Czy centrale wentylacyjne będą musiały być większe? Nowe wymagania w zakresie efektywności energetycznej dla systemów wentylacyjnych

Efektem prowadzonych prac studyjnych w ramach projektów ENTR Lot 6 i ENER Lot 10 są opublikowane w listopadzie 2014 r. rozporządzenia Komisji Europejskiej:

• 1253/2014 w sprawie wykonania dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla systemów wentylacyjnych [1],
• 1254/2014 uzupełniające dyrektywę Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/30/UE w odniesieniu do etykiet efektywności energetycznej systemów wentylacyjnych przeznaczonych do budynków mieszkalnych [2].
•  

Obie przywołane dyrektywy mają na celu ograniczenie zużycia energii, przy czym pierwsza realizuje to poprzez zastosowanie odpowiednich rozwiązań przy projektowaniu urządzeń, natomiast druga poprzez zwiększenie świadomości konsumentów i ułatwienie im racjonalnego wyboru. Wdrażające je rozporządzenia są wiążące i obowiązują we wszystkich krajach członkowskich UE od momentu opublikowania (25 listopada 2014 r.) i nie wymagają wprowadzania do prawa krajowego.

Rozporządzenie 1253/2014 określa nowe wymagania, które muszą spełnić systemy wentylacyjne w budynkach w zakresie efektywności energetycznej, przy czym oddzielnie definiowane są wymagania dla systemów w budynkach mieszkalnych oraz dla systemów w budynkach niemieszkalnych.

Z kolei rozporządzenie 1254/2014 określa zasady oznaczania etykietami efektywności energetycznej urządzeń wentylacyjnych dla budynków mieszkalnych, to jest których wydajność nie przekracza 250 m³/h lub 1000 m³/h, jeśli producent deklaruje, że produkt jest przeznaczony wyłącznie do budynków mieszkalnych. Systemy do budynków niemieszkalnych mają wydajność powyżej 1000 m³/h lub powyżej 250 m³/h, jeśli brakuje adnotacji producenta, że są one przeznaczone do budynków mieszkalnych.

Rozporządzenie 1253/2014 wprowadza szereg definicji i nowe wskaźniki służące do oceny efektywności w odniesieniu do zużycia energii cieplnej oraz elektrycznej. Jego wymagania będą obowiązkowe od 1 stycznia 2016 r., a od 1 stycznia 2018 zostaną dodatkowo zaostrzone, co oznacza że od początku przyszłego roku nie będzie można wprowadzić do obrotu urządzeń niespełniających wymagań minimalnych.

Innymi słowy, przy projektowaniu systemów, które mają być instalowane dopiero w przyszłym roku, już dziś należy uwzględnić nowe wymagania.

Rozporządzenie odnosi się praktycznie do prawie wszystkich instalacji, a przewidziane wyjątki dotyczą rzadko spotykanych sytuacji, takich jak pobór mocy poniżej 30 W, praca w temperaturze poniżej –40 lub powyżej 100°C, albo w atmosferze zagrożonej wybuchem, oraz instalacji, które służą wyłącznie zapewnieniu bezpieczeństwa pożarowego.

Pomimo że w rozporządzeniu występuje sformułowanie "wymagania dla systemów wentylacyjnych", tak naprawdę definiuje ono wymogi dla urządzeń wentylacyjnych. Terminologia ta wydaje się jednak poprawna, gdyż obniżenie energochłonności wymusza zoptymalizowanie wszystkich elementów instalacji, a dostawcą całego sytemu (kratek, kanałów, rekuperatorów) jest często jeden producent.

Systemy dla budynków niemieszkalnych

W odniesieniu do systemów w budynkach niemieszkalnych istotną nowością jest wprowadzenie wskaźnika o nazwie wewnętrzna jednostkowa moc wentylatora części pełniących funkcje wentylacyjne (JMW_int). Określa on zużycie energii elektrycznej do pokonania oporów przepływu przez wewnętrzne podzespoły (Δp_s,int) urządzenia wchodzącego w skład tzw. konfiguracji wzorcowej, przy znamionowym przepływie powietrza (q_nom) oraz znamionowym sprężu dyspozycyjnym (Δp_s,ext).

Konfiguracja wzorcowa urządzenia dwukierunkowego (nawiewno-wyciągowego) obejmuje obudowę, wentylator(-y) nawiewny i wyciągowy, czysty filtr F7 na nawiewie, czysty filtr M5 na wyciągu oraz układ odzysku ciepła.

Konfiguracja urządzenia jednokierunkowego (nawiewnego lub wyciągowego) obejmuje obudowę, wentylator(-y) oraz, jeśli produkt zaprojektowano do stosowania z filtrem, czysty filtr F7 po stronie wlotu.

Powyższe oznacza, że niezależnie od tego, jak skonfigurowane jest rzeczywiste urządzenie (dodatkowa chłodnica, nagrzewnica, tłumik, nawilżacz itp.) oraz czy pracuje z wydatkiem innym niż nominalny, a strumienie powietrza nawiewanego i usuwanego nie są równe, wskaźnik JMW_int jest zawsze obliczany w odniesieniu do konfiguracji wzorcowej oraz dla znamionowego przepływu powietrza i znamionowego spadku ciśnienia. Dzięki temu wskaźnik ten pozwala – dla przyjętych założeń – sprowadzić porównanie różnych rozwiązań do wspólnego mianownika.

Rodzą się natomiast wątpliwości, jak definiować nominalny przepływ powietrza oraz nominalny spręż dyspozycyjny.

O ile w przypadku dużych urządzeń projektowanych „na miarę” można przyjąć, że są to parametry wynikające z projektu instalacji, o tyle w przypadku kompaktowych, produkowanych seryjnie urządzeń o szerokim zakresie pracy wartości nominalne nie są już tak oczywiste.

Zdefiniowanie tych wartości leży w gestii producentów systemów. Można przypuszczać, że parametry te będą wyznaczane na bazie nominalnego wydatku dla filtrów (przy prędkości napływu 2,7 m/s na powierzchnię czołową wg PN-EN 779:2012 [9]) oraz sprężu, przy którym wentylator osiąga maksymalną sprawność.

Zgodnie z prEN 16798-3 [4], która zastępuje aktualną normę EN 13779:2007 [7], wartość JMWint (SFPint) dla urządzeń nawiewno-wyciągowych określa się z zależności:

gdzie:

SFP_int – jednostkowa wewnętrzna moc wentylatora, W/(m³/s) lub Pa;

Δp_{s.int_Naw} – suma spadków ciśnienia statycznego konfiguracji wzorcowej po stronie nawiewu przy q_nom, Pa;

Δp_{s.int_Wyw} – suma spadków ciśnienia statycznego konfiguracji wzorcowej po stronie wyciągu przy q_nom, Pa;

η_fan – sprawność statyczna wentylatora uwzględniająca sprawność silnika, napędu i sterowania, odpowiednio dla strony nawiewu i wyciągu,

η_fan = η_{stat_wirnika} · η_silnika · η_napędu · η_sterowania.

Przy czym zgodnie z zapisami rozporządzenia przyjmuje się spadek ciśnienia na filtrze czystym, co stanowi różnicę w stosunku do podejścia prezentowanego w EN 13779:2007 [7], zgodnie z którym moc właściwą wentylatora w odniesieniu do centrali SFP_E określa się dla projektowanego spadku ciśnienia, czyli z kolei zgodnie z EN 13053+A1:2011 [8] dla średniego spadku ciśnienia na filtrach. Jeśli strumienie nie są równe, jako nominalny przepływ powietrza należy przyjmować wyższą wartość.

Dopuszczalną wartość jednostkowej wewnętrznej mocy wentylatora (JMW_{int_limit}) określa się zgodnie z metodyką podaną w rozporządzeniu w zależności od zakresu znamionowego wydatku powietrza, typu zastosowanego odzysku ciepła, nadwyżki sprawności odzysku ciepła nad wymaganą sprawnością minimalną oraz ewentualnych odstępstw zastosowanych filtrów od konfiguracji wzorcowej.

Dla urządzeń nawiewno-wyciągowych do wydatku 7200 m³/h wartość JMW_{int_limit} maleje wraz ze wzrostem przepływu powietrza, a powyżej tego wydatku nie zależy od przepływu powietrza.

Dla urządzeń jednokierunkowych przeznaczonych do stosowania z filtrem wartość JMW_{int_limit} jest stała.

Dodatkowo w przypadku urządzeń jednokierunkowych rozporządzenie podaje minimalną dopuszczalną sprawność statyczną wentylatora (η_SW) w zależności od znamionowego wydatku powietrza. W tym przypadku również sprawność wentylatora określa się w odniesieniu do konfiguracji wzorcowej oraz znamionowego przepływu powietrza i znamionowego spadku ciśnienia, z uwzględnieniem sprawności silnika, napędu i sterowania.

Oprócz wymagań dotyczących zużycia energii elektrycznej do napędu wentylatorów rozporządzenie określa wymogi minimalnej sprawności odzysku ciepła oraz funkcjonalności urządzeń. Przedstawiają się one następująco:

• od 1 stycznia 2016:

- wszystkie wentylatory muszą mieć napęd wielobiegowy (powyżej dwóch prędkości) lub bezstopniową regulację obrotów,

- wszystkie urządzenia nawiewno-wyciągowe muszą mieć układ odzysku ciepła wyposażony w wymiennik do odzysku ciepła. Recyrkulacja nie jest traktowana jako odzysk ciepła,

- każdy układ odzysku ciepła musi być wyposażony w obejście termiczne,- sprawność odzysku ciepła (η_{t_swnm}) wymiennika z czynnikiem pośrednim (glikolowym): min. 63%,

- sprawność odzysku ciepła (η_{t_swnm}) pozostałych typów wymienników: min. 67%,minimalne wartości JMWint_limit oraz ηSW określane są wg metodyki rozporządzenia;

• od 1 stycznia 2018 dodatkowo:

- minimalna sprawność odzysku ciepła (η_{t_swnm}) wymiennika z czynnikiem pośrednim (glikolowym) wynosić będzie 68%,

- minimalna sprawność odzysku ciepła pozostałych typów wymienników: 73%,- obniżone zostaną minimalne wartości JMW_{int_limi}t oraz η_SW,- obowiązkowa będzie sygnalizacja zabrudzenia filtrów (wizualna lub automatyczna w systemie sterowania).

Sprawność odzysku ciepła (η_{t_swnm)} określana jest dla warunków suchych przy różnicy temperatury pomiędzy strumieniem powietrza usuwanego i świeżego równej 20 K, co odpowiada wymaganiom PN-EN 308 [12].

Jeśli strumienie powietrza nie są równe, sprawność określana jest dla obu strumieni równych strumieniowi powietrza nawiewanego. Obejście termiczne odzysku ciepła jest zaś rozumiane jako rozwiązanie dające możliwość automatycznej lub ręcznej regulacji pracy układu (np. kanał obejściowy, regulator prędkości obrotowej lub wkład letni).

Czy centrale będą musiały być większe?

Nie sposób odpowiedzieć jednoznacznie na to pytanie, jednak obliczenia przeprowadzone dla dwóch przykładowych central pozwalają na wysunięcie pewnych wniosków.

Urządzenia dobrano tak, by spełniały obowiązujące wymagania zawarte w rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych [3] w zakresie maksymalnej mocy właściwej wentylatora (SFPE­). Dla centrali wyposażonej w wymiennik obrotowy i dwa stopnie filtracji analizowano dwa przypadki:

• w pierwszym przypadku założono niższy wydatek powietrza (odpowiadający prędkości przepływu przez chłodnicę na poziomie 2,9 m/s) oraz wyższy spręż dyspozycyjny, a w drugim wyższy wydatek powietrza (prędkość na chłodnicy 3,5 m/s), ale niższy spręż dyspozycyjny.
• dla drugiej centrali, wyposażonej w wymiennik krzyżowy, założono wydatek odpowiadający prędkości na chłodnicy równej 2,8 m/s. Schematy urządzeń oraz wyniki wyliczeń przedstawiono na rys. 1: Centrala nr 1: konfiguracja rzeczywista i wzorcowa i rys. 2: Centrala nr 2: konfiguracja rzeczywista i wzorcowa oraz w ta­beli 1: Wyniki obliczeń dla centrali nr 1 – przypadek 1 i 2 i tabeli 2: Wyniki obliczeń dla centrali nr 2.
•  

Z wyników podanych w tabeli 1 i tabeli 2 wynika, że pomimo iż w żadnym przypadku nie została przekroczona dopuszczalna obecnie moc właściwa wentylatorów, jedynie dla pierwszej centrali przy niższym wydatku powietrza (przypadek 1) jednostkowa moc wentylatora JMW_int nie przekroczyła wartości dopuszczalnych JMW_{int_limit} obowiązujących od stycznia 2016 i 2018. Jednak to samo urządzenie przy wyższym wydatku, ale niższym sprężu dyspozycyjnym przekroczyło dopuszczalną wartość JMW_{int_limit} półtorakrotnie.

W przypadku drugiej centrali - mimo stosunkowo niskich prędkości przepływu - również nie udało się osiągnąć wymaganej od przyszłego roku minimalnej wartości jednostkowej mocy wentylatora. Wynika to z faktu, że dopuszczalna wartość JWM_{int_limit} jest znacznie niższa niż dla pierwszej centrali, gdyż metodyka określania JWM_{int_limit} skonstruowana została tak, że wartość tego wskaźnika spada wraz ze wzrostem wydatku powietrza.

Na podstawie uzyskanych wyników można wnioskować, że wymagania rozporządzenia 1253/2014 wymuszą dalszy spadek stosowanych w centralach prędkości przepływu powietrza, a tym samym wzrost ich wymiarów poprzecznych – co istotne, w większym stopniu w odniesieniu do urządzeń o dużych wydajnościach niż urządzeń małych, co będzie szczególnie widoczne w przypadku urządzeń wyposażonych w odzysk ciepła z czynnikiem pośredniczącym, gdy pojawia się dodatkowo wymóg bardzo wysokiej jak na obecne standardy sprawności odzysku.

Można będzie ją osiągnąć jedynie przy bardzo niskiej prędkości napływu powietrza na blok lamelowy wymiennika (ok. 2 m/s), co przełoży się na wzrost przekroju poprzecznego central nawet o ponad 30% w stosunku do rozwiązań stosowanych obecnie.

Systemy dla budynków mieszkalnych

W odniesieniu do budynków mieszkalnych najważniejszy nowy wskaźnik to jednostkowe zużycie energii (JZE) [kWh/(m²/rok)], które określa roczne zużycie energii cieplnej i elektrycznej na potrzeby wentylacji w przeliczeniu na m² obsługiwanej ogrzewanej powierzchni mieszkania lub budynku. Jego wartość determinuje klasę efektywności energetycznej urządzenia.

Wskaźnik ten określa zależność:

gdzie:

JPM – jednostkowy pobór mocy elektrycznej będący stosunkiem efektywnej elektrycznej mocy wejściowej do napędu wentylatorów oraz elementów układu sterowania do wartości odniesienia natężenia przepływu, określanych zgodnie z EN 13141-7:2011 oraz EN 13141-4:2011, kW/(m³/h);

η_t – sprawność cieplna układu odzysku ciepła mierzona dla warunków suchych przy różnicy między temperaturą zewnętrzną i wewnętrzną równej 13 K.

Pomimo że na pierwszy rzut oka formuła wydaje się złożona, rozporządzenie podaje domyślne wartości wszystkich jego składników oprócz JPM oraz η_t, które na podstawie pomiarów określa producent.

Taki sposób wyliczania wskaźnika wyraźnie promuje rozwiązania z zastosowaniem regeneracyjnych wymienników ciepła (człon uwzględniający energię do odszraniania rekuperatora = 0) w miejsce wymienników przeponowych oraz układy sterowania umożliwiające lepsze dostosowanie wydajności systemu do rzeczywistego zapotrzebowania (płynna regulacja obrotów wentylatorów zamiast wielobiegowej, indywidualna regulacja temperatury w pomieszczeniu w miejsce regulacji centralnej lub czasowej).

Ilustruje to rys. 3: Zależność JZE i klasy efektywności energetycznej od JPM oraz sprawności odzysku ciepła dla urządzeń nawiewno-wywiewnych do budynków mieszkalnych, przedstawiający dla urządzeń dwukierunkowych zależność pomiędzy wartością JZE (i odpowiadającym jej klasom efektywności energetycznej) oraz JPM dla różnych sprawności układu odzysku ciepła. Przy czym sprawności te nie są przedstawione w postaci krzywych, lecz pól, gdyż dla tej samej sprawności wartość JZE zależy dodatkowo od parametrów uwzględniających rodzaj sterowania, sposób regulacji prędkości wentylatorów oraz rodzaj wymiennika.

Ciągła linia graniczna pola danej sprawności odpowiada wariantowi z wymiennikiem przeponowym, sterowaniem ręcznym i napędem wielobiegowym, linia przerywana zaś wariantowi z wymiennikiem regeneracyjnym, sterowaniem centralnym i napędem bezstopniowym.

Dla porównania na wykresie pokazano także pole odpowiadające aktualnym minimalnym wymaganiom dla urządzeń dwukierunkowych zgodnie z wymogami warunków technicznych [3], wymaganiami NFOŚiGW dotyczącymi możliwości uzyskania dopłat do kredytu na budowę jednorodzinnych domów energooszczędnych w standardzie NF15 oraz wymaganiami Passive Haus Institut, choć ten ostatni zakres należy traktować orientacyjnie, gdyż warunki pomiarów oraz definicja sprawności odzysku ciepła określone przez tę instytucję odbiegają od przyjętych w rozporządzeniu.

Od 1 stycznia 2016 wartość JZE urządzeń dla budynków mieszkalnych określona dla klimatu umiarkowanego nie może przekraczać 0 kWh/(m²/rok), a od 1 stycznia 2018 – 20 kWh/(m²/rok).

Ponadto rozporządzenie 1253/2014 wymaga, by od przyszłego roku wszystkie urządzenia (oprócz dwufunkcyjnych) były wyposażone w napęd wielobiegowy lub bezstopniowy, a urządzenia dwukierunkowe miały termiczne obejście układu odzysku ciepła. Dodatkowo od 2018 r. urządzenia z filtrem muszą być wyposażone w wizualną sygnalizację jego zabrudzenia.

W rozporządzeniu 1254/2014 podano wzory etykiet efektywności energetycznej (rys. 4: Wzory etykiet efektywności energetycznej dlaurządzeń jedno- i dwukierunkowych do budynków mieszkalnych), którymi od stycznia przyszłego roku muszą być znakowanie urządzenia, oraz zakresy wartości JZW odpowiadające poszczególnym klasom efektywności energetycznej.

Kwestia nadzoru rynku

Rozporządzenia 1253 i 1254 regulują również kwestię nadzoru rynku, czyli procedurę weryfikacji przez odpowiednie organy państw członkowskich zgodności parametrów urządzeń wentylacyjnych wprowadzonych do obrotu z obowiązującymi wymogami.

W Polsce organem, w którego kompetencjach leży kontrolowanie wyrobów, jest Inspekcja Handlowa, natomiast organem monitorującym działanie systemu kontroli wyrobów Urząd Ochrony Konkurencji i Konsumentów. Szczegółowe kompetencje Inspekcji Handlowej w zakresie kontroli rynku wyrobów (w tym objętych środkami wykonawczymi wydanymi na podstawie dyrektywy 2009/125/WE) określa ustawa o Inspekcji Handlowej.

Zmiany w stosunku do aktualnego stanu prawnego

Wejście w życie 1 stycznia 2016 r. wymagań rozporządzenia 1253/2014 oznacza, że w zakresie pokrywającym się z aktualnymi warunkami technicznymi [3] dotychczasowe wymogi zostaną zastąpione nowymi. Najważniejsze z nadchodzących zmian zestawiono w tabeli 3: Najważniejsze nowe wymagania dla urządzeń wentylacyjnych.

Podsumowanie

Omówione rozporządzenia wprowadzają nowe miary oceny efektywności energetycznej oraz wymagania dotyczące systemów wentylacyjnych w budynkach mieszkalnych i niemieszkalnych. Od początku przyszłego roku producenci nie będą mogli wprowadzać do obrotu na rynku Unii Europejskiej urządzeń niespełniających minimalnych wymagań podanych w tych aktach prawnych. Oznacza to, że wszystkie opracowywane dziś projekty dla obiektów, które będą realizowane dopiero w przyszłym roku, muszą już uwzględniać nowe wymagania.

Literatura

1.  Rozporządzenie Komisji (UE) nr 1253/2014 z dnia 7 lipca 2014 r. w sprawie wykonania dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla systemów wentylacyjnych (DzU UE L 337/8).
2. Rozporządzenie delegowane Komisji (UE) nr 1254/2014 z dnia 11 lipca 2014 r. uzupełniające dyrektywę Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/30/UE w odniesieniu do etykiet efektywności energetycznej systemów wentylacyjnych przeznaczonych do budynków mieszkalnych (DzU UE L 337/27).
3. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75, poz. 690, z późn. zm.).
4. prEN 16798-3 Energy performance of buildings. Part 3: Ventilation for non-residential buildings. Performance requirements for ventilation and room-conditioning systems.
5. PN-EN 13141-7:2010 Wentylacja budynków. Badanie właściwości elementów/wyrobów do wentylacji budynków mieszkalnych. Część 7: Badanie właściwości urządzeń wentylacji mechanicznej nawiewno-wywiewnej (z odzyskiwaniem ciepła) do wentylacji mechanicznej budynków jednorodzinnych.
6. PN-EN 13141-4:2011 Wentylacja budynków. Badanie właściwości elementów/wyrobów do wentylacji mieszkań. Część 4: Wentylatory stosowane w systemach wentylacji mieszkań.
7. PN-EN 13779:2007 Wentylacja budynków niemieszkalnych. Wymagania dotyczące właściwości instalacji wentylacji i klimatyzacji.
8. PN-EN 13053+A1:2011 Wentylacja budynków. Centrale wentylacyjne i klimatyzacyjne. Klasyfikacja i charakterystyki działania urządzeń, elementów składowych i sekcji.
9. PN-EN 779:2012 Przeciwpyłowe filtry powietrza do wentylacji ogólnej. Określanie parametrów filtracyjnych.
10. Requirements and testing procedures for energetic and acoustical assessment of Passive House ventilation systems for Certification „Passive House suitable component”, http://www.passiv.de/downloads/03_Reqs_and_testing_procedures_ventilation_en.pdf.
11. Wymagania techniczne do programu priorytetowego dopłat do budynków energooszczędnych NFOŚiGW, http://www.nfosigw.gov.pl/oferta-finansowania/srodki-krajowe/programy-priorytetowe/doplaty-do-kredytow-na-domy-energooszczedne/.
12. PN-EN 308:2001 Wymienniki ciepła. Procedury badawcze wyznaczania wydajności urządzeń do odzyskiwania ciepła w układzie powietrze-powietrze i powietrze-gazy spalinowe.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!