Centrale wentylacyjne - technologie i wymagania

Najwięcej o kierunkach rozwoju central wentylacyjno-klimatyzacyjnych mówi obowiązek spełnienia wymogów ekoprojektu.

Wymagania specyficzne dla central zawarte są w rozporządzeniu komisji (UE) nr 1253/2014 z 7 lipca 2014 r. w sprawie wykonania dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla systemów wentylacyjnych. W myśl tej dyrektywy producent musi określić przeznaczenie centrali (budynki mieszkalne czy niemieszkalne), co należy uwzględnić przy doborze urządzenia. Przykładowo w związku z wejściem w życie nowych wymogów firma Komfovent zmieniła nazwy typoszeregów central.

Centrala przeznaczona do budynku mieszkalnego (SWM) musi mieć etykietę energetyczną, a urządzenie do stosowania w budynkach niemieszkalnych (SWNM) musi jednocześnie:

• uzyskać sprawność odzysku ciepła:
  - od 2016 r. – min. 67% (min. 63% z czynnikiem pośredniczącym),
  - od 2018 r. – min. 73% (min. 68% z czynnikiem pośredniczącym),
• osiągać odpowiednią wartość współczynnika wewnętrznej jednostkowej mocy wentylatora JMW_int (SFP) dla układu części wewnętrznych pełniących funkcję wentylacji (wentylator, filtry powietrza oraz wymiennik ciepła).

Przykładowo Pro-Vent dla nowej centrali podwieszanej MISTRAL SLIM podaje następujące wartości:

• sprawność odzysku ciepła 81–84%,
• SFP = ~684 W/m³/s.

Urządzenia do budynków niemieszkalnych muszą też spełniać wymagania funkcjonalne.

• Obowiązkowe jest wyposażenie w wentylatory z napędem wielobiegowym lub układem płynnej regulacji prędkości obrotowej.
• Układ odzysku ciepła musi mieć obejście (by-pass) umożliwiające regulację poziomu odzysku (np. przepustnica obejściowa dla wymiennika płytowego lub regulator obrotów dla wymiennika obrotowego).
• Od stycznia 2018 konieczne będzie też wyposażenie filtra w presostat z sygnalizacją (wizualną lub automatyczną) przekroczenia dopuszczalnego spadku ciśnienia. Rozwiązanie to coraz częściej pojawia się w nowych rozwiązaniach (np. w rekuperatorze HRU-MinistAir-W-450 firmy Alnor).
• Wymagania te wskazują, na jakie elementy producenci zwrócą szczególną uwagę w rozwijaniu urządzeń – będą to system odzysku ciepła, wentylator i filtry.
• Wtórnie istotna będzie też zaawansowana automatyka (wbudowana), która wykorzysta możliwości technologiczne urządzeń, a z drugiej strony pozwoli uzyskać oszczędności eksploatacyjne, rekompensujące wyższe nakłady inwestycyjne na rozwiązania, które spełnią wymogi ekoprojektu.

Żeby spełnić rosnące wymogi energo-oszczędności, producenci sięgają też po rozwiązania mniej oczywiste, np. w 2014 r. Salda postawiła na zwiększenie szczelności dużych urządzeń SmartAir SW50+, zapewniając klasę mostków termicznych TB1 (standard na polskim rynku to zwykle TB2). Parametr ten udało się poprawić dzięki szczególnej konstrukcji profilu (specjalne rodzaje uszczelnień).

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

Systemy odzysku ciepła

W centralach odzysk ciepła realizuje się na różne sposoby – podstawowe to:

• recyrkulacja (odzysk ciepła wywiewanego w komorze mieszania),
• rekuperacja (odzysk ciepła jawnego w wymienniku płytowym) i
• regeneracja (odzysk ciepła jawnego lub jawnego i utajnionego w wymienniku obrotowym).

Ekoprojekt wymusi stopniowe znikanie z rynku części rozwiązań, ponieważ nie zapewnią one wymaganej sprawności odzysku ciepła (m.in. centrale z wymiennikiem krzyżowym).

Na drugim biegunie jest nieustanne podwyższanie sprawności całej centrali, m.in. poprzez:

• odzysk wilgoci w wymiennikach obrotowych (regeneracyjnych – z wypełnieniem sorpcyjnym) oraz
• stosowanie rozwiązań hybrydowych (z wielostopniową wymianą ciepła), które wyposażone są w dodatkowy układ wymiany ciepła.

Najchętniej stosowane są układy z pompami ciepła.

• Przykładowo centrala z hybrydowym (wielostopniowym) odzyskiem ciepła Klimor – wyróżniona na Forum Wentylacja 2016 – wyposażona jest obok systemu rekuperacji w sprężarkową pompę ciepła ze sprężarkami DC Inverter (płynnie sterowanymi) na czynnik R410A. Dzięki takiemu rozwiązaniu temperatura powietrza w pomieszczeniach jest cały rok stabilna przy ograniczeniu zużycia energii.
• Pompa ciepła wykorzystana jest też w urządzeniu ReCooler HP Fläkt Woods, które stanowi połączenie rewersyjnej pompy ciepła i obrotowego wymiennika ciepła. Rozwiązanie to uwzględnia fakt, że pompy ciepła rzadko działają z pełnym obciążeniem, i jego skuteczność wzmocniono sterowaniem (zastosowanie zaworów rozprężnych, czujników temperatury i ciśnienia oraz programu optymalizującego obciążenie sprężarki poprzez falownik). Warto też wspomnieć – choć są to rozwiązania kosztowne pod względem inwestycyjnym – o układach rewersyjnych, pracujących w trybie chłodniczym latem i w trybie grzania (pompy ciepła) zimą.

Filtry

Dostrzeżenie skali zjawiska smogu może się przyczynić do zwiększenia wymagań co do klasy filtrów używanych w centralach pracujących na terenach zurbanizowanych. Takiemu podejściu sprzyjać też może nowa klasyfikacja filtrów, wynikająca z zastępowania obecnej normy PN-EN 779:2012 Przeciwpyłowe filtry powietrza do wentylacji nową normą EN-ISO 16890 Filtry do wentylacji ogólnej, opublikowaną pod koniec 2016 r. Z końcem 2018 r. norma PN-EN 779 zostanie całkowicie wycofana.

Zwykle na wlocie powietrza do centrali montuje się filtr wstępny, a na wylocie filtry dokładne. Dziś często stosuje się filtry klasy M5 i F7 – jednak w 2018 roku już ich nie będzie. Zamiast dotychczasowych 5 klas filtrów dokładnych będzie ich 30.

Podstawą klasyfikacji stanie się skuteczność usuwania przez filtr cząstek pyłu zawieszonego o konkretnej wielkości:

• PM₁ od 0,3 µm do 1 mm,
• PM_2,5 od 1 do 2,5 mm,
• PM₁₀ od 2,5 do 10 mm.

Filtr można zaklasyfikować do danej grupy (ePM₁₀, ePM_2,5 lub ePM₁), jeśli oczyszcza powietrze z co najmniej 50% cząstek danej wielkości.

Przykładowo dzisiejsze filtry F7 trafią do klas od ISO ePM₁ 50% do ISO ePM₁ 65% – co oznacza, że z podanymi skutecznościami usuwają cząstki stałe o najmniejszej średnicy (0,3–1 µm).

Ten sam filtr dla innych wielkości cząstek będzie miał inną skuteczność, np.:

• ePM₁ = 59% (klasa ISO ePM₁ 55%),
• ePM_2,5 = 68% (klasa ISO ePM_2,5 65%),
• ePM₁₀ = 89% (klasa ISO ePM₁₀ 85%).

Jeden filtr może zatem mieć trzy sygnatury handlowe.

Filtry zgrubne (siatkowe i szczelinowe) będą klasyfikowane w grupie PM10 – jako pochłaniające mniej niż 50% cząstek do 10 µm (więcej w publikacji nt. „Konsekwencje wprowadzenia nowej klasyfikacji filtrów dla wentylacji wg normy EN-ISO 16890” - tekst w przygotowaniu, wkrótce będzie upubliczniony).

Czytaj też: Centrale wentylacyjne i klimatyzacyjne oraz rekuperatory >>>

Wentylatory

W coraz większej liczbie typoszeregów central – niezależnie od wielkości – stosuje się silniki EC, tj. elektronicznie komutowane. To przykład sytuacji, w której rozwiązanie bardziej kosztowne wypiera tańsze ze względu na konieczność spełnienia wymogów prawnych.

• Silniki EC jako pozbawione poślizgu (silniki synchroniczne) zużywają o 40–60% mniej energii w odniesieniu do swoich odpowiedników AC, mają też większą sprawność, są mniejsze, lżejsze i ciszej pracują.
• Elektroniczny układ komutacji pozwala też na spełnienie warunku funkcjonalności wskazanego w ekoprojekcie, umożliwiając sterowanie prędkością obrotową wentylatora przy zachowaniu wysokiej sprawności w optymalnym punkcie pracy. Daje szerokie możliwości płynnego sterowania wentylatorem – sygnałem 0–10 V, sygnałem 0–10 VDC, PWM lub sygnałem cyfrowym poprzez RS-485 modBUS.

W praktyce może się to przełożyć nie tylko na zaawansowane sterowanie, ale i ofertę ciekawych rozwiązań. Na przykład centrale rekuperacyjne REQURA marki Harmann mają funkcję constant flow – odpowiednia automatyka, w którą wyposażono wentylatory, umożliwia zachowanie stałej skuteczności centrali niezależnie od oporów instalacji (modele 30 i 40).

Automatyka i sterowanie

Ważnym trendem jest zwiększanie możliwości łatwego i szerokiego sterowania centralą. Centrale wyposażane są w coraz bardziej zaawansowane systemy automatyki i sterowania, a coraz więcej funkcji sterowników dostępnych jest w wykonaniu standardowym.

Poczynając od sterowania przez Wi-Fi i zdalnego, poprzez specjalną aplikację mobilną (coraz popularniejsze wśród mniejszych central, które zwykle dostarczane są jako rozwiązanie plug&play), dochodzimy do włączania (szczególnie dużych) central w system inteligentnego budynku (BMS). W takim przypadku automatyka i sterowanie konfigurowane są na potrzeby konkretnej instalacji.

Producenci coraz częściej oferują własne systemy sterowania wraz z elementami automatyki budynkowej, np. czujniki temperatury, wilgotności i ciśnienia, jak i coraz popularniejsze czujniki CO2, umożliwiające realizację „wentylacji na żądanie”, a także presostaty, siłowniki do przepustnic, termostaty i zawory etc.

Ze względu na duży stopień zaawansowania takiego rozwiązania niektórzy producenci zapewniają także wykonanie okablowania i przeprowadzenie rozruchu, włącznie ze współpracą centrali z innymi urządzeniami (np. klimatyzatorami tak jak w rozwiązaniach rekuperatorów Mitsubishi Electric).

Monoblok czy sekcje?

Wyśrubowane parametry urządzenia to jedno, trzeba jeszcze dopasować rozwiązanie do faktycznych możliwości obiektu.

Problem ograniczonej przestrzeni montażowej jest na tyle powszechny, że często geometria (możliwość montażu pionowego/poziomego czy łatwej samodzielnej modyfikacji układu króćców – jak np. w centrali Mistral SLIM Pro-Vent) czy gabaryty urządzenia stają się istotnym kryterium wyboru. Stąd sporym powodzeniem cieszą się np. urządzenia podwieszane o zmniejszonej wysokości (np. 355 mm w jednym z nowszych rozwiązań central Klimor).

Przykładem ciekawego rozwiązania zmniejszania gabarytu jest też koncepcja Systemair – dwa wymienniki obrotowe pracujące równolegle w centralach Topvex FR.

Zainteresowanie zwartą konstrukcją widać też w najnowszej propozycji Frapol – centrala Zenith o budowie sekcyjnej charakteryzuje się niewielkimi rozmiarami modułów, opisywana jest jako „kompaktowa”.

W przypadku urządzeń o mniejszych wydajnościach (poczynając od tych dla inwestorów indywidualnych) najczęstszym wyborem są gotowe centrale monoblokowe. Producenci zwykle wydzielają w ofercie segment „małych” central, które bez większych modyfikacji spełniają oczekiwania większości klientów.

Urządzenia o większej wydajności najczęściej oferowane są jako modułowe (sekcyjne). Pomaga to dobrać rzeczywiście potrzebne moduły i uporać się z wyzwaniami logistycznymi.

Centrala sekcyjna – montowana na miejscu, zatem dostarczana „w kawałkach” – bywa jedynym rozwiązaniem, jeśli dostarczenie dużego monobloku w dane miejsce jest po prostu niemożliwe. Konstrukcja modułowa umożliwia wzbogacenie podstawowego wykonania centrali (wentylatory, odzysk ciepła, filtry) o sekcje tłumienia akustycznego, nagrzewnic (elektrycznych, gazowych i wodnych) czy chłodnic (wodnych, glikolowych i z czynnikiem chłodniczym) oraz nawilżania.

W przypadku szczególnie wymagających projektów producenci oferują wykonanie central o konfiguracji dostosowanej do konkretnych wymogów. Projektant może się zwykle posiłkować firmowym programem doboru urządzeń. Warto zwrócić uwagę, czy program pozwala określić zgodność urządzenia z ekoprojektem 2016 (niektóre umożliwiają też ocenę pod kątem ekoprojektu 2018).

Certyfikaty Euroventu

Wielu producentów podkreśla, jako szczególnie wyróżniające, uzyskanie na swoje urządzenia certyfikatu międzynarodowej organizacji Eurovent. Certyfikat taki potwierdza, że dany typoszereg central został przebadany w niezależnym, akredytowanym laboratorium i parametry deklarowane w dokumencie firmowym (np. instrukcja użytkowania) odpowiadają wskaźnikom uzyskanym podczas badania.

Certyfikat Euroventu jest więc uznawany za obiektywne potwierdzenie danych zawartych w konkretnym dokumencie. Projektantowi czy inwestorowi pomoże optymalnie dobrać urządzenie, dając gwarancję, że w określonych warunkach rzeczywiście zachowa się ono tak, jak przewiduje dokumentacja. Umożliwia też dokładniejsze oszacowanie kosztów eksploatacyjnych.

Także program doborowy powinien mieć certyfikat Euroventu, który potwierdza, że zawarte w programie parametry są aktualne i zgodne z rzeczywistością.

Czytaj też: Centrale dachowe typu rooftop – przegląd rozwiązań >>>