Praktyczne konsekwencje wymagań dyrektywy ErP w projektowaniu wentylacji

Dwa rozporządzenia – 1253/2014 w sprawie wykonania dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla systemów wentylacyjnych [1] oraz 1254/2014 uzupełniające dyrektywę Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/30/UE w odniesieniu do etykiet efektywności energetycznej systemów wentylacyjnych przeznaczonych dla budynków mieszkalnych [2] – są aktami uzupełniającymi wyżej wymienione dyrektywy.

Zapisy tych rozporządzeń, choć w znacznym stopniu dotyczą producentów, powinny być dobrze znane wszystkim uczestnikom procesu budowlanego – projektantom, wykonawcom oraz inspektorom – żeby uniknąć niepotrzebnych nieporozumień czy też poważnych i kosztownych poprawek. Rozporządzenia te wprowadzają poszczególne zapisy etapami, pierwsze regulacje obowiązują od 1 stycznia 2016 roku, następne weszły w życie 1 stycznia 2018. Rozporządzenia Komisji Europejskiej obowiązują wprost we wszystkich państwach członkowskich i nie wymagają krajowego wprowadzenia – funkcjonują równolegle z przepisami krajowymi. W Polsce są to wymagania Prawa budowlanego oraz rozporządzenia w sprawie warunków technicznych.

Zapisy rozporządzeń UE wprowadziły podział dotychczas w Polsce niestosowany:

1) „system wentylacyjny przeznaczony do budynków mieszkalnych (SWM)” oznacza system wentylacyjny o następują­cych cechach:

a)    maksymalna wartość natężenia przepływu nie przekracza 250 m³/h;

b) maksymalna wartość natężenia przepływu mieści się w przedziale od 250 do 1000 m³/h, a zgodnie z informacjami podanymi przez producenta urządzenie to przeznaczone jest do pełnienia funkcji wentylacji wyłącznie w budynkach mieszkalnych;

2) „system wentylacyjny przeznaczony do budynków niemieszkalnych (SWNM)” oznacza system wentylacyjny, którego maksymalna wartość natężenia przepływu przekracza 250 m³/h, a w przypadku, gdy wartość ta mieści się w przedziale od 250 do 1000 m³/h, informacje podane przez producenta nie zawierają stwierdzenia, że urządzenie to przeznaczone jest do pełnienia funkcji wentylacji wyłącznie w budynkach mieszkalnych [1].

Zapisom rozporządzeń wyjątkowo nie podlegają:

• jedno- i dwukierunkowe systemy o poborze mocy do 30 W (na strumień powietrza) – systemy te podlegają jednak wymaganiom dotyczącym zakresu podawanych informacji,
• wentylatory osiowe lub promieniowe wyposażone jedynie w obudowę – w rozumieniu rozporządzenia (UE) nr 327/2011,
• systemy pracujące z powietrzem o temperaturze poniżej –40°C lub powyżej 100°C,
• systemy przeznaczone do stosowania w warunkach, w których temperatura otoczenia podczas pracy silnika napędzającego wentylator, znajdującego się poza strumieniem powietrza, przekracza 65°C,
• systemy zagrożone wybuchem w przestrzeniach określonych w dyrektywie 94/9/WE Parlamentu Europejskiego i Rady,
• systemy pracujące wyłącznie dla zapewnienia bezpieczeństwa pożarowego,
• przeznaczone wyłącznie do stosowania w sytuacjach awaryjnych, przez krótki czas, spełniające podstawowe wymagania dotyczące obiektów budowlanych w odniesieniu do bezpieczeństwa pożarowego określone w rozporządzeniu Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) nr 305/2011,
• wyposażone w wymiennik ciepła i pompę ciepła służące odzyskiwaniu ciepła lub umożliwiające przenoszenie albo odzyskiwanie ciepła dodatkowo do działania układu odzysku ciepła, z wyjątkiem przenoszenia ciepła w celu ochrony przez zamarzaniem lub odmrażania,
• okapy nadkuchenne,
• urządzenia zasilane napięciem powyżej 1000 V AC lub 1500 V DC,
• urządzenia pracujące wyłącznie w środowisku korozyjnym, toksycznym, z substancjami łatwopalnymi lub ściernymi.

Chociaż w rozporządzeniach jest mowa o „systemach wentylacyjnych”, praktycznie rzecz biorąc, mamy do czynienia z urządzeniami. System jest brany pod uwagę tylko przy definiowaniu sprężu dyspozycyjnego urządzenia podczas doboru dla konkretnych danych wejściowych.

Warunki ogólne, jakie powinny spełniać systemy:

• wszystkie systemy muszą posiadać urządzenie do odzysku ciepła,
• odzysk musi mieć obejście,
• wyposażenie w wentylator wielobiegowy (preferowana płynna regulacja),
• od 2018 roku – obowiązkowa sygnalizacja zabrudzenia filtra.

Centrale „mieszkaniowe” (SWM) według rozporządzenia nr 1254/2014 powinny posiadać etykietę. Etykieta powinna zawierać zunifikowane dla każdego producenta informacje: nazwę dostawcy lub znak towarowy, oznaczenie modelu dostawcy, klasę energetyczną, poziom mocy akustycznej (LWA) w dB zaokrąglony do najbliższej liczby całkowitej, maksymalną wartość przepływu powietrza w m³/h (przy 100 Pa). Przeciętny użytkownik dostaje do ręki narzędzie, dzięki któremu, po zapoznaniu się z parametrami przedstawionymi w jednoznaczny sposób, będzie mógł porównać urządzenia proponowane przez różnych producentów.

Dla klientów chcących dowiedzieć się więcej o oferowanym wyrobie producent centrali wentylacyjnej powinien przygotować kartę produktu zawierającą bardziej szczegółowe informacje o urządzeniu, takie jak: sprawność cieplna odzysku ciepła, rodzaj układu odzysku ciepła (UOC), jednostkowy pobór mocy (JPM) czy roczne zużycie energii elektrycznej (RZE).

Jednym z najważniejszych wymogów analizowanych rozporządzeń jest minimalna sprawność odzysku ciepła. Od 1 stycznia 2018 roku wymagania rosną – obowiązująca minimalna sprawność odzysku ciepła jest większa:

• minimalna sprawność cieplna η_{t_swnm} wszystkich rekuperatorów, oprócz urządzeń z medium pośredniczącym, musi wynosić 73% (od 2016 roku 67%),
• minimalna sprawność cieplna η_{t_swnm} rekuperatorów musi wynosić 68% (od 2016 roku 63%).

Wymienione powyżej wartości zmusiły producentów do bardzo intensywnego wysiłku i wprowadzania zauważalnych zmian w urządzeniach wentylacyjnych. Z rynku wycofano wymienniki krzyżowo-prądowe – najtańsze, wykonywane często z tanich materiałów. Zostały one zastąpione przez wymienniki przeciwprądowe, które jednak wymagały zwiększenia długości central. Niektórzy producenci oferowali urządzenia z podwójnym wymiennikiem krzyżowym, obecnie natomiast kilka firm sygnalizuje pojawienie się wymienników krzyżowych wykonanych z nowych materiałów, które spełniają wymagania ekoprojektu.

Kolejnym wyzwaniem był odzysk ciepła z czynnikiem pośredniczącym. Wymienniki, które w poprzedniej wersji nie osiągały wymaganych sprawności, musiały zostać poddane gruntownej przebudowie. Dodatkowe rzędy, zwiększenie prędkości medium, zmniejszenie prędkości powietrza oraz dodatkowe „kolektorowanie” – to tylko niektóre zmiany wymuszone wymaganą minimalną sprawnością odzysku.

Systemy „mieszkaniowe”

Dla systemów „mieszkaniowych” określono minimalne wartości jednostkowego zużycia energii (JZE) określanego wzorem:

gdzie:

JZE – jednostkowe zużycie energii na potrzeby wentylacji na m2 ogrzewanej powierzchni pomieszczenia mieszkalnego lub budynku, kWh/m²/rok;
t_a – liczba godzin pracy na rok, h/rok;
pef – wskaźnik energii pierwotnej (ang. primary energy factor) w odniesieniu do wytwarzania i dystrybucji energii elektrycznej;
q_net – stopień zapotrzebowania netto na wentylację w przeliczeniu na m2 ogrzewanej powierzchni, m3/h/m2;
MISC – ogólny skonsolidowany wskaźnik odpowiadający danemu typowi systemu, obejmujący wskaźniki wydajności wentylacji, przecieków powietrza w kanałach i dodatkowego przenikania powietrza;
CRS – czynnik rodzaju sterowania;
x – wykładnik, który uwzględnia nieliniowość stosunku oszczędności energii cieplnej do oszczędności energii elektrycznej, uzależnionego od właściwości silnika i napędu;
JPM – jednostkowy pobór mocy, kW/(m3/h);
t_h – liczba godzin w sezonie grzewczym ogółem, h;
ΔΤh – średnia wartość różnicy między temperaturą wewnątrz (19°C) a temperaturą na zewnątrz w sezonie grzewczym, pomniejszona o wartość korekcyjną 3 K celem uwzględnienia zysku ciepła z energii słonecznej i ze źródeł wewnętrznych, K;
η_h – średnia efektywność energetyczna ogrzewania pomieszczeń;
c_air – jednostkowa wydajność grzewcza powietrza o stałym ciśnieniu i stałej gęstości, kWh/(m3 K);
q_ref – referencyjny stopień naturalnej wentylacji w przeliczeniu na m2 ogrzewanej powierzchni, (m3/h)/m2;
η_t – sprawność cieplna układu odzysku ciepła;
Q_defr – ilość energii grzewczej zużywanej rocznie do odszraniania m2 ogrzewanej powierzchni, wyznaczana przy zastosowaniu zmiennoprądowego elektrycznego ogrzewania rezystancyjnego, kWh/m2/rok;

gdzie:

t_defr – okres odszraniania, to jest okres, kiedy temperatura na zewnątrz spada poniżej –4°C, h/rok;
ΔΤ_defr – średnia wartość różnicy miedzy temperaturą na zewnątrz i temperaturą –4°C w okresie odszraniania, K.Q_defr odnosi się tylko do systemów dwukierunkowych z przeponowym wymiennikiem ciepła; w przypadku systemów jednokierunkowych lub systemów z regeneracyjnym wymiennikiem ciepła Q_defr = 0. Wartości JPM i η_t wyznacza się, przeprowadzając badania i dokonując stosownych obliczeń.

Pozostałe parametry i ich wartości domyślne podano w tabeli 1. Na potrzeby wyznaczenia klasy energooszczędności JZE oblicza się, przyjmując parametry klimatu umiarkowanego.

Mimo że powyższy wzór oraz wielkości wstawiane do niego pozornie wyglądają niezachęcająco, wszystkie dane oprócz wartości JPM (jednostkowy pobór mocy) oraz sprawności cieplnej układu odzysku ciepła ηt można znaleźć w tabeli zamieszczonej w rozporządzeniu. Q_defr, czyli dodatek na sposób odmrażania wymiennika do odzysku ciepła, przyjmuje następujące wartości:

• Q_defr = 0 dla rekuperatorów obrotowych,
• Q_defr = 5,82 lub 0,45 kWh/rok/m² odpowiednio dla klimatu chłodnego lub umiarkowanego.

Rozporządzenie określa maksymalną wartość Jednostkowego Zużycia Energii systemów dla budynków mieszkalnych. Określone dla klimatu umiarkowanego, nie może przekraczać od 1 stycznia 2016 r. 0 kWh/(m²/rok), a od 1 stycznia 2018 r. –20 kWh/(m²/rok).]

Systemy „niemieszkaniowe”

Dla systemów „niemieszkaniowych” SWNM wprowadzono wielkość wewnętrznej jednostkowej mocy wentylatora JMW_int, która jest obliczana według wzoru:

JMW_int określa zużycie energii elektrycznej do pokonania oporów przepływu przez wewnętrzne podzespoły Dp_s,int urządzenia wchodzącego w skład tzw. konfiguracji wzorcowej, przy znamionowym przepływie powietrza q_nom oraz znamionowym sprężu dyspozycyjnym Dp_s,ext. W tym przypadku rozporządzenie zaleca obliczenie maksymalnej wartości, której nie powinny przekroczyć stosowane urządzenia. Maksymalna wartość JMW_int jest obliczana dla konfiguracji wzorcowej, która obejmuje obudowę, wentylatory, filtr F7, M5 oraz odzysk ciepła. W praktyce oznacza to, że tylko wymienione powyżej podzespoły i opory przepływu powietrza na tych elementach wpływają na wartość jednostkowej mocy wentylatora. Jest to pierwsze rozporządzenie, które dotyczy wyłącznie urządzenia, a nie całego systemu wentylacyjnego. Przed rokiem 2016 jedyny zapis dotyczący SFP pochodził z warunków technicznych i określał stosunek mocy pobieranej przez wentylator do nominalnego strumienia objętościowego powietrza.

Z punktu widzenia producenta urządzeń wentylacyjnych oraz użytkownika rozporządzenie 1253/14 jest dużo wygodniejsze i precyzyjniejsze dla określenia rzeczywistego zużycia energii. Wartość JMW_{int_limit} dotyczy wyłącznie podzespołów wchodzących w skład urządzenia i pełniących funkcje wentylacyjne. Na ich wartość nie mają wpływu opory sieci ani elementy dodatkowe (uzdatniające powietrze), tj. nagrzewnice, chłodnice, nawilżacze, tłumiki itp.Maksymalna wewnętrzna jednostkowa moc wentylatora części pełniących funkcje wentylacyjne (JMW_{int_limit}) [W/(m³/s)] wynosi:

od 2016 roku:

• w przypadku DSW wyposażonych w UOC z medium pośredniczącym:
  - 1700 + E – 300×q_nom/2 – F
  jeśli q_nom < 2 m³/s,
  - 1400 + E – F jeśli q_nom ≥ 2 m³/s,
• w przypadku DSW wyposażonych w inny rodzaj UOC:
  - 1200 + E – 300×q_nom/2 – F
  jeśli q_nom< 2 m³/s,
  - 900 + E – F jeśli q_nom ≥ 2 m³/s;

od 2018 roku:

• w przypadku DSW wyposażonych w UOC z medium pośredniczącym:
  - 1600 + E – 300×q_nom/2 – F
  jeśli q_nom < 2 m³/s,
  - 1300 + E – F jeśli q_nom ≥ 2 m³/s,
• w przypadku DSW wyposażonych w inny rodzaj UOC:
  - 1100 + E – 300×q_nom/2 – F
  jeśli q_nom< 2 m³/s,
  - 800 + E – F jeśli q_nom ≥ 2 m³/s.

Wartość maksymalnej jednostkowej wewnętrznej mocy wentylatora maleje wraz ze wzrostem przepływu powietrza dla central poniżej 2 m³/s (7200 m³/h), a powyżej tej wartości jest stała. Oznacza to, że wpływ na tę wartość ma wówczas jedynie odzysk ciepła (premia sprawności E) oraz klasa zastosowanych filtrów (korekta filtra F).

Z punktu widzenia projektanta ważne są dwa parametry: E – premia sprawności odzysku ciepła oraz F – korekta dotycząca filtracji. W zakresie tych dwóch parametrów spełnienie warunków rozporządzeń może zależeć od wyborów dokonanych przez projektanta. Dobór elementów odzysku ciepła o sprawności powyżej minimalnej określonej w rozporządzeniu skutkuje podwyższeniem wartości minimalnej JMW_{int_limit­}, a dobór filtrów o innej (niższej) niż wymagane klasie filtracji skutkuje „karą”, czyli obniżeniem maksymalnej wartości, której urządzenie nie powinno przekroczyć.

E – premia sprawności odzysku ciepła
Dla wszystkich UOC w DSW, oprócz UOC z medium pośredniczącym, E = (η_tswnm – 0,73) ×3000, jeśli sprawność cieplna ηtswnm wynosi co najmniej 73%, dla UOC z medium pośredniczącym E = (η_tswnm – 0,68)×3000, jeśli sprawność cieplna ηtswnm wynosi co najmniej 68%, a w innych przypadkach E = 0.

F – korekta dotycząca filtracji
Od 1 stycznia 2016:

• F = 0 w przypadku pełnej konfiguracji wzorcowej;
• F = 160, gdy brak jest filtra dokładnego (M5);
• F = 200, gdy brak jest filtra bardzo dokładnego (F7);
• F = 360, gdy brakuje obu filtrów, dokładnego i bardzo dokładnego (M5 i F7).

Od 1 stycznia 2018:

• F = 150, gdy brak jest filtra dokładnego (M5);
• F = 190, gdy brak jest filtra bardzo dokładnego (F7);
• F = 340, gdy brakuje obu filtrów, dokładnego i bardzo dokładnego (M5 i F7).

Minimalna sprawność wentylatora

Od 2016:

6,2%×ln(P) + 35,0%, jeżeli P ≤ 30 kW,
56,1%, jeżeli P > 30 kW.

Od 2018:

6,2%×ln(P) + 42,0%, jeżeli P ≤ 30 kW,
63,1%, jeżeli P > 30 kW.

Nad zgodnością systemów wprowadzanych do obrotu w Polsce czuwa Państwowa Inspekcja Handlowa, natomiast nad poprawnością instalacji – Inspektor Nadzoru Budowlanego. W procesie budowlanym funkcję kontrolera może również pełnić inspektor powołany przez wykonawcę (praktyka często spotykana podczas realizacji inwestycji w systemie „zaprojektuj i wybuduj”).

Dalsze działania Komisji Europejskiej

Po czterech latach od wprowadzenia w życie zapisów rozporządzeń, czyli do 2020 roku, przeprowadzona zostanie ponowna analiza efektów zmian. Wymagania najprawdopodobniej zostaną zaostrzone, a systemy mieszkaniowe poddane wymogom podobnym jak obecnie systemy niemieszkaniowe. Zmniejszone zostaną zakresy tolerancji, być może zaostrzone wymagania filtracji.

Wnioski praktyczne

Urządzenia zaprojektowane przed rokiem 2016 lub 2018 mogą nie być już dostępne na rynku z tego względu, że nie zostały dopuszczone do obrotu z powodu niespełnienia wymagań. Konieczność spełnienia wymagań ekoprojektu spowodowała, że producenci urządzeń wentylacyjnych w niektórych sytuacjach musieli zwiększyć wymiary obudów central. Zastosowanie innych wymienników ciepła (do odzysku bezpośredniego lub pośredniego) albo zmniejszenie prędkości powietrza przepływającego przez centralę – to tylko niektóre zmiany wpływające na wymiary urządzeń.

Rozporządzenia narzucają pewne warunki, które muszą zostać spełnione przez urządzenia wyszczególnione w projekcie. Projektant zakłada spełnienie wymagań narzuconych przez program funkcjonalno-użytkowy (PFU) obiektu. Nie zawsze dobrane urządzenie (system) od razu spełni wymagania ekoprojektu. I tu pojawia się konieczność ścisłej (dobrej) współpracy projektanta z dostawcą urządzeń. Samodzielne korzystanie z programów udostępnianych przez producenta pozwala „z grubsza” zorientować się w parametrach dobieranego urządzenia, natomiast szczegółowy dobór powinien być dokonany przez osoby, które dysponują „otwartą” wersją oprogramowania. W swojej praktyce projektowej autor spotkał się z sytuacją, w której zmiana króćca wylotowego z centrali spowodowała zmianę statusu urządzenia z „niezgodny” na „zgodny” z rozporządzeniem. Nie trzeba było sięgać po większy model centrali, zwłaszcza że warunki budynku uniemożliwiały taką instalację.

Większość zapisów rozporządzeń dotyczy producentów, którym zależy, żeby produkowane przez nich urządzenia zostały dopuszczone do obrotu. Niemniej projektanci powinni być świadomi, jakie wymagania stawiane są urządzeniom, aby nie projektować „po staremu”, tylko wiedzieć, na co zwrócić uwagę. Bardzo ważna jest w tym względzie współpraca pomiędzy projektantem a osobą odpowiedzialną za dobory urządzeń. Dodatkowo większość programów doborowych sygnalizuje spełnienie lub nie wymagań ekoprojektu, szczególnie tych z 2018 roku.

O tym, które urządzenia podlegają wymogom, a które są wyjątkami, decyduje projektant, natomiast kontroluje to inspektor nadzoru albo weryfikator projektu ze strony wykonawcy. Ponieważ proces inwestycyjny jest często tak rozłożony w czasie, że realizacja, szczególnie w zakresie urządzeń wentylacyjnych, ma miejsce po kilku latach od doboru elementów, pojawia się ryzyko, że dany produkt może już nie być dostępny. W związku z wprowadzonymi zmianami warto projektować, mając na względzie przyszłe wymagania i świadomie realizując założenia rozporządzeń w zakresie energooszczędności systemów.

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 (Dz.Urz. 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 (Dz.Urz. UE L 337/27).
3. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE z dnia 21 października 2009 r. ustanawiająca ogólne zasady ustalania wymogów dotyczących ekoprojektu dla produktów związanych z energią (Dz.Urz. UE L 285/10).
4. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/30/UE z dnia 19 maja 2010 r. w sprawie wskazania poprzez etykietowanie oraz standardowe informacje o produkcie, zużycia energii oraz innych zasobów przez produkty związane z energią (Dz.Urz. UE L 153/1).
5. Rozporządzenie Komisji (UE) nr 327/2011z dnia 30 marca 2011 r. w sprawie wykonania dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla wentylatorów napędzanych silnikiem elektrycznym o poborze mocy od 125 W do 500 kW (Dz.Urz. UE L 90/8).

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!