Nowoczesne systemy klimatyzacji oraz ogrzewania zasilane gazem ziemnym lub LPG

System klimatyzacji i ogrzewania zasilany gazem (w skrócie GHP) uniezależnia użytkownika od energii elektrycznej, a dodatkowo powoduje radykalne zmniejszenie emisji CO2 oraz NOx. Systemy GHP są przeznaczone nie tylko dla kilku pomieszczeń, ale dla całych budynków biurowych, szpitali, szkół, uniwersytetów, budownictwa mieszkaniowego, kościołów oraz wszelkiego rodzaju obiektów przemysłowych.

Technologia VRF-GHP (VRF - Variable Refrigerant Flow – systemy
ze zmiennym przepływem czynnika
chłodniczego, GHP – Gas Heat
Pump – gazowa pompa ciepła) odniosła
duży sukces w Japonii (ok.
53% systemów VRF w Japonii zasilanych
jest gazem). Systemy te pojawiły
się również w Europie. Dużym zainteresowaniem cieszą się
one szczególnie we Włoszech,
Niemczech, Hiszpanii, Anglii, Rumunii,
Francji. W roku obecnym
system pojawił się też w Polsce.
Przykładem jest tu budynek 64 na
terenie PGNiG w Warszawie. Pięć
kolejnych systemów jest w realizacji
oraz kilkanaście w fazie projektowej.
Jest to wynik coraz to większego
zapotrzebowania na energię
elektryczną przeznaczoną w dużym
stopniu na klimatyzację oraz problemów
z tym związanych, np. w
postaci przeciążenia lokalnych sieci
energetycznych i okresowych awarii
w dostawie energii elektrycznej
zwłaszcza w sezonie
letnim, kiedy wszyscy
korzystają z klimatyzacji w
tym samym czasie. Dowodem
tego było obecne, najgorętsze w historii lato.
Według prognoz klimatologów
– takie lata za kilkanaście
lat będą normą, a średnia
temperatura podniesie
się jeszcze o kilka stopni w
tym wieku.


Drugim problemem jest
emisja do atmosfery dwutlenku
węgla oraz tlenków azotu towarzysząca
pracy urządzeń zasilanych
energią elektryczną. Potęguje
to efekt cieplarniany, który z kolei
zmienia globalnie klimat, powodując
jego ocieplenie i związane z tym
awarie sieci energetycznych na skutek
obniżania poziomu wód oraz
podwyższenia ich temperatury w
rzekach, które chłodzą elektrownie.
Dodatkowo gwałtownie rosnące zapotrzebowanie
na klimatyzację powoduje
zwiększone obciążenie sieci
energetycznych, które i tak już są
przeciążone na skutek nieefektywnego
chłodzenia wodą z rzek.
Czym charakteryzuje się GHP?
Wychodząc naprzeciw tym problemom,
opracowano system klimatyzacji
i ogrzewania zasilany gazem
(w skrócie GHP), który, po pierwsze,
uniezależnia użytkownika od
energii elektrycznej, a dodatkowo
powoduje radykalne zmniejszenie
emisji CO2 oraz NOx. Systemy GHP
są przeznaczone nie tylko dla kilku
pomieszczeń, ale dla całych budynków
biurowych, szpitali, szkół, uniwersytetów,
budownictwa mieszkaniowego,
kościołów oraz wszelkiego
rodzaju obiektów przemysłowych.
W Japonii sporządzono statystyki,
które wykazały, że opracowanie tej
technologii i wdrożenie w życie
łącznie ok. 5,5 GW wydajności
chłodniczej/grzewczej, spowodowało zatrzymanie koncepcji budowy
elektrowni atomowej o zdolności
wytwarzania 2,4 GW energii elektrycznej.


Systemy VRF-GHP charakteryzują
się zmiennym przepływem
czynnika chłodniczego w systemie
klimatyzacyjnym, umożliwiając
płynną regulację wydajności chłodniczej/
grzewczej w obrębie każdego
pomieszczenia. W praktyce oznacza
to, że system może dostosować parametry
pracy do poszczególnych
jednostek wewnętrznych znajdujących
się w różnych pomieszczeniach,
np. układ składający się z
agregatu o wydajności chłodniczej
90 kW i 40 jednostek wewnętrznych
o 2,2 kW każda, może dostosować
wydajność agregatu zewnętrznego
tylko dla potrzeb jednego
urządzenia wewnętrznego
pracującego w danym momencie,
co oznacza, że
układ jest obciążony tylko
w 5% w danym momencie,
a nie w 100%. Dodatkowo
przy jednostce wewnętrznej
znajdują się zawory regulacyjne
posiadające 420
kroków regulacji, co oznacza,
że wydajność każdego
urządzenia wewnętrznego
możemy płynnie dostosować
do aktualnego zapotrzebowania
danego pomieszczenia na chłód/ciepło z dokładnością do 1/420
nominalnej wydajności urządzenia. W konsekwencji
powoduje to duże oszczędności w poborze energii elektrycznej
dla danego pomieszczenia, a w dalszej kolejności
dla całego budynku. Jest to nieporównywalny zysk
w porównaniu z systemami zasilanymi tradycyjnie ze
sprężarkami pracującymi na zasadzie wł./wył., które
działają zawsze na 100% swojej wydajności).
VRF a VRF-GHP
W systemie VRF-GHP oprócz wszystkich zalet systemów
VRF dostępnych na rynku, takich jak wspomniane
wcześniej: energooszczędność, bardzo duże
możliwości wydłużania instalacji chłodniczych, prostota
montażu, szeroki zakres systemów sterowania, możliwość niezależnych ustawień parametrów klimatycznych w każdym pomieszczeniu, małe średnice rurociągów
chłodniczych w porównaniu z systemami wody lodowej
oraz bardzo bogaty typoszereg jednostek wewnętrznych, możemy wyróżnić szereg innych zupełnie
nowych cech i zalet systemu zasilanego gazem. Różnica
podstawowa sprowadza się do sposobu zasilania
sprężarki w agregacie zewnętrznym. W tradycyjnych
systemach VRF dostępnych na rynku sprężarka jest zasilana
elektrycznie inwerterowo, ale wiąże się to z ryzykiem
wytwarzania piątej wyższej fali harmonicznej,
która może powodować zakłócenia w niektórych układach
elektrycznych, a wymiana ciepła pomiędzy agregatem
i jednostkami wewnętrznymi dokonuje się przy
pomocy freonowego układu chłodniczego, analogicznego
do urządzeń typu split lub multisplit. Oznacza to, że
czynnik chłodniczy, odparowując pobiera ciepło z pomieszczenia,
a skraplając się, oddaje ciepło do pomieszczenia
w zależności od ustawionego trybu pracy. W systemie
VRF-GHP układ chłodniczy jest prawie taki
sam, tzn. składa się z takich samych jednostek wewnętrznych oraz tej samej chłodniczej - linii freonowej,
ale konstrukcja agregatu i sposób zasilania sprężarki
stanowi zupełnie nowe rozwiązanie, co odkrywa nowe
możliwości w sensie wymiany ciepła i skuteczności
ogrzewania lub chłodzenia.
Podstawowe różnice w porównaniu do systemów zasilanych
elektrycznie są następujące:
• GHP wykorzystuje czynnik
chłodniczy typu HFC
(R410A) oraz naturalny gaz
umożliwiające wydajną pracę minimalizując zanieczyszczanie środowiska.
• Potężne i szybkie chłodzenie
oraz grzanie – zachowanie
100 % wydajności
grzewczej nawet przy -
20°C. Nie tylko gaz jest
wykorzystywany jako źródło ciepła, ale również ciepło
odpadowe z silnika,
które wspomaga wydajność systemu i doskonałą technologię klimatyzacji. Dzięki temu wyeliminowano
straty energii oraz umożliwiono
efektywne i bardzo
szybkie grzanie. Dodatkowo
system typu pompa
ciepła zasilany gazem nie
potrzebuje cyklu oszraniania
(dzięki wykorzystaniu
ciepła odpadowego z silnika)
charakterystycznego dla systemów
zasilanych elektrycznie. Dzięki temu nie występuje mało przyjemna
przerwa w cyklu grzania i
możliwe jest ciągłe w pełni komfortowe
ogrzewanie. Pełen zakres cyklu
grzania jest możliwy również w
ostrych warunkach zimowych przy
temperaturze zewnętrznej równej
nawet -25°C, zatem system GHP
może stanowić również podstawowy
system grzewczy w zimie dla budynku
w polskich warunkach klimatycznych,
dzięki temu możemy wyeliminować
koszty związane z dodatkowo
rozbudowaną kotłownią
czy węzłem ciepłowniczym oraz
kosztami ogrzewania. Natomiast
pomieszczenia, które potencjalnie
pełniłyby funkcję kotłowni, możemy
zagospodarować w inny sposób
ze względu na kompaktowe wymiary
agregatu zewnętrznego GHP. Dodatkowo
uzyskujemy dużo większą
sprawność w wykorzystaniu gazu w
lecie, ponieważ w Polsce gaz służy
głównie w zimie na potrzeby ogrzewania
czy przemysłu. Żaden system
klimatyzacyjny zasilany elektrycznie
nie jest w stanie zapewnić 100%
wydajności grzewczej przy temperaturze
zewnętrznej -20°C. Nie może
zatem stanowić podstawowego systemu
grzewczego w polskich warunkach
klimatycznych. System
GHP przy wykorzystaniu dodatkowego
ciepła odpadowego daje taką
możliwość wykorzystując jedynie
jedną cienką instalację chłodniczą.
• Ponieważ system jest zaprojektowany
również do pracy z istniejącą
instalacją wody lodowej zastosowanie
GHP daje możliwość w prosty
sposób odnowienia starego systemu
klimatyzacji opartego na klimakonwektorach
wentylatorowych lub
chłodnicach wodnych w centralach
klimatyzacyjnych. Odbywa się to
poprzez podłączenie do instalacji
freonowej agregatu - przejściowego
wodnego wymiennika ciepła o wydajności
25 lub 50 kW. Dzięki możliwości podłączania wymiennika w
odległości do 120 m od agregatu
uzyskujemy naprawdę duże możliwości
instalacyjne. Możemy również przystosować system do pracy
w chłodnictwie, uzyskując niskie
temperatury do -12°C na potrzeby
przechowywania żywności/chłodni
przy wykorzystaniu wymienników z
solankami. Równocześnie nie potrzebujemy
czterorurowych klimakonwektorów
wentylatorowych lub
systemu przełączania i podłączania
dodatkowej instalacji na potrzeby
ogrzewania, kiedy fan coile mają
również pełnić funkcję ogrzewania
w zimie, ponieważ 100% wydajność
grzewcza jest zawsze zagwarantowana.
Jest to wysoce wydajny
system, oszczędny w
działaniu i serwisowaniu,
oraz jest przyjazny środowisku,
zatem przyczynia
się do poprawiania jakości
powietrza w naszych miastach.
• Nieograniczoną możliwość
wydłużania całkowitej
długości instalacji chłodniczej
w systemie chłodniczym,
rozumianej jako długość
wszystkich działek i
odgałęzień chłodniczych
(w dostępnych na rynku
systemach freonowych zasilanych
elektrycznie ta
długość jest ograniczona do
300 m). Dodatkowo istnieją
gotowe rozwiązania
umożliwiające dodatkowy
odzysk ciepła odpadowego
z silnika na potrzeby c.w.u.
Przygotowane są gotowe
wymienniki ciepła do odzyskiwania
ciepła odpadowego o wydajności
od 12,5 do 27 kW. W trakcie
pracy agregatu o wydajności 71 kW
mamy dostępne 27 kW ciepła za
darmo na potrzeby c.w.u. o temperaturze
75°C.
• Najbardziej zaawansowaną formą
systemu VRF-GHP jest system
trzyrurowy umożliwiający równoczesne
chłodzenie lub grzanie w obrębie różnych jednostek wewnętrznych,
co umożliwia dodatkowe odzyskiwanie
ciepła i zwiększenie
efektywności energetycznej o dodatkowe
35% w stosunku do systemu
dwururowego. Ciepło odbierane
z pomieszczeń nie jest oddawane
do otoczenia, ale jest przekazywane
do pomieszczeń, które w danym
momencie wymagają ogrzewania,
zatem nie ma wtedy żadnej straty
energii, a część pomieszczeń jest
ogrzewana „za darmo”.
Obecnie wdrażane są na rynku
polskim najnowsze systemy bazujące
na czynniku R410A, jeszcze bardziej
wydajne termodynamicznie,
posiadające większy współczynnik
COP oraz dodatkowy agregat prądotwórczy
zasilany przy pomocy silnika
spalinowego napędzającego sprężarką, aby uniezależnić system w
całości od zasilania elektrycznego.

Autor: Paweł Sroczyński, S.P.S. Trading Sp. z o.o.
Fot. z archiwum firmy Sanyo
Źródło: Magazyn Instalatora