Optymalne rozwiązania z zakresu ogrzewania i wentylacji zgodne z najnowszymi wymaganiami technicznymi w ramach WT 2017
Optimized heating & ventilation solutions conforming to the latest wt2017 technical requirements
Jakość powietrza, zwłaszcza wilgotność, może mieć również znaczący wpływ na stan techniczny budynku. Duża wilgotność powietrza oraz nieprawidłowo zaprojektowane węzły budynku mogą powodować rozwój grzybów i pleśni.
EcoComfort
W latach 2017-2021 nowe budynki będą musiały charakteryzować się większą energooszczędnością. Osiągnięcie wymagań prawnych w zakresie nieodnawialnej energii pierwotnej EP może być niemożliwe w budynkach z wentylacją naturalną, ogrzewanych za pomocą kotłowni węglowych, gazowych, olejowych oraz tanich systemów na energię elektryczną.
Zobacz także
Hydropath Sp. z o.o. Przemysłowy uzdatniacz wody – jak poprawić jakość wody w twojej instalacji
Uzdatniacz wody to niezbędne urządzenie w każdym domu i przedsiębiorstwie, które pozwala na poprawę jakości wody pitnej oraz użytkowej. W niniejszym artykule przyjrzymy się różnym rodzajom uzdatniaczy,...
Uzdatniacz wody to niezbędne urządzenie w każdym domu i przedsiębiorstwie, które pozwala na poprawę jakości wody pitnej oraz użytkowej. W niniejszym artykule przyjrzymy się różnym rodzajom uzdatniaczy, zmiękczaczy wody, ich zaletom i zastosowaniom.
Gamrat Technologie wykorzystywane w produkcji rur
W nowoczesnym przemyśle i budownictwie rury odgrywają kluczową rolę w tworzeniu niezawodnych i trwałych systemów do przesyłu wody, ścieków oraz innych substancji. Technologie wykorzystywane w produkcji...
W nowoczesnym przemyśle i budownictwie rury odgrywają kluczową rolę w tworzeniu niezawodnych i trwałych systemów do przesyłu wody, ścieków oraz innych substancji. Technologie wykorzystywane w produkcji rur ewoluowały, oferując materiały i rozwiązania dostosowane do szerokiego spektrum zastosowań, od prostych instalacji domowych po skomplikowane systemy przemysłowe. Wśród najpopularniejszych materiałów wykorzystywanych do produkcji rur znajdują się polietylen (PE), polichlorek winylu (PVC) i stal....
Zawód Typer Rekuperacja czy wentylacja grawitacyjna – na co postawić?
W dzisiejszych czasach dbanie o odpowiednią jakość powietrza w pomieszczeniach stało się kluczowym elementem zdrowego stylu życia. W związku z tym coraz więcej osób zastanawia się nad wyborem odpowiedniego...
W dzisiejszych czasach dbanie o odpowiednią jakość powietrza w pomieszczeniach stało się kluczowym elementem zdrowego stylu życia. W związku z tym coraz więcej osób zastanawia się nad wyborem odpowiedniego systemu wentylacyjnego. Dwa popularne rozwiązania to rekuperacja i wentylacja grawitacyjna. Czym się charakteryzują i która z nich uchodzi za lepsze rozwiązanie? Poznajcie najważniejsze informacje dotyczące każdej z proponowanych opcji.
Zaprojektowanie budynku spełniającego minimalne wymagania prawne [1] (TAB. 1) w nadchodzących latach nie będzie sprawą łatwą.
Nowe domy jednorodzinne najczęściej wyposażone są w indywidualne źródła ciepła. Poszukiwane są tanie nośniki energii, co niestety najczęściej związane jest z niezadowalającą sprawnością systemu grzewczego oraz niekorzystnym oddziaływaniem na środowisko naturalne. Dodatkowo, technologie nieefektywne energetycznie są najtańsze również na etapie inwestycji.
Stosowanie pomp ciepła jest kosztowne, a stosowanie wentylacji naturalnej, ze względu na jakość wewnętrznego powietrza, najczęściej nie zadowala użytkowników. Rozwiązaniem może być stosowanie wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła.
W artykule podjęto próbę wskazania rozwiązań umożliwiających spełnienie minimalnych wymagań prawnych obowiązujących w latach 2017-2021 na podstawie projektu typowego o powierzchni użytkowej 126,86 m2.
W TAB. 2 przedstawiono analizę kosztów ciepła z różnych nośników energii z uwzględnieniem sprawności instalacji c.o. oraz koszty kotłowni. Koszt wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła dla domu wynosi od 17 tys. zł do 20 tys. zł.
Koszty kotłowni gazowej i wentylacji z odzyskiem ciepła są porównywalne z kosztami kotłowni opartej o powietrzną pompę ciepła. Podobne są jednostkowe koszty ciepła, jednak efektywność energetyczna budynku wyposażonego w wentylację mechaniczną wraz z rekuperacją o sprawności odzysku ciepła jest dużo mniejsza.
Dla pompy powietrznej z wentylacją grawitacyjną koszty ogrzewania są na podobnym poziomie co dla kotłowni gazowej z wentylacją i z rekuperacją. Koszty inwestycyjne są najniższe dla kotłowni gazowej z wentylacją z rekuperacją. Szczegóły analiz zamieszczono w TAB. 3, TAB. 4 (patrz: str. 2) i TAB. 5 (patrz: str. 2).
TABELA 1. Porównanie wymagań prawnych
TABELA 2. Analiza kosztów ciepła z różnych nośników energii z uwzględnieniem sprawności instalacji c.o. oraz kosztów kotłowni
TABELA 3. Efektywność energetyczna domu jednorodzinnego o powierzchni Af = 126,86 m2 zasilanego za pomocą kotłowni gazowej z wentylacją z rekuperacją oraz za pomocą pomp ciepła z wentylacją naturalną, obliczone zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 3 czerwca 2014 r. w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego lub części budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową oraz sposobu sporządzania i wzorów świadectw charakterystyki energetycznej [2]
Aktualnie najpopularniejsze ze względu na koszty inwestycyjne i eksploatacyjne są kotłownie oparte o gaz ziemny, wyposażone w kotły kondensacyjne z płynną regulacją. Aby spełnić wymagania prawne, niezbędne jest zastosowanie wentylacji mechanicznej nawiewno-wywiewnej z rekuperacją.
Efektywność wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła
Jak prawidłowo opisać parametry wentylacji z rekuperacją? Najczęściej zaczyna się opis od sprawności odzysku ciepła.
Sprawność wymiennika informuje, ile ciepła z powietrza wywiewanego można przekazać powietrzu świeżemu (nawiewanemu). Sprawność zależy od typu wymiennika do odzysku ciepła. Najwyższą sprawność mają wymienniki przeciwprądowe i centrale z dwoma wymiennikami krzyżowymi (ponad 90%).
Energooszczędność centrali wentylacyjnych to nie tylko sprawność wymiennika, lecz także sprawność wentylatorów, moc oraz możliwość płynnej regulacji wydajności.
Działanie wentylacji w większości wypadków jest realizowane w sposób ciągły. Czas pracy wentylatorów jest więc długi. Konieczne jest zatem zastosowanie wentylatorów efektywnych energetycznie.
Na efektywność układu ma również wpływ wydajność/spręż. Każda centrala wentylacyjna charakteryzuje się konkretnym sprężem przy zadanej wymianie powietrza. Spręż centrali musi wystarczyć na pokrycie strat ciśnienia w całej instalacji. Istotne jest wiec prawidłowe zaprojektowanie instalacji. Wielkość wymiany powietrza wentylacyjnego powinna być określana indywidualnie, zgodnie z przepisami i oczekiwaniami inwestora.
Bardzo ważną część instalacji stanowi też automatyka centrali. Powinna być ona dobrana do potrzeb użytkownika i umożliwiać płynną regulację wydajności, np. w oparciu o pomiar temperatury w pomieszczeniu oraz zawartości CO2. Wygodne są programatory pracy tygodniowej i aplikacje umożliwiające sterowanie centralą z poziomu komputera, tabletu czy smartfona.
Kolejnym czynnikiem jest cicha praca. Poziom hałasu generowany przez centralę powinien być możliwie niski. Instalacja transportująca powietrze powinna być wykonana z kanałów tłumiących szumy. Alternatywnie stosuje się tłumiki hałasu montowane na kanałach.
TABELA 4. Porównanie wymagań prawnych
TABELA 5. Wartości EP dla budynku jednorodzinnego o Af = 126,86 m2 zasilanego z różnych nośników energii, przy wentylacji naturalnej oraz mechanicznej z odzyskiem ciepła. Wartość graniczna EP2017 = 95 kWh/(m2·rok)
Jakość powietrza a efektywność energetyczna i ekonomiczna
Zapewnienie komfortu użytkowania osobom przebywającym w pomieszczeniu stało się dużym wyzwaniem dla producentów central wentylacyjnych. Jakość powietrza dostarczanego do pomieszczeń powinna mieć odpowiednie parametry (temperaturę i wilgotność).
Jakość powietrza, zwłaszcza wilgotność, może mieć również znaczący wpływ na stan techniczny budynku. Duża wilgotność powietrza oraz nieprawidłowo zaprojektowane węzły budynku mogą powodować rozwój grzybów i pleśni.
Optymalnym rozwiązaniem w takiej sytuacji jest zastosowanie wentylacji, która pozwoli na odzysk ciepła powyżej 90%. Efekty takie są możliwe przy zastosowaniu wentylacji mechanicznej z wysokosprawnym odzyskiem ciepła oraz z gruntowym wymiennikiem ciepła GWC.
Wprowadzenie pompy ciepła za rekuperatorem pozwala na pracę układu na ogrzewanie i chłodzenie Urządzenie pozwala na utrzymanie komfortu cieplnego zarówno latem, jak i zimą.
Zastosowanie wydajnego, bezprzeponowego GWC w połączeniu z centralą pozwala na utrzymanie prawidłowej wilgotności powietrza zimą (GWC dowilża powietrze), a latem na jego osuszenie (GWC osusza powietrze).
Prawidłowa wilgotność i temperatura nawiewanego powietrza są jednymi z najistotniejszych parametrów decydujących o komforcie użytkowania pomieszczeń. Wbudowana pompa ciepła pozwala na realizowanie z najwyższą efektywnością funkcji ogrzewania i chłodzenia.
W przypadku funkcji grzania, w zależności od tego, czy korzysta się z gruntowego wymiennika ciepła czy zewnętrznego strumienia powietrza, powietrze trafia bezpośrednio do centrali, gdzie zostaje wstępnie ogrzane (GWC lub nagrzewnica wstępna).
Tak przygotowane powietrze przechodzi przez wymiennik przeciwprądowy, gdzie przejmuje dodatkowo część ciepła z powietrza usuwanego. Następnie trafia na skraplacz i następuje ogrzanie strumienia do temperatury umożliwiającej zastosowanie centrali wentylacyjnej jako źródła ogrzewania budynku. Natomiast powietrze wywiewane, stanowiące dolne źródło ciepła dla powietrznej pompy ciepła, trafia na parowacz i oddaje część energii cieplnej.
Latem powietrze napływa do centrali bezpośrednio z otoczenia lub z GWC. Strumień kierowany jest bypassem, omija wymiennik ciepła i trafia bezpośrednio na wymiennik PC parowacz. Na parowaczu następuje odebranie porcji ciepła przez odparowanie czynnika obiegowego w wymienniku pompy ciepła.
Powietrze, "omywając" parowacz, jest ochładzane, a potem kierowane do instalacji nawiewnej. Jeżeli jest techniczna możliwość zastosowania gruntowego wymiennika ciepła GWC, należy instalację wentylacyjną uzupełnić o rurowy lub powierzchniowym wymiennik.
Wymienniki powierzchniowe są wydajniejsze i mogą być zlokalizowane pod budynkiem, co ma korzystny wpływ na koszty eksploatacyjne i inwestycyjne. Zastosowanie GWC pozwala wyeliminować grzałkę potrzebną do rozmrażania wymiennika, wstępne podgrzewanie powietrza zimą i schładzanie latem.
Na RYS. przedstawiono schemat pracy centrali rekuperacyjno-klimatyzacyjno-grzewczej w okresie grzewczym oraz chłodniczym.
RYS. Schemat pracy centrali rekuperacyjno-klimatyzacyjno-grzewczej w okresie grzewczym oraz chłodniczym; rys. archiwum autora
Funkcje realizowane przez centrale rekuperacyjno-klimatyzacyjno-grzewcze z GWC to:
- wentylacja
- wentylacja nawiewno-wywiewna,
- odzysk ciepła z powietrza zużytego,
- filtracja powietrza,
- nawilżanie powietrza w okresie zimowym, - ogrzewanie
- ogrzewanie nadmuchowe,
- ogrzewanie wodne niskotemperaturowe,
- przygotowanie ciepłej wody użytkowej, - chłodzenie
- chłodzenie nadmuchowe bierne (en. chłodnicza pochodzi z GWC),
- chłodzenie nadmuchowe czynne (en. chłodnicza z GWC i pompy ciepła centrali).
W centralach zastosowano powietrzne pompy ciepła o SCOP ≥ 5,5, które w połączeniu z gruntowym wymiennikiem ciepła GWC stanowią bardzo efektywne źródło ciepła do celów grzewczych. Pompa ciepła ogrzewa powietrze nawiewane oraz czynnik grzewczy na cele c.w.u. i c.o.
W porze letniej chłód oraz osuszanie powietrza realizowane są przez centrale rekuperacyjno-klimatyzacyjno-grzewcze wyposażone w tzw. bypass, który umożliwia nawiew chłodnego powietrza bezpośrednio z gruntowego wymiennika ciepła.
Dodatkowo pompa ciepła może załączać się w trybie chłodzenia. Tryb ten działa automatycznie na podstawie wskazań czujnika wilgotności i temperatury powietrza w budynku. Minimum 80% dostarczanej przez układ energii chłodu powinno pochodzić z gruntowego wymiennika ciepła GWC. Głównym zadaniem pracy pompy ciepła w trybie chłodzenia jest osuszenie powietrza wentylacyjnego.
W okresie zimowym zastosowanie gruntowego wymiennika ciepła w sposób znaczący wpływa na ustabilizowanie się warunków wilgotnościowych w pomieszczeniach. Bezprzeponowy przepływ powietrza w wymienniku powoduje naturalne dowilżanie. Ilość dostarczanej przez GWC wilgoci uzależniona jest od rodzaju gruntu i wysokości występowania wód gruntowych.
Dodatkowe nawilżanie powietrza nawiewanego realizowane jest przez moduł nawilżacza ewaporacyjnego. Moduł ten powinien znajdować się wewnątrz centrali za nagrzewnicą pompy ciepła. Układ ten zapewnia utrzymanie pożądanej wilgotności powietrza w budynku w zakresie 35–50%.
Pompy ciepła central układu wyposażone są w dwa niezależne płytowe wymienniki wodne. Jeden przygotowuje czynnik grzewczy na cele ogrzewania wodnego niskotemperaturowego, a drugi służy do przygotowania ciepłej wody użytkowej. Takie połączenie umożliwia w okresie grzewczym podgrzanie ciepłej wody użytkowej do wysokiej wartości temperatury oraz znaczne zwiększenie COP w porównaniu z rozwiązaniami z jednym wymiennikiem (skraplaczem).
W PFU przewidziano system dystrybucji powietrza w układzie kanałów prowadzonych na stropie w izolacji, pod warstwą wylewki. Temperatura poszczególnych stref i pomieszczeń powinna być centralnie monitorowana (przez BMS).
Instalacja wentylacyjna powinna spełniać warunek: SFP < 0,88 kW/(m3/s) – łącznie dla nawiewu + wywiewu dla projektowego strumienia wentylacyjnego. Poszczególne strefy lub pomieszczenia powinny być wyposażone w układy regulowane na podstawie stężenia CO2, z możliwością sterownia poprze BMS.
Wymagane jest zastosowanie gruntowych powierzchniowych powietrznych wymienników ciepła o korzystnie bezprzeponowym charakterze wymiany cieplnej i udokumentowanym działaniu antybakteryjnym.
Zalecane jest umieszczenie GWC pod posadzkami budynków. Termoizolacja posadzek lub płyty fundamentowej powinna być wówczas wzmocniona i wartość U nie powinna być większa niż U = 0,15 W/(m2·K).
Minimalna całkowita sprawność temperaturowa odzysku ciepła (GWC + rekuperacja) wynosi 87%. Centrale powinny być wyposażone w systemy automatycznego równoważenia przepływów strumieni nawiewnego z wywiewnym.
Należy przewidzieć niezbędną liczbę układów wentylacyjnych i chłodniczych, które zapewnią odpowiednią wymianę powietrza w poszczególnych pomieszczeniach, wynikającą z warunków technologicznych i sanitarno-higienicznych, oraz zapewnią optymalne parametry fizyczne powietrza wewnętrznego wynikające z ich przeznaczenia (funkcji) PN i przepisów. Należy przewidzieć całoroczne normowanie temperatury powietrza w pomieszczeniach zgodnie z warunkami technicznymi [1] oraz normą PN-EN 15251:2012 [3].
W przyjętych rozwiązaniach należy zwrócić szczególną uwagę na odzysk ciepła z powierza wywiewanego. Przyjęte rozwiązania w zakresie ponownego wykorzystania ciepła w wyniku odzysku należy uwzględnić w bilansie cieplnym budynku i doborze urządzeń. Pomieszczenie serwerowni ma być wyposażone w osobny system klimatyzacji i wentylacji, uwzględniający wymogi zamontowanych w nich urządzeń.
Należy przewidzieć osobne układy wentylacyjne dla pomieszczeń o różnych przeznaczeniach higieniczno-sanitarnych. Regulacja działania wentylacji ma się odbywać na podstawie parametrów CO2 i temperatury wewnętrznej.
Centrale wentylacyjne - wymagania
Zależnie od charakteru pomieszczeń obsługiwanych przez zespół nawiewny należy stosować jedno- lub wielostopniowe oczyszczanie powietrza wentylacyjnego. Każda z central może być wyposażona w nagrzewnicę zasilaną z centralnego źródła przygotowania ciepła.
Do nagrzewnic central wentylacyjnych należy zapewnić dopływ czynnika grzewczego w sezonie grzewczym i w okresach przejściowych oraz czynnika chłodniczego.
Należy przewidzieć aktywne chłodzenie (suszenie) powietrza do parametrów poniżej krzywej duszności, niezależnie od warunków zewnętrznych, na podstawie wskazań higrometru pomieszczeniowego.
Poziom hałasu w pomieszczeniach wentylowanych mechanicznie przy pracy urządzeń wentylacyjnych bez innych źródeł hałasu nie powinien przekraczać niniejszych wartości:
- biura - 40 dB (A),
- sale konferencyjne i wielofunkcyjne - 40 dB (A),
- jadalnia - 45 dB (A),
- kuchnia - 45 dB (A),
- pomieszczenia sypialne - 40 dB (A),
- pomieszczenia socjalne - 45 dB (A),
- WC - 45 dB (A),
- magazyny – 55 dB (A),
- pomieszczenia techniczne – 65 dB (A).
Podsumowanie
Projektowanie i wykonywanie budynków już do 2017 r. będzie wymagało stosowania przegród o znacznie obniżonych wartościach współczynników przeceniania ciepła lub efektywnych energetycznie źródeł ciepła albo mechanicznej wentylacji z odzyskiem ciepła.
Zastosowanie pompy ciepła wymaga większych nakładów inwestycyjnych. Koszt kompletnej instalacji wentylacji z odzyskiem ciepła dla domku jednorodzinnego 120-150 m2 waha się w przedziale od 17 tys. zł do 20 tys. zł.
Zastosowanie wentylacji z odzyskiem ciepła gwarantuje lepszą jakość powietrza. Wyposażenie układu wentylacyjnego z rekuperatorem w GWC oraz pompę ciepła pozwala zoptymalizować koszty inwestycyjne oraz zapewnić oczekiwany przez użytkowników komfort powietrza przez cały rok.
Literatura
- Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 5 lipca 2013 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU 2013 poz. 926).
- Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 3 czerwca 2014 r. w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego lub części budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową oraz sposobu sporządzania i wzorów świadectw charakterystyki energetycznej (DzU 2014 poz. 888).
- PN-EN 15251:2012, "Parametry wejściowe środowiska wewnętrznego dotyczące projektowania i oceny charakterystyki energetycznej budynków, obejmujące jakość powietrza wewnętrznego, środowisko cieplne, oświetlenie i akustykę".
