Centrale dachowe

Rooftopy, czyli jednostki dachowe, zaczęły wchodzić na rynek już w pierwszych dekadach XX wieku. W tym czasie większość firm, które mogły sobie pozwolić na klimatyzację, miała siedziby w zatłoczonych śródmieściach miast, słynących z gęstej zabudowy w rozwijanej właśnie metodzie konstrukcji żelbetowej, pozwalającej budować pierwsze wieżowce. Pomiędzy budynkami nie było miejsca na duże jednostki zewnętrzne niezbędne do klimatyzacji poszczególnych obiektów. Zamiast tego producenci proponowali więc urządzenia, które mogą pracować na dachu i stamtąd uzyskiwać dostęp do systemu wentylacyjnego.

Tak więc jednym z powodów, dla których powstają jednostki dachowe jest po prostu tradycja, chociaż obecnie wiele budynków znajduje się na obszarach o dużej przestrzeni wokół nich, nadal w projektach przeważają zalety umieszczenia na dachu głównego modułu przygotowującego powietrze dla pomieszczeń w danym obiekcie. Zajmują tam mniej miejsca i pozostają poza linią wzroku większości osób, co pomaga uatrakcyjnić budowle i tereny. Lokalizacja zapobiega również uszkodzeniom systemów HVAC w wyniku wandalizmu. Technicy mogą uzyskać dostęp do jednostki dachowej bez ingerencji w codzienną pracę w budynkach. Aby zwiększyć wydajność ogrzewania i chłodzenia, łatwo jest również rozbudować system HVAC na dachu, gdzie jest mniej problemów związanych z przestrzenią lub prawie nie ma przeszkód projektowych.

https://www.rynekinstalacyjny.pl/artykul/centrale-wentylacyjno-klimatyzacyjne/106063,centrale-dachowe

Pierwszy kamień milowy

Nie byłoby nowoczesnych rooftopów, gdyby nie ojciec współczesnej klimatyzacji – Willis Haviland Carrier. W 1922 roku wprowadził on na rynek dwa kluczowe rozwiązania umożliwiające popularyzację jego produktów poprzez zmniejszenie ich rozmiarów i zwiększenie bezpieczeństwa użytkowania. Po pierwsze, zastąpił niebezpieczny amoniak mniej groźnym dla życia ludzkiego dichloroetenem (C₂H₂Cl₂) zwanym ówcześnie „dilene”, a sklasyfikowanym obecnie jako czynnik chłodniczy R-1130. Po drugie, Carrierowi udało się wbudować w urządzenie centralny kompresor, dzięki czemu możliwe było uzyskanie kompaktowej konstrukcji. Od tego momentu można zaobserwować trzy równoległe podejścia w projektowaniu urządzeń. Pierwsze, dla dużych obiektów oraz rozwiązań przemysłowych, przybiera postać modułową, aby ewoluować w kierunku dobrze nam znanych central wentylacyjnych. Drugie, rozkwitające po zakończeniu II wojny światowej, to klimatyzacja domowa – z początku w postaci jednostek do montażu w oknach – i wreszcie trzecie – stały rozwój dachowych central wentylacyjnych z dążeniem do zwiększenia stopnia zwartości konstrukcji, wzrostu jej efektywności energetycznej i zmniejszenia wagi urządzenia, które to cechy charakteryzują współczesne rooftopy.

Rooftopy w topowych filmach

Popularność rooftopów w Stanach Zjednoczonych sprawiła, że stanowią one atrakcyjne tło dla filmowych scenarzystów i reżyserów. Bez nich spora część scen w filmach sensacyjnych nie miałaby racji bytu lub byłaby zwyczajnie nudna. Billy Drago (Frank Nitti) w „Nietykalnych” Briana De Palmy ukrywa się na dachu przed Eliotem Nessem (Kevin Costner) za konstrukcją skrywającą nowoczesny rooftop, James Bond (Daniel Craig) musi patrzeć pod nogi skacząc po dachowych instalacjach (ciekawostka – Daniel Craig nie korzystał w tej roli z pomocy kaskadera), a Paul Walker (Brian O’Conner) w czwartej części „Szybkich i wściekłych” w dachowym pościgu musi wyminąć rooftop, by dopaść drzwi klatki schodowej. Z kolei w końcowej scenie filmu „Ona” dachowa jednostka wyznacza granicę planu zdjęciowego, a Theodore (Joaquin Phoenix) i Amy (Amy Adams) siadają na kanale nawiewnym.

Polska droga rooftopów

Trochę inaczej potoczyła się historia wentylacji i klimatyzacji w Europie, co jest m.in. związane z innymi kierunkami rozwoju budownictwa, a także różnorodnością przepisów i możliwości technicznych. W Polsce historia nowoczesnej wentylacji zaczęła się na dobre w roku 1971, kiedy 10 lutego rozpoczął się w Łodzi pięciodniowy strajk włókniarek. Ponieważ warunki ich pracy były fatalne, głównie dzięki wysokiemu zapyleniu, w 1971 roku podjęto decyzję o modernizacji zakładów i budowie nowych, wyposażonych w urządzenia odpylające i klimatyzację. W tym celu stworzono pierwszą w Polsce fabrykę central wentylacyjnych będących dziś podstawą każdej nowoczesnej instalacji wentylacyjnej – Uniprot. Centrale produkowano na licencji francuskiej, a  doświadczenia zakładu Uniprot pozwoliły na rozwój firm istniejących do dziś i produkujących centrale często eksportowane na cały świat. Równolegle pomorska firma Klimor, montująca instalacje wentylacyjne na statkach, też zaczęła produkować centrale, opracowując z czasem własne konstrukcje. Na modułowych centralach obu firm wychowały się setki inżynierów, z czasem dopracowując konstrukcje i doganiając światową czołówkę. To jednak taki, a nie inny przebieg wypadków sprawił, że w Polsce centrale modułowe są bardziej popularne niż ich kompaktowe wersje dachowe. Ostatnie lata przynoszą jednak zmiany i również u nas niewątpliwe zalety rooftopów oraz parametry pracy nieustępujące ich modułowym odpowiednikom znajdują uznanie, a produkcja nowoczesnych jednostek tego typu – podobnie jak przed pięćdziesięciu laty – dynamicznie rozwija się na Pomorzu.

W poszukiwaniu energooszczędności

Jak widać, kwestia popularności jednostek RTU (ang. Roof Top Units) bardziej wynika z tradycji, niż z konkretnych przesłanek konstrukcyjnych. Warto zauważyć, że po kryzysie energetycznym, związanym z paliwowym embargo w 1973 roku, to głównie rynek rooftopów przyczynił się do przyjęcia w Stanach Zjednoczonych norm i celów mających stale podnosić energooszczędność urządzeń chłodniczych przy zastosowaniu ujednoliconych wskaźników EER i SEER, tym samym pozwalając na ujednolicenie w latach 90. standardów efektywności energetycznej urządzeń chłodniczych na całym świecie.

Prowadzone w USA w latach 2001-2004 na szeroką skalę badania monoblokowych RTU, mające na celu określenie zgodności z wytycznymi CEE (Consortium for Energy Efficiency), uwydatniły dodatkową cechę tych central. Okazało się, że w praktyce funkcjonują setki urządzeń, które w chwili ich inwentaryzacji miały za sobą często 20–30 lat nieprzerwanej pracy, a mimo to ich użytkownicy byli zadowoleni z jakości powietrza w wentylowanych za ich pomocą przestrzeniach – o ile nie wystąpiły mechaniczne uszkodzenia i nie stwierdzono ubytku czynnika chłodniczego (“Review of Recent Commercial Roof Top Unit Field Studies In the Pacific Northwest and California”, New Buildings Institute, 2004). Najczęściej wykrywane usterki dotyczyły… przestarzałej automatyki lub wynikały z jej braku. Podstawową konkluzją badania – a przebadano 503 jednostki w 185 budynkach – była konieczność dostosowania automatyki do najnowszych możliwości regulacji funkcji chłodzenia oraz kontrola ciśnienia czynnika chłodniczego. Zalecone unowocześnienia przyniosły średnio 40% oszczędności w zużyciu energii. Sama wymiana termostatów, założenie nowych presostatów, siłowników przepustnic czy montaż elementów kontrolujących ilość czynnika chłodniczego przebiegły bezproblemowo i bez ingerencji w działanie budynków, których dotyczyły – dzięki temu, że wszystkie prace były prowadzone na dachach. Kolejną więc istotną cechą jednostek dachowych jest ich bezproblemowy serwis i dostosowywanie do nowych wymagań czy możliwości technicznych, bez konieczności wymiany całych jednostek na nowe.

Centrala typu rooftop czy centrala modułowa?

Skoro oba rozwiązania mogą pełnić podobne funkcje i w dodatku mają zbliżoną konstrukcję, to czy można projektować te urządzenia zamiennie? Jest oczywiście pewien zakres projektów, w których można rozważać oba typy central wentylacyjnych, jednak decydującym czynnikiem będzie rodzaj obiektu i najbardziej ekonomiczny sposób klimatyzacji pomieszczeń w danym budynku. Podstawową zaletą RTU jest dostarczanie odpowiednio przygotowanego powietrza bezpośrednio do pomieszczenia, nad którym dana jednostka została zainstalowana. Zwarta konstrukcja, do której należy doprowadzić zazwyczaj jedynie zasilanie elektryczne, niewielka masa oraz relatywnie duża moc chłodnicza czy grzewcza sprawiają, że pomieszczenia, w którym zapotrzebowanie na świeże powietrze jest mniejsze w porównaniu do konieczności jego szybkiego schłodzenia lub ogrzania, lepiej wentylować za pomocą rooftopów. Do tej grupy należą przede wszystkim wszelkie obiekty wielkokubaturowe – zarówno handlowe i magazynowe, jak też hale produkcyjne czy sportowe. Rozmieszczenie na dachu kilku czy nawet kilkunastu takich urządzeń jest uzasadnione zarówno z ekonomicznego, jak i energetycznego punktu widzenia. Konieczność szybkiej reakcji na zmienne zyski ciepła związane ze zmieniającą się liczbą i aktywnością dużych grup osób (obiekty handlowe i sportowe), czy też potrzebą zachowania stałych warunków dla procesów produkcyjnych lub magazynowania wyrobów gotowych, wymaga przygotowania właściwej obróbki powietrza w punkcie ich powstawania. Niższe zapotrzebowanie na wymianę powietrza i dostarczanie świeżego powietrza z zewnątrz to przede wszystkim cecha miejsc, w których następuje zwiększona infiltracja powietrza zewnętrznego, a ma to miejsce we wszystkich obiektach, w których nie występuje rygor dotyczący szczelnego zamykania drzwi czy bram – od sal obsługi klienta na stacjach benzynowych lub wolnostojących restauracji i barów szybkiej obsługi, po sklepy wielkopowierzchniowe, pomieszczenia najemców galerii handlowych i centra logistyczne. W takich miejscach to właśnie zróżnicowane obciążenie cieplne jest parametrem kluczowym, a możliwość dodatkowego odzysku ciepła lub chłodu – funkcją bardzo pożądaną.

Tymczasem centrala modułowa najczęściej jest projektowana do obiektów, w których jej podstawowym zadaniem jest zapewnienie właściwej ilości świeżego powietrza o określonych parametrach gwarantujących komfort użytkownikom, których liczba w danym pomieszczeniu jest ograniczona i względnie stała, a ich aktywność – z góry określona w fazie projektowania. Powietrze przygotowane przez centralę modułową może być rozprowadzane instalacją kanałową do wielu pokoi i sal bez obaw o rosnące zapotrzebowanie na ciepło czy chłód. Komfort temperaturowy bowiem jest zapewniany przez osobne instalacje grzewcze i chłodnicze – grzejniki, klimakonwektory (fan-coile), belki i stropy grzewczo-chłodzące czy zaawansowane układy klimatyzacyjne typu VRF lub VRV.

Oczywiście odpowiednio duża jednostka typu rooftop może obsługiwać instalację kanałową w podobny sposób, jak to robi centrala wentylacyjna,  istnieje też możliwość zamontowania centrali modułowej na dachu, jednak każde rozwiązanie będzie wymagało precyzyjnych obliczeń, a podstawową zmienną determinującą zastosowanie danej technologii będzie nośność dachu, na którym mają zostać zainstalowane dane urządzenia.