INŽ.BLOG

Vprašanje projektantom sNES: Zakaj ne uporabljate končnih enot z ventilatorjem ampak vedno in samo ventilatorske konvektorje?

Končne enote z ​​ventilatorjem (Fan-Powered Terminal Units / Fan-Powered Boxes - FPBs) so bile razvite leta 1974 z namenom odprave dogretja zraka in v obdobju gretja uporabo toplote stropnega plenuma, ki je bila sicer ali neporabljena ali v primeru, da se zrak iz prostora odvajal preko njega, izgubljena po vrnitvi v napravo za obdelavo zraka. Takratne končne enote z ventilatorjem so bile konfigurirane kot vzporedne enote. Slika 1 prikazuje generični projektantski detajl in primer izvedbe iz tistega časa.

Slika 1: Generični projektantski detajl in izvedba končne enote z vzporedno postavljenim ventilatorjem (Graves, J.R. 1986).

Končne enote z ​​ventilatorjem se danes uspešno uporabljajo v HVAC sistemih kot sekundarne enote za obdelavo zraka in so običajno nameščene v zračnih prostorih (plenumih) odvodnega zraka (npr. tehničnem stropu). Neredko se uporabljajo tudi kot majhne samostojne naprave za obdelavo zraka. Od indukcijskih zračnih enot se razlikujejo po tem, da vključujejo ventilator, ki ga poganja majhen motor, ki sesa zrak iz kondicioniranega prostora, tehničnega stropa ali tehničnega poda, ki ga meša s hladnim primarnim zrakom iz glavne naprave za prezračevanje in obdelavo zraka. Značilnosti teh enot so naslednje:

• V načinu gretja se primarni zrak meša s toplejšim zrakom z namenom povišanja temperature zraka vstopajočega v grelnik na izstopu enote, s čimer se zmanjša ali odpravi potreba po dogretju.
• Zračni tlak v dovodnem kanalu je mogoče zvišati, s čemer zrak doseže tudi tista območja, v katerih bi sicer lahko umanjkal.
• Omogočena je ohranitev dovolj visokega pretoka zraka za zagotovitev ugodja uporabnikom.
• Pretočne količine zraka se lahko znižajo v pogojih nizke toplotne obremenitve, kar zniža raven hrupa.
• Območja po obodu stavbe je mogoče greti brez delovanja osrednje naprave za prezračevanje in obdelavo zraka, kadar hlajenje ni potrebno.
• Delovni tlak glavne naprave za prezračevanje in obdelavo zraka se v primeru uporabe končnih enot z zaporedno postavljenim ventilatorjem v primerjavi z drugimi takšnimi sistemi lahko zniža, kar zmanjšuje porabo energije za razvod zraka.
• V sistemih s hranilniki hladu in drugih sistemih z razmeroma nizko temperaturo dovodnega zraka, se lahko za mešanje tega uporabijo končne enote z zaporedno postavljenim ventilatorjem. Nekatere takšne enote so že opremljene z izolacijo s parno zaporo, ki preprečuje kondenzacijo pri nizkih temperaturah dovodnega zraka.

Kot je bilo mogoče iz zgoraj zapisanega že zaključiti, so končne enote z ventilatorjem dveh vrst:

• Z zaporedno postavitvijo ventilatorja, pri kateri ves primarni in posesan sekundarni zrak prehajata skozi ventilator. Pri tem ventilator v času zasedenosti deluje neprekinjeno.
• Z vzporedno postavitvijo ventilatorja, pri kateri ventilator deluje samo na zahtevo, kadar je potrebno ohranjati pretočno količino ali prostor potrebuje gretje.

Končne enote z zaporedno postavljenim ventilatorjem, kar skupaj z načinom delovanja prikazuje slika 2, imajo navadno dva vstopna priključka, enega za hladen primarni zrak iz osrednje naprave za prezračevanje in obdelavo zraka in drugega za sekundarni zrak. Ves zrak, ki se dovaja v prostor, prehaja preko ventilatorja, ta deluje neprekinjeno ves čas, ko deluje tudi ventilator primarnega zraka, ali pa se vklaplja v časovnih obdobjih, ko je ventilator primarnega zraka izključen. Ko se hladilna obremenitev zmanjša, enota za krmiljenje pretoka zraka omeji dovod primarnega zraka, ki se dovaja v mešalni predel. Ventilator nadoknadi zmanjšano količino primarnega zraka s sesanjem zraka iz kondicioniranega prostora ali plenuma preko odprtine za sekundarni zrak.

Slika 2: Končna enota z zaporedno postavljenim ventilatorjem.

Končne enote z vzporedno postavljenim ventilatorjem, kar skupaj z načinom delovanja prikazuje slika 3, imajo prav tako dva priključka, pri čemer se hladni primarni zrak dovaja neposredno v mešalni predel, mimo ventilatorja, tako da primarni zrak teče preko kanalov neposredno v prostor. Predel z ventilatorjem je nameščen vzporedno z enoto za krmiljenje pretoka primarnega zraka in sesa zrak iz prostora ali plenuma. Loputa povratnega toka na izstopni strani ventilatorja preprečuje primarnemu zraku, da bi iztekal preko ventilatorja, ko ta ni delujoč. Ventilator je običajno delujoč takrat, ko primarni pretok zraka doseže svojo najnižjo vrednost. Te enote običajno zagotavljajo gretje z nespremenljivim in hlajenje s spremenljivim pretokom zraka.

Slika 3: Končna enota z vzporedno postavljenim ventilatorjem.

Obe vrsti končnih enot imata običajno na izstopnem priključku dograjen zračni grelnik, ki je tudi prikazan na obeh slikah.

Povzeto, uporaba končnih enot z ventilatorjem zmanjša kar mogoče sistem primarnega zraka in kanalov iz osrednje naprave za prezračevanje in obdelavo zraka, saj končna enota z ventilatorjem izvaja lokalno kroženje prostorskega zraka. S tem je osrednja naprave za prezračevanje in obdelavo zraka s svojimi kanalskim razvodi zmanjšana na t. i. namenski zunanji zračni sistem (Dedicated Outdoor Air System - DOAS), ki dovaja potreben zrak za prezračevanje brez povratnega zraka. Primarni zrak DOAS se zato dimenzionira za hladilno in razvlažilno obremenitev* ali najmanjšo potrebno stopnjo zraka za prezračevanje. Pri tem VAV škatla kot del končne enote z ventilatorjem modulira hladen primarni dovodni zrak, da ustreza obremenitvi, medtem ko povratni zrak, ki ga po potrebi poganja ventilatorski del enote, zagotavlja možnost potrebnega dogretja. Ob nezasedenosti stavbe je glavna naprava za prezračevanje in obdelavo zraka izklopljena, ventilator v končni enoti, pa se ciklično vklaplja/izklaplja glede na potrebe po gretju, to je predvsem ponoči in preko koncev tedna.

* Izničenje razvlažilne obremenitve: Pri 26 °C in 50 % relativni vlažnosti, to je zrakom z absolutno vlažnostjo x = 10,93 g/kg, kar je običajno notranje projektno stanje za pisarne v obdobju hlajenja, vsaka oseba, ki opravlja delo sede, oddaja 60 g/h. Ob privzemu količine zunanjega zraka na osebo V'ZR = 35 m3/h predstavljeno pomeni, če se želi ne preseči notranjega projektnega stanja, potem mora biti izvajano razvlaženje zunanjega zraka za dx: dx = m'VL / (V'ZR*ρ) = 60 g/h / (35 m3/h *1,2 kg/m3) = 1,43 g/kg Pomeni, doveden zrak mora biti vsaj za 1,43 g/kg bolj »suh« od prostorskega. Absolutni vlažnosti x = 9,50 g/kg odgovarja stanje zraka 13,8 °C pri 93%, kar pomeni, da znaša izstopna temperatura zraka iz hladilnika ne več kot 13,8 °C! Slika 4: Prikaz potrebnega razvlaženja zunanjega zraka za projektni stanji v Ljubljani.

S tem smo se močno približali običajni slovenski projektni rešitvi, ki jo predstavlja osrednja namenska naprava za prezračevanje, največkrat sicer z nezadostno obdelavo zunanjega zraka (brez potrebnega razvlaženja) z dovodno temperaturo zraka preko celega leta okoli 22 °C, katerega dopolnjuje sistem ventilatorskih konvektorjev za gretje in hlajenje prostorov¹. Pri čemer slednji potrebuje dodaten cevni razvod hlajene vode in tudi cevni odvod izločenega kondenzata, kar podraži izvedbo napram sistemu s končnimi enotami z ventilatorjem. Kot sicer pokaže rezultat neposredne primerjave energijskih modelov enake pisarniške stavbe s kondicionirno površino 10.000 m² s tema dvema sistemoma, je nižja tudi raba energije pri sistemu s končnimi enotami z ventilatorjem, ne samo začetni stroški.

Slika 5: Primerjava porabe energije obeh sistemov po tehničnih sklopih.

Iz neposredne primerjave izhaja, da:

• sistem končnih enot z ventilatorjem (FPBs) pri porabi energije za pogon ventilatorjev rezultira z malenkost večjo porabo, to je 19,5 napram 19,0 kWh/m²,
• sistem FPBs potrebuje precej manj pogonske energije za hlajenje, 12,4 napram 15,3 kWh/m², kar je posledica nižje dovodne temperature zunanjega zraka in nepotrebnost hlajenja predvsem notranjih prostorov z ventilatorskimi konvektorji,
• sistem FPBs potrebuje manj energije za gretje prostorov, to je 28,6 napram 29,7 kWh/m², kar je posledica koriščenja toplote plenuma,
• sistem FPBs potrebuje manj energije za pogon črpalk, to je 1,5 napram 1,9 kWh/m², saj ne potrebuje dovajati hlajeno vodo ventilatorskim konvektorjem.

Projektanti sNES, zdi se, da je nastopil čas za spremembe projektnih rešitev.

Pripravil: Mitja Lenassi, PI, CxA, BEMP

¹ Ventilatorski konvektorji sami po sebi ne zagotovijo nujno potrebnega razvlaženja in s tem neprekoračitev najvišje dovoljene vrednosti vlage v prostoru, saj je njihovo delovanje vodeno v odvisnosti od prostorske temperature. To še posebej v času, ko so obremenitve nižje od vršnih, kar predstavlja veliko večino časa.