Reklama
 
 
 
Belki – urządzenia chłodząco-grzewcze stosowane w układach klimatyzacyjnych
Ocena użytkowników: / 8
SłabyŚwietny 
Data dodania: 29.09.2013

Współczesne systemy wentylacyjno-klimatyzacyjne są odpowiedzią na coraz to nowsze wymagania stawiane zarówno przez obligatoryjne normy, wytyczne jak również przez użytkowników pomieszczeń, w tym inwestorów.

 

Głównymi problemami współczesnych obiektów są zbyt wysokie zyski ciepła oraz takie dostarczenie strumienia świeżego i czystego powietrza do strefy pracy ludzi, aby nie powodować przeciągów. Kolejnym problemem są zbyt wysokie koszty inwestycyjne i eksploatacyjne urządzeń oraz systemów wentylacyjno- klimatyzacyjnych. W poniższym artykule omówiono system, który spełnia wyżej wymienione wymagania i jest przy tym systemem ekonomicznym zarówno w inwestycji jak i eksploatacji, zapewniającym skuteczną wentylację.

 

Charakterystyka belek W ostatniej dekadzie popularność zdobył system tak zwanych sufitowych belek chłodzących (z ang. cooling ceiling beams).

Ze względu na konstrukcję i sposób dostarczania powietrza wyróżniamy dwa rodzaje belek:

  • belka pasywna (bierna) – urządzenie składające się z wymiennika ciepła, zapewniającego ochłodzenie lub czasem podgrzanie przepływającego powietrza. Oddawanie ciepła/chłodu następuje na drodze zjawiska konwekcji. Belka pasywna jest urządzeniem pracującym bez nawiewu świeżego powietrza, stąd jej nazwa – pasywna. W tym przypadku (rzadko) świeże powietrze jest dostarczane za pomocą osobnej, często dodatkowej, instalacji wentylacyjnej, składającej się z centrali klimatyzacyjnej i układu nawiewników: sufitowych, ściennych, czy też podłogowych (rys. 1A).
  • belka aktywna (czynna) – urządzenie składające się z wymiennika ciepła, zapewniającego zarówno chłodzenie jak i ogrzewanie przepływającego powietrza. Belka aktywna pracuje z nawiewem świeżego powietrza, stąd jej nazwa. Występuje tutaj zjawisko indukcji (dochodzi do „porywania” cząsteczek powietrza obiegowego). Powietrze obiegowe jest zasysane do wnętrza belki, dzięki podciśnieniu panującemu pod belką (w miejscu występowania dysz nawiewnych). Podciśnienie jest spowodowane nawiewaniem powietrza świeżego z układu wentylacji mechanicznej do wnętrza belki. Powietrze obiegowe dostaje się do wnętrza belki, gdzie najpierw przepływa przez wymiennik i zostaje albo ochłodzone, albo ogrzane, po czym miesza się z powietrzem świeżym, wypływającym z dysz ułożonych po obu stronach przewodu. Tak zmieszane powietrze nawiewane jest do pomieszczenia za pomocą dysz wylotowych usytuowanych wzdłuż długości belki (rys. 1B).

 

2013-08-57-1

Rys. 1. Schemat budowy belki chłodzącej: A) pasywnej, B) aktywnej: 1 – wymiennik ciepła, 2 – dysza wylotowa, 3 – dysza wylotowa powietrza świeżego, 4 – komora powietrza świeżego

 

Należy nadmienić, że belka posiada przeponowy wymiennik ciepła składający się zwykle z systemu 2-rurowego lub z systemu 4-rurowego. Układ może służyć do grzania lub chłodzenia powietrza. Jeśli układ posiada dwa wymienniki, jeden wymiennik służy do grzania, drugi do chłodzenia. Rurki zasilane są czynnikiem grzewczym (funkcja ogrzewania) lub wodą lodową (funkcja chłodzenia) o parametrach 14/17°C lub 15/18°C na zasilaniu i powrocie. Rurki wykonane są z miedzi, ich ożebrowanie jest aluminiowe, a króćce dopływu i odpływu wody są miedziane. W przypadku wymiennika posiadającego funkcję grzania, występują dwa króćce dopływu i dwa króćce odpływu ciepłej i zimnej wody. Ożebrowanie ma na celu intensyfikację (zwiększenie) wymiany ciepła i/lub chłodu pomiędzy powierzchnią wymiennika a przepływającym przez niego powietrzem obiegowym.

System belek jak każdy inny system posiada swoje wady i zalety. Jednakże wraz z wdrożeniem pierwszych systemów belek na rynek HVAC był on postrzegany jako produkt niemalże idealny, bez wad. Dopiero wraz z upływem czasu ich użytkowania dostrzeżono, że głównym problemem belek jest zjawisko wykraplania się wilgoci. Problem ten został wyeliminowany poprzez zastosowanie właściwej regulacji temperatury, czy systemu. Do wykroplenia dochodzi bowiem wtedy gdy temperatura wody na zasilaniu jest niższa niż 13°C. Zaleca się więc aby jej najniższa wartość mieściła się w granicach 14÷16°C. Ponadto już w fazie projektowania systemu belek do danego obiektu i/lub pomieszczenia, należy zwrócić baczną uwagę nie tylko na wartości zysków ciepła (obciążenie termiczne budynku), ale przede wszystkim na wartości wilgotności względnej powietrza w pomieszczeniu. Belki prawidłowo pracują tylko w środowisku o niskich zyskach wilgoci (gdy powietrze zewnętrzne ma temperaturę wyższą niż 22°C należy zastosować proces osuszania [4]), i tam gdzie nie ma niekontrolowanego zjawiska infiltracji (czyli niekontrolowanego napływu powietrza zewnętrznego poprzez duże nieszczelności budynku). Należy również zadbać o izolację przewodów, jak również o czujniki punktu rosy na przewodach, czy zastosowanie zaworów odcinających. Gdy następuje wzrost wilgotności względnej następuje natychmiastowe odcięcie dopływu wody lodowej.

Belka może pełnić funkcję ogrzewania. Jednakże aby uzyskać takie parametry powietrza, które pozwolą na formowanie się i zachowanie na żądanym poziomie parametrów mikroklimatu wewnętrznego, muszą zostać spełnione następujące warunki:

  • niska wartość temperatury wody na zasilaniu wynosząca około 35÷45°C,
  • małe straty ciepła w budynku/pomieszczeniu,
  • zastosowane belki aktywne muszą być wyposażone w zawory regulacyjne dla funkcji ogrzewania.

 

Ogrzewanie pomieszczenia z góry do dołu czyli z sufitu w kierunku podłogi może nie dawać oczekiwanych efektów, zwłaszcza gdy powierzchnia podłogi i ścian jest nieogrzana i charakteryzuje się małą akumulacją ciepła. Ponadto w przekroju poprzecznym gradient temperatury jest różny – u dołu (nogi) temperatura jest niższa (zwykle o 2÷3°C) niż u góry (głowa), stąd może wynikać u użytkowników pomieszczeń uczucie dyskomfortu odczuwane jako niedogrzanie pomieszczenia, uczucie chłodu itp. Dzieje się tak również dlatego, iż oddawanie ciepła przez belkę ma istotne znaczenie. Belki wmontowane w powierzchnię sufitu oddają ciepło na drodze promieniowania (które następuje poprzez nieznacznie nagrzaną powierzchnię sufitu, jak również ciepło zakumulowane w przegrodach budynku w wyniku działania procesu ogrzewania) i konwekcji. Z powyższych względów wynika, że belka może stanowić uzupełnienie do ogrzewania obiektu, realizowane za pomocą np. centralnego ogrzewania, pracy konwektorów podłogowych, czy też ogrzewania podłogowego (zbyt wysoka temperatura podłogi nie sprzyja ludziom chorym na zakrzepicę, czy żylaki nóg), w którym to belka będzie dogrzewała pomieszczenie i wentylowała je.

Poniżej wymieniono główne zalety wynikające ze stosowania systemu belek w układach wentylacyjno-klimatyzacyjnych:

  • brak wentylatorów (stąd niski poziom generowanego hałasu 25÷30 db(A), zwykle około 28 db(A)),
  • brak części ruchomych – oprócz zaworów regulacyjnych (mniejsza awaryjność urządzenia, niski koszt użytkowania),
  • brak silników (mniejszy pobór prądu),
  • brak pompki skroplin (mniejszy koszt urządzenia),
  • brak filtrów (mniejsza cena zakupu urządzenia i brak wymiany/ czyszczenia,
  • niska wysokość (zabudowa urządzenia wynosi nawet do 12÷13 cm – wygoda montażu zwłaszcza w specyficznych obiektach np. mało miejsca na powierzchni sufitu, niska kondygnacja),
  • przegląd raz na 3, a nawet 5 lat (określony zwykle przez producenta, wynika z pracy w niskiej wilgotności, braku części ruchomych, filtrów),
  • żywotność urządzenia obliczona na około 20 lat.

 

2013-08-58-1

Rys. 2. Innowacyjna belka chłodząca, zaprojektowana przez firmę AIVAN na konkurs Helsinki, 2010 rok, firma Halton

 

Wyżej wymienione zalety wpływają w znacznym stopniu na popularność stosowania belek. Z kolei ich efektywna praca zapewnia skuteczną wentylację pomieszczeń, czyli eliminację zbędnych zysków ciepła, chłodzenie i/lub ogrzewanie powietrza wewnętrznego (zwanego również obiegowym) i wentylację pomieszczeń (dostarczenie ilości świeżego powietrza). Kolejną zaletą belek jest równomierny rozpływ powietrza z belki do pomieszczenia, gwarantujący równomierny rozkład temperatury i prędkości w pomieszczeniu wentylowanym. Niskie prędkości przepływającego pod belką powietrza powodują niskie ryzyko powstawania przeciągów w strefie pracy.

W literaturze belki określane są mianem nawiewnika indukcyjnego lub nazywane są urządzeniami do indywidualnej obróbki powietrza wewnątrz budynku/pomieszczenia, czy danej wytyczonej strefy. Wynika to z faktu, iż belki doskonale nadają się do kształtowania mikroklimatu w obiektach z wieloma pomieszczeniami o zróżnicowanym obciążeniu cieplnym. W takim przypadku stosuje się dwustopniową obróbkę powietrza, polegającą na obróbce powietrza zewnętrznego w centrali (pierwszy stopień) i na obróbce powietrza obiegowego w urządzeniu indywidualnym np. w belce (drugi stopień). Takie postępowanie sprzyja skuteczniejszej wentylacji poszczególnych pomieszczeń i wpływa na ekonomiczną pracę całego systemu wentylacyjno- klimatyzacyjnego.

Należy podkreślić, że do systemów obsługujących pomieszczenia o dużych zyskach ciepła częściej stosowane są belki aktywne niż pasywne. W belce aktywnej zachodzi zwiększona wymiana ciepła, z racji wymuszonego przepływu powietrza obiegowego w wymienniku i mieszania się go z powietrzem świeżym.

 

2013-08-58-2

Rys. 3. Przykład belki z wbudowaną oprawą oświetleniową (biura, hotele), firma Trox (typ DID600B-L)

 

Montaż belek

(...)

 

Koszta szacunkowe systemu

(...)

 

Podsumowanie

Belki jako urządzenia chłodząco-grzewcze są powszechnie stosowane przede wszystkim jako urządzenia chłodzące w obiektach o wysokich lub średnich zyskach ciepła. W dobie „komputeryzacji” i zmechanizowania współczesnego świata ma to niemałe znaczenie. Najwięcej bowiem zysków ciepła wydziela nie tyle sam człowiek (jego osoba i praca), co wszelkiego typu urządzenia (maszyny, sprzęt, w tym oświetlenie itp.) i komputery z nim współpracujące.

Ponadto doskonale sprawdzają się w obiektach, w których zapotrzebowanie na objętość strumienia nawiewanego powietrza jest zróżnicowana, w zależności od przeznaczenia i wymogów danego pomieszczenia, czyli tam, gdzie stosuje się dwustopniową obróbkę powietrza: ogólną i dla poszczególnych pomieszczeń. Z tego też względu i ze względu na swoją elastyczność pracy, belki stanowią niejako alternatywę dla takich urządzeń jakimi są klimakonwektory. A ze względu na swój nowoczesny design i niewielkie gabaryty są pożądane w obiektach o tzw. podwyższonym standardzie komfortu i estetyki. Do takich obiektów należą biura, banki, hotele, apartamenty, aule, sale wykładowe i konferencyjne, urzędy państwowe itp.

 

LITERATURA:
[1] ASHRAE handbook – HVAC Systems and Equipment 2004. ASHRAE 2004.
[2] ASHRAE Fundamentals. 2005.
[3] Halton Room Systems. Przewodnik do projektowania belek chłodzących.
[4] Piotr BARTKIEWICZ: Belki chłodzące – materiały seminaryjne. Forum Wentylacja 2005.
[5] Materiały katalogowe i techniczne Swegon.
[6] Materiały katalogowe i techniczne Halton.
[7] Materiały katalogowe i techniczne Fläkt Woods.
[8] Materiały katalogowe i techniczne Lindab.
[9] Materiały katalogowe i techniczne Trox.

 

mgr inż. Izabela TOMCZAK
projektant wentylacji i klimatyzacji, członek INWES, Kanada

 

Więcej na ten temat przeczytają Państwo w Chłodnictwie i Klimatyzacji nr 08/2013

 

 

Reklama

POLECAMY WYDANIA SPECJALNE

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2019

  • Pompy ciepła 2018

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2017

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2018

  • Pompy ciepła 2015

  • Pompy ciepła 2016

  • Pompy ciepła 2017

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2015

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2016

  • Pompy ciepła 2014

Reklama

Katalog firm chłodnictwo, klimatyzacja, wentylacja

CHŁODNICTWO: Agregaty (chillery) chłodzone powietrzem, Agregaty (chillery) chłodzone wodą, Agregaty absorpcyjne, Agregaty skraplające, Aparatura kontrolno-pomiarowa, Chłodnice, Chłodnictwo w transporcie, Chłodziwa i nośniki ciepła, Czynniki chłodnicze, Dry-coolery, Drzwi chłodnicze (okucia, akcesoria), Elementy rozprężające, Filtry - osuszacze czynnika chłodniczego, Komory chłodnicze i zamrażalnicze, Kontenery chłodnicze, Maszyny do produkcji lodu (płatkarki, kostkarki), Materiały termoizolacyjne, Meble chłodnicze i zamrażalnicze, Monobloki chłodnicze, Odolejacze, separtory, Oleje sprężarkowe, Płyty warstwowe, Pompy cyrkulacyjne, Silniki, Siłowniki, Sprężarki chłodnicze, Tunele mroźnicze (kriogeniczne), Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Urządzenia rozmrażające, Wieże chłodnicze, Wyłączniki i przekaźniki czasowe, Wymienniki ciepła (parowacze, skraplacze), Wymienniki płytowe, Zasobniki chłodu, Zawory, Zespoły spręzarkowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

KLIMATYZACJA i WENTYLACJA: Aparatura kontrolno-pomiarowa, Aparaty grzewczo-wentylacyjne, Centrale klimatyzacyjne monoblokowe, Centrale klimatyzacyjne rooftop, Centrale klimatyzacyjne sekcyjne, Chłodnice/nagrzewnice kanałowe, Czerpnie i wyrzutnie, Filtry powietrza, Kanały wentylacyjne, Klapy ppoż. (oddymiające, odcinające), Klimakonwektory, Klimatyzacja samochodowa, Klimatyzatory kompaktowe (przenośne, okienne), Klimatyzatory split, Klimatytory multi splity, Kolektory słoneczne, Kratki, nawiewniki, dysze, Kurtyny powietrzne, Materiały termoizolacyjne, Nasady kominowe, wywietrzniki, Nawilżacze (parowe, zraszające, ultradźwiękowe, komory zraszania), Oczyszczacze powietrza, Odciągi miejscowe, Okapy kuchenne, Osuszacze powietrza, Pompy ciepła, Pompy cyrkulacyjne, Przepustnice, Rekuperatory i regeneratory do odzysku ciepła, Siłowniki, Stropy, belki chłodząco-grzejące, Systemy Super Multi, Szafy klimatyzacji precyzyjnej, Tłumiki hałasu, Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Wentylatory dachowe, Wentylatory oddymiające, przeciwwybuchowe, chemoodporne, Wentylatory osiowe, Wentylatory promieniowe, Wentylatory strumieniowe (oddymiające), Wymienniki gruntowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

MATERIAŁY, NARZĘDZIA, PRZYRZĄDY, AKCESORIA: Izolacje akustyczne, termiczne, Materiały i przyrządy lutownicze i spawalnicze, Materiały uszczelniające, Narzędzia, Rury, kształtki, akcesoria, Urzadzenia i środki czyszczące, Urządzenia do inspekcji i czyszczenia systemów wentylacyjno-klimatyzacyjnych, Urządzenia do usuwania i napełniania instalacji chłodniczych; recyklingu czynników chłodniczych, Wibroizolacje, Zamocowania i tłumiki drgań.

INNE: Zrzeszenia i organizacje, Oprogramowanie komputerowe, Portale internetowe, Targi, wystawy, szkolenia.