Wentylacja i klimatyzacja budynku dydaktycznego

Jak przyznaje sam autor projektu, zaprojektowanie wentylacji i klimatyzacji w budynku przeznaczonym dla wyższej uczelni, szczególnie technicznej, wiąże się z wieloma założeniami, które nie zawsze muszą być realizowane podczas eksploatacji budynku. Aby uniknąć późniejszych niespodzianek, projektant musi zaplanować instalacje bardzo elastyczne, tak aby mogły pracować zarówno przy małym, jak i dużym obciążeniu budynku.

Z taką sytuacją mamy do czynienia w prezentowanym projekcie. Obciążenie cieplne sal wykładowych może wahać się od 5 do 100%, są one też wykorzystywane nieregularnie. Dodatkowym czynnikiem są zmienne warunki zewnętrzne. Wymaga to bardzo starannego doboru urządzeń o dużej elastyczności i niestandardowego podejścia do projektu instalacji oraz systemu regulacji.

Dążąc do zapewnienia komfortu w pomieszczeniach budynku, nie można zapominać o ekonomiczności pracy klimatyzacji. Wytwarzanie chłodu nie jest tanie, zatem projektant starał się, by możliwy był jak największy odzysk ciepła w warunkach zimowych, ale także chłodu latem. Zadanie to komplikowały dwa szklane dachy, które w zależności od pory roku dają duże zyski ciepła, ale i jego spore straty.

Jednak najtrudniejszym zadaniem, jakie stało przed projektantem, było satysfakcjonujące dla klienta rozwiązanie kwestii hałasów z wentylacji. Z uwagi na charakter obiektu – m.in. znajdujące się w nim sale wykładowe i seminaryjne – akustycy postawili w tej kwestii bardzo wysokie wymagania, trudne do spełnienia. Konieczne było m.in. zaprojektowanie specjalnych kanałów wentylacyjnych o konstrukcji samotłumiącej dźwięki, ograniczenie prędkości przepływów powietrza oraz zwiększenie przekrojów kanałów, na co nie zawsze wystarczało miejsca. Do tego doszedł specjalny system ochrony ppoż., objęty osobnym projektem.

Spośród wielu ciekawostek związanych z tym obiektem warto wspomnieć, że na życzenie inwestora okna w budynku muszą być otwierane. Zatem aby nie tracić ciepła czy chłodu, konieczne było zastosowanie specjalnych układów automatyki, które wyłączają klimatyzację, gdy okno zostanie otwarte. Inwestycja już się rozpoczęła i zaprojektowane instalacje są obecnie w trakcie realizacji.

Założenia

Dla potrzeb projektu przyjęto obliczeniowe temperatury powietrza zewnętrznego wg norm PN-76/B-03420 i PN-82/B-02403: latem maksymalnie +30oC i ? = 45% (do obliczeń i doboru urządzeń przyjęto +32oC), zimą minimalnie –20oC i ? = 100%. Temperatury wewnętrzne pomieszczeń (z wyjątkiem pomieszczeń wymagających warunków specjalnych) przyjęto według wytycznych zawartych w rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie.

Ilość powietrza w części pomieszczeń określono na podstawie krotności wymian, przy czym zachowane zostały minimalne ilości powietrza świeżego wymagane przepisami. Dla pomieszczeń w.c. przyjęto 50 m3/h powietrza wywiewanego na jedną miskę ustępową i 30 m3/h na jeden pisuar.

Parametry powietrza wewnętrznego przyjęto zgodnie z obowiązującymi normami i wytycznymi projektowania. Zyski ciepła obliczono na podstawie poniższych założeń:

• zyski ciepła od oświetlenia – 20 W/m2 (powierzchni podłogi),
• zyski ciepła od urządzeń – 250 W/komputer (liczba komputerów wg wytycznych projektu architektonicznego),
• liczba osób wg wytycznych projektu architektonicznego, 
• poziom aktywności/rodzaj ubrania osób: siedzące swobodnie/ubrane letnio (standard),
• poziom aktywności – 1 met, rodzaj ubrania – 0,5 clo.

Obliczenia zysków od nasłonecznienia wykonano dla następujących warunków klimatycznych: miejscowość Warszawa, szerokość geograficzna 52°20’, długość geograficzna 21°, przenikalność atmosfery 0,7, doba wymiarująca 15 lipca, maksymalna temperatura +31,2°C, minimalna temperatura –19,2°C, przegrody budowlane według wytycznych projektu architektonicznego, współczynniki „U” według wytycznych projektu instalacji c.o. i infiltracja w ilości 0,25 w/h.

Umeblowanie powierzchni biurowych przyjęto jako: powierzchnia umeblowana/powierzchnia podłogi 0,30, opór cieplny 0,08 m2K/W, pojemność cieplna 2,5 Wh/m2K, osłony przeciwsłoneczne – żaluzje wewnętrzne jasne, współczynnik osłony słonecznej 0,70. Dane wyjściowe dla układu chłodzenia i ogrzewania przyjęto dla temperatury obliczeniowej pomieszczeń +25°C dla lata oraz +20°C dla zimy. Obliczenia wykonano w programie TeknoSim.

Instalacje wentylacji i klimatyzacji

Wszystkie pomieszczenia w budynku wentylowane będą za pomocą wentylacji mechanicznej nawiewno-wywiewnej. Z powodu braku pomieszczeń technicznych (wentylatorni) na kondygnacji podziemnej centrale wentylacyjne wentylacji ogólnej umieszczone zostaną na dachu budynku. Wszystkie centrale wentylacyjne wyposażone zostaną w regeneracyjne wymienniki ciepła, jedynie centrala wentylacyjna obsługująca bufet wraz z zapleczem będzie miała krzyżowy wymiennik ciepła.

Centrale wykonane będą w wersji cichej, tj. ze zwiększoną izolacją wewnętrzną. Wszystkie centrale nawiewne wyposażone zostaną w nagrzewnice i chłodnice powietrza. Dwie z nich, obsługujące piętra biurowe (piętro 5. i 4.), wyposażone będą dodatkowo w sekcje nawilżania. Jest to konieczne, gdyż w okresie zimowym wilgotność powietrza w pomieszczeniu spada do ok. 15%, a przy pracy na komputerze przez ponad 4 godziny wymagane jest utrzymanie wilgotności powietrza powyżej 45%. 

Przyjęto generalną zasadę, że powietrze nawiewane będzie miało parametry powietrza wewnętrznego. Straty i zyski ciepła kompensować będą grzejniki i fan-coile sufitowe. Jednak z uwagi na ograniczone możliwości ich montażu w audytoriach zaprojektowano maksymalne dopuszczalne grzanie i chłodzenie powietrzem wentylacyjnym.

Z uwagi na okresowe wykorzystywanie niektórych pomieszczeń (sale audytoryjne) zostaną one wyposażone w niezależne systemy wentylacyjne. Zespoły te będą pracowały w trybie rekuperacji podczas przerw w wykorzystywaniu pomieszczeń. Pozwoli to na utrzymywanie w nich odpowiednich parametrów powietrza wewnętrznego przy ograniczeniu o 90% wydajności nagrzewnic i chłodnic wentylacyjnych (musi zostać zapewnione 10% powietrza świeżego, bez względu na to, czy sale są używane, czy nie).

W salach audytoryjnych zaprojektowano nawiew powietrza wentylacyjnego do przestrzeni podpodłogowej z zastosowaniem nawiewników podłogowych typu BDA 150 umieszczonych bezpośrednio pod fotelami. Kratki wyposażone będą w kosze, które pozwalają czyścić nawiewniki i umożliwiają regulację wydajności nawiewanego powietrza. Wywiew powietrza zużytego będzie się odbywał spod przestrzeni stropu podwieszonego.

W przypadku pozostałych pomieszczeń, w których zaprojektowano stropy podwieszane typu kasetonowego, nawiew odbywać się będzie poprzez kratki nawiewne z przepustnicami i podwójnym układem kierownic, przy wykorzystaniu skrzynek rozprężnych. Wywiew będzie się odbywał spod przestrzeni stropu podwieszonego wyposażonego w ażurowe elementy umożliwiające przepływ powietrza.

W kilku pomieszczeniach specjalnych o dużych zyskach ciepła od urządzeń technologicznych zaprojektowano dodatkowo układy chłodzenia typu split, całkowicie niezależne od pozostałych instalacji. Zastosowany w nich zostanie czynnik chłodniczy R407C. Skraplacze dla poszczególnych jednostek klimatyzacyjnych będą usytuowane na dachu budynku, a dwie jednostki w garażu. Z uwagi na szczególne wymagania akustyczne kanały wentylacyjne zaprojektowano z użyciem sztywnych płyt z włókien szklanych  pokrytych folią aluminiową Climaver A2 Black. 

Będą to kanały grubości 2,5 cm, mające – w zależności od pasma dźwięków – zdolność tłumienia od 5 do 20 dB na 1 mb. kanału. Ich zastosowanie nie wymaga montowania w instalacji wentylacyjnej tłumików akustycznych, nie jest konieczne także zastosowanie izolacji cieplnej. Natomiast kanały wentylacyjne prowadzone na dachu będą wykonane z blachy stalowej ocynkowanej i zaizolowane 5-centymetrową warstwą wełny mineralnej osłoniętej płaszczem z blachy stalowej ocynkowanej. Z takiej blachy wykonane będą również kanały wentylacji wywiewnej z garażu i nawiewnej do pomieszczeń technicznych w garażu oraz kanały wentylacji pożarowej (nawiew do klatek schodowych). 

Kanały wentylacyjne przechodzące przez pomieszczenia innej strefy pożarowej i nieobsługujące tych pomieszczeń zostaną zabezpieczone klapami pożarowymi o klasie EI 120 znajdującymi się w przegrodach oddzielenia pożarowego. Niektóre klapy nie mogą z przyczyn technicznych zostać zamontowane bezpośrednio w przegrodzie, w takich przypadkach kanał pomiędzy klapą a przegrodą będzie obudowany do klasy EI 120 płytami Conlit lub Promat.

Wyrzuty central wentylacyjnych znajdujących się na dachu są oddalone od attyki dachu o co najmniej 3 m. Z kolei wyrzuty z pomieszczeń w.c., palarni oraz garażu oddalone są od attyki o minimum 6 m, a od czerpni powietrza o przynajmniej 10 m.

Wentylacja ogólna

Dla powyższych założeń projektowych dobrano centrale nawiewno-wywiewne oraz wentylatory wyciągowe. Z uwagi na konieczność wydajnego odzyskiwania ciepła i chłodu wybrano centrale wentylacyjne Fenix z regeneracyjnym wymiennikiem o prostokątnym przekroju, który umożliwia odzysk ciepła dochodzący do 95% (wymienniki rotacyjne – do ok. 80%) w pełnym zakresie temperatur, jakie panują w naszej strefie klimatycznej. Ponadto osiągają one bardzo wysoki stopień odzysku chłodu z powietrza usuwanego. 

Dla wentylacji wyciągowych dobrano wentylatory wywiewne dachowe w wersji wyciszonej oraz wentylatory pożarowe. Wszystkie wentylatory dachowe zostaną wyposażone w firmowe oprzyrządowanie (podstawy dachowe, mocowania, płyty przyłączeniowe itp.). Dobrano też klapy pożarowe klasy EI 120 z siłownikami. Kierując się przyjętymi założeniami, dobrano 14 systemów wentylacyjnych wentylacji ogólnej o różnych wydajnościach. Dwa z nich, obsługujące pomieszczenia biurowe na 4. i 5. piętrze, wyposażono w sekcję nawilżania – dobrano do nich nawilżacze parowe, które usytuowano na dachu budynku w pobliżu centrali wentylacyjnej. 

Będą one osłonięte przed opadami atmosferycznymi i zabezpieczone kablami grzewczymi przed zamarznięciem wody. Także przewody doprowadzające wodę oraz parę i kondensat zostaną zabezpieczone kablami grzewczymi. Poza jedną, obsługującą bufet, wszystkie centrale wyposażone będą we wspomniane powyżej wysokosprawne wymienniki. 

Centrale wentylacyjne N1W1–N10W10 wyposażone będą w chłodnice z czynnikiem chłodzącym – 40-proc. roztworem glikolu o parametrach 7/12oC. Na dachu budynku w pobliżu central wentylacyjnych znajdować się będzie agregat chłodniczy chłodzony powietrzem, zasilający chłodnice central wentylacyjnych roztworem glikolowym wody chłodzącej. Centrale wentylacyjne od N11W11 do N14W14 ulokowane zostaną na drugiej połaci dachowej i obsługiwać będą cztery największe sale audytoryjne, wykorzystywane okresowo.

Wszystkie centrale będą dwubiegowe, co umożliwi w pewnych okresach (noce, dni świąteczne) ograniczenie ich wydajności do 50%, a powietrza recyrkulacyjnego do 90% (nie ma potrzeby dostarczania powietrza świeżego). Dlatego też centrale te wyposażono w chłodnice freonowe z niezależnymi jednostkami zewnętrznymi usytuowanymi w pobliżu na dachu. Umożliwi to zmniejszenie nakładów inwestycyjnych i eksploatacyjnych układów wentylacyjnych.