Ten przewrotny tytuł nie do końca odzwierciedla stanowisko autora. Autor niniejszej publikacji chciałby w ten sposób zwrócić uwagę na pewne fakty, które nie mogą być pomijane teraz, gdy uwaga wszystkich zainteresowanych stron skupia się na efektywnych energetycznie rozwiązaniach systemów wentylacyjno-klimatyzacyjnych. Niniejszy artykuł opisuje rozwiązania, które przeczą pewnym utrwalonym przez projektantów stereotypom dotyczącym central wentylacyjno-klimatyzacyjnych.

Nieodłącznym zadaniem systemu klimatyzacyjnego jest doprowadzenie i uzdatnienie powietrza świeżego. Wiele osób skupia się obecnie na zastosowaniu coraz lepszej izolacyjności budynków, co z jednej strony rzeczywiście redukuje straty cieplne, ale z drugiej strony (i to zazwyczaj jest pomijane) generuje konieczność zwiększenia ilości świeżego powietrza dostarczanego do budynku. Ten wzrost ilości powietrza świeżego generuje zwiększone zapotrzebowanie energii na cele chłodnicze i grzewcze przez centrale klimatyzacyjne. Mało kto jednak weryfikuje ten stan rzeczy.

Od wielu lat model konstrukcyjny centrali jest ten sam. Nieodłącznym i zasadniczym elementem centrali (usankcjonowane jest to przepisami prawa) jest rekuperator, którego zadaniem jest odzysk ciepła/chłodu z powietrza usuwanego. Tutaj również działania marketingowe wielu firm ograniczają się jedynie do deklaracji jak najwyższej sprawności odzysku ciepła (i to też dotyczy określonych warunków pracy, które nie występują stale). Kolejne elementy to wentylatory nawiewny i wywiewny, chłodnica, nagrzewnica, komora mieszania (jeżeli centrala nie pracuje tylko na powietrzu świeżym) i sekcja nawilżania. Idea i zasada działania jest wciąż jednak taka sama. 

Dążenie producentów do uzyskania jak najwyższej sprawności wszystkich tych elementów jest słuszne, ale generuje pewne ograniczenia. 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 redukcja kosztów eksploatacyjnych będzie dalej podlegała wielu ograniczeniom. 

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 nazw producentów i pustych sloganów, za którymi kryją się standardowe lub o słabej efektywności energetycznej rozwiązania. Często one bowiem pochodzą od najbardziej rozreklamowanych producentów, którzy, korzystając ze znajomości marki na rynku, prezentują słaby poziom rozwiązań technicznych.

Poniżej autor przedstawi w kilku faktach analizę najczęściej stosowanych rozwiązań i kolejno propozycję nowego spojrzenia na konstrukcję centrali wentylacyjno-klimatyzacyjnej ZEPHIR 3.

Rys. 1. Zmniejszenie strat ciepła budynku wiąże się ze wzrostem zapotrzebowania na powietrze świeże, a to generuje zwiększone koszty eksploatacyjne

Parametry obliczeniowe powietrza zewnętrznego 

W większości rozwiązań systemów klimatyzacyjnych przygotowywane są przez projektanta dobory urządzeń i obliczenia dla praktycznie dwóch całkiem skrajnych i odmiennych parametrów powietrza zewnętrznego. Są to:

• ƒƒparametry powietrza zewnętrznego dla okresu zimowego oscylujące wokół -20°C / 100% wilgotności względnej, 
• ƒƒparametry powietrza zewnętrznego oscylujące wokół 30°C / 45% w.w. 

oczywiście, że warunki te mogą zależeć od wielu innych dodatkowych czynników (lokalizacja budynku w strefie klimatycznej dla okresu zimowego, w okresie letnim warunki lokalne generujące konieczność podwyższenia obliczeniowej temperatury powietrza zewnętrznego itp.). Niemniej jednak rozpatrywane są dwa skrajne punkty odzwierciedlające maksymalnie niekorzystne warunki klimatyczne. Często jest tak, że analiza projektu ogranicza się tylko do tych dwóch punktów pracy. 

Nie ma jednak efektywnego systemu klimatyzacyjnego i jakiegokolwiek innego (np. ogrzewczego) bez przeprowadzonej analizy zachowania się systemu klimatyzacji (ogrzewania itp.) w ujęciu całego sezonu.

Poniżej autor przedstawi clou problemu. 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. 2.). 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. 2. Wykres częstości występowania temperatury 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 około 1% czasu pracy systemu klimatyzacji. 

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 – wówczas został wprowadzony w 2008 roku wskaźnik ESEER do programu certyfikacji agregatów chłodniczych EUROVENT.

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

Można zauważyć, że agregaty (rys. 3.) 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. 3. Agregaty chłodnicze o wysokiej efektywności dla warunków pełnego obciążenia cieplnego nie zawsze uzyskują wysokie wskaźniki efektywności energetycznej 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 2. 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.

Rekuperator obrotowy (lub płytowo-krzyżowy wymiennik odzysku ciepła)

(...)

Źródło chłodu/grzania

(...) 

Wentylatory nawiewny i wyciągowy

(...)

Wymogi stawiane nowoczesnym i efektywnym energetycznie rozwiązaniom central klimatyzacyjnych

(...)

Nowoczesna konstrukcja centrali klimatyzacyjnej

(...)

Porównanie do tradycyjnej centrali klimatyzacyjnej z wymiennikiem obrotowym

Dla jednego z obiektów autor przygotował porównanie pracy nowoczesnej konstrukcji centrali ZEPHIR 3 w stosunku do tradycyjnej konstrukcji centrali wentylacyjno-klimatyzacyjnej zasilanej z gruntowej pompy ciepła woda-woda jako najlepszego tradycyjnego rozwiązania alternatywnego. Wyniki porównania przedstawiono w tabeli 2. Jak wynika z zestawienia porównawczego w ciągu całego sezonu rozwiązanie nowoczesnej konstrukcji centrali przynosi oszczędności energetyczne 7%. W stosunku do tradycyjnych rozwiązań central klimatyzacyjnych zasilanych z typowych kompaktowych agregatów chłodniczych i kotłów grzewczych oszczędności wyniosą ok. 30%. Do pozostałych korzyści należy doliczyć wszystkie te wymienione w artykule: (brak orurowania do centrali, mniejsze zapotrzebowanie miejsca, wysoki stopień filtracji powietrza itp.).

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 stanowią agregaty chłodnicze i pompy ciepła o bardzo wysokich wskaźnikach efektywności energetycznej.

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.

Bartłomiej ADAMSKI
PZITS oddział Kraków