KLIMATYZACJA – INSTALACJE

CH£ODNICTWO & Klimatyzacja 7/200230

W artykule opisano i porównano trzynowoczesne systemy klimatyzacji, waspekcie komfortu cieplnego, zu¿yciaenergii oraz kosztów inwestycyjnych:�� A – system VVS, o zmiennychiloœciach powietrza,�� B – system woda-powietrze z apa-ratami indukcyjnymi, ³¹cz¹cy w so-bie zasadê mieszania powietrzaz systemem wyporowym,�� C – system stropów ch³odz¹cych,po³¹czony z wentylacj¹ wyporow¹.Przy za³o¿eniu, ¿e temperatura w po-mieszczeniu ulega zmianie zale¿nieod temperatury zewnêtrznej: latemw przedziale 25-27oC, zim¹ 22-24oC,stwierdza siê stosunkowo nieznaczneró¿nice w zu¿yciu energii miêdzy sys-temami B i C. W przypadku systemuA zu¿ycie energii jest wiêksze o 10%,natomiast koszty inwestycyjne s¹najwiêksze dla systemu C.Przedstawione przyk³ady praktycznemaj¹ na celu pokazanie wp³ywu nie-w³aœciwego doboru systemu i z³ejkonserwacji urz¹dzeñ na odczuciekomfortu cieplnego i zu¿ycie energii.

Kryteria wyboru systemuWybór w³aœciwego systemu klimaty-

zacji dla danego obiektu zale¿yg³ównie od maksymalnych obci¹¿eñcieplnych oraz niezbêdnych iloœciœwie¿ego powietrza. Inne kryteria to ar-chitektura, przeznaczenie i standardobiektu. St¹d te¿ optymalny wybór sys-temu klimatyzacji zale¿y od dobrejwspó³pracy przysz³ego u¿ytkownika,architekta i projektanta klimatyzacji.Dla pomieszczeñ biurowych o œrednimzagêszczeniu 10 m2/osobê, zgodniez norm¹ DIN 1946/2, nale¿y przyjmo-waæ wymianê 6 m3/h�m2 (przy zakazie

palenia) i 8 m3/h�m2 (bez zakazu pale-nia) powietrza zewnêtrznego.

Z uwagi na wielkoœæ zu¿ycia energii,szczególnie ekonomiczne okaza³y siêsystemy typu woda-powietrze (noœni-kiem ch³odu jest woda). Systemy VVSpotrzebuj¹ na odprowadzenie zysków

ciep³a z pomieszczenia wiêkszych iloœ-ci powietrza zewnêtrznego, co z koleiwp³ywa bezpoœrednio na jakoœæ powie-trza w pomieszczeniu.

Dla porównania ró¿nych systemówwybrano typowy budynek biurowyo wysokim standardzie i œrednim obci¹-¿eniu cieplnym wynosz¹cym 70 W/m2.

Opis obiektu i systemów klimatyza-cyjnych

Budynek ma 4 kondygnacje i powie-rzchniê klimatyzowan¹ 5000 m2.Udzia³ oszklenia w powierzchni fasadywynosi 50%. Wszystkie okna, z wy-j¹tkiem strony pó³nocnej, wyposa¿onezosta³y w ¿aluzje zewnêtrzne. Nale¿ypodkreœliæ, ¿e ca³y budynek jest dobrzeizolowany termicznie.

System A – to instalacja VVS z dwomacentralami klimatyzacyjnymi, ustawiony-mi na dachu, o maksymalnej wydajnoœci95 000 m3/h i 75 000 m3/h, wyposa¿ony-mi w rekuperatory ciep³a. Pokoje biurowe

s¹ ch³odzone wy³¹cznie odpowiednioprzygotowanym powietrzem zewnêtrz-nym. Powietrze jest doprowadzane zapomoc¹ nawiewników szczelinowycho wysokim stopniu indukcji, umieszczo-nych w stropie podwieszonym. Ogrzewa-nie zapewniaj¹ grzejniki usytuowane pod

oknami. Ka¿da strefa o powierzchni 50 m2

ma indywidualn¹ regulacjê wydajnoœcipowietrza nawiewanego i wywiewanego.Grzejniki s¹ wyposa¿one w termostaty-czne zawory regulacyjne.

System B – to instalacja z 2-przewo-dowymi podsufitowymi aparatami induk-cyjnymi, realizuj¹cymi tylko cykl ch³odze-nia. Aparaty te pod³¹czone s¹ bezpoœre-dnio do nawiewników szczelinowych.Wydajnoœæ zastosowanych central kli-matyzacyjnych wynosi 30 000 m3/h przyza³o¿eniu 60 m3/h na osobê. Nale¿y zaz-naczyæ, i¿ nowa polska norma okreœlaten wskaŸnik na poziomie 50 m3/h naosobê, dla pomieszczeñ gdzie nie obo-wi¹zuje zakaz palenia.

Aparaty indukcyjne montuje siêw przestrzeni miêdzystropowej albow odpowiednim uskoku – wzd³u¿ kory-tarza (CH&K nr 05/01). W tym systemieok. 2/3 zysków ciep³a z pomieszczeniajest odprowadzane poprzez indukowa-ne powietrze obiegowe. Zyski te s¹

Klimatyzacja dużych obiektów biurowych

Analiza i wybór systemu klimatyzacji firmy LTG

Wojciech KLAJNERT*), Kraków

*) Mgr in¿. Wojciech KLAJNERT – firma HTKWent.

Rys. 1. Typowy rozk³ad strumienia powietrza dla 3 systemów

CH£ODNICTWO & Klimatyzacja 7/2002

przekazywane poprzez wymiennik dowody ch³odz¹cej. Utrzymanie zadanejtemperatury w pomieszczeniu odbywasiê poprzez regulacjê przep³ywu wodych³odz¹cej lub regulacjê strumienia po-wietrza (system przepustnic w aparacieindukcyjnym). Uk³ad ogrzewania zapew-niaj¹ grzejniki usytuowane pod oknamii wyposa¿one w zawory termostatyczne.

System C – sk³ada siê ze stropówch³odz¹cych o du¿ym udziale promie-niowania i z instalacji niskociœnienio-wej powietrza œwie¿ego o sta³ym wy-datku 30 000 m3/h. Powietrze dopro-wadzane jest do pomieszczeñ za po-

moc¹ nawiewników wyporowych, usy-tuowanych przy fasadzie. Grzejnikiumieszczone pod oknami s¹ wyposa-¿one w zawory termostatyczne.

Na rysunku 1 pokazano schematy-cznie rozk³ad i kszta³t strumieni powiet-rza w pomieszczeniu przy zastosowa-niu omawianych systemów. System B(rys. 2) jest po³¹czeniem systemu mie-szania powietrza wewnêtrznego zestrumieniem wyporowym.

Nawiewnik 3-szczelinowy, doprowa-dza ch³odne powietrze do pomieszcze-nia. Ju¿ w niewielkiej odleg³oœci od na-wiewnika wystêpuje intensywna induk-

31

Rys. 2. System INDIVENT: a) schemat rozdzia³u po-wietrza,b) rozprzestrzenianie siêpowietrza w czasie,c) system w fazie monta¿u

a)

b)

c)

084/

02

CH£ODNICTWO & Klimatyzacja 7/200232

cja powietrza z pomieszczenia, efek-tem czego jest szybki wzrost tempera-tury nawiewu oraz szybki spadekprêdkoœci nawiewanego powietrza.Pionowy gradient temperatury w przes-trzeni przebywania ludzi nie przekracza1,5oC, a prêdkoœæ przep³ywaj¹cego po-wietrza nie przekracza 0,15 m/s. Takisposób nawiewu ró¿ni siê znacznie od„czystego” systemu wyporowego i cha-rakteryzuje siê wy¿sz¹ intensywnoœci¹ch³odzenia, gdy¿ temperatura nawie-wanego powietrza jest znacznie ni¿sza,ni¿ np. w systemie wyporowym.

Porównanie systemów klimatyzacjiw aspekcie komfortu cieplnegow pomieszczeniu

Na rysunku 5 przedstawiono zu¿y-cie energii ch³odniczej, grzewczeji elektrycznej dla omawianych 3 sys-temów. Przy zastosowaniu systemu C(strop ch³odz¹cy i system wyporowy)

mo¿e dojœæ do odczucia przeci¹gu,jeœli równoczeœnie wyst¹pi¹ niekorzys-tne dla zachowania komfortu dwa pa-rametry. Pionowy gradient temperatury,w strefie przebywania cz³owieka, prze-kroczy wartoœæ 2oC, a temperatura na-wiewanego powietrza w tej przestrzenibêdzie ni¿sza ni¿ 21oC.

Badania laboratoryjne dotycz¹ce ja-koœci powietrza w klimatyzowanych po-mieszczeniach wykaza³y, ¿e wszystkietrzy systemy zapewniaj¹ komfortow¹jakoœæ powietrza.

W przypadku systemu B (INDI-VENT) jakoœæ ta jest jeszcze wy¿szaz uwagi na charakter kszta³towaniastrugi nawiewanego powietrza oraz pow-stawanie lokalnych Ÿróde³ ciep³a wy-wo³uj¹cych tworzenie siê kominów ter-micznych, powoduj¹cych odprowadza-nie zu¿ytego i zanieczyszczonego po-wietrza do góry, poza strefê przebywa-nia cz³owieka.

Porównanie systemów pod wzglê-dem energetycznym i kosztów in-westycyjnych

Maksymalne zapotrzebowanie naenergiê ch³odnicz¹ i zwi¹zane z tymkoszty instalacji zale¿¹ w sposóbszczególny od systemu regulacji. I tak,jeœli wartoœæ zadana temperatury w po-mieszczeniu jest sztywn¹ funkcj¹ tem-peratury zewnêtrznej (krzywa A – rys.5), to np. w przypadku systemu A(VVS) wzrasta do maksimum zapotrze-bowanie na powietrze zewnêtrzne,podczas ch³odnych dni o intensywnympromieniowaniu s³onecznym.

Jeœli natomiast dopuœci siê do kon-trolowanych wahañ temperaturyw pomieszczeniu w zakresie nie wiêk-szym ni¿ ±2,0oC, tzw. pasmo energiizerowej (DIN 1946 , cz. 2 , projektnormy 1991), to mo¿liwe jest uzyska-nie oszczêdnoœci w zu¿yciu energii

KLIMATYZACJA – INSTALACJE

Rys. 4. Aparat indukcyjny stoj¹cy wyporowy – dolny nawiew powietrza, z ma³¹ prêdkoœci¹

Rys. 3. Aparat indukcyjny stoj¹cy – nawiew powietrza do góry

CH£ODNICTWO & Klimatyzacja 7/2002 33

i w kosztach inwestycyjnych o ok.10% (rys. 5 i 6).

Mo¿na zauwa¿yæ, ¿e ró¿nice w zu-¿yciu energii dla omawianych sys-temów s¹ niewielkie pod warunkiem, ¿edopuœci siê pewne wahania temperaturyi uwzglêdni siê je póŸniej w koncepcjiautomatycznej regulacji. W przypadkusystemów typu woda-powietrze, ró¿ni-ce w zu¿yciu energii dla przypadków Ai B (rys. 5) nie s¹ du¿e. Aby odprowa-dziæ zyski ciep³a, zbêdna jest dodatko-wa energia do napêdu wentylatorów,jak jest to w przypadku systemu VVS.Poza tym w przebiegu ca³ego procesubior¹ udzia³ mniejsze iloœci powietrza, atym samym mo¿liwe jest stosowaniemniejszych przekrojów kana³ów, co po-woduje istotne obni¿enie kosztów inwes-tycji.

W przypadku stosowania systemuVVS, mo¿liwoœci uzyskania oszczêd-noœci w zu¿yciu energii s¹ wiêksze,gdy¿ mamy tu do czynienia z du¿ymiró¿nicami w iloœciach transportowane-go powietrza. Przy stosowaniu syste-

mu C (stropy ch³o-dz¹ce) jest niezbêdnezastosowanie uk³aduregulacji, dopuszcza-j¹cego wahania tem-peratury w pomiesz-czeniu maksymalniedo ±2,0oC. Wi¹¿e siêto ze stosunkowodu¿¹ bezw³adnoœci¹stropu ch³odz¹cegoi jego woln¹ reakcj¹na np. zmienne zyskiciep³a od nas³onecz-nienia. Stwierdziæ na-le¿y, ¿e system Ccharakteryzuje siênajwy¿szymi, spoœródomawianych syste-mów, kosztami inwes-tycyjnymi. Wad¹ stro-pów ch³odz¹cych jestto, ¿e wiêksz¹ czêœæpowierzchni stropuzajmuj¹ rury wype³-nione wod¹ – noœni-kiem ch³odu. Stwarza

to ograniczenia w aran¿acji stropuprzez architekta oraz ryzyko zalaniapomieszczenia w przypadku niesz-czelnoœci sytemu wodnego.

W przypadku lek-kich stropów ch³o-dz¹cych (np. alumi-nium), gdzie ok. 60--65% energii jest prze-kazywane na drodzepromieniowania a 40--35% – poprzez kon-wekcjê, wydajnoœæ ichnie powinna przekra-czaæ 40-50 W/m2 po to,aby nie dopuœciæ dowzrostu ró¿nicy tempe-ratur miêdzy g³ow¹a stopami o wiêcej ni¿o 1,5-2,0oC. W wiêk-szoœci przypadków jestto zbyt ma³y strumieñi wymaga doprowadze-nia dodatkowych iloœcich³odu wraz z powiet-rzem zewnêtrznym.

Wp³yw nieprawid³owego doboru sys-temu, b³êdów w eksploatacji i z³ejkonserwacji na poziom komfortucieplnego i zu¿ycia energii

Na rysunku 7 przedstawiono stan,gdzie pewna liczba u¿ytkowników nie uru-chomi³a ¿aluzji s³onecznych, bêd¹cych jakwiadomo, bardzo skutecznym œrodkiemzmniejszaj¹cym zyski ciep³a od nas³onecz-nienia. Przy zamkniêtych w 50% ¿aluz-jach, temperatura w pomieszczeniu wzras-ta o 7oC. Oznacza to, ¿e ochrona przedpromieniowaniem s³onecznym powinnabyæ uruchamiana centralnie (fasady jakostrefy). Tym niemniej u¿ytkownik powinienmieæ mo¿liwoœæ indywidualnego urucha-miania ¿aluzji w swoim pokoju.

Typowymi b³êdami wystêpuj¹cymiw systemie VVS s¹ :� nieprawid³owy dobór,� b³êdna regulacja ciœnienia w kana-

³ach i centralach klimatyzacyjnych.Konsekwencj¹ jest zbyt wysoka

wartoœæ ciœnienia, co z kolei oznaczawiêksze o 10-15% zu¿ycie energiielektrycznej do napêdu wentylatorów.

Innym przyk³adem marnotrawstwaenergii jest równoczesne ogrzewaniei ch³odzenie tego samego pomieszcze-nia czy strefy, przy stosowaniu systemów

KLIMATYZACJA – INSTALACJE

Rys. 5. Porównanie zu¿ycia energii 3 systemów

Rys. 6. Porównanie efektywnoœci energetycznej i kosztów in-westycji

CH£ODNICTWO & Klimatyzacja 7/200234

typu woda-powietrze lub VVS. Jako przy-czynê takiego stanu nale¿y wymieniæ :

– brak pasma tolerancji temperaturyw przypadku sekwencyjnego ogrzewa-nia i ch³odzenia,

– zbyt du¿y zakres regulacji propor-cjonalnej zaworów termostatycznych,

– nieprawid³owe nas-tawianie termostatówprzez u¿ytkownika.Je¿eli np. 20% zaworówtermostatycznych przygrzejnikach, w analizo-wanym obiekcie, zosta-³o nastawionych na nie-prawid³ow¹ wartoœæ za-dan¹, np. +24oC, pod-czas gdy zadana war-toœæ ch³odzenia wynosi+22oC, zu¿ycie energiina jednoczesne ogrze-wanie i ch³odzenie wzra-sta o 4%.W tabeli przedstawio-no wa¿niejsze kryteriau³atwiaj¹ce wybór w³aœ-ciwego systemu:

WnioskiNale¿y zaznaczyæ, ¿e analiza i porów-

nanie trzech systemów odnosz¹ siê dodanego typu budynku. Nie ulega w¹tpli-woœci, ¿e systemy typu woda-powietrze,z których jednym z najlepszych jest systemINDIVENT, charakteryzuj¹ siê najni¿szym

zu¿yciem energii i zapewniaj¹ najwy¿szypoziom komfortu cieplnego. Z kolei sys-tem C (stropy ch³odz¹ce) obarczone s¹pewnymi wadami, jak opisano powy¿eji cechuj¹ siê wysokimi kosztami inwestycji.

Wysokie koszty inwestycji i du¿e zu-¿ycie energii wykazuj¹ systemy typuVVS. Ich atutem jest to, i¿ bardzo ³atwopozwalaj¹ one na dostawê powietrzazewnêtrznego do tych pomieszczeñ,które charakteryzuj¹ siê du¿ymi zmiennym zagêszczeniem osób (salekonferencyjne, pokoje narad itp.).

W aspekcie wolnej aran¿acji pomie-szczeñ (stropów) najwiêksze walory wy-kazuje system B (INDIVENT). Podobnecechy wykazuj¹ inne systemy oparte naaparatach indukcyjnych z prowadze-niem powietrza „strop-strop” (aparaty in-dukcyjne sufitowe) lub „pod³oga-strop”(aparaty indukcyjne montowane w pod-³odze podwójnej).

LITERATURA

[1] LTG Technische Information nr. 81 [2] LTG Technische Information nr. 82[3] Materia³y w³asne firmy HTK Went.

�

KLIMATYZACJA – INSTALACJE

Rys. 7. Zwiêkszenie efektywnoœci w funkcji wykorzystania ¿a-luzji s³onecznych

064/

02