Belki chłodzące są odpowiednim rozwiązaniem w wielu aplikacjach i wymaganych wydajnościach chłodniczych. Niezależnie, czy są wbudowane w strop podwieszony, czy swobodnie zawieszone, mogą odprowadzać duże zyski ciepła z pomieszczeń.

Rys. 2. Zasada działania pasywnej belki chłodzącej – wężownica jako wymiennik ciepła

Wraz z rozwojem cywilizacyjnym staramy się zapewnić sobie jak najlepsze warunki przebywania w pomieszczeniach. Polska leży w klimacie umiarkowanym i, o ile zimą ogrzewanie pomieszczeń jest normą, to w porze letniej chłodzenie środowiska, przeznaczonego do stałego lub czasowego przebywania ludzi, nie jest już tak oczywiste, a też powinno być wymogiem. Mówimy tutaj o klimatyzacji komfortu, dla której priorytetem będzie to, aby ludzie przebywający w danym pomieszczeniu czuli się jak najlepiej, niezależnie od warunków zewnętrznych. O odpowiedni klimat wewnętrzny, wpływający na poczucie komfortu, sprawiający że organizm człowieka znajduje się w stanie zrównoważonego bilansu cieplnego, musi zadbać odpowiedni system wentylacji i klimatyzacji. Wśród wielu urządzeń i instalacji służących do zapewnienia właściwych parametrów klimatu wewnętrznego, zwłaszcza latem, możemy wymienić belki chłodzące.

Rys. 1. Zasada działania belki chłodzącej: a) pasywna belka chłodząca; b) aktywna belka chłodząca

Czym są belki chłodzące?
Belki chłodzące zaliczamy do systemów powietrzno-wodnych, które sprawdzają się w pomieszczeniach o dużych zyskach ciepła i małych ilościach zanieczyszczeń powietrza. We współczesnych budynkach użyteczności publicznej, które spełniają wysokie wymagania izolacyjności cieplnej, a jednocześnie mają duże przeszklenia ścian zewnętrznych (powodujące zyski ciepła przez nasłonecznienie) i wyposażone są w znaczne ilości urządzeń generujących ciepło (komputery, telewizory, lodówki, kopiarki, kserografy itp.), konieczne jest odbieranie i usuwanie nadmiaru wymienionych wyżej zysków ciepła. Poprawa jakości klimatu wewnętrznego, ma wpływ na lepsze samopoczucie ludzi, a także podnosi efektywność ich pracy. Wykorzystywana w systemach z belkami chłodzącymi woda, jako medium o bardzo wysokiej gęstości cieplnej, znakomicie nadaje się do odprowadzania nadmiaru ciepła z pomieszczeń.

Podstawowa różnica pomiędzy tradycyjnymi systemami klimatyzacyjnymi a belkami chłodzącymi polega na tym, że ciepło odprowadzane jest przez wodę, a nie przez powietrze. Woda ma dużo większą pojemność cieplną niż powietrze, więc potrzeba jej objętościowo znacznie mniej niż powietrza. Odprowadzanie zysków ciepła przez wodę jest bardziej efektywne, wymaga zdecydowanie mniej miejsca na przeprowadzenie elementów instalacji i transport energii chłodniczej. Instalację klimatyzacyjną z belkami chłodzącymi można porównać do instalacji centralnego ogrzewania (obie instalacje są instalacjami hydraulicznymi z czynnikiem obiegowym w postaci wody). Zamiast źródła ciepła, wykorzystuje się źródło chłodu, którym może być agregat wody lodowej. Grzejniki zastąpione są natomiast belkami chłodzącymi, które pracują jako wymienniki ciepła, umieszczone na lub pod sufitem danego pomieszczenia. Przez belkę przepływa zimna woda, a ciepłe powietrze, znajdujące się w pomieszczeniu, unosi się do góry i przepływając przez belkę, oziębia się od jej powierzchni. Po oziębieniu staje się cięższe od ciepłego powietrza i po prostu opada w dół. Powstaje cyrkulacja powietrza w pomieszczeniu, w wyniku czego ciepłe powietrze nieustannie jest wymieniane na zimne. Wymiary belek zwykle są duże, a dzięki temu ruch powietrza jest równomierny, przy zachowaniu niewielkich prędkości jego przepływu. Ze względu na możliwość dostarczania świeżego powietrza, belki chłodzące można podzielić na dwa rodzaje: pasywne (bierne) – bez możliwości nawiewu świeżego powietrza oraz aktywne – z nawiewem świeżego powietrza do pomieszczenia (rys. 1.).

Pasywne belki chłodzące
Najprostszą formą systemu z belkami chłodzącymi są pasywne belki chłodzące, które do swojej pracy wykorzystują tylko powietrze znajdujące się w pomieszczeniu. Belka wyposażona jest w jednostkę chłodzącą – wymiennik ciepła. Woda lodowa dostarczana jest rurami do wymiennika – wężownicy, który składa się zazwyczaj z rurek miedzianych z aluminiowymi lamelami. Zadaniem wymiennika jest odprowadzenie zysków ciepła z pomieszczenia za pomocą wody lodowej. Ciepłe powietrze, powstające w pomieszczeniu, unosi się do góry, opływa przez belkę, gdzie kontaktując się z powierzchnią wymiennika ochładza się. To powoduje wzrost jego gęstości i opadanie (rys. 2.). Dzięki takiej cyrkulacji zjawisko zachodzi w sposób ciągły, a wymiana ciepła odbywa się głównie na zasadzie konwekcji, choć belki zapewniają również pewien stopień chłodzenia przez promieniowanie. System z belkami pasywnymi wymusza przepływ powietrza o małej prędkości, zapewniając jednocześnie niewielką różnicę temperatury pomiędzy górnymi i dolnymi partiami pomieszczenia, co jest cechą bardzo istotną dla użytkowników.

Prędkość opadania powietrza jest stymulowana dzięki kształtowaniu obudowy belki i uzyskaniu efektu kominowego. Dla zapewnienia odpowiedniego przepływu powietrza wokół pasywnej belki chłodzącej, jest ona z reguły swobodnie zawieszona poniżej płaszczyzny sufitu. Takie właśnie pasywne belki, których wygląd i konstrukcja przypomina grzejniki tradycyjnego ogrzewania, znalazły zastosowanie jako pierwsze. (...)

Rys. 4. System aktywnych belek chłodzących

Aktywne belki chłodzące
Większą intensyfikację wymiany ciepła możemy uzyskać, stosując aktywne belki chłodzące. O ile przez pasywne belki chłodzące przepływa tylko powietrze, znajdujące się w pomieszczeniu – aktywne belki chłodzące dodatkowo wykorzystują świeże powietrze, dostarczane z zewnątrz przez system wentylacji (rys. 4.). Podobnie jak w belkach pasywnych, ich praca opiera się na konwekcji naturalnej, ale są one zintegrowane z dopływem powietrza wentylacyjnego. Ponadto różnią się od swoich „pasywnych kuzynów” tym, że są bardziej złożone mechanicznie i posiadają większą wydajność chłodniczą.

W belkach aktywnych z nawiewem powietrza zewnętrznego mamy do czynienia ze zjawiskiem indukcji, dzięki któremu bezpośrednio pod belką powstaje podciśnienie. Umożliwia to łatwiejsze zasysanie powietrza z pomieszczenia do wnętrza belki, co ma wpływ na bardziej intensywne schładzanie go. Belki aktywne łączą więc w sobie funkcje chłodzenia i nawiewu powietrza świeżego do pomieszczenia, a nawiewane powietrze świeże intensyfikuje przepływ powietrza przez chłodnicę belki. Z tego powodu belki aktywne mają większą wydajność chłodniczą od belek pasywnych, w których powietrze przepływa przez wymiennik tylko w sposób grawitacyjny.

W belkach aktywnych uzdatnione świeże powietrze zewnętrzne dostarczane jest z centrali wentylacyjnej do kolektorów, skąd wypływa poprzez dysze rozmieszczone na długości belki. Powietrze to, wpływając przez dysze do komory mieszania, indukuje dopływające ciepłe powietrze z pomieszczenia. W wyniku tego powietrze wtórne (z pomieszczenia) miesza się z pierwotnym i jako powietrze nawiewne wprowadzane jest do pomieszczenia poprzez szczeliny nawiewne (rys. 5.). (...)

Temperatura wody lodowej (...)

Rys. 5. Schemat działania aktywnej belki chłodzącej

LITERATURA
[1] Materiały informacyjne firmy Barcol-Air: www.barcolair.com
[2] Materiały informacyjne firmy FlaktWoods: www.fl aktwoods.com
[3] Materiały informacyjne firmy Halton: www.halton.com
[4] Materiały informacyjne firmy Trox: http://www.troxtechnik.com/en/index.html
[5] http://www.advancedair.co.uk
[6] http://www.esi.info/detail.cfm//TROX-UK-Ltd/Integrated-Service- Modules/_/R-26169_IP243SQ#
[7] http://www.worldarchitecturenews.com/index.php?fuseaction=wanappln. projectview&upload_id=10550e