Centrale wentylacyjne i klimatyzacyjne

Dobierając centralę klimatyzacyjną do określonych warunków, klienci szukają takiego rozwiązania, które swoimi parametrami jest najbardziej zbliżone do ich oczekiwań. Niektórzy producenci oferują wykonanie central o nietypowych gabarytach i konfiguracji, dostosowanych do indywidualnych wymagań projektu. Jednak większość proponuje centrale w wykonaniach podstawowych, zwłaszcza wentylacyjne o małych i średnich wydajnościach.

Największa oferta obejmuje centrale klimatyzacyjne o średnich i dużych wydajnościach, które produkowane są w różnych wariantach wykonania w zależności od miejsca montażu: mamy wariant zewnętrzny i wewnętrzny oraz pionowy i poziomy, a także podwieszany. Wewnętrzne montuje się w specjalnych maszynowniach, a zewnętrzne przeważnie na dachu, wyposażone w obudowę skutecznie chroniącą przed wpływem warunków atmosferycznych.

Oferowane są również wykonania specjalne, m.in. centrale basenowe z konfiguracją dostosowaną do wentylacji basenów i ze zintegrowanym układem chłodniczym i automatyką, odporne na korozję i działanie wilgoci oraz związków chloru. Z kolei centrale higieniczne przeznaczone są do klimatyzacji pomieszczeń o wysokich wymaganiach higienicznych, jak np.: sale operacyjne, laboratoria, pomieszczenia w zakładach farmaceutycznych, elektronicznych i optycznych. W tych centralach wszystkie elementy są umiejscowione i zamontowane tak, aby uzyskać możliwość stałej kontroli ich czystości i mycia oraz dezynfekcji. Natomiast centrale w wykonaniu przeciwwybuchowym przeznaczone są do użytku w przestrzeniach zagrożonych wybuchem i powinny spełniać wymagania dyrektywy ATEX.

Budowa

Centrale budowane są w oparciu o zestawy kompaktowe (monoblokowe), czyli centrale w jednej obudowie, oraz zestawy modułowe (blokowe, sekcyjne). Konfiguracja modułowa umożliwia zestawianie oddzielnych modułów na miejscu montażu, co czasem decyduje o jej wyborze, gdyż niekiedy niemożliwe jest przetransportowanie dużej monoblokowej centrali do pomieszczenia wewnątrz budynku. Rodzaj i wielkość (wydajność) central zależy od stawianych im zadań, których kolejność związana jest z przyjętą technologią obróbki powietrza.

Filtry

Zadaniem sekcji filtracji jest usuwanie z powietrza zanieczyszczeń – m.in. pyłów, ale też nawet bakterii i wirusów. W zależności od potrzeby stosuje się filtry różnej klasy - począwszy od wstępnych (klasa G), przez dokładne (klasa F), po absolutne (klasy H). Filtry wstępne montuje się przeważnie na wlocie powietrza do centrali, a filtry dokładne na wylocie.

W razie konieczności w laboratoriach montuje się filtry absolutne bezpośrednio przed nawiewnikiem w pomieszczeniu, a z kolei w zakładach gastronomicznych stosuje się tzw. łapacze tłuszczu na wejściach do instalacji wywiewnej. Filtry tłuszczowe to głównie filtry metalowe wychwytujące mgłę olejową. Montowane są bezpośrednio za okapem, czyli w miejscu powstawania mgły olejowej, tak aby nie rozprzestrzeniała się ona po pomieszczeniu i nie przenikała do instalacji.

Wentylatory

Urządzenia montowane w sekcji wentylatorowej nawiewnej i wyciągowej różnią się nie tylko wydajnością i sprężem, ale też poziomem hałasu. W wielu centralach standardem stają się wentylatory z silnikami elektronicznie komutowanymi (EC), o niskich kosztach eksploatacji dzięki wysokiej sprawności (uzyskać można znaczne oszczędności energii w stosunku do konwencjonalnych konstrukcji silników). Ich zaletą jest też możliwość bezstopniowej regulacji obrotów i tym samym łatwe wyregulowanie układu i sterowanie nim. Sterując grupą wentylatorów, można zadawać niezależne parametry dla każdego z nich. Wentylatory EC są też cichsze od starszych konstrukcji.

Odzysk ciepła

Sekcja odzysku ciepła ma za zadanie zredukowanie strat energii „ulatującej” z budynku wraz z wyrzucanym zużytym powietrzem. Odzyskuje się nie tylko ciepło, ale też chłód. Odzysk ciepła może być realizowany na różne sposoby i przy użyciu różnych urządzeń. Najprostszy to recyrkulacja, czyli odzysk ciepła z powietrza wywiewanego w komorze mieszania, gdzie część powietrza zużytego jest zawracana i miesza się z powietrzem świeżym, a następnie takie zmieszane powietrze trafia do pomieszczenia.

Stopień mieszania jest regulowany przepustnicą regulacyjną w komorze mieszania. Odzysk ciepła zależy od stopnia zmieszania. O stopniu recyrkulacji decyduje projektant instalacji, komora mieszania musi jednak zapewnić minimalny udział powietrza świeżego, zgodny z wymaganiami zawartymi w normach i przepisach. Jest to najtańszy sposób odzysku energii, ale można go stosować tylko wówczas, gdy powietrze usuwane nie ma niepożądanych lub toksycznych zanieczyszczeń.

Innym rozwiązaniem jest regeneracja. Ten sposób odzysku ciepła z powietrza wywiewanego wykorzystuje wymienniki obrotowe. W zależności od właściwości materiału, z którego zbudowany jest regenerator, możliwy jest odzysk tylko ciepła jawnego lub jawnego i utajonego. Dodatkowy odzysk ciepła z wilgoci umożliwia regenerator z wypełnieniem sorpcyjnym, dzięki temu regeneratory obrotowe osiągają najwyższy stopień odzysku ciepła z powietrza wywiewanego. Są one standardem w centralach o dużych wydajnościach, ale nie stosuje się ich, gdy chce się całkowicie uniknąć mieszania się strumieni powietrza zużytego i świeżego, gdyż w tych wymiennikach ok. 5% powietrza zużytego miesza się ze świeżym.

Z kolei rekuperatory odzyskują ciepło jawne w wymienniku płytowym. Obecnie coraz częściej stosowane są wymienniki przeciwprądowe, w których powietrze zimne i ciepłe przepływa obok siebie w przeciwnych kierunkach, dzięki czemu ma więcej czasu na przekazanie ciepła. Ponadto powietrze zimne na ostatnich odcinkach wymiennika ogrzewa się od najcieplejszego powietrza wywiewanego. Sprawność tych wymienników jest wyższa niż w starszych konstrukcjach krzyżowych.

Jednak wymienniki przeciwprądowe mają większe rozmiary niż krzyżowe i większe opory przepływu i tym samym nie zawsze ekonomiczne jest ich zastosowanie, zwłaszcza przy dużych wielkościach strumieni powietrza. Oferowane są też centrale z wymiennikami z cieczą pośrednią – obiegowy czynnik pośredniczący odbiera ciepło z wymiennika zainstalowanego w strumieniu powietrza usuwanego i przekazuje je do drugiego wymiennika w strumieniu powietrza nawiewanego. Obieg czynnika wymusza pompa obiegowa.

Zaletą tego rozwiązania jest to, że nie ma żadnej możliwości mieszania się strumieni powietrza świeżego z powietrzem zużytym, co w niektórych obiektach ma bardzo istotne znaczenie. Odzysk ciepła z powietrza usuwanego możliwy jest również za pomocą rurki ciepła, czyli dzięki cyrkulacji łatwo parującej cieczy. W tym rozwiązaniu ciecz odbiera ciepło (paruje) w części wymiennika usytuowanej w strumieniu powietrza usuwanego, a następnie przekazuje je (skrapla się) do części wymiennika usytuowanej w strumieniu powietrza nawiewanego. Podstawową zaletą tego odzysku jest to, że strumienie powietrza usuwanego i świeżego nie mieszają się.

Oferowane są też centrale, w których ciepło z powietrza usuwanego odzyskiwane jest za pomocą układu ze sprężarkową pompą ciepła. W tym rozwiązaniu ciepło jest przenoszone ze źródła dolnego o niższej temperaturze do źródła górnego o wyższej temperaturze przy pomocy sprężarek pompy ciepła. W układach klimatyzacyjnych dolnym źródłem ciepła jest powietrze usuwane z pomieszczenia. Natomiast górnym źródłem ciepła może być powietrze nawiewane do pomieszczenia lub ciepła woda użytkowa, a nawet woda basenowa (w przypadku central basenowych). Stosuje się też coraz częściej układy rewersyjne, czyli takie, które spełniają dwie zasadnicze funkcje: chłodzenia w okresie letnim, tj. pracy w trybie urządzenia chłodniczego, i ogrzewania w sezonie ogrzewczym, czyli pracy w trybie pompy ciepła.

Taki odzysk ciepła jest wydajny i tani w eksploatacji, jednak trzeba tu ponieść niemałe wydatki inwestycyjne. W tych układach również strumienie powietrza zużytego i świeżego nie mieszają się. Stosuje się też centrale, w których odzysk ciepła z powietrza wywiewanego wspomagany jest przekazywaniem ciepła uzyskiwanego z układu solarnego lub gruntowego wymiennika do wymiennika usytuowanego w strumieniu powietrza nawiewanego. Takie rozwiązania podnoszą sprawność całego urządzenia, a tym samym obniżają koszty eksploatacyjne, zwłaszcza wydatki na energię.

Także w tym przypadku nie dochodzi do mieszania się strumieni świeżego powietrza ze zużytym. Producenci oferują różne metody odzysku ciepła w zależności od konkretnych potrzeb i możliwości technicznych oraz inwestycyjnych. W praktyce w większych centralach łączy się kilka sposobów i stosuje np. odzysk dwustopniowy (pompa ciepła i recyrkulacja) lub trzystopniowy (pompa ciepła i wymiennik krzyżowy oraz recyrkulacja lub pompa ciepła i rurka ciepła oraz recyrkulacja).

Takie układy umożliwiają uzyskiwanie wysokiej sprawności odzysku ciepła – nawet do 95%. Wymagają też jednak pełnej automatyki, która jest w stanie optymalizować pracę wielu urządzeń w różnych trybach pracy i z różnym poziomem odzysku. Wybór sposobu odzysku ciepła powinien uwzględniać nie tylko wymagania danego obiektu (możliwość lub wykluczenie mieszania się strumieni powietrza zużytego i świeżego) i optymalny procent odzysku, ale też specyficzne potrzeby tego obiektu i oczywiście możliwości inwestora, który zawsze powinien mieć na uwadze okres zwrotu inwestycji i nie dążyć za wszelką cenę do jak największego odzysku ciepła, gdyż może się on okazać zbyt drogi.

Tłumiki

W centralach istotna jest także sekcja tłumiąca. Wyposaża się je m.in. we wkłady tłumiące, np. wykonane z niepalnej wełny mineralnej okrytej welonem zapobiegającym wnikaniu skroplin do wnętrza wkładu lub porywaniu cząstek wełny. Montuje się też tłumiki w instalacji w celu tłumienia hałasu przenoszonego przez powietrze w sieci kanałów wentylacyjnych i klimatyzacyjnych. W wielu obiektach coraz częściej warunkiem zastosowania danej centrali jest zapewnienie konkretnego, często bardzo niskiego poziomu hałasu w klimatyzowanym pomieszczeniu, spełniającego warunki norm lub indywidualne wymagania inwestora.

Nieraz konieczne jest zastosowanie urządzeń skutecznie tłumiących przy bardzo niskich spadkach ciśnienia przepływu. Ze względu na odmienne szczegóły konstrukcyjne wyróżnia się różne typy tłumików o odmiennych charakterystykach i różnej skuteczności działania w poszczególnych zakresach częstotliwości. Producenci oferują też wykonanie tłumików dostosowanych do indywidualnych potrzeb danej instalacji.

Grzanie

Na sekcję ogrzewania składają się np. nagrzewnice wodne (glikolowe) lub elektryczne, a także gazowe lub olejowe moduły grzewcze o szerokim zakresie modulacji. Nagrzewnice wodne są najpopularniejszym rozwiązaniem i standardowo wyposażane są w termostaty przeciwzamrożeniowe chroniące przed zamarzaniem w trakcie eksploatacji. Nagrzewnice elektryczne stosuje się przeważnie, gdy brak jest ciepła technologicznego umożliwiającego zasilanie nagrzewnicy wodnej. Nagrzewnice gazowe i olejowe są alternatywą dla urządzeń wodnych, a także elektrycznych, zwłaszcza w większych instalacjach, gdzie nie ma dostępu do ciepła technologicznego, a eksploatacja wymaga dużych ilości energii na podgrzewanie powietrza.

Chłodzenie

W sekcji chłodzenia znajdują się najczęściej chłodnice wodne lub freonowe. Sekcja ta wyposażana jest też w tace (wanny) odciekowe i odkraplacz do zatrzymywania kropel wody porywanych z powietrzem. Chłodnice także osuszają powietrze. Chłód dostarczają wytwornice wody lodowej (chillery), które schładzają wodę lub roztwory glikolu do niskich temperatur – standardowo do +6oC. Producenci oferują coraz częściej absorpcyjne wytwornice wody lodowej, w których energią napędową jest ciepło.

Mogą one współpracować z miejską siecią ciepłowniczą, w której latem występuje nadmiar ciepła ze względu na jej niedociążenie. Wytwornice te mogą być też zasilane ciepłem z instalacji solarnych lub gazem sieciowym (również na gaz jest mniejsze zapotrzebowanie latem) oraz wykorzystywać ciepło odpadowe. Na rynku dostępne są różne rozwiązania konstrukcyjne wytwornic i można je dobierać do odmiennych warunków i wielkości klimatyzowanych obiektów. Przystosowane są do pracy wewnątrz lub na zewnątrz budynku. Mogą być również wykonane jako splity – wtedy skraplacz montowany jest oddzielnie, np. na zewnątrz budynku.

Nawilżanie

Zadaniem sekcji nawilżania jest dostarczenie do powietrza świeżego odpowiedniej ilości wilgoci, oczekiwanej przez użytkowników i zapewniającej im komfort. Stosowane są m.in. tradycyjne rozwiązania z wykorzystaniem komory zraszania lub nawilżacze kanałowe. Na rynku jest bardzo dużo różnych rozwiązań nawilżania i konstrukcji nawilżaczy, które wykorzystują parę z wytwornic elektrycznych (także gazowych) lub parę technologiczną, a także nawilżaczy pobierających wodę sieciową lub demineralizowaną.

Uniwersalność niektórych konstrukcji nawilżaczy dyszowych pozwala na ich bezpośrednie stosowanie w centralach wentylacyjnych, jak również kanałach wentylacyjnych, a mgła wodna wytwarzana jest zarówno z wody sieciowej, jak i demineralizowanej. Oferowane są już nawilżacze, które wyróżniają się bardzo niskim zużyciem energii – tylko 4 W na litr rozpylonej wody.

Sterowanie

Centrale muszą być wyposażone w układy automatyki. Mogą to być proste układy sterujące i kontrolujące pracę centrali albo skomplikowane układy obsługujące tzw. inteligentne budynki (BMS). W centralach wentylacyjnych, zwłaszcza przeznaczonych do małych obiektów, np. domów jednorodzinnych, oferowane są standardowe, seryjnie produkowane rozwiązania. W większych urządzeniach układy automatyki są wykonywane indywidualnie na potrzeby konkretnej instalacji.

Układy te powinny być solidne i proste w obsłudze. Dostawca centrali powinien też móc zaoferować elementy automatyki instalowane w obiekcie, np. czujniki temperatury, wilgotności i ciśnienia, presostaty, termostaty, zawory, siłowniki do przepustnic itp. Dobry dostawca oferuje też wykonanie okablowania i dokonuje nie tylko rozruchu własnych układów automatyki, ale też czynności związanych ze współpracą z urządzeniami i elementami innych instalacji. Niektóre firmy oferują oprócz standardowych DTR-ek solidne szkolenie personelu technicznego inwestora w zakresie działania, obsługi i konserwacji urządzenia.