[ 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

Swegon: Ekonomiczny dobór central wentylacyjnych

Opublikowano: 25.07.2007

image

Użytkownicy systemów wentylacyjnych często marginalnie traktują problem ekonomicznej pracy systemu wentylacji. Nie utrwalił  się jeszcze świadomość, że wybór nieoptymalnego wariantu rozwiązania wentylacji, niewłaściwa eksploatacja systemu, a przede wszystkim nieodpowiedni dobór urządzeń, w prosty sposób zwiększają, koszty związane z nadmiernym zużyciem energii.
 
 
Wagę problemu ilustruje ilość energii zużywanej w układach wentylacji mechanicznej, którą ocenia się na ok. 8±10% krajowego zużycia paliw. Ponadto wiadomo, że przy zapewnieniu poprawnej pracy urządzeń można oszczędzić do 25% tej energii, nic licząc problemu odzysku ciepły. Do tego należy dodać, że zainstalowany system wentylacji lub klimatyzacji funkcjonuje przeciętnie przez okres 15±20 lat, a więc przez cały ten czas użytkownik ponosić będzie nieuzasadnione koszty eksploatacyjne. Jest to szczególnie istotne w warunkach polskich, gdzie mimo obniżenia inflacji, koszty energii stale rosną, m.in. z uwagi na proces integracji z Unią Europejska. O ile więc koszt zakupu i montażu systemu wentylacji jest obecnie stosunkowo łatwy do ustalenia, o tyle zmiana kosztów eksploatacyjnych jest w wielu wypadkach trudna do oszacowania i z tego powodu powinna być wnikliwie analizowana.
 
 
Aby we właściwy sposób przeprowadzić taką analizę, należy przede wszystkim zdefiniować czynniki mające istotny wpływ na energochłonność systemu. Na racjonalne zużycie energii w systemach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych wpływają m.in.:
  • właściwy dobór wielkości agregatu,
  • właściwy dobór elementów wyposażenia centrali,
  • poprawne zaprojektowanie sieci przewodów powietrznych.
     

Wielkość centrali
Wielkość centrali wiąże się z ustaleniem prędkości przepływu powietrza, co jednoznacznie decyduje o oporach przepływu powietrza, a więc o wielkości zużycia energii. Dobór właściwej wielkości centrali jest kompromisem między jednorazowym zwiększeniem kosztów zakupu, a wieloletnim obniżeniem kosztów eksploatacji. Mając do wyboru dwie wielkości central, w których prędkość przepływu powietrza mieści się w granicach dopuszczalnych wartości, projektant musi pamiętać, że wybór mniejszej wielkości katalogowej centrali pociąga za sobą, przy określonym wydatku powietrza, wzrost prędkości o ok. 30%. Pamiętamy, że opory przepływu wzrastają proporcjonalnie do kwadratu prędkości. Oznacza to, że opory wzrosną o ok. 70% i w takim samym stopniu wzrasta zużycie energii do napędu wentylatora.

 

Najczęściej wzrost ten będzie jeszcze większy z uwagi na konieczność użycia odkraplacza, który jest źródłem dodatkowych strat ciśnienia. Jest to problem ważny, bowiem obecnie inwestorzy zwracają uwagę jedynie na fakt niższych o ok. 10% kosztów inwestycyjnych, nic dokonując całościowej analizy kosztów. Szwedzki producent central wentylacyjno-klimatyzncyjnych PM-LUFT przywiązuje dużą wagę do tego problemu i oferuje centrale, w których maksymalna prędkość wynosi ok. 2,8 ±3,2 m/s, podczas gdy krajowi producenci często dopuszczają wartość 4 m/s.

 

Najlepszym sposobem ilustracji problemu jest poniższy przykład obliczeniowy. Dotyczy on centrali o wydajności 15000 m3/h (4,16m3/s). Zwiększenie oporów wewnętrznych centrali o 400 Pa, (ze względu na zwiększenie prędkości przepływu powietrza) pociąga za sobą wzrost mocy użytecznej o 1,67 kW. Przyjmując sprawność wentylatora ηw= 0,75 i sprawność silnika elektrycznego ηs= 0,94, moc elektryczna pobierana przez silnik napędzający wentylator wzrasta o 2,41 kW. Zakładając, że centrala ma dwa wentylatory: nawiewny i wyciągowy, uraz że pracuje przez 10 godzin dziennie przez 7 dni w tygodniu, to łatwo obliczyć, że zwiększenie zużycia energii przez agregat w skali roku wyniesie niecałe 17 600 kWh. Przy obecnych cenach energii elektrycznej dodatkowe koszty eksploatacji przekroczą więc 5000 zł.


Kolejnym czynnikiem powodującym wzrost kosztów jest konieczność zainstalowania silników elektrycznych o większej mocy.
 

Elementy wyposażenia centrali
Podstawowe elementy decydujące o zmniejszeniu zużycia energii to:

  • zastosowanie w centralach wymienników do odzysku ciepła,
  • dobór właściwego typu wentylatora.

Zastosowanie wymienników do odzysku ciepła stanowi główny czynnik powodujący obniżenie kosztów eksploatacji systemu wentylacyjnego. W niektórych krajach europejskich jest to nawet wymóg formalny i nikt nic dyskutuje o zasadności stosowania odzysku ciepła. Producenci mając świadomość pewnych uwarunkowań i barier, zarówno psychologicznych, jak i finansowych, oferują programy komputerowe, które na etapie projektowania umożliwiają przeprowadzenie pełnej analizy ekonomicznej. Innym czynnikiem wpływającym w istotny sposób na koszty eksploatacyjne układu wentylacji jest dobór właściwego sposobu odzysku ciepła, a więc odpowiedniego typu wymiennika ciepła.

 

Obecnie stosujemy następujące systemy do realizacji tego celu, każdy o różnej sprawności odzysku ciepła:

  • regeneracyjny obrotowy wymiennik ciepła - sprawność odzysku do 82%,
  • płytowy wymiennik krzyżowy - sprawność odzysku 60±65%,
  • wymienniki z wykorzystaniem „rurek cieplnych", tzw. heat pipes - sprawność odzysku 55±60%,
  • układy wymienników z czynnikiem pośrednim - sprawność odzysku 55±60%.


Z prostej analizy wynika, że ekonomicznie uzasadnione jest zastosowanie wymiennika obrotowego. Należy jednocześnie porównać straty ciśnienia przy przepływie przez system odzysku ciepła. Obrotowy wymiennik ciepła charakteryzuje porównywalna z innymi systemami wartość oporów. Z tego powodu ok 70% central produkowanych na rynek szwedzki wyposażonych jest właśnie w takie wymienniki. Większość pozostałych to wymienniki krzyżowe, o których zastosowaniu decydują specyficzne warunki eksploatacji, jak np. w szpitalach, w których zawsze trzeba ocenić możliwość wymrożenia wykroplonej wilgoci.



O opłacalności zastosowania odzysku ciepła świadczą proste wyliczenia. Oceńmy korzyści dla następujących warunków:

  • ilość powietrza wentylacyjnego V = 15000m3/h (4,16m3/s),
  • sprawność odzysku ciepła η = 78%   
  • temperatura powietrza nawiewu tn = 20°C
  • temperatura powietrza wywiewanego t3 = 22°C
  • temperatura powietrza zewnętrznego t1= -20°C   
  • czas pracy centrali - 10 godz. dziennie.: 7 dni w tygodniu.

 

Korzystając z definicji sprawności odzysku ciepła w prosty sposób obliczamy:
temperaturę powietrza t2 przed nagrzewnicą

t2 =  η*(t3 - t1)+ t1 = 12,76°C

moc cieplną nagrzewnicy wodnej:

Q = 36,1 kW

moc cieplną nagrzewnicy wodnej bez odzysku ciepła:

  Q= 199,7 kW.
 

Widzimy, że dzięki zastosowaniu odzysku, można w szczytowych obciążeniach zmniejszyć moc cieplną nagrzewnicy o 163,6 kW i ponownie wykorzystać znaczną część dotychczas bezpowrotnie traconej energii. Należy przy tym podkreślić, że rozwiązanie rotacyjnego wymiennika ciepła produkowanego przez PM-LUFT, charakteryzuje się prawie stałą sprawnością odzysku ciepła niezależnie od temperatury zewnętrznej, dzięki oryginalnemu rozwiązaniu, zwiększającemu turbulencje przepływającego strumienia powietrza.
 

Mały spadek ciśnienia na wylocie z wentylatora
 
 

Stąd nagrzewnica nie musi nigdy podgrzewać powietrza od temperatury niższej niż 12,8°C. W pomieszczeniach z dużymi zyskami ciepła jest możliwe prawie staie wyłączenie nagrzewnicy z eksploatacji lub nawet jej pominięcie. Ponadto przy zastosowaniu obrotowych wymienników, można w okresie letnim obniżyć zapotrzebowanie na moc chłodniczą, gdyż wymienniki odzyskują "chłód" z powietrza wywiewanego, umożliwiając obniżenie temperatury powietrza nawiewanego.


Natomiast odrębnym zagadnieniem jest właściwy dobór typu i wielkości wentylatora. Jest to problem istotny, gdyż zapotrzebowanie na moc do napędu wentylatorów w budynkach z zainstalowaną wentylacją stanowi od 20 do 30% całkowitego zapotrzebowania na energie. Szacuje się, że w Polsce do napędu wentylatorów instalowanych w systemach wentylacyjnych zużywa się ok. 6% energii elektrycznej. Dlatego tak ogromne znaczenie ma zminimalizowanie zapotrzebowania na moc niezbędną, do napędu wentylatorów przez zastosowanie wysokosprawnych wentylatorów i ustalenie takiej jego wielkości, by punkt pracy leżał w obszarze możliwie najwyższej sprawności. Z doświadczenia wiadomo, że optymalną charakterystykę mają wentylatory z łopatkami zagiętymi do tyłu i poziom zużywanej energii jest o ok. 15% niższy w stosunku do wentylatorów z łopatkami zagiętymi do przodu. Koszt zakupu tych ostatnich jest nieco niższy, co w wielu przypadkach decyduje o ich doborze.
Niezwykle istotnym problemem jest generowanie strat przez zle usytuowanie wentylatora w centrali lub niewłaściwą zabudowę wylotu wentylatora. Wiadomo, że przy małych wymiarach króćca tłocznego, w stosunku do wymiarów przekroju poprzecznego centrali, następuje gwałtowne rozszerzenie przekroju, co jest sytuacją analogiczną jak przy wypływie do nieograniczonej przestrzeni Skutkuje to stratami ciśnienia o wartości równej ciśnieniu dynamicznemu na wylocie. Jeśli powietrze wypływa z prędkością 20 m/s, to odpowiadające ciśnienie dynamiczne, a więc i straty wynoszą 240 Pa.


Przy wykorzystaniu komputerowych programów doboru wentylatorów, wiodący producenci uwzględniają taką sytuacje i w procedurze doboru łatwo przewidzieć tzw. wolny wylot (free outlet), co zwiększa spiętrzenie wentylatora o tę stratę i podnosi koszty eksploatacji. Zabudowany wylot wentylatora (ducted outlet), czyli wylot powietrza do przestrzeni ograniczonej wymiarami zbliżonymi do wymiarów króćca jest więc sytuacją energetycznie korzystniejszą.


Koncern PM-LUFT oferuje cichobieżne i energooszczędne wentylatory promieniowo-osiowe, typu Wing i promieniowe typu Twin. Są to nowoczesne wentylatory promieniowo-osiowe, które charakteryzują się niską prędkością, wypływu powietrza. Pozwala to na znaczne zmniejszenie wylotowych strat ciśnienia, których wartość wynosi w centralach GOLD maksymalnie 20 Pa, zaś w nowych centralach BASIC - 5 Pa (z wentylatorem Wing) i 20 Pa (z wentylatorem Twin).


Należy również podkreślić bardzo ważny fakt, iż producent nowoczesnych central, jakim jest PM-LUFT, przywiązuje duża wagę do minimalizowania strat wewnętrznych w centralach przez zastosowanie takich elementów konstrukcyjnych, które nic powodują powstawania zawirowań i nie generują dodatkowych strat. Ponadto, aby obniżyć straty cieplne do otoczenia i emisję hałasu, zastosowano odpowiednio wykonaną obudowę typu Sandwich, tj. 50 mm warstwy izolacyjnej między dwoma arkuszami blachy stalowej, pokrytej warstwą cynku i aluminium.

 

Sieć przewodów powietrznych
Wydaje się, że producent central nie, ma wpływu na sieć przewodów powietrznych współpracujących z centralą i o wszystkim decyduje projektant. Jest oczywiste, że w celu podwyższenia sprawności układu, należy minimalizować straty przepływu powietrza w kanałach i stosować właściwe podłączenia kanałów do wylulti z centrali. Jednak dzięki niskiej prędkości wypływu z wirnika wentylatora, jej równomiernemu rozkładowi w strumieniu powietrza, bezpośrednio za wentylatorem można montować kolana i inne sekcje funkcyjne, bez powodowania dodatkowych strat ciśnienia. Schemat takiego przepływu przedstawiono na rysunku.


Wyjątkową cechą nowych wentylatorów jest niski poziom ich mocy akustycznej. Jeżeli ponadto przypomnimy, że zbyt wysoka prędkość przepływu powietrza powoduje wyższą głośność pracy centrali, a w centralach PM-LUFT znacznie ograniczono jej wartość, to można stwierdzić, że redukowanie hałasu u jego źródła ma istotny wpływ na ograniczenie kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych. Pozwala bowiem na zastosowanie krótszych tłumików akustycznych, a w niektórych wypadkach, kiedy tłumienie naturalne w instalacji jest wystarczające nawet ich pominięcie. Wiąże się to w sposób oczywisty z niższymi oporami przepływu, a wiec obniżeniem zużycia energii. Dodatkową, korzyścią jest zmniejszenie zapotrzebowania na miejsce do montażu.


Niezwykle istotnym elementem central GOLD jest zastosowanie czujników do ciągłego pomiaru ilości przetłaczanego powietrza i sprzęgnięcie z płynną, regulacją ilości powietrza za pomocą przetwornika częstotliwości. W systemie tym sygnał o chwilowym strumieniu powietrza pozwala zmienić przepływ do wartości projektowanej. Dzięki temu, można zrezygnować z zastosowania przepustnic, które w tradycyjnych rozwiązaniach pozwalały na regulację sieci, a które były źródłem znacznych strat ciśnienia. Ponadto pozwoli to projektantom na bardziej optymalne ustalenie punktu pracy wentylatora.



KONTAKT

Swegon
Nabilaton:Remak - SERIA FP - podwieszane centrale klimatyzacyjne

Czy wiesz że...

Wraz z rozwojem cywilizacji zauważono, że sama wymiana powietrza w pomieszczeniach jest niewystarczająca do spełnienia wszystkich wymagań stawianych przez ludzi. Zewnętrzne powietrze często jest zanieczyszczone pyłami, ma niską bądź za wysoką temperaturę lub jest po prostu bardzo wilgotne. Zaczęto wyposażać systemy wentylacji w elementy kształtujące podstawowe parametry powietrza. Powszechnie zaczęto montować nagrzewnice, chłodnice i filtry w instalacjach wentylacyjnych, które z biegiem czasu zaczęły stanowić integralne elementy urządzeń wentylacyjnych nazywanych centralami wentylacyjnymi. Centrale wentylacyjne to duże urządzenia, których zadaniem jest przygotowanie powietrza wentylacyjnego do wprowadzenia go do pomieszczenia. W zależności od wymagań pomieszczenia urządzenie może wykonywać jedną lub cztery funkcje: filtracja, osuszanie, ogrzewanie lub chłodzenie. Szeroki zakres możliwości proponowanych przez nowoczesne centrale wentylacyjne doprowadził do tego, że stają się nieodłącznym elementem całego systemu wentylacji, a ich obecność w nowoczesnym przemyśle i budownictwie stała się normą.

Katalog firm

Centrale na Forum