Ekonomiczny dobór systemów wentylacyjnych - czynniki wpływające na koszty użytkowania urządzeń

Długoletnie obserwacje pracy systemów wentylacyjnych oraz przeprowadzane ich analizy pozwoliły na określenie zalezności kosztowych, jakie sa ponoszone przez użytkownika w ciągu 20-letniej eksploatacji urządzeń (Diagram 1).

W celu osiągnięcia wysokiej ekonomiczności systemu wentylacyjnego nalezy bowiem zwrócić uwagę nie tylko na poniesione koszty inwestycyjne, tj. korzystną cenę zakupu urządzeń wraz z układami sterowania i instalacją kanałową, ale w dużej mierze namożliwie nieskie koszty eksploatacji oraz niezawodność pracy. Przeprowadzone symulacje doprowadziły do wyciągnięcia wniosków końcowych, z których wynika, iż poniesione koszty inwestycyjne w globalnym "czasookresie życia centrali" stanowią jedynie 15% kosztów całkowitych.

Diagram1. Podział kosztów systemów wentylacyjnych
(założono eksploatację systemu przez 20 lat)
Największy, bowiem aż 80%-owy wskaźnik kosztowy stanowią koszty związane z zapotrzebowaniem energii elektrycznej i wodnej w okresie pracy systemu, pomimo tego iż do przeprowadzonej analizy przyjęto systemy możliwie najbardziej energooszczędne (wysokosprawny wymiennik obrotowy, płynna regulacja prędkości obrotowej wentylatorów, regulowany czas pracy centrali, niskie straty oporów powietrza na wylocie z wentylatorów, optymalnie dobrane elementy składowe systemu). Pozostałe 5% kosztów całkowitych stanowi serwis urządzeń w okresie ich eksploatacji. Niskie jego koszty można przy tym osiągnąć dzięki zastosowaniu wentylatorów z bezpośrednim napędem (uniknięcie regulacji i okresowej wymiany pasków klinowych) oraz łatwości wyjmowania poszczególnych bloków funkcjonalnych (skracanie czasu czyszcenia podzesołów). Oczywiście koszty serwisowe można ograniczać dzięki stałym okresowym przeglądom technicznym, które tylko z pozoru stanowią wuysoki składnik kosztowy. Serwisowanie często zapobiega poważnym (i kosztownym zarazem) awariom systemów oraz wydłuża czas użytkowania systemów, w związku z tym należy więcej uwagi poświęcić optymalnemu doborowi central i poszczególnych podzespołów pod kątem ich energochłonności.
Pierwszy rozpatrywany przypadek dotyczy sytuacji, w której analizie poddano parametry centrali wentylacyjnej typu BC 009 produkcji PM-LUFT o wydajnosci V = 7000 m³/h i sprężu dyspozycyjnym Δp = 300 Pa, wyposażonej w:
- wentylator promieniowo-osiowy typu Wing z napędem bezpośrednim,
- wentylator promieniowo-osiowy typu Wing z napędem pasowym,
- standardowy wentylator promieniowy z napędem pasowym.
Jak widać z poniższego zestwienia (Tabela 1) rzeczywisty pobór mocy elektrycznej jest najniższy dla wentylatora charakteryzującego się najwyższą z omawianych sprawnością energetyczną, wyposażonego w napęd bezpośredni. Jego dodakową zaletą jest jest również najniższy posiom mocy akustycznej, co umożliwia zastosowanie mniejszych tłumików dźwięku badź całkowite ich wyeliminowanie (zależnie od charakterystki obiektu).

Tabela 1. Porównanie parametrów central wyposażonych w różne typy wentlatorów
W takim przypadku koszt instalacji automatycznie ulega zmniejszeniu. Należy również pamiętać o tym, iż montaż większych tłumików w systemie kanałowym zwiększa opory instalacji, zwiększając przez to pobór mocy elektrycznej przez silniki napędowe.
Drugi rozpatrywany przypadek dotyczy sytuacji, w której analizie poddano parametry tej samej centrali wentylacyjnej wyposażonej w wymiennik obrotowy o równoważnej dla nawiewu i wyciągu wydajności V = 7000 m³/h i sprężu dyspozycyjnym Δp = 300 Pa, składającej się z:
- wymiennika obrotowego typu Turbo o standardowej szerokości rotora równej 250 mm z turbulentnym przepływem powietrza,
- wymiennika obrotowego o zmniejszonej do 200 mm szerokości rotora z laminarnym przepływem powietrza.

Tabela 1. Porównanie parametrów central wyposażonych w różne typy wymienników obrotowych
Przytoczony przykład (Tabela 2) ukazuje dwie sytuacje, z którymi czesto spotykamy się w realizowanych układach:
- centrale wentylacyjne z dobranymi nagrzewnicami umożliwiającymi pokrycie strat wentylacyjnych,
- centrale wentylacyjne z dobranymi nagrzewnicami umożliwiającymi pokrycie strat wentylacyjnych i strat przenikania ciepła.
Opisany przykład wskazuje na to, iż przy doborach central warto przeanalizować funkcję jaką urządzenie stanowiące "serce systemu" będzie spełniało oraz np. sprawdzić czy użytkownik posiada większy zapas energii grzewczej czy też elektrycznej przeznaczonaj dla potrzeb wentylacyjnych. Warto również zastanowić się, czy należy za wszelką cenę dążyć do zwiększania poziomu odzysku ciepła kosztem zwiększonych oporów wewnętrznych centrali, a co za tym idzie zwiększonego poboru energii elektrycznej. Świadomość alternatywnych rozwiązań daje projektantowi stosunkowo dużą możliwość wyboru optymalnego rozwiązania technicznego oraz finansowego - kosztów zużycia energii cieplnej i elektrycznej. Poniżej przedstawiono przykładowe, odnoszące się do danych z Tabeli 2 koszty zużycia energii dla central z wymiennikami obrotowymi o szerokości 250 mm - kolumna 1 oraz o szerokości 200 mm - kolumna 2 (Diagram 2 i Diagram 3). Przyjęte w diagramach koszty energii elektrycznej wynoszą odpowiednio: 0,22 PLN / kWh oraz energii cieplnej: 0,19 PLN / kWh.

Diagram 2. Koszty eksploatacji dla centrali wentylacyjnej (pokrycie strat wentylacyjnych)

Diagram 3. Koszty eksploatacji dla centrali wentylacyjnej (pokrycie strat wentylacyjnych i przenikania)
Trzeci, ostatni rozptrywany przypadek jest związany z optymalizacją doboru wielkości centrali. Dla zadanych parametrów centrali wentylacyjnej o wydajności V = 6500 m³/h i sprężu dyspozycyjnym Δp = 200 Pa wytypowano dwie wielkości z typoszeregu BC odpowiednio o oznaczeniu BC 006 i BC 009 (Tabela 3). Chociaż obydwie centrale spełniają wymogi przepływowe, a centrala BC 006 jest tań sza od BC 009 o 5 200,- PLN, to jednak jedynie z powodu wyższych oporów wewnętrznych centrali, a z tym wiąże się zwiększenie oporów wewnętrznych centrali, a ztym wiąze się zwiększenie poboru energii elektrycznej (o 2,17 kW) różnica w zakupie zostanie zbilansowana już po 10 893 godzinach pracy urządzenia, tj. po ok. 15 miesiacach jego ciągłej eksploatacji.

Tabela 3. Porównanie parametrów central o różnej wielkości
Należy również podkreślić, że w żadnej mierze dyskusji nie podlega problematyka związana z zastosowaniem układów wentylacyjnych wyposażonych w systemy odzysku ciepła (oczywiście tam, gdzie jest to możliwe i dopuszczalne). Koniecznmość oszczędzania energii poprzez stosowanie ww rozwiązań została wystarczająco udokumentowana i sprawdzona w istniejących systemach. Trwają jedynie rozważania na temat rodzaju wymienników ciepła, charakteryzujące te wymienniki sprawności temperaturowe, zalet i wad, uwarunkowań technicznych etc.
W niniejszym artykule starano się wykazać, jak istotnym i ważnym zagadnieniem jest optymalizacja doboru urządzeń oraz elementów funkcjonalnych pod kątem ich energochłonności.
Grzegorz Madziąg