Ekonomiczny dobór central wentylacyjnych

Zużycie energii elektrycznej przez systemy wentylacyjno-klimatyzacyjne staje się coraz ważniejszym aspektem przy doborze urządzeń. W wielu krajach, np. w Skandynawii, problematyka ta jest od wielu lat bardzo istotna. Producenci w tych krajach konstruują i produkują urządzenia wysoce energooszczędne, gdzie wysoko sprawne wentylatory i wymienniki do odzysku ciepła są podstawowymi elementami.

Moc specyficzna wentylatora
W krajach skandynawskich jednym z najbardziej miarodajnych i decydujących o poziomie efektywności central wentylacyjnych, a co za tym idzie niskich kosztach zużycia energii przez centrale, jest wskaźnik SFP (specific fan power).
Specyficzna moc wentylatora (SFP) stanowi jedno z podstawowych kryteriów doboru central wentylacyjnych lub klimatyzacyjnych.
Specyficzna moc wentylatora SFP jest to suma mocy liczonej w kW, pobieranej przez wentylatory centrali wentylacyjnej, podzielona przez największą wielkość przepływu powietrza liczoną w m3/s.
Największa wielkość przepływu powietrza odnosi się do central z odzyskiem ciepła, gdzie mogą wystąpić warunki, że nawiew nie jest równy wywiewowi (uwzględnia się zawsze większą wartość).
Obciążenie wentylatora jest zawsze obliczane dla centrali z czystymi filtrami.
SFPw = P wen naw + P wen wyw / q max
SFPw - specyficzna moc wentylatorów centrali z odzyskiem ciepła (kW / m³/s)
P wen naw - moc pobierana przez silnik wentylatora nawiewu (kW)
P wen wyw - moc pobierana przez silnik wentylatora wywiewu (kW)
q max - wielkość przepływu powietrza (m3/s).
Wartość specyficzna mocy wentylatora centrali nawiewnej liczona jest odpowiednio:
SFPwen = P wen / q

Również w tym wypadku wartość pobieranej mocy jest obliczana przy czystych filtrach.
Przy obliczeniach zużycia mocy dla całego systemu, należy zawsze uwzględnić jednostki nawiewne i jednostki wywiewne. Suma wartości tych jednostek stanowi o specyficznej mocy wentylatorów całego obiektu.
Moc pobieraną przez silnik wentylatora oblicza się z poniższego wzoru:
Pwen = q wen x ∆ p wen / η tot x 1000 [kW]
gdzie
Pwen - moc pobierana z sieci przez silnik wentylatora (kW)
q wen - przepływ powietrza przez wentylator (m3/s)
∆ p wen - ciśnienie całkowite wentylatora (Pa)
η tot = η wen x η tr x η m x η r
η tot - całkowita sprawność systemu (wentylator + silnik)
η wen - sprawność wentylatora łącznie ze stratami związanymi z pracą łożysk
η tr - sprawność przekładni pasowej
η m - sprawność silnika elektrycznego
η r - sprawność systemu sterowania (np. przetwornika częstotliwości), łącznie z jego wpływem na straty mocy silnika.
Wszystkie wartości są zawsze obliczane przy gęstości powietrza równej 1,2 kg/ m3.
Produkowane, od wielu lat przez koncern PM-LUFT, centrale GOLD oraz ich wchodząca właśnie na rynek nowa generacja central, charakteryzują się niezwykle niskim współczynnikiem SFP. Specyficzna moc wentylatora była jednym z podstawowych kryteriów przy konstrukcji i rozwoju systemu GOLD. W katalogach prezentujących ten typoszereg central kwestia ta jest dokładnie opisana.
Ekonomiczny dobór central wentylacyjnych
Jednym z podstawowych elementów, z punktu widzenia ekonomiki, przy doborze central wentylacyjnych jest stosowanie wymienników do odzysku ciepła w centralach.
Stosowanie wymiennika z punktu widzenia prawidłowej ekonomii jest bezdyskusyjne. Pozostaje tylko kwestia wyboru typu wymiennika. Najbardziej ekonomiczne i bezproblemowe (brak ryzyka zamrażania) są wymienniki rotacyjne. Ich poziom odzysku ciepła leży w granicach 75-80%.
Wymienniki rotacyjne posiadają tę główną zaletę, że wtedy, gdy potrzeba najwięcej energii do ogrzania powietrza (w zimie np. -20˚C) mają przez cały czas ten sam stopień odzysku ciepła; w przeciwieństwie do wymienników krzyżowych, których poziom odzysku w okresie zimowym gwałtownie spada ze względu na zamrażanie i włączanie funkcji by-pass. Poziom odzysku ciepła wymienników krzyżowych jest także niższy od rotacyjnych i leży w granicach 60-62%. Również inne typy odzysku ciepła, bateryjny o sprawności na poziomie 50-55% i rurka ciepła na podobnym poziomie odzysku ciepła, są w stosunku do wymiennika rotacyjnego o wiele mniej korzystne z punktu widzenia zużycia energii potrzebnej do ogrzania powietrza nawiewu. Nie można oczywiście zapominać o specyfice stosowania poszczególnych typów wymienników. W większości przypadków wymienniki rotacyjne stosuje się do obiektów biurowych, użyteczności publicznej, przemysłowych; z kolei wymienniki krzyżowe najlepiej przystosowane są do pracy w szpitalach i basenach.
W państwach skandynawskich, gdzie zalety wymienników rotacyjnych są bezdyskusyjne, stosuje się je w ponad 80% produkowanych central wentylacyjnych, resztę stanowią pozostałe typy wymienników.
Całkowite koszty systemu wentylacyjnego w skali 20 lat
Problem optymalizacji kosztów systemów klimatyzacyjnych pojawia się w wielu publikacjach i często odnosi się przede wszystkim do analizy sposobów obniżania kosztów eksploatacyjnych, czyli energooszczędności systemów. Aby jednak mówić o ekonomiczności systemu klimatyzacyjnego lub wentylacyjnego, należy rozpatrywać całkowity koszt, który zostanie poniesiony przez cały okres użytkowania. Dla instalacji powietrznych, jako przewidywany czas eksploatacji, przyjmuje się okres 20 lat.
Na całkowity koszt systemu składają się:
- koszty inwestycji, w tym koszty central wentylacyjnych wraz z systemem sterowania, oraz koszty instalacji,
- koszt energii przeznaczonej do napędu wentylatora i realizacji obróbki cieplno-wilgotnościowej powietrza w centrali,
- koszty serwisu i konserwacji.
Inwestorzy najczęściej zainteresowani są obniżaniem kosztów zakupu, co w momencie uruchamiania inwestycji jest kosztem najbardziej widocznym. Jednak projektant systemu musi zdawać sobie sprawę z całej ich struktury oraz wagi poszczególnych składników.

Przedstawiony diagram ukazuje podział całkowitych kosztów instalacji w przeciętnym okresie eksploatacji. Z tego diagramu jednoznacznie wynika, iż koszty energii stanowią największą część kosztów instalacji wynoszącą 75% całych kosztów.
Ze struktury kosztów wynika, że w dłuższej perspektywie czasowej, najistotniejszym elementem decydującym o ekonomiczności systemu jest jego energochłonność. Występuje kilka czynników, które w prosty sposób determinują zużycie energii i wskazują metody obniżania tego zużycia. Na racjonalne zużycie energii w systemach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych mają wpływ m.in.:
1) właściwy dobór wielkości centrali,
2) właściwy dobór elementów wyposażenia centrali,
3) prawidłowe zaprojektowanie sieci przewodów powietrznych.
Właściwa wielkość centrali wentylacyjnej
Określenie wielkości centrali wiąże się z ustaleniem prędkości przepływu powietrza przez centralę, co jednoznacznie decyduje o oporach przepływu, a więc o wielkości zużycia energii. Dobór właściwej wielkości centrali jest kompromisem między jednorazowym zwiększeniem kosztów zakupu, a wieloletnim obniżeniem kosztów eksploatacji. Mając do wyboru dwie wielkości central, w których prędkość przepływu powietrza mieści się w granicach dopuszczalnych wartości, projektant musi pamiętać, że wybór mniejszej wielkości katalogowej centrali, przy określonym wydatku powietrza, pociąga za sobą wzrost jego prędkości. Jednocześnie należy pamiętać, że opory przepływu wzrastają proporcjonalnie do kwadratu prędkości, co oznacza, że opory wzrosną w znacznie większym stopniu i w takim samym stopniu wzrośnie zużycie energii do napędu wentylatora. W optymalnie – pod względem energetycznym – dobranych centralach wentylacyjnych, prędkość przepływu powietrza przez przekrój wewnętrzny centrali nie powinna przekraczać 2,5 m/s.
Dla ilustracji problemu przedstawimy krótką analizę kosztów, do której dane uzyskano za pomocą programu doboru central PM-LUFT.
Dla projektowanej, stosunkowo niewielkiej wydajności, wynoszącej 14 500 m3/h, określono opory wewnętrzne dwóch central klimatyzacyjnych produkcji PM-LUFT o typie: BC 014 i BC 020. Są to centrale nawiewno-wyciągowe z wymiennikiem do odzysku ciepła.
Przedstawiona tabela prezentuje zestawienie parametrów pracy obu central.

Różnica strat, wynosząca 242 Pa, determinuje zwiększenie energochłonności systemu, bowiem wzrost zapotrzebowania na moc niezbędną do napędu wentylatorów wyniesie 2,71 kW. Zakładając, że system pracuje 10 godzin dziennie przez 7 dni w tygodniu, łatwo obliczyć, że zwiększenie zużycia energii przez centralę w skali roku wyniesie ok. 9 900 kWh.
Przy obecnych cenach energii elektrycznej (0,3 PLN za 1 kWh), przy zastosowaniu mniejszej centrali BC 014, koszty zużycia energii są o 2 970 PLN na rok wyższe, aniżeli przy zastosowaniu większej centrali BC 020.
Kwestią priorytetową w produkcji central wentylacyjno-klimatyzacyjnych, obok wysokiej jakości i wydajności urządzeń jest ekonomiczność ich pracy.
W Polsce wszystkie produkty koncernu PM-LUFT znajdują się w ofercie handlowej firmy PM-LUFT LEWACO z siedzibą w Tarnowie Podgórnym k. Poznania. Zapraszamy Państwa do naszych biur techniczno-handlowych na terenie całego kraju, gdzie możecie uzyskać wyczerpujące informacje i porady techniczne oraz otrzymać katalogi i foldery na temat oferowanych urządzeń.