Dzisiaj jesteśmy na początku drogi wprowadzania nowego standardu „inwerterowego” dla klimakonwektorów, tak jak miało to miejsce 10 lat temu dla klimatyzatorów split.

Wszyscy pamiętamy, jak blisko dekadę temu pojawiły się na rynku w ofercie produktowej pierwsze klimatyzatory split wyposażone w sprężarki w technologii inwerterowej (zasilane przez przetwornicę częstotliwości). Płynna zmiana prędkości obrotowej silników sprężarek była krokiem milowym w sposobie regulacji wydajnością tych urządzeń w odniesieniu do sprężarek ON/OFF, dzisiaj nazywanych tradycyjnymi. Benefity tej ówcześnie nowatorskiej technologii inwerterowej w odniesieniu do tradycyjnej, takie jak oszczędności zużycia energii rzędu 40÷50% oraz precyzja utrzymania parametrów komfortu przy obniżonej głośności spowodowały, że na dzień dzisiejszy stała się standardem technologicznym dla tego typu urządzeń.

W poniższym artykule przedstawiona została nową generację klimakonwektorów z silnikami EC z rodziny LEC firmy Carrier z uwypukleniem płynących korzyści dla użytkownika z zastosowania tej technologii w instalacjach HVAC.

Klasa energetyczna klimakonwektorów wg EUROVENT Niezależna certyfikująca organizacja EUROVENT w grudniu 2011 wprowadziła w życie system certyfikacji klasy energetycznej dla klimakonwektorów, analogicznie oznaczając je literami alfabetu od A do G, jaki znamy przykładowo z powszechnie stosowanego dla klimatyzatorów split lub chociażby sprzętu RTV i AGD. Klasyfikowane klimakonwektory zostały podzielone na dwie grupy (tabela 1):
• z bezpośrednim nawiewem powietrza (nie okanałowane – konsole, kasety i ścienne)
• kanałowe z przyjętym do obliczeń sprężem dyspozycyjnym 50 Pa na średnim biegu.

W skali klasyfikacji uwzględnione zostały również sprawności energetyczne klimakonwektorów z silnikami o płynnej zmianie wydajności wentylatora, jakie reprezentuje opisywana w niniejszym artykule rodzina klimakonwektorów LEC z silnikami EC.

Klasa energetyczna klimakonwektorów LEC
Wszystkie klimakonwektory Carrier są certyfikowane przez EUROVENT (rys. 1). Producent na dzień dzisiejszy posiada w ofercie następujące klimakonwektory LEC:
• konsole 42N_E w klasie A,
• kasetonowe 42GW w klasie A,
• kanałowe 42EM w klasie A i B,
• kanałowe korytarzowe wysokiego sprężu 42BJ w klasie A i B.

Klimakonwetory wielobiegowe z silnikami AC reprezentują klasy energetyczne w zakresie od D do E, sporadycznie klasa C.

Dlaczego należy stosować energooszczędne rozwiązania w systemach HVAC
Jak widać na załączonym rysunku 2, systemy HVAC są udziałem około 35% w kosztach utrzymania budynku. Jest to dosyć duża część kosztów eksploatacyjnych, które przez zastosowanie systemów i rozwiązań energooszczędnych, mogą zostać w znacznej części zmieniejszone. Jednym z wielu kierunków oszczędzania energii w systemach HVAC może być zastosowanie klimakonwektorów LEC z silnikami EC. Patrząc przez perspektywę kosztów inwestycji budynków, w których systemy HVAC są udziałem około 15÷20%, nieznaczne zwiększenie nakładów inwestycyjnych na systemy energooszczędne, znacznie zmniejsza ich udział w kosztach eksploatacyjnych.

Klimakonwektory LEC
Aktualnie budowane systemy klimatyzacji HVAC (eng. Heating, Ventilation and Air Conditioning) oparte na instalacjach wodnych, w ponad 90% zawierają klimakonwektory wielobiegowe z silnikami prądu przemiennego AC (eng. Alternating Current). Sterowanie wydatkiem powietrza wentylatora odbywa się za pośrednictwem sterownika załączającego prosty sygnał napięciowy 230V, który jednocześnie jest źródłem zasilania dla poszczególnych biegów silnika. Wentylatory z silnikami AC cechuje zużycie prądu elektrycznego w przybliżeniu proporcjonalnie wzrastające lub malejące do wydatku powietrza i idącą za tym zmianą wydajności chłodniczej/grzewczej.

Klimakonwektory LEC (eng. Low Energy Consumption) z silnikami bezszczotkowymi EC (eng. Electronically Commuted) prądu stałego DC (eng. Direct Current) o zmiennej prędkości obrotowej wentylatora to odmienna konstrukcja i sposób jego sterowania w porównaniu do silników wielobiegowych AC. Zasada działa silnika EC została opisna na łamach nr 7’2011 Ch&K w artykule „Podstawy budowy i działania silnika EC”. Wentylatory z silnikami EC są regulowane płynnie w zakresie 0÷100% swojego wydatku. Jednostki LEC zawierają płytę sterującą NTC, która w zależności od zadanych parametrów komfortu dla pomieszczenia i mierzonych parametrów temperaturowych wody oraz powietrza, w sposób płyny reguluje prędkością obrotową wentylatora. Klimakonwektory LEC z płytą sterującą NTC mogą być elementem systemu nadrzędnego sterownia Aquasmart Evolution 2010, należącego do grupy sterowania BMS systemów HVAC budynków, opisanego przeze mnie w wydaniu 11’2011 Ch&K.

Te dwie technologie silników wielobiegowych AC oraz LEC z silnikami EC, w uproszczeniu można porównać do różnicy między klimatyzatorami split ze sterowaniem tradycyjnym ON/OFF sprężarką oraz sprężarką inwerterową (...)

Benefity związane ze stosowanie klimakonwektorów LEC w instalacjach HVAC

Obniżenie kosztów zużycia energii elektrycznej (...)

Maksymalnie niski poziom hałasu (...)

Wyższy komfort użytkownika (...)

Wydłużony czas życia (...)

Klimakonwektory z silnikami AC i EC – pomiar zużycia energii (...)

Zyski ciepła pomieszczenia (...)

Przepływ powietrza (...)

Przepływ wody (...)

Temperatura wejścia i wyjścia wody (...)

Zużycie energii elektrycznej wentylatora
Wykres na rysunku 10 na pierwszy rzut oka uwypukla zaletę energooszczędnej pracy wentylatorów EC w klimakonwetorach LEC, co obrazuje niebieska linia. Czerwona linia to pobór mocy dla wentylatora wielobiegowego AC. W trakcie całego pomiaru klimakonwektor LEC zużył 0,203 kWh energii elektrycznej, a licznik energii dla wentylatora wielobiegowego AC zanotował 0,388 kWh. W tym konkretnym pomiarze pracy dwóch klimkonwektorów kanałowych z wentylatorami o zwiększonych mocach do pokonania oporów powietrza instalacji wentylacyjnej, w identycznych warunkach pracy, uzyskaliśmy oszczędności zużycia energii w wysokości 47% przez zastosowanie silników EC.

Zużycie energii źródła chłodu
Zgodnie z przeprowadzonymi obliczeniami, zapotrzebowanie na chłód węzła chłodu zmniejszyło się blisko o 22% dla instalacji z klimakonwektorem LEC w porównaniu do wielobiegowego silnikiem AC. Różnica ta wynika z wyższej temperatury powracającej wody o 5,3°C dla układu z klimakonwektorem LEC i znacznie mniejszego jej przepływu, a co za tym idzie wyższej sprawności EER źródła chłodu. Znacząco mniejszy przepływ przy zwiększonej różnicy temperatury wejścia i wyjścia wody pozwala na zaoszczędzenie około 70% energii pompowania.

Podsumowanie
Pisząc ten artykuł mam nadzieję, że zainteresowałem Państwa nową ideą sterowania klimakonwektorami przez zastosowanie silników EC i głowic zaworów wodnych z proporcjonalną regulacją przepływu.

Opisane przez mnie benefity z zastosowania klimakonwektorów LEC z silnikami EC pozwolą Państwu w sposób świadomy podejść do kwestii wyboru jaką technologię warto wybrać dla danej instalacji HVAC w budynku. Jesteśmy dzisiaj na początku drogi procesu, który można nazwać roboczo „inwerteryzacją klimakonwetrów”, analogicznie jak miało to miejsce ponad 10 lat temu dla klimatyzatorów split. Myślę, że jesteśmy w lepszej sytuacji z wprowadzaniem „inwerteryzacji” dla klimakonwektorów, ponieważ użytkownicy znają zalety i stosują technologię inwerterową w klimatyzatorach split. Analizując koszty energii elektrycznej w okresie ostatnich 20 lat, jednoznacznie możemy stwierdzić, że ceny miały tendencję tylko wzrostową. Na dzień dzisiejszy mamy jedną z najwyższych cen energii w Europie, jako pokłosie w ponad 90% uzysku jej z węgla kamiennego i brunatnego. Niestety prognozy nie są optymistyczne i powszechnie wiadomo, że ceny energii na najbliższe lata będą nieubłaganie wzrastać, ponieważ dodatkowo znaczna część infrastruktury przesyłowej energii jest wyeksploatowana i wymaga natychmiastowej modernizacji. W takiej sytuacji projektując i wykonując instalacje HVAC, powinnyśmy dzisiaj myśleć o tym jakie koszty eksploatacyjne będziemy płacić jutro. Carrier oferuje wiele rozwiązań energooszczędnych dla instalacji HVAC, jednym z elementów są właśnie opisane w tym artykule nowatorskie klimakonwektory LEC.