Utrzymanie komfortu w budynkach wielkopowierzchniowych

Zapewnienie warunków komfortu

W budynkach wielkopowierzchniowych konieczne jest zapewnienie co najmniej minimalnej temperatury wskazanej w Warunkach Technicznych [1] i ogólnych przepisach BHP [2] – zawiera się ona w przedziale od 8 do 16°C. Jednocześnie w wielu budynkach wielkopowierzchniowych – np. halach targowo-wystawienniczych czy halach widowiskowo-sportowych, obiektach produkcyjnych, magazynowych – występuje konieczność różnego ogrzewania poszczególnych stref budynku oraz pogodzenia często sprzecznych interesów: komfortu pracowników i wymagań technologicznych w zakresie realizowanych procesów.

Warunki Techniczne w § 134 precyzują, jaka powinna być wymagana temperatura obliczeniowa w pomieszczeniach przeznaczonych na stały pobyt ludzi (powyżej 4 h dla jednej osoby). Na przykład magazyny i składy wymagające stałej obsługi muszą mieć minimalną temperaturę obliczeniową 12°C, a hale produkcyjne 16°C [1]. Jednocześnie rozporządzenie w sprawie ogólnych przepisów BHP podaje, że w pomieszczeniach pracy pracodawca powinien zapewnić temperaturę (...) nie niższą niż 14°C, chyba że względy technologiczne na to nie pozwalają [2]. Względy technologiczne dotyczą zwykle pomieszczeń o atmosferze kontrolowanej.

Odpowiednia wartość temperatury utrzymywana w obiektach wielkopowierzchniowych nie jest jednak jedynym wskaźnikiem komfortu pracowników.

Zobacz także: jak wybrać wózek widłowy >>

Istotny jest także sposób zapewnienia warunków cieplnych – przyjazny dla człowieka rozkład temperatury, szybkość osiągania oczekiwanych parametrów oraz zdolność obiektu do ich utrzymania. Dlatego w obiektach wielkopowierzchniowych chętnie wykorzystuje się rozwiązania zdecentralizowane o niewielkiej bezwładności cieplnej i elastyczności umożliwiającej szybką reakcję na zmieniające się warunki w obiekcie. W budynkach tych stosuje się często promienniki podczerwieni, które zapewniają ogrzewanie zbliżone do ogrzewania promieniami słonecznymi, oraz kurtyny powietrzne, które eliminują nieprzyjemne skutki otwierania drzwi, bram i wjazdów, stanowiąc barierę dla ruchu powietrza. Kurtyny nie tylko zapobiegają ucieczce na zewnątrz powietrza o komfortowej temperaturze (zimą ogrzanego, a latem schłodzonego), ale także eliminują przeciągi, będące znacznym problemem dla pracowników i użytkowników obiektów wielkopowierzchniowych.

Ogrzewanie promieniowaniem a specyfika budynków wielkopowierzchniowych

Ogrzewanie promiennikami jest w całości realizowane przez bliskie promieniowanie podczerwone (InfraRed A – IR-A o długości fali 0,8−2,5 μm).

Ogrzewany jest bezpośrednio obiekt, do którego dociera promieniowanie cieplne. Komfort osoby korzystającej z ogrzewania przez promieniowanie można porównać z komfortem odczuwanym przy ogrzewaniu przez promienie słoneczne – efekt grzewczy jest bardzo szybki, a odczucia przyjemne.

Ogrzewanie przez promieniowanie jest efektywne ze względu na małe straty ciepła. Dodatkowo można wykorzystać zdolności akumulacyjne obiektów, np. ścian, które najpierw pochłaniają, a następnie oddają do otoczenia pochodzące z promienników ciepło. W ogrzewaniu promiennikami ciepło „nie ucieka do góry”, podobnie jak to się dzieje z ogrzewaniem przez promieniowanie słoneczne. Emitowane fale można odpowiednio nakierować dzięki zastosowaniu deflektorów – powierzchni odbijających padające fale podczerwone pod określonym kątem. Charakter ogrzewania promieniowaniem przekłada się na cenne, z punktu widzenia obiektów wielkopowierzchniowych, cechy użytkowe:

• ogrzewanie przez promieniowanie sprawdza się jako ogrzewanie strefowe czy punktowe – np. skierowane na stanowiska pracowników wykonujących pracę siedzącą (biurową) na terenie fabryki czy hali magazynowej, podczas gdy w pozostałych strefach konieczne jest zachowanie niższej temperatury (odpowiedniej dla pracy fizycznej);
• szeroka gama rozwiązań promienników pozwala łatwo dobrać rozwiązanie techniczne dla danego obiektu. Ponieważ konstrukcje promienników są lekkie, a jednocześnie nie występuje zjawisko konwekcji, można je na przykład podwiesić pod stropem, dzięki deflektorom kierując promienie w wymaganym kierunku. Promienniki mogą występować jako punktowe, pozwalające obsłużyć powierzchnię ogrzewaną o wielkości 25–35 m2, lub jako liniowe. Na promiennikach liniowych oparte są też promienniki o nietypowym kształcie, np. litery U lub L;
• ogrzewanie poprzez promieniowanie cechuje się również bardzo niską bezwładnością cieplną – jedną z ważniejszych cech użytkowych w ogrzewaniu budynków wielkokubat. Wiele budynków wielkopowierzchniowych nie wymaga ciągłego ogrzewania, a sytuacja pandemii pokazała, że ważna jest także możliwość szybkiego, łatwego i bezpiecznego wyłączenia i ponownego uruchomienia ogrzewania – zarówno w trybie roboczym (utrzymanie parametrów niezbędnych np. dla bezpieczeństwa wyposażenia obiektu czy składowanych w nim towarów), jak i w pełnym trybie pracy. Dlatego konieczne są rozwiązania nie tylko o niskiej bezwładności cieplnej, ale i takie, którym nie zaszkodzi okres przestojów (np. nie są narażone na zamarzanie medium grzewczego);
• ogrzewanie przez promieniowanie podczerwone jest bezpieczne pod względem zdrowotnym. Nie należy jednak narażać oczu na przewlekłą ekspozycję na bezpośrednie źródło promieniowania (np. żarnik), która może powodować podrażnienia lub uszkodzenia oka. Źródło promieniowania ma wysoką temperaturę, stosuje się zatem osłony zabezpieczające przed przypadkowym dotknięciem urządzeń. Producenci promienników wskazują także, że powierzchnie emitujące ciepło nie emitują jednocześnie promieni UV – wśród projektantów i użytkowników pojawiają się czasem takie obawy.

Zasilanie i parametry promienników podczerwieni

Promienniki podczerwieni oferowane są jako elektryczne lub gazowe. Promienniki gazowe stosuje się zwykle w budynkach nowo projektowanych, w przypadku których można zapewnić doprowadzenie medium gazowego (gazu ziemnego lub płynnego) oraz właściwe odprowadzenie spalin. Powinny one mieć sezonową efektywność energetyczną ogrzewania pomieszczeń (μ_S) nie niższą niż wskazana w rozporządzeniu KE 2015/1188 i wynoszącą dla promienników ceramicznych co najmniej 85%, a dla promienników rurowych co najmniej 74%.

W rozporządzeniu określona została także maksymalna emisja tlenków azotu, która powinna wynosić do 200 mg/kWh_input – punktem odniesienia jest tu energia całkowita zapewniana przez promiennik. Efektywność tę można zwiększyć, odzyskując ciepło ze spalin w procesie kondensacji,. Szczególne możliwości stwarzają tu promienniki rurowe – możliwa jest np. dwukrotna cyrkulacja spalin w układzie rur przed ich odprowadzeniem na zewnątrz.

Promienniki elektryczne, choć wymagają zapewnienia odpowiedniej rezerwy mocy przez dostawcę energii, ze względu na brak dodatkowych instalacji rurowych dobrze sprawdzą się w budynkach modernizowanych. Sezonowa efektywność energetyczna ogrzewania pomieszczeń (μ_S) według rozporządzenia KE 2015/1188 powinna wynosić w ich przypadku „co najmniej 35%” [3], wprowadzono jednak dodatkowe rozróżnienie dla „elektrycznych promienników ciepła z widocznym elementem grzejnym”: dla urządzeń o nominalnej mocy cieplnej powyżej 1,2 kW – co najmniej 35%; dla promienników o mocy równej 1,2 kW lub niższej – co najmniej 31%.

Rola kurtyn powietrza w utrzymaniu komfortu

Kurtyny powietrza wytwarzają strumień powietrza, najczęściej nawiewany z góry i odciągany dołem, który stanowi barierę dla ruchu powietrza przez otwory, takie jak bramy i doki, podczas ich otwarcia. Kurtyny zwiększają energooszczędność obiektu i komfort pracy, chroniąc przed niekontrolowaną wymianą powietrza, ucieczką ciepła lub chłodu, przeciągami, a także kurzem, owadami czy mikroorganizmami napływającymi z zewnątrz. Jak podaje jeden z producentów, zastosowanie kurtyn w chłodniach i mroźniach pozwala prowadzić procesy logistyczne przy otwartych drzwiach, uzyskując ok. 50% oszczędności energii w porównaniu do sytuacji, gdy kurtyny nie ma.

Za nawiew strugi powietrza odpowiadają wysokowydajne wentylatory nawiewne, które powinny być wyposażone w płynną regulację obrotów.

Regulacja może się odbywać automatycznie. Wymaga to wyposażenia kurtyny w czujniki, które mogą mierzyć m.in. temperaturę powietrza zasysanego i nawiewanego przez kurtynę oraz temperaturę zewnętrzną. Parametrem regulacji może być np. rzeczywista różnica temperatury między wnętrzem hali a powietrzem zewnętrznym. Dzięki odpowiedniemu sterowaniu kurtyna samoczynnie dostosowuje ustawienia do rzeczywistych warunków pracy. Jednocześnie wydatek powietrza powinien być taki, by powstająca bariera powietrzna zakryła cały otwór wejściowy. O spełnieniu tego warunku decydują zasięg – czyli wysokość strumienia – i szerokość kurtyny. Obydwa te parametry powinny być większe, niż to wynika z wymiarów geometrycznych otworu. Zasięg jest parametrem użytkowym kurtyny (podstawą doboru), natomiast dobór szerokości jest łatwy ze względu na charakter modułowy (moduły np. 1,8; 2,1; 2,6; 3,1 m) i możliwość szeregowego połączenia urządzeń.

Ponieważ kurtyny to urządzenia o dużych wydatkach, struga powietrza ma dużą prędkość, a więc może być źródłem hałasu. Dodatkowo wraz ze wzrostem wysokości bramy maleje efektywność kurtyny – jak podaje jeden z producentów, dla wysokości 3 m można zaoszczędzić nawet 80% energii w porównaniu do rozwiązania bez kurtyny, a przy 8 m wartość ta wynosi 30%.

Dobór urządzeń dla konkretnych obiektów

Promienniki podczerwieni dostępne są w wielu rozwiązaniach pod względem mocy, kształtu, miejsca i wysokości montażu czy ukierunkowania fali promieniowania IR-A. W przypadku układów promienników dla dużych obiektów dostawcy tych urządzeń często wykorzystują wizualizacje tworzone w programach typu CAD. Dla obiektów cechujących się wysoką wilgotnością lub zapyleniem dostępne są wodo- i pyłoszczelne rozwiązania obudowy, o stopniu ochrony IP44, IP65 i IP67, osłony powierzchni grzewczej wykonane z ochronnego szkła hartowanego. Z kolei dla obiektów o szczególnych wymaganiach dostępne są promienniki w wykonaniu higienicznym (w obudowie ze stali nierdzewnej AISI 304).

Natomiast kurtyny najczęściej wybierane są w tzw. wykonaniu przemysłowym – są to solidne, samonośne konstrukcje montowane w zależności od wykonania otworu wejściowego jako poziome (nad otworem) albo pionowe (z boku otworu). Zastosowanie kurtyn najlepiej planować podczas projektowania całego budynku, jako integralnego elementu powiązanego z bramami, dokami i innymi otworami wejściowymi.

Kurtyna pracuje najbardziej efektywnie przy zbilansowaniu ciśnienia na zewnątrz i wewnątrz hali, co jest możliwe przy odpowiednim systemie wentylacji. Traktowanie kurtyn jako elementu całego systemu grzewczo-wentylacyjnego pozwala bardziej skutecznie nimi sterować, szczególnie w przypadku włączenia ich wraz z pozostałymi urządzeniami do systemu automatyki budynkowej BMS.

Utrzymanie urządzeń grzewczych

Urządzenia grzewcze, w tym kurtyny i promienniki, często zachwalane są przez producentów jako „bezobsługowe”, powinny być uwzględnione podczas obowiązkowej kontroli okresowej obiektu wielkopowierzchniowego – w zależności od wielkości corocznie lub dwa razy do roku [4]. Ważna jest kontrola wszystkich podzespołów – w przypadku kurtyn części mechanicznych wentylatora i nagrzewnic, a w odniesieniu do promienników elementów grzewczych oraz stanu osłon. W harmonogramach konserwacji należy też uwzględnić żywotność elementów grzewczych promiennika (jeden z producentów podaje 5000–7000 h pracy).

Literatura

1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU 2019, poz. 1065, z późn. zm.)
2. Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Socjalnej z dnia 26 września 1997 r. w sprawie ogólnych przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy (DzU 1997, nr 129, poz. 844)
3. Rozporządzenie Komisji (UE) 2015/1188 z dnia 28 kwietnia 2015 r. w sprawie wykonania dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla miejscowych ogrzewaczy pomieszczeń (Dz.Urz. UE L 193/76 z 21.07.2015)
4. Ustawa z dnia 7 czerwca 1994 r. Prawo budowlane (DzU 2020, poz. 1333, 2127, 2320 oraz DzU 2021, poz. 11, 234, 282)