Zastosowanie chłodzenia naturalnego w systemach klimatyzacji budynków

W ramach takiej działalności autora zamieszczony poniżej artykuł prezentuje przegląd i ocenę poszczególnych rozwiązań technicznych w zakresie możliwości oszczędności energii wydatkowanej na chłodzenie budynków poprzez zastosowanie chłodzenia naturalnego popularnie zwanego „free coolingiem”.

Cel i sposoby uzdatniania powietrza w klimatyzacji

Niewątpliwie jedną z najkrótszych definicji klimatyzacji jest stwierdzenie, że system ten ma na celu takie ukształtowanie środowiska otaczającego człowieka wewnątrz pomieszczenia, aby spełnione zostały warunki komfortu w zakresie jakości powietrza, komfortu termicznego, przy zachowaniu odpowiedniego poziomu hałasu.

Zdecydowana większość rozwiązań technicznych koncentruje się na usuwaniu zanieczyszczeń wydzielanych przez i wokół człowieka poprzez ich rozcieńczanie za pomocą dostarczania do pomieszczenia (strefy przebywania ludzi) strumienia powietrza nawiewanego o własnościach i parametrach spełniających „w sposób dynamiczny” równania bilansu dla poszczególnych zanieczyszczeń generowanych w pomieszczeniu w czasie pracy instalacji. Spełnienie warunków komfortu termicznego determinują równania bilansu zysków ciepła jawnego oraz zysków wilgoci (ciepła utajonego) wyrażone równaniami 1 i 2:

gdzie:

V_N – strumień powietrza nawiewanego [m3/s],

T_N, X_N – parametry powietrza nawiewanego do pomieszczenia (temperatura i zawartość wilgoci),

T_P, X_P – parametry powietrza utrzymywane w pomieszczeniu (temperatura i zawartość wilgoci),

Σ_W  – suma „chwilowych” zysków wilgoci w pomieszczeniu (pochodzących od różnych źródeł) [g/s],

Σ_Φj – suma „chwilowych” zysków ciepła jawnego w pomieszczeniu (pochodzących od różnych źródeł) [W],

ρ_p, c_p – średnie wartości gęstości i ciepła właściwego powietrza wilgotnego w warunkach otoczenia człowieka.

Tak zdefiniowany strumień powietrza nawiewanego podlega wielu ograniczeniom (związanym między innymi ze sposobem dystrybucji tego powietrza w pomieszczeniu, rodzajem i jakością elementów nawiewnych, ukształtowaniem pomieszczenia i in.) i jego ostateczna wielkość jest wynikiem bardziej lub mniej wnikliwego procesu optymalizacji na etapie projektowania.

Równocześnie z określeniem strumienia powietrza nawiewanego należy określić niezbędny strumień powietrza wentylacyjnego (zewnętrznego, zwanego czasem „świeżym”) V· s, który należy doprowadzić do pomieszczenia, aby zapewnić jego odpowiednią jakość (głównie w zakresie zawartości CO₂, odorów i innych zanieczyszczeń). Ze względów energetycznych jest oczywiste, że w warunkach obliczeniowych (zarówno w lecie, jak i w zimie) strumień ten powinien przyjmować wartość minimalną dopuszczalną odpowiednimi przepisami lub normami [2].

Jak pokazuje wieloletnia praktyka projektowa, w typowych budynkach mieszkalnych oraz użyteczności publicznej strumień powietrza nawiewanego jest często kilkukrotnie większy od minimalnego strumienia powietrza wentylacyjnego w instalacji klimatyzacyjnej. Ponieważ powietrze wilgotne można traktować jako mieszaninę doskonałą złożoną z wielu składników, powietrze świeże może wchodzić w skład powietrza nawiewanego, spełniając „kilka funkcji jednocześnie”.

Stąd powszechność stosowania w systemach klimatyzacji tzw. recyrkulacji powietrza, czyli powtórnego, bezpośredniego wykorzystania powietrza usuwanego z pomieszczenia w celu jego uzdatnienia i powtórnego dostarczenia do pomieszczenia klimatyzowanego (jako części strumienia powietrza nawiewanego).

Określenie w instalacji klimatyzacyjnej miejsca, w którym realizowany jest proces recyrkulacji powietrza wywiewanego z pomieszczenia i mieszania go z powietrzem świeżym1), determinuje podział instalacji klimatyzacyjnych na dwie podstawowe grupy:

1. systemy scentralizowane (rys. 1), w których mieszanie powietrza świeżego i recyrkulacyjnego następuje na zewnątrz pomieszczenia klimatyzowanego, najczęściej w tzw. centrali klimatyzacyjnej, a następnie po jego uzdatnieniu zostaje ono dostarczone do pomieszczenia jako strumień powietrza nawiewanego;
2. systemy zdecentralizowane (rys. 2), gdzie strumień powietrza wentylacyjnego (uzdatniony wstępnie lub nie) jest dostarczany niezależnie do pomieszczenia, w którym znajduje się indywidualne urządzenie uzdatniające powietrze recyrkulowane ze strefy przebywania ludzi, a następnie wewnątrz tego pomieszczenia następuje mieszanie się tych dwóch strumieni. Systemy te noszą często nazwę systemów z wtórnym lub podwójnym uzdatnianiem powietrza. W tych systemach zasadnicza część strumienia chłodu jest transportowana do pomieszczenia klimatyzowanego za pomocą czynnika pośredniczącego (np. wody, roztworu glikolu lub bezpośrednio czynnika ziębniczego nazywanego potocznie freonem).

Podstawowe sposoby wykorzystania chłodzenia naturalnego w klimatyzacji

W opisanych powyżej systemach klimatyzacyjnych występują zmienne zapotrzebowania wydajności chłodniczej, zarówno jawnej, jak i utajonej, odpowiednio do dynamicznie zmieniających się warunków wewnątrz pomieszczenia i na zewnątrz obiektu. Charakterystyczną cechą współczesnych budynków jest występowanie zapotrzebowania wydajności chłodniczej (powstałe zarówno w wyniku dużych wewnętrznych zysków ciepła, jak i tych pochodzących od promieniowania słonecznego przez przegrody przezroczyste) w okresach, w których temperatury powietrza otaczającego (jak również zawartość wilgoci w powietrzu otaczającym) są niższe od projektowanych parametrów powietrza wewnątrz pomieszczeń.

Stwarza to możliwości szerokiego wykorzystania tzw. zdolności chłodzącej powietrza zewnętrznego. Można z całym przekonaniem stwierdzić, że to naturalne źródło chłodu, jakim jest powietrze zewnętrzne, w 100% spełnia warunki „ekologicznego źródła energii odnawialnej”, a więc jest w pełni zgodne z założeniami dyrektywy EPBD [1]. Wielkość i możliwości oszczędności energii pierwotnej zużywanej na chłodzenie budynków poprzez zastosowanie chłodzenia naturalnego nazywanego potocznie „free coolingiem” zależy w głównej mierze od przyjętego systemu klimatyzacji. I tak:

• w systemach scentralizowanych można wykorzystywać zdolność chłodzącą powietrza zewnętrznego w sposób bezpośredni poprzez nawiew tego powietrza do pomieszczenia (tzw. free cooling bezpośredni);
• w systemach z wtórnym uzdatnianiem free cooling bezpośredni jest ograniczony do minimum z uwagi na brak możliwości zwiększenia strumienia powietrza świeżego w instalacji. Dlatego w tych systemach stosuje się wersję free coolingu z czynnikiem pośredniczącym, w którym powietrze ochładza najpierw czynnik pośredniczący (roztwór glikolu, „freon”), który następnie schładza powietrze w pomieszczeniu;
• w pewnych rozwiązaniach systemów wentylacji i klimatyzacji obiektów użyteczności publicznej można mówić o hybrydowych systemach free coolingu, w których wykorzystuje się zdolność akumulacji ciepła (chłodu) w konstrukcji budynku (czasem sztucznie powiększanej przez specjalne domieszki w postaci materiału PCM – zmieniającego stan skupienia w temperaturze otoczenia) i tzw. wentylację nocną.

W artykule, który w założeniu ma charakter poglądowy, omówione zostały podstawowe cechy i możliwości ograniczenia zużycia energii pierwotnej w klimatyzacji przez poszczególne systemy chłodzenia naturalnego.

Free cooling bezpośredni

Scentralizowane systemy klimatyzacji, w których zastosowano recyrkulację (komorę mieszania) umożliwiającą dostarczanie wymaganej minimalnej ilości powietrza zewnętrznego do pomieszczenia, stwarzają możliwość bezpośredniego wykorzystania zdolności chłodzącej powietrza zewnętrznego, i to zarówno w zakresie ciepła jawnego (równanie 3), jak i utajonego (równanie 4).

Możliwości, jakie daje powietrze zewnętrzne w tym zakresie, są więc proporcjonalne do wielkości strumienia powietrza zewnętrznego dostarczanego do pomieszczenia, w warunkach gdy temperatura i/lub zawartość wilgoci powietrza zewnętrznego są niższe od odpowiednich parametrów powietrza w pomieszczeniu²):

gdzie:

V·_Z – strumień powietrza zewnętrznego [m3/s],

T_Z, X_Z – bieżące parametry powietrza zewnętrznego (temperatura i zawartość wilgoci),

r_p – właściwe ciepło parowania wody w temperaturze otoczenia [kJ/kg].

Pozostałe oznaczenia – jak we wzorach 1 i 2. Wykorzystanie zdolności chłodzącej powietrza zewnętrznego w tych systemach wiąże się z przedstawionymi poniżej wymaganiami technicznymi dla systemu klimatyzacji. Czerpnia i wyrzutnia powietrza oraz przewody wentylacyjne łączące te elementy z centralą klimatyzacyjną muszą zostać zwymiarowane i wykonane  tak, aby mógł przepłynąć przez nie całkowity strumień powietrza nawiewanego (maksymalny, jaki może występować w instalacji), Układ regulacji systemu musi zostać wyposażony w czujnik temperatury (lub entalpii) powietrza zewnętrznego.

Strategia sterowania przepustnicami w komorze mieszania oraz wydajnością źródła zimna musi zostać skonfigurowana zgodnie z algorytmem 2) W przypadku gdy porównuje się obydwa te parametry powietrza, mówimy o tzw. free coolingu bezpośrednim „entalpijnym”przedstawionym na rysunku 3 polegającym na ciągłym porównywaniu temperatury powietrza zewnętrznego oraz temperatury powietrza w pomieszczeniu. (Uwaga: w przypadku funkcji free coolingu entalpijnego parametrem porównywanym jest entalpia właściwa powietrza).

Jeżeli temperatura powietrza zewnętrznego spada poniżej temperatury powietrza w pomieszczeniu Tp, ale jest większa od temperatury powietrza nawiewanego TN (wynikającej z chwilowego bilansu ciepła jawnego w pomieszczeniu – równanie 1), strumień powietrza świeżego (zewnętrznego) zostaje zwiększony do wielkości strumienia powietrza nawiewanego.

Poniżej temperatury TN zdolność chłodzenia powietrza zewnętrznego przewyższa potrzeby pomieszczenia – agregat zostaje wyłączony, a regulację temperatury powietrza w pomieszczeniu przejmują w całości przepustnice w komorze mieszania. W warunkach temperatury granicznej T_gr potrzeba chłodzenia pomieszczenia spada do zera, a strumień powietrza świeżego przyjmuje wartość minimalną.

Jeżeli w takim systemie klimatyzacji zastosowany został rekuperator, to jego praca jest uzasadniona tylko w okresach, w których do obiektu jest dostarczany minimalny strumień powietrza świeżego (oznacza to, że np. rekuperator typu płytowo-krzyżowego musi być wyposażony w kanał obejściowy z przepustnicami).

Aby ocenić oszczędność energii pierwotnej  zużywanej na chłodzenie budynków użyteczności publicznej, którą można uzyskać poprzez zastosowanie free coolingu, autor opracował model obliczeniowy pozwalający na określenie zapotrzebowania wydajności chłodniczej przez budynek i porównanie go ze zdolnością chłodzenia powietrza zewnętrznego w trybie godzinowym dla różnych systemów free coolingu. Podstawowe założenia do modelu zostały przez autora zaprezentowane w materiałach konferencyjnych [10].

Obliczenia przeprowadzone dla przykładu budynku biurowego typu „open space” zlokalizowanego w Warszawie wykazały, że w porównaniu do scentralizowanego systemu klimatyzacji ze stałym strumieniem powietrza nawiewanego i stałym minimalnym strumieniem powietrza świeżego oszczędność sezonowego zapotrzebowania energii na chłodzenie budynku po zastosowaniu free coolingu bezpośredniego typu temperaturowego może przekraczać 80%!

Wniosek z powyższych rozważań może być tylko jeden. W przypadku uzasadnionego stosowania scentralizowanego systemu klimatyzacji brak wykorzystania w maksymalnym stopniu free coolingu bezpośredniego świadczy o całkowitym braku poszanowania energii i dbałości o środowisko naturalne ze strony nie tylko projektanta instalacji, ale również instalatora i inwestora.

Uwaga: po dokonaniu dodatkowej analizy dla roku referencyjnego (Warszawa) w sezonie letnim okazało się, że liczba godzin występowania temperatury powietrza zewnętrznego niższej od temperatury powietrza w pomieszczeniu (z zakresu sugerowanego przez normy) jest większa od liczby godzin, w których spełniony jest warunek „niższej entalpii właściwej powietrza zewnętrznego”.

W związku z tym w tych obiektach, w których wilgotność względna powietrza w pomieszczeniu nie wymaga regulacji (powierzchnie handlowe, obiekty sportowe, niektóre budynki typu „open space” itp.), większe oszczędności uzyskuje się przy zastosowaniu free coolingu temperaturowego (wykorzystanie zdolności chłodzącej jawnej powietrza zewnętrznego) zamiast free coolingu entalpijnego.

Free cooling z czynnikiem pośredniczącym

W systemach klimatyzacji z wtórnym uzdatnianiem powietrza (rys. 2), w których zasadnicza część wydajności chłodniczej jest dostarczana za pomocą czynnika pośredniczącego (często jest to np. woda o temperaturach zasilania 7/12°C), wykorzystanie free coolingu bezpośredniego jest ograniczone do możliwości, które daje minimalny strumień powietrza świeżego, na jaki zwymiarowana jest instalacja wentylacyjna.

Nie oznacza to wcale, że w takich przypadkach należy rezygnować z możliwości odzyskania zdolności chłodzącej powietrza zewnętrznego. Niestety w takich sytuacjach musimy skorzystać z „elementów pośredniczących” (wymienniki ciepła, płyn pośredniczący itp., rys. 4), które wprowadzają znaczące ograniczenia w zakresie wielkości odzysku chłodu i idących za tym oszczędności energii pierwotnej zużywanej na chłodzenie budynków.

Projektowanie systemu klimatyzacji z free coolingiem z czynnikiem pośredniczącym musi uwzględniać następujące zagadnienia:

1. Przyjmując jako zasadę dobrej praktyki projektowej, że chłód dostarczany jest do powietrza w pomieszczeniach (poprzez klimakonwektory) za pośrednictwem wody o określonych temperaturach zasilania i powrotu, a chłodnica wentylatorowa odzyskująca chłód z powietrza zewnętrznego musi być napełniona cieczą niezamarzającą (np. roztworem wodnym glikolu), do przekazywania ciepła pomiędzy tymi cieczami musi być zastosowany dodatkowy wymiennik ciepła (płytowy, przeciwprądowy).

2. Powyższe założenie sprawia, że odzysk chłodu z powietrza zewnętrznego w tym systemiemoże nastąpić dopiero po zaistnieniu warunku temperaturowego (wzór  5):

T_Z < T_w2 -  ΔT_WC - ΔT_FC  (5)

gdzie:

TW₂ – temperatura powrotna wody z instalacji chłodzenia budynku [°C],

ΔT_WC – różnica temperatur umożliwiająca wymianę ciepła w płytowym wymienniku ciepła [K],

ΔT_FC – różnica temperatur umożliwiająca wymianę ciepła w chłodnicy wentylatorowej [K].

W praktyce projektowej wstępna analiza możliwości i opłacalności zastosowania free coolingu tego typu musi przynieść odpowiedź na pytanie: czy dla projektowanej temperatury wody powrotnej z obiektu oraz wynikającej z równania 5 temperatury zewnętrznej TZ w projektowanym budynku będzie występowało zapotrzebowanie wydajności chłodniczej, a jeżeli tak, to jaką ono będzie przybierało wartość?

Jednocześnie oczywiste jest stwierdzenie, że oszczędność w zapotrzebowaniu energii na cele chłodzenia budynku (wyrażona poprzez procentowy udział energii chłodniczej uzyskanej w okresie roku z powietrza zewnętrznego dzięki zastosowaniu free coolingu do całkowitego zapotrzebowania energii chłodniczej przez budynek) będzie tym większa, im wyższe temperatury wody zasilającej chłodnice klimakonwektorów zostaną przyjęte w projektowanym systemie klimatyzacji.

Praktycznym wnioskiem stąd wynikającym jest „niemal obligatoryjne” stosowanie free coolingu z czynnikiem pośredniczącym w systemach z klimakonwektorami wyposażonymi w chłodnice bez odwilżania powietrza (belki chłodzące, powierzchnie chłodzące, klimakonwektory wentylatorowe). Taki system wymaga jednak zastosowania odrębnego agregatu ziębniczego pracującego na potrzeby klimakonwektorów oraz odrębnego źródła zimna pracującego na potrzeby chłodnicy w centrali wentylacyjnej odwilżającej powietrze pierwotne.

3. Odrębnym zagadnieniem przy projektowaniu tego typu systemów jest optymalizacja doboru wielkości chłodnicy wentylatorowej („free coolera”). Problemem jest tu nie tylko określenie potencjalnego zapotrzebowania wydajności chłodniczej (obciążenia chłodniczego) w danej temperaturze Tz, ale również podjęcie decyzji co do wielkości chłodnicy wentylatorowej.

Problem ten w nieco uproszczony sposób wyjaśnia rysunek 5. W projektowaniu tego typu układów dość często stosowaną zasadą jest dobór „free coolera” o wydajności chłodniczej równej uśrednionemu³) obciążeniu chłodniczemu obliczonemu przy temperaturze powietrza zewnętrznego równej założonej temperaturze powrotu (T_z,w2), a „zoptymalizowaną różnicę temperatur” w tym wymienniku (pomiędzy cieczą i powietrzem – DTopt) przyjmuje się na poziomie od 8 do 10 K.

Obliczenia modelowe przeprowadzone dla opisanego powyżej przykładu obiektu biurowego typu „open space” zlokalizowanego w Warszawie pokazały, że zastosowanie tego systemu free coolingu przy założeniach: T_zw2 = 12°C oraz DTopt = 8 K może przynieść oszczędności energii chłodniczej na poziomie nie większym niż 10%. Wyniki przykładowych obliczeń dla różnych temperatur wody powrotnej (T_w2) przedstawia rysunek 6.

Na obecnym etapie rozwoju techniki chłodniczej projektant dysponuje szeroką gamą rozwiązań free coolingu „glikolowego” (z czynnikiem pośredniczącym) oferowanych przez producentów sprzętu chłodniczego. W szczególności mogą to być:

• agregat z dodatkowym wymiennikiem ciepła spełniającym rolę „free coolera” umieszczonym szeregowo ze skraplaczem chłodzonym powietrzem (najbardziej rozpowszechnione rozwiązanie, w którym wentylatory przetłaczają  powietrze przez obydwa wymienniki ciepła przez cały okres występowania obciążenia chłodniczego – rys. 7);
• agregat z dodatkowym wymiennikiem ciepła spełniającym rolę „free coolera” umieszczonymrównolegle obok skraplacza chłodzonego powietrzem (rozwiązanie, w którym wentylatory skraplacza i „free coolera” pracują niezależnie, co generuje oszczędności energii napędowej z uwagi na zmniejszone opory przepływu powietrza – rys. 8);
• nowatorskie rozwiązanie, w którym agregat ziębniczy wyposażony jest w dodatkową pompę czynnika ziębniczego (nazywanego również przez różnych autorów „ziębnikiem”, „czynnikiem chłodniczym” lub „freonem”), a skraplacz chłodzony powietrzem spełnia naprzemiennie rolę skraplacza i free coolera. W warunkach, w których możliwy jest odzysk chłodu, w tym systemie ciecz ziębnika spełnia rolę czynnika pośredniczącego – rys. 9 (w systemach chłodzenia, w których ze względów bezpieczeństwa, z uwagi na lokalizację agregatu, w układzie hydraulicznym stosowany jest roztwór glikolu, ziębnik stanowi w tym rozwiązaniu „dodatkowy” czynnik pośredniczący w wymianie ciepła pomiędzy powietrzem zewnętrznym a powietrzem w pomieszczeniu – w równaniu 5 należy w takim układzie dodać składnik uwzględniający wymianę ciepła pomiędzy freonem a roztworem glikolu). W stosunku do dwóch poprzednich rozwiązań „free cooling freonowy” w wersji standardowej uniemożliwia równoległą pracę „free coolera” i agregatu, co ogranicza czas pracy wykorzystania free coolingu w ciągu sezonu chłodniczego, a tym samym zmniejsza potencjalne oszczędności energii, jakie mógłby przynieść ten system⁴⁾;
• duże możliwości w zakresie odzysku chłodu posiada również odpowiednio skonfigurowany agregat ziębniczy ze skraplaczem chłodzonym cieczą (roztwór glikolu) i chłodnicą wentylatorową, w którym wymiennik ten spełnia podwójną rolę: „suchej chłodnicy cieczy” oddającej do otoczenia ciepło skraplania agregatu (tzw. „dry cooler”) oraz „free coolera”. Opracowany przez autora schemat hydrauliczny wraz z układem sterowania takiego systemu przedstawia rysunek 10. Układ taki po spełnieniu „warunku temperaturowego” wyrażonego równaniem 5 powoduje przełączenie pracy chłodnicy wentylatorowej na tryb free coolingu (praca  wentylatorów z maksymalną wydajnością oraz włączenie pompy PS-3). W tym czasie możliwa jest równoległa praca agregatu (z ograniczoną wydajnością, co oczywiste) dzięki zastosowaniu regulacji typu jakościowego (pompa mieszająca PS-1 i zawór trójdrogowy ZR-1). System taki umożliwia maksymalne, możliwe  w danych warunkach temperatury otoczenia, wykorzystanie zdolności chłodzącej powietrza zewnętrznego.

Free cooling z akumulacją ciepła w konstrukcji budynku

Omawiane powyżej wersje rozwiązań chłodzenia naturalnego budynków mają tę wspólną cechę, że chłód jest odzyskiwany z powietrza zewnętrznego w czasie pracy instalacji klimatyzacyjnej. Natomiast jeżeli chcemy wykorzystać fakt, że w nocy temperatura powietrza zewnętrznego jest z reguły niższa od temperatury utrzymywanej w pomieszczeniach w czasie pracy instalacji, oraz fakt dużej pojemności cieplnej konstrukcji większości budynków cechujesię dużą pojemnością cieplną, naturalne wydaje się być rozwiązanie tzw. wentylacji nocnej, które można zastosować w budynkach użyteczności publicznej nieużytkowanych w okresie nocnym.

Ta koncepcja napotyka jednak szereg trudności, które ograniczają jej powszechne zastosowanie, w postaci:

• bardzo dużej stałej czasowej procesu podgrzewania (ochładzania) konstrukcji budynku 4) Według niepotwierdzonych informacji trwają obecnie prace nad udoskonaleniem tego rozwiązania w celu umożliwienia równoległej pracy free coolingu i agregatu (głównie z uwagi na bardzo niski współczynnik wnikania ciepła do ścian pomieszczenia),
• niewielki stosunek powierzchni ścian (wnikania ciepła) do masy budynku,
• zużycie energii elektrycznej przez wentylatory pracujące w okresach nieużytkowania budynku,
• koszty inwestycyjne instalacji.

Dr M. Prymon w swojej pracy doktorskiej [8] szczegółowo przeanalizował zagadnienie free coolingu tego typu przy zastosowaniu specjalnych pustaków stropowych zbudowanych z domieszką wspomnianego już materiału PCM (zmieniającego stan skupienia w temperaturze otoczenia). Dzięki temu w konstrukcji stropu można zakumulować znacznie więcej ciepła niż w przypadku tradycyjnych materiałów budowlanych. Układ ten pracuje w sposób pokazany na rysunku 11.

W nocy wentylatory przetłaczają przez strop powietrze zewnętrzne, zaś w dzień przez konstrukcję stropu przepływa powietrze recyrkulacyjne z pomieszczenia, które przejmuje chłód zakumulowany w materiale w ciągu nocy. Dzięki temu w warunkach tzw. doby obliczeniowej dla lata system taki cechuje się „wskaźnikiem efektywności” powyżej 6,5 (który będzie tym większy, im niższa temperatura powietrza będzie występowała w okresie nocnym). Jest to więc rozwiązanie atrakcyjne od strony energetycznej. Nieznane są natomiast ewentualne koszty tego rozwiązania w praktycznym zastosowaniu.

Celem dalszych prac autora w tym kierunku jest taka modyfikacja tego systemu, aby w możliwie maksymalnym stopniu wykorzystać możliwość naturalnego przepływu powietrza przez budynek w okresie nocy, redukując zużycie energii przez wentylatory.

Wnioski

Zaprezentowana powyżej analiza poszczególnych rozwiązań chłodzenia naturalnego budynków nazywanego zamiennie free coolingiem prowadzi do następujących wniosków:

• na obecnym poziomie rozwoju techniki klimatyzacyjnej nie można projektować systemów klimatyzacji typu scentralizowanego bez maksymalnego wykorzystania free coolingu bezpośredniego,
• w systemach klimatyzacji z wtórnym uzdatnianiem zasadność zastosowania free coolingu z czynnikiem pośredniczącym powinna być poddana każdorazowo analizie w oparciu o rachunek energetyczno-ekonomiczny,
• zasadność stosowania free coolingu z czynnikiem pośredniczącym rośnie, gdy projektowana temperatura wody powrotnej z budynku jest jak najwyższa oraz gdy system chłodzenia tego budynku posiada odrębny agregat pracujący na potrzeby klimakonwektorów.

Literatura

1. Dyrektywa 2002/91/WE Parlamentu Europejskiego i Rady Europy z dnia 16 grudnia 2002 r. w sprawie charakterystyki energetycznej budynków (DzUrz L1 z 4.01.2003 r.).
2. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Rozdział 6 (DzU nr 75, poz. 690, ze zm.).
3. Bohdal T., Charun H., Czapp M., Urządzenia chłodnicze sprężarkowe parowe, WNT, Warszawa 2003.
4. Kołodziejczyk L., Rubik M., Technika chłodnicza w klimatyzacji, Arkady, Warszawa 1976.
5. Królicki Z., Termodynamiczne podstawy obniżania temperatury, Wrocław 2006.
6. Maczek K., Mieczyński M., Chłodnictwo, skrypt Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1981.
7. Malicki M., Klimatyzacja, PWN 1980.
8. Prymon M., System klimatyzacji z akumulacją ciepła w elementach struktury budynków, praca doktorska, WIŚ PK 2008.
9. Recknagel, Sprenger, Hönmann, Schramek, Ogrzewanie i klimatyzacja, EWFE – Wydanie 1, Gdańsk 1994/1995.
10. Wojtas K., Chłodzenie naturalne w systemach chłodniczych w klimatyzacji. Zasadność i efektywność rozwiązań, Konferencja Naukowo-Techniczna „Klimatyzacja i chłodnictwo – nowe trendy rozwoju”, Warszawa, 26.11.2008 r.
11. Wojtas K., Efektywność energetyczna sprężarkowych agregatów ziębniczych w klimatyzacji. Wdrażanie Dyrektywy EPBD, „Chłodnictwo i Klimatyzacja” nr 7/2008.
12. Wojtas K., Cieśla K., Komfort wewnętrzny w świetle zapotrzebowania energii przez system klimatyzacji, „Chłodnictwo i Klimatyzacja” nr 10/2007.
13. Wojtas K., Simplified Model of Seasonal Energy Consumption by Air Conditioning System in Non Residential Buildings, CLIMA 2007, Helsinki.
14. Materiały techniczne i katalogi firmy CIAT.
15. Materiały techniczne i katalogi firmy CARRIER.16. www.eurovent-certification.com.

¹⁾ W instalacjach klimatyzacyjnych z tzw. wtórnym uzdatnianiem strumień powietrza świeżego (wentylacyjnego) wymaga odpowiedniego uzdatnienia i wtedy nosi on nazwę „powietrza pierwotnego”

²⁾ W przypadku gdy porównuje się obydwa te parametry powietrza, mówimy o tzw. free coolingu bezpośrednim „entalpijnym”

³⁾ Niestety z uwagi na zmienne zyski ciepła pochodzące od promieniowania słonecznego temperatura powietrza zewnętrznego nie determinuje w sposób jednoznaczny wielkości obciążenia chłodniczego pomieszczenia. Stąd dla tej samej temperatury powietrza w różnych godzinach mogą występować różne wartości zysków ciepła

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!