Dobór urządzeń klimatyzacyjnych – jak porównywać oferty?

Wielokrotnie inwestor lub projektant stoi przed koniecznością porównania ofert kilku producentów central klimatyzacyjnych. Korzystną ofertę najłatwiej wybrać dysponując informacją o całkowitych kosztach ponoszonych w pełnym okresie eksploatacji centrali klimatyzacyjnej (tzw. „koszt cyklu życia” centrali – z angielskiego Life Cycle Cost, w skrócie LCC) na które składają się: koszty zakupu i instalacji centrali, koszty przeglądów i serwisu, koszty wymiany elementów ulegających zużyciu w trakcie normalnej eksploatacji oraz koszty zużywanej energii. Niestety producenci bardzo rzadko przedstawiają taką kompleksową kalkulację ograniczając się do informacji o cenie centrali oraz parametrach technicznych. W niniejszym artykule chciałbym skoncentrować się właśnie na porównaniu danych technicznych podstawowych komponentów centrali przedstawianych przez producentów oraz warunków, w jakich są obliczane.

Gęstość powietrza

Jednym z pytań, jakie należy zadać doradcy techniczno-handlowemu przedstawiającemu dane techniczne centrali, jest pytanie o gęstość powietrza wziętą do obliczeń parametrów komponentów. Większość programów doboru urządzeń klimatyzacyjnych (np. program doboru wymienników GEA, Basetec) ma możliwość wyboru, czy obliczenia mają być dokonywane na podstawie natężenia przepływu powietrza na wlocie elementu czy na wylocie. Sprawa jest o tyle istotna, że gęstość powietrza mocno zależy od jego temperatury, a jako parametr wejściowy do obliczeń wymienników ciepła podajemy natężenie przepływu wyrażone zwykle w [m³/h]. W rezultacie uzyskana moc wymienników może o kilka procent różnić się od mocy wymaganej.

Sprawność układów odzysku ciepła

W związku z faktem, że większość produkowanych central zawiera elementy służące do odzysku ciepła z powietrza wywiewanego, sprawność odzysku jest jednym z kryteriów decydujących o kosztach związanych z eksploatacją centrali. W tabeli pokazałem zależność temperatury powietrza za elementem odzysku ciepła po stronie wywiewu w zależności od temperatury zewnętrznej. Zauważmy, że dla wymiennika o większej sprawności, dla niskich temperatur powietrza na zewnątrz zadziała układ zabezpieczenia przeciwzamrożeniowego, który spowoduje przepuszczenie części powietrza nawiewanego poza wymiennikiem (dla wymiennika krzyżowego lub przeciwprądowego) lub obniży prędkość wirowania wymiennika obrotowego [1]. W rezultacie rzeczywista sprawność układu jako całości będzie niższa niż przedstawiona przez producenta sprawność wymiennika.

Jak widzimy, dla bardzo niskich temperatur sprawność temperaturowa odzysku ciepła jest największa. Niestety w takich warunkach temperatura za wymiennikiem po stronie wywiewnej spada poniżej zera co może spowodować zaszronienie tego elementu. Aby temu przeciwdziałać, układ automatyki przepuści część powietrza nawiewanego poza wymiennikiem (przez przepustnicę obejściową, tzw. bypass wymiennika), przez co obniży się też temperatura powietrza za sekcją odzysku. W praktyce działanie takie (częściowe otwieranie przepustnicy obejściowej wymiennika) rozpoczyna się już, gdy temperatura za wymiennikiem po stronie wywiewu spadnie poniżej 5°C. W rozważanym przypadku rzeczywista sprawność odzysku ciepła będzie niższa od deklarowanej sprawności wymiennika dla temperatur powietrza zewnętrznego niższych niż -8°C. Z tego powodu warto spytać producenta o rzeczywistą sprawność układu odzysku ciepła z uwzględnieniem działania układu automatyki zabezpieczającej.

Przewymiarowanie nagrzewnicy

Z omówionego w poprzednim punkcie problemu zawyżonej sprawności układu odzysku ciepła w związku z nieuwzględnieniem zabezpieczenia przeciwoblodzeniowego wymiennika wynika kolejne pytanie o prawidłowość doboru nagrzewnicy. Jeśli oprogramowanie do doboru nagrzewnicy znajdującej się za sekcją odzysku, jako daną wejściową potraktowało temperaturę za odzyskiem ciepła przy maksymalnej sprawności, to w przypadku zadziałania automatyki zabezpieczającej, moc nagrzewnicy może okazać się za mała.

Moc właściwa wentylatora (SFP)

Jednym z parametrów, który pozwala nam na określenie efektywności centrali jest moc właściwa wentylatora (z ang. specific fan power – SFP). Jest ona dana wzorem:

gdzie:

P_SFP – moc właściwa wentylatora [W/(m³/s)],

P – pobór mocy elektrycznej przez wentylator [W],

q_v – natężenie przepływu powietrza [m3/s].

Podawanie wartości mocy właściwej wentylatora wynika z norm [2], gdzie też podane są górne wartości tego współczynnika w zależności od rodzaju instalacji wentylacyjnej. Przy porównywaniu wartości P_SFP podawanych przez różnych producentów należy zwrócić uwagę na warunki obliczania tego współczynnika. W tabeli pokazałem jak wartość P_SFP zależy od przyjętych założeń dla prostej centrali grzewczo-wentylacyjnej przedstawionej na rysunku (q_v=5000m³/h, wentylator EC o średnicy 400mm, nagrzewnice wodna, dwurzędowa). Jak widzimy, różnica w podawanej wartości mocy właściwej wentylatora jest istotna i wynosi blisko 20%.

Centrala grzewczo-wentylacyjna dla przykładu obliczeń mocy właściwej wentylatora

Wnioski

W artykule pokazałem kilka elementów, na które projektant układu wentylacji i klimatyzacji powinien zwrócić uwagę porównując dane techniczne przedstawione przez producentów central.  Są to tylko niektóre z problemów wynikających z różnych warunków, dla których przeprowadzane są obliczenia. Inne istotne parametry, które zwykle są porównywalne mogą dotyczyć np.  generowanego przez centralę hałasu czy nieuwzględnienia ciepła utajonego w obliczeniach chłodnic. Dlatego też przy podejmowaniu decyzji o wyborze urządzenia powinniśmy wszystkie parametry, występujące na wydruku danych technicznych dokładnie przeanalizować i w przypadku wątpliwości poprosić producenta o podanie warunków, dla jakich były wyznaczone.

Literatura

[1] B. Zawada Układy sterowania w systemach klimatyzacji i wentylacji, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2006

[2] Norma PN-EN 13779:2008 Wentylacja budynków niemieszkalnych – Wymagania dotyczące właściwości instalacji wentylacji i klimatyzacji