnioskować, że deklaracja producenta co do parametrów poszczególnych elementów centrali dotyczy warunków, które występują przez bardzo krótki okres czasu i nie ma to nic wspólnego z rzeczywistymi warunkami pracy centrali.

Źródło chłodu/grzania – sprawność, koszty transportu mediów, itp.
Do zasadniczych wad typowych central klimatyzacyjnych jest fakt umieszczenia źródła chłodu i ciepła poza obrysem centrali. Wymagana jest zatem konieczność transportu z miejsca produkcji ciepła i chłodu do miejsca w którym jest na nie zapotrzebowanie (konieczność zastosowania instalacji hydraulicznych, wysokie koszty pompowania) co powoduje zmniejszenie ich efektywności. Najlepszym rozwiązaniem jest „produkcja chłodu” w miejscu gdzie jest na nie zapotrzebowanie.

Dodatkowo warunki zewnętrzne nie są najbardziej korzystne dla wysokich osiągów układów chłodniczych i grzewczych a także występuje dodatkowe zapotrzebowanie miejsca na agregaty chłodnicze, kotły grzewcze, rurociągi, itp.

Również należy zauważyć, że w procesie osuszania powietrza świeżego w pierwszej kolejności pracuje chłodnica, która jest zasilana z agregatu chłodniczego a agregat chłodniczy najczęściej ciepło skraplania wyrzuca do atmosfery. W tym samym czasie ciepło konieczne do podgrzania powietrza na nagrzewnicy jest pobierane z kotłowni. Jest to swego rodzaju paradoks bo z jednej strony przy procesie osuszania powietrza wyrzuca się ciepło które z drugiej strony jest wymagane w tym samym procesie a jest ono pobierane z dodatkowymi kosztami (praca kotła, koszty pompowania, itp.).

Wymiennik odzysku ciepła - rekuperator
Analizując dane techniczne rekuperatorów (najczęściej obrotowych bądź płytowo-krzyżowych) można zauważyć, że deklaracja producentów co do maksymalnej sprawności wymienników rekuperatorów dotyczy warunku maksymalnie skrajnie niskiej temperatury powietrza zewnętrznego oraz dużej różnicy temperatury pomiędzy dwoma strumieniami powietrza wymieniającego ciepło. W takich warunkach sprawności są bardzo wysokie bo:

  • producenci nie wspominają o konieczności odszronienia rekuperatora
  • po stronie powietrza ciepłego dochodzi do kondensacji pary wodnej zawartej w powietrzu usuwanym na wskutek kontaktu z zimnym powietrzem zewnętrznym czemu towarzyszy przekazywanie dodatkowego ciepła w sposób utajony
  • producenci skupiają się tylko na efekcie w postaci np. sprawności temperaturowej wymiennika bez uwzględnienia kosztów i nakładów jakie są konieczne na ich pozyskanie (zwiększone opory i zapotrzebowanie mocy przez silniki wentylatorów)

W praktyce weryfikując pracę wymienników odzysku ciepła (obrotowych i płytowo-krzyżowych) w okresie najczęściej występujących warunków powietrza zewnętrznego można zauważyć, że sprawność wymienników obrotowych (i płytowo-krzyżowych) maleje (zmniejszenie ilości ciepła przekazywanego w sposób utajony, zmniejszona różnica temperatur pomiędzy dwoma strumieniami powietrza, itp.).

Co więcej i najbardziej istotne wysokie sprawności wymienników odzysku ciepła są uzyskiwane na wskutek zwiększonej prędkości powietrza w centrali. Towarzyszą temu zwiększone opory powietrza co wiąże się ze wzrostem zapotrzebowania na moc elektryczną pobieraną przez silnik wentylatora (im wyższy spręż tym większy pobór mocy przez silnik wentylatora). Zwiększone zapotrzebowanie mocy elektrycznej przez silnik wentylatora (wynikające pośrednio z faktu dążenia do zwiększenia sprawności odzysku ciepła) niweluje efekty z pozyskania wyższej sprawności wymiennika.

Jednak co najważniejsze przy deklaracji najwyższych sprawności nie są najczęściej uwzględniane konieczne cykle odszronienia rekuperatora co ma również wpływ na energochłonność odzysku ciepła.

Wentylatory nawiewny  i wyciągowy
Jak w przypadku sprężarkowych agregatów chłodniczych zasadniczym i najbardziej energochłonnym elementem jest sprężarka, tak w przypadku centrali klimatyzacyjnej takim elementem jest wentylator nawiewny i wyciągowy. Można zauważyć np.  korzystając z wykresu z rysunku 1, że w pewnych okresach będzie pracowało źródło chłodu zaś w pewnych okresach źródło ciepła ale to wentylatory (nawiewny i wyciągowy) będą pracować stale dostarczając świeże powietrze wentylacyjne. Nawet niewielki pobór mocy przez wentylator pomnożony przez dużą liczbę godzin pracy generuje zwiększone zużycie energii  elektrycznej.

Od pewnego czasu na naszym rynku funkcjonuje pojęcie wskaźnika SFP (ang.  Specific Fan Power) wentylatora, którego definicja jest stosunkiem poboru mocy elektrycznej przez wentylator nawiewny lub wyciągowy (wyrażonej w kW) przez przepływ powietrza (w m3/s).

Wartości maksymalne wskaźników SFP jakie są dopuszczalne są usankcjonowane prawnie. Konstrukcje tradycyjnych central klimatyzacyjnych generują bardzo duże opory wewnętrzne centrali. Dla przykładu wymiennik obrotowy generuje spadki ciśnienia rzędu 200-300 Pa, do tego dochodzą spadki ciśnienia na filtrze klasy F7 ok. 150-250 Pa, itp.

Zastosowanie elementów wewnętrznych central o tak dużych oporach powoduje konieczność zastosowania silników zwiększonej mocy co generuje w aspekcie liczby godzin pracy zwiększone zużycie energii elektrycznej przez wentylatory nawiewny i wyciągowy.

Pomijam kwestię faktu, że większość obecnie produkowanych i sprzedawanych central klimatyzacyjnych nawet tych pochodzących od uznawanych jako najbardziej renomowanych producentów central klimatyzacyjnych pracuje z tego powodu (dopuszczalne wartości SFP) na granicy dopuszczenia lub nie spełniając wymogów prawa!
Częściowym rozwiązaniem jest zaprojektowanie central ze zmniejszonym przepływem powietrza co redukuje opory po stronie powietrza ale z drugiej strony zmniejsza sprawność np. wymiennika obrotowego. Można zauważyć że deklaracje przez producentów dotyczące sprawności wymienników obrotowych z tego powodu obniżyły się.

Jeżeli system ma być efektywny energetycznie to opory wewnętrzne centrali powinny być możliwie najniższe.
Innym często dużym błędem jest zastosowanie jednej dużej zbiorczej centrali, która uzdatnia powietrze a następnie tłoczy uzdatnione powietrze do klimatyzowanych pomieszczeń. Często część z nich jest zlokalizowana w dalszej odległości od centrali co powoduje konieczność zastosowania silników wentylatorów o dużym sprężu. To z kolei generuje zwiększone zapotrzebowanie energii elektrycznej przez silniki wentylatorów.
Rozwiązaniem tego problemu i tym samym pozwalającym na polepszenie wartości wskaźnika SFP jest zastosowanie kilku central obsługujących określone strefy. Centrale uzdatniają powietrze tylko w obrębie swojej strefy i nie ma konieczności transportu powietrza do pomieszczeń zlokalizowanych w dalszej odległości.

Wymogi stawiane nowoczesnym i efektywnym energetycznie rozwiązaniom central klimatyzacyjnych

Wymóg doprowadzenia i uzdatnienia powietrza świeżego jest nieodłącznym procesem uzdatniania powietrza przez system klimatyzacyjny.
Nowoczesne, dobrze zaizolowane budynki wymagają doprowadzenia coraz większych ilości powietrza świeżego. Z drugiej strony powstają dokumenty które narzucają by odbywało się to w sposób jak najbardziej energooszczędny.

Jednocześnie dostępne na rynku tradycyjne rozwiązania central klimatyzacyjnych cechuje:

  • konieczność powiązania ze sobą kilku różnych urządzeń (agregat, kocioł, centrala) często dostarczanych oddzielnie, każdy według różnych kryteriów często przez różnych wykonawców. Wynikowa efektywność takiego rozwiązania będzie nieprzewidywalna, dodatkowo wszystkie elementy trzeba ze sobą powiązać pod kątem sterowania co jest bardzo dużym wyzwaniem
  • duże zapotrzebowanie miejsca na rurociągi, agregaty i kotły dużej wydajności
  • wysokie koszty pompowania nośników chłodu i ciepła (straty ciepła w rurociągach, koszty pracy układów pompowych, itp.)
  • zmniejszone sprawności rekuperatorów obrotowych i płytowo-krzyżowych dla okresów najczęściej występujących temperatur powietrza zewnętrznego
  • wysoki pobór mocy i energii elektrycznej przez silniki wentylatorów z powodu zwiększonych oporów wewnętrznych centrali
  • zmniejszony w stosunku do oczekiwania efekt wynikający z odzyskanego ciepła z uwagi iż jest on niwelowany przez zwiększone zużycie energii elektrycznej przez silniki wentylatorów

Uwzględniając wszystkie te cechy jeden z analizowanych producentów stworzył nowe rozwiązanie, które eliminuje  wszystkie negatywne cechy tradycyjnych central klimatyzacyjnych. Podobna idea jest powoli stosowana też przez innych producentów.

Nowoczesna konstrukcja centrali klimatyzacyjnej
Konstrukcja analizowanej centrali klimatyzacyjnej została schematycznie przedstawiona na rysunku 3.

Rys. 3 Schemat ogólny nowoczesnej centrali klimatyzacyjnej pracującej na powietrzu świeżym. RA (Room Air) - Powietrze wewnętrzne, OA (Outside Air) - powietrze zewnętrzne, SA (Supply Air) - powietrze nawiewane, EA (Exhaust Air) - powietrze usuwane. W pierwszej kolejności filtry wstępne, filtr elektroniczny (elektrostatyczny po stronie powietrza nawiewanego o klasie filtracji H10), glikolowy system odzysku ciepła, następnie system termodynamicznego odzysku ciepła (pompa ciepła powietrze-powietrze), kolejno nagrzewnica wtórna gorącego gazu (po stronie powietrza nawiewanego), wentylatory nawiewny i wyciągowy

Cechy charakteryzujące nowoczesne rozwiązanie centrali to:

  • brak konieczności zastosowania instalacji hydraulicznej (rurociągów, izolacji cieplnych, zbiorników buforowych, automatyki) pomiędzy źródłem chłodu i ciepła a centralą klimatyzacyjną a tym samym brak kosztów rozbudowanej instalacji hydraulicznej oraz kosztów pompowania (produkcja chłodu i ciepła występuje w miejscu w którym jest na nie zapotrzebowanie). Centrala klimatyzacyjna pracująca na potrzeby doprowadzenia powietrza świeżego jest „samowystarczalna” posiada własne źródło chłodu ciepła jakim jest termodynamiczny odzysk ciepła (pompa ciepła) wspomagana w pewnych okresach przez pracę glikolowego wymiennika odzysku ciepła.


Rys. 4 Prawie cały system (automatyka, orurowanie, zbiorniki buforowe, część agregatów chłodniczych, część kotłów grzewczych) został umieszczony w jednym kompaktowym urządzeniu. Nowoczesne rozwiązanie producenta – ZEPHIR 3 posiada długość dwa razy krótsza od tradycyjnego rozwiązania samej centrali klimatyzacyjnej. Oprócz oczywistych korzyści z redukcji zapotrzebowania na miejsce należy również uwzględnić niższy koszty i krótszy czas związane z uruchomieniem systemu

  • doprowadzenie wody ziębniczej i grzewczej jest tylko do urządzeń wtórnego systemu uzdatniania powietrza, nie ma doprowadzenia chłodu i ciepła do centrali przygotowującej powietrze pierwotne
  • proces schładzania i podgrzewania powietrza odbywa się przy efektywnościach energetycznych jakie nie są możliwe do uzyskania przez tradycyjne rozwiązania central klimatyzacyjnych. Chciałbym się tutaj odwołać do wszelkich publikacji poszukujących idealnego dolnego źródła ciepła dla pracy pomp ciepła.

Od lat poszukiwania dotyczą darmowego łatwego do pozyskania oraz o wysokiej temperaturze źródła ciepła do zasilania pomp ciepła. Rozpatrywane są ścieki (temp. ok. 10 oC), grunt (temp. od 5 do 10 oC zależnie od głębokości odwiertu, powietrze zewnętrzne (podlega dużym wahaniom wciągu roku dla przykładu dla okresu grzewczego uśredniona temperatura wynosić będzie ok. 0-5 oC choć w zasadzie winno posługiwać się średnią ważoną), itp. Jednak należy zwrócić uwagę, że powietrze usuwane z pomieszczeń jest łatwym do pozyskania źródłem ciepła, posiada temperaturę ok. 20 oC, jest darmowe (bo najczęściej jest wyrzucane do atmosfery).
Termodynamiczny odzysk ciepła stanowiący standardowe wyposażenie centrali ZEPHIR 3 jest oparty na zasadzie działania pompy ciepła. Dla przykładu rozpatrując:

  1. okres letni - w standardowej centrali gdy źródłem chłodu jest monoblokowy agregat chłodniczy ze skraplaczem chłodzonym powietrzem projektowa temperatura powietrza chłodzącego skraplacz wynosi ok. 32 oC; dla porównania w układzie termodynamicznego odzysku ciepła powietrze chłodzące skraplacz to powietrze usuwane z pomieszczenia o temperaturze 24 oC. Temperatura powietrza na parowaczu jest również wysoka bo jeżeli mamy do czynienia z agregatem wody ziębniczej to temperatura wody wynosi 7/12 oC podczas gdy w przypadku centrali ZEPHIR 3 temperatura powietrza na parowaczu w okresie letnim będzie wynosić np. 32 oC. Takim warunkom pracy towarzyszy wzrost temperatury odparowania i skraplania w termodynamicznym obiegu odzysku ciepła rezultatem są bardzo wysokie efektywności energetyczne układów chłodniczych w trybie chłodzenia.



Rys. 6 Przy tradycyjnych rozwiązaniach central klimatyzacyjnych skraplacz źródła chłodu jest omywany powietrzem o wysokiej temperaturze. Powoduje to spadek efektywności energetycznej układu chłodniczego centrali. Podobnie stosując jako źródło ciepła pompę ciepła typu powietrze-woda dla tradycyjnego rozwiązania centrali klimatyzacyjnej dolnym źródłem ciepła jest powietrze zewnętrzne o niskiej temperaturze (omywa ono parowacz pompy ciepła). Towarzyszy temu spadek efektywności energetycznej źródła grzania dla okresu zimowego dla tradycyjnej centrali klimatyzacyjnej.

  1. okres zimowy - zakładając na zasadzie analogii, że źródłem ciepła dla tradycyjnej centrali klimatyzacyjnej jest powietrzna pompa ciepła (powietrze-woda) to uśredniona temperatura powietrza na parowaczu tradycyjnej pompy powietrze-woda wynosić będzie ok. 0 do 5 oC. Przy analizowanej centrali ZEPHIR 3 temperatura powietrza na parowaczu układu termodynamicznego odzysku ciepła będzie wynosić 20 oC. Towarzyszy temu wysoka temperatura odparowania, co przekłada się na wyższą efektywność energetyczną w trybie grzania COP. Podobnie przy rozwiązaniu termodynamicznego odzysku ciepła temperatura powietrza na skraplaczu będzie niska bo jest nią powietrze zewnętrzne, które w okresie zimowym posiada niską temperaturę. Rezultatem będą, podobnie jak dla okresu letniego, bardzo wysokie efektywności energetyczne COP układu termodynamicznego odzysku ciepła w centrali ZEPHIR 3.

Na rysunku 7 przedstawiono efektywności energetyczne dla trybu chłodzenia i grzania dla centrali ZEPHIR 3 wielk. 5. Uzyskiwane efektywności energetyczna są dwu- lub trzykrotnie wyższe od dostępnych na rynku rozwiązań źródeł chłodu i ciepła.


Rys. 7 Uzyskiwane efektywności energetyczne termodynamicznego odzysku ciepła w centrali klimatyzacyjnej ZEPHIR 3 przewyższają dwukrotnie efektywności energetyczne układów chłodniczych i grzewczych uzyskiwane przez tradycyjne rozwiązania central klimatyzacyjnych. Przykład dla wielkości 5 typoszeregu przy założeniu, że centrala pracuje na potrzeby obróbki powietrza pierwotnego a dalsza obróbka powietrza jest realizowana przez wtórne urządzenia uzdatniania powietrza.

  • pomimo umieszczenia całej instalacji w jednym kompaktowym urządzeniu (rys. 4) rozwiązanie nowoczesne cechuje się o połowę krótszą długością w doniesieniu do tradycyjnych rozwiązań central klimatyzacyjnych
  • urządzenie zostało zaprojektowane tak by lokalnie doprowadzać powietrze (rys. 5). W przeciwieństwie do systemów z centralnym doprowadzeniem powietrza świeżego redukuje się koszty związane z transportem uzdatnionego powietrza świeżego do pomieszczeń klimatyzowanych. Wymaga to jedynie pewnej inwencji projektanta ale też spojrzenia na poruszone przez autora kwestie. Zastosowanie jednej dużej centrali generuje duże koszty związane z transportem powietrza (wysoki spręż = wysoki pobór mocy przez silnik wentylatora). Jedna lokalna centrala wymaga znacznie mniejszego sprężu co przekłada się na niższe koszty „pompowania powietrza”.

Rys. 5 Zastosowanie lokalnych urządzeń do uzdatniania powietrza pierwotnego redukuje do minimum koszty transportu powietrza świeżego do klimatyzowanych pomieszczeń

  • elektroniczne filtry (działające na zasadzie filtra elektrostatycznego) stanowiące standardowe wyposażenie centrali i pozwalające na uzyskanie bardzo wysokiego stopnia filtracji (klasa H10) przy jednocześnie bardzo małych oporach powietrza. Filtr pozwala na oczyszczenie powietrza z dymu, pyłków PM10, PM2,5, PM1 a także pyłków kwiatowych, wirusów i bakterii przy czym spadki ciśnienia po stronie powietrza wynoszą zaledwie 30 Pa. Dla porównania spadki ciśnienia na filtrze klasy F7 wynoszą ok. 200 Pa.
  • bardzo wysoka efektywność energetyczna sezonowa czyli w tych okresach, które występują najczęściej centrala pracuje z najwyższymi efektywnościami energetycznymi
  • wentylatory zasilane z prądu stałego pozwalające na pracę ze stałą lub zmienną wydajnością zależnie od stężenia CO2 w klimatyzowanym pomieszczeniu lub jakości powietrza VOC
  • funkcja „free-cooling” polegająca na dezaktywacji układu chłodniczego w okresie występowania niskich temperatur powietrza zewnętrznego i wymogu chłodzenia powietrza
  • nagrzewnica wtórna gorącego gazu, która w procesie osuszania powietrza ciepło skraplania w sposób bezpośredni (bez strat związanych z pompowaniem) przekazuje do osuszonego powietrza celem zachowania stałej temperatury nawiewu
  • kontrola temperatury i wilgotności

Porównanie do tradycyjnej centrali klimatyzacyjnej z wymiennikiem obrotowym
Korzyści eksploatacyjne wynikające z zastosowania najnowszej centrali wynikają z obniżonego poboru mocy elektrycznej przez wentylatory nawiewny i wywiewny oraz zwiększonej efektywności energetycznej związanych z pracą układów chłodzenia, grzania i filtracji. Jak wynika z zestawień porównawczych przygotowanych dla polskich warunków klimatycznych rozwiązanie nowoczesnej przedstawionej w artykule konstrukcji centrali pozwala na oszczędności eksploatacyjne rzędu 30% w stosunku do tradycyjnych rozwiązań centrali klimatyzacyjnej zasilanej z monoblokowego agregatu chłodniczego oraz kotła grzewczego.

Oczywiście porównanie powinno obejmować również koszty inwestycyjne związane z zakupem centrali. Mówiąc o nowoczesnej konstrukcji centrali producent posługuje się pojęciem nie centrali a kompletnej instalacji powietrza pierwotnego, co jest zgodne z rzeczywistością.
Analizując koszt zakupu samych central to nowoczesna konstrukcja centrali cechuje się kosztem inwestycyjnym przewyższającym tradycyjną centralę 2 do 3 razy większym. Przy czym dokonując porównania należy zwrócić uwagę że koszt centrali nowoczesnej obejmuje wbudowany układ chłodniczy, grzewczy, itp. Po uwzględnieniu układów chłodzenia, grzania, rurociągów wraz z izolacją, pomp wody ziębniczej i grzewczej, automatyki, itp. w tradycyjnej centrali koszt zakupu przekroczy różnicę wynikającą z zestawienia porównawczego kosztów samych central.


Wnioski:
Przedstawione w artykule informacje niewątpliwie wskazują, że nowe podejście do projektowania urządzeń przynosi wymierne oszczędności energetyczne.

Przytoczona w artykule konstrukcja centrali jest jednym z elementów całego systemu klimatyzacyjnego oferowanego przez producenta. Uzupełnienie systemu klimatyzacyjnego stanowią agregaty chłodnicze i pompy ciepła o bardzo wysokich wskaźnikach efektywności energetycznej przy obciążeniu częściowym ESEER i/lub EER.

Intencją autora jest zwrócenie uwagi, że tradycyjne rozwiązania central klimatyzacyjnych są obarczone pewnymi wadami, które w istotny sposób ograniczają możliwość uzyskania wysokich efektywności energetycznych związanych z pracą systemów klimatyzacyjnych (zasadniczą jest już chyba sam dobór oddzielnie wszystkich elementów: centrali, źródła chłodu, kotła grzewczego i powiązanie ich w jedną żywą instalację).
Jak przedstawiono w artykule dostępne są już rozwiązania typu „all-in-one”, które poprzez nowe spojrzenie producenta na pracę central klimatyzacyjnych, pozwolą na wymierne oszczędności energetyczne. Autor ma nadzieję, że poruszone zagadnienia wpłyną na bardziej dogłębną analizę pracy central klimatyzacyjnych przez projektantów.


Literatura
[1] Biuletyny techniczne firmy CLIVET dotyczące centrali CPAN-XHE3.
[2] B. Adamski: „Początek końca rekuperatorów obrotowych i pasywnych?” – Chłodnictwo i Klimatyzacja 11/2014
[3] B. Adamski: „Nowoczesne urządzenia i systemy klimatyzacyjne. Cz. 1 Agregaty wody ziębniczej jako pośrednie źródło chłodu w systemie klimatyzacyjnym” Wydawnictwo MEDIUM 2014

Bartłomiej Adamski
 

Artykuł został opublikowany w "Materiałach Seminaryjnych" Forum Wentylacja Salon Klimatyzacja 2015

 



KONTAKT

Kliweko

Wyślij zapytanie ofertowe

Wyróżnione firmy

   

Patronaty medialne