Dobór mocy chłodniczej klimatyzatora z arkuszem kalkulacyjnym – przykład

Wydajna i efektywna praca klimatyzatora zależą od poprawnego doboru urządzenia. Proces ten jest jednym z pierwszych podczas inwestycji i składa się m.in. z wyboru typu urządzenia, producenta, modelu i wersji oraz wydajności chłodniczej (lub grzewczej). O ile decyzje dotycząca marki, typu, wersji zazwyczaj są stosunkowo proste, właściwe oszacowanie wymaganej mocy chłodniczej jest bardziej wymagające. Wielu instalatorów wykorzystuje do doboru urządzenia powszechnie przyjęty średni wskaźnik zapotrzebowania na moc chłodniczą przeciętnego pomieszczenia wyrażany w W/m² lub W/m³. Wystarczy wówczas znać wymiary pomieszczenia, aby skalkulować moc chłodniczą. Czy jednak tak prosta i przybliżona metoda zawsze się sprawdza? Jakie niesie ze sobą ryzyko? Czy warto poświęcić więcej czasu i wysiłku, aby dokładniej oszacować zapotrzebowanie pomieszczenia oraz jak to zrobić?

Metoda przybliżona – wstępne szacunki

Powszechnie wykorzystywany i opisany wyżej uproszczony sposób kalkulacji wymaganej mocy chłodniczej pomimo swojej prostoty cechuje się stosunkowo dużą niedokładnością. Z tego względu ma szansę sprawdzić się jedynie przy rozpatrywaniu standardowych pomieszczeń. Problem może jednak sprawiać podjęcie decyzji, które pomieszczenie jest standardowe, a które wymaga już dokładniejszych obliczeń? Jakie czynniki o tym decydują i w jakim stopniu? Trudność w odpowiedzi na te pytania wskazuje, że w każdym przypadku warto zastosować metodę rozszerzoną. Zwłaszcza gdy pomieszczenie ma ewidentnie specyficzne wymagania i charakter, jak choćby duże przeszklenie, jest zlokalizowane na ostatniej kondygnacji pod dachem czy charakteryzuje je duża liczba przebywających w nim ludzi. W takich przypadkach dobór metodą średniego jednostkowego zapotrzebowania to duże ryzyko popełnienia błędów przy doborze urządzenia skutkujących przyjęciem za małej wydajności. Jednym ze sposobów rzetelnego doboru mocy chłodniczej jest skorzystanie z gotowego arkusza kalkulacyjnego.

Arkusz kalkulacyjny mocy chłodniczej

Arkusz doboru klimatyzatora to rozbudowany lecz prosty w obsłudze plik skoroszytu Excel. Dzięki swojej konstrukcji pozwala on uwzględnić wiele aspektów wpływających na realne zapotrzebowanie pomieszczenia. 

Przykład obliczeniowy

W celu zaprezentowania pracy z arkuszem wybrano przykład z danymi sypialni w domu jednorodzinnym. Jest to pomieszczenie zlokalizowane na I piętrze w domu jednorodzinnym, w którym pozostałe pomieszczenia nie są klimatyzowane. Poniżej przedstawiono dane sypialni.

Na podstawie wymiarów pomieszczenia oraz przyjmując przeciętny wskaźnik mocy chłodniczej na 45 W/m³, wyznaczono wstępny szacunek zapotrzebowania pomieszczenia na 2,09 kW. Jest to wynik przybliżony, otrzymany opisaną metodą uproszczoną. Dalsze obliczenia pozwalają precyzyjniej wyznaczyć tę wartość. Pierwszym krokiem jest określenie zysków słonecznych przez przeszklone przegrody. W tym pomieszczeniu są dwa małe okna oraz jedno duże balkonowe na stronę południową. Dla konstrukcji dwuszybowej z ekspozycją na południe wskaźnik podstawowy zysków wynosi 300 W/m² zgodnie z dołączoną do arkusza tabelą. Czynnikiem korygującym są tutaj firanki, które wprowadzają wskaźnik 0,8 do obliczeń, jako że ograniczają zyski słoneczne. Uwzględniając powierzchnie, kierunek świata, typ okna oraz typ zasłony można obliczyć, że całkowite zyski przeszkleń wynoszą niemal 1200 W. Wyraźnie zatem widać, jak duży wpływ na wynik może mieć nasłonecznienie.

Następny krok to analiza zysków ciepła przez ściany. Licząc ich powierzchnię należy odjąć w odpowiednich miejscach (ściana 1) powierzchnię okien, które na niej występują. W zależności od typu przegrody (wewnętrzna lub zewnętrzna + kierunek świata) można przypisać im podstawowe wskaźniki liczbowe zysków ciepła. Bazując ponownie na dołączonej tabeli, dla ściany zewnętrznej skierowanej na południe przyjęto wartość 25 W/m², natomiast dla pozostałych (wewnętrznych do pomieszczeń nieklimatyzowanych) – 10 W/m². Sumarycznie zatem daje to około 0,5 kW zysków. Podobnie obliczane są zyski przez podłogę i sufit, który jest dachem izolowanym ze wskaźnikiem 30 W/m². 

Istotnym wskaźnikiem jest ponadto liczba standardowo przebywających w pomieszczeniu ludzi oraz stopień ich aktywności. W niedużym pomieszczeniu domowym, zajmowanym przez dwie osoby, zyski są stosunkowo małe (240 W). Wskaźnik ten jest szczególnie ważny m.in. dla sal konferencyjnych, restauracji, sklepów (duża liczba osób) lub siłowni, sal ćwiczeń czy domów weselnych (duża aktywność ludzi). W tego typu obiektach zyski od ludzi często odgrywają kluczową rolę w kalkulacji. Wśród dodatkowo uwzględnionych źródeł ciepła są: laptop, mała lodówka na napoje obok łóżka oraz stale otwarte drzwi do łazienki i garderoby, które nie są klimatyzowane. Zgodnie z arkuszem w sumie dodają one do wyniku ok. 700 W zysków ciepła, co jest wartością znaczącą. Zyski od urządzeń należy uwzględniać szczególnie w takich pomieszczeniach jak serwerownie (zyski od serwerów), sklepy (zyski od lodówek i chłodni) czy restauracje (zyski od kuchenek i gotowania).

Ten arkusz kalkulacyjny pozwolił na dokładniejsze określenie zapotrzebowania na moc chłodniczą budynku i wyniosła ona 3,37 kW. Z racji tego, że klimatyzatory występują zazwyczaj w określonych typoszeregach mocy dobrano urządzenie ścienne o wydajności nominalnej 3,5 kW.

Tab. 1. Standardowy typoszereg mocy klimatyzatorów ściennych. 

Przy doborze urządzenia warto również pamiętać, że podawana w katalogach wydajność chłodnicza jest wartością wyznaczoną dla danych warunków temperaturowych (zazwyczaj temperatura wewnętrzna 27/19°C oraz zewnętrznej 35/24°C – termometr suchy/mokry). Jak pokazuje przykładowy wykres zmian wydajności chłodniczej w zakresie występujących w praktyce temperatur zewnętrznych, przeciętny klimatyzator może zmieniać wskaźnik mocy od 90 do 105%. W najgorszym przypadku jego wydajność wyniesie 3,15 kW (0,9 × 3,5 kW), co jest zbliżoną wartością do obliczonego zapotrzebowania.

Podsumowanie

Prawidłowo dobrany pod względem mocy chłodniczej klimatyzator to niezbędny warunek, aby urządzenie działało wydajnie, energooszczędnie i bezproblemowo. Dlatego też warto precyzyjnie wyznaczać zapotrzebowanie budynku. Jak pokazuje opisany przykład rozbieżność w wyniku przybliżonym, a otrzymanym z wykorzystaniem arkusza kalkulacyjnego wyniosła aż 1,3 kW, czyli ponad 60%! Wstępne szacunki wskazywały na klimatyzator o mocy 7k (ok. 2,1 kW). Jednak wykorzystanie arkusza kalkulacyjnego wykazało, że z typoszeregu urządzeń należy dobrać to o dwa rzędy wyższe (12k ≈ 3,5 kW). Wybór modelu o za niskiej wydajności skutkuje najczęściej pracą na wysokich obrotach, generowaniem zwiększonego hałasu i nadmiernego poboru energii elektrycznej, a nawet niezdolnością do osiągnięcia zadanej temperatury komfortu w pomieszczeniu. Klimatyzator może ponadto być regularnie przeciążany i system automatyki spowoduje awaryjnie zatrzymywanie. Z kolei wybór przewymiarowanego urządzenia to nierzadko niepotrzebnie zwiększony koszt inwestycyjny, „taktowanie” sprężarki (praca w krótkich cyklach włącz/wyłącz negatywnie wpływająca na jej żywotność), a także przechładzanie pomieszczenia lub zamarzanie parownika i sygnalizowanie błędów w układzie sterowania. Korzystanie z arkusza kalkulacyjnego pozwala zapobiec tym negatywnym zjawiskom oraz unikanie wielu innych problemów. 

Materiały do pobrania: