Wentylacja i klimatyzacja galerii handlowej

W ostatnich dziesięcioleciach w branży handlowej nastąpiła rewolucyjna zmiana. Miejsce tradycyjnych sklepów usytuowanych w pierzejach ulic zajęły wielkopowierzchniowe centra handlowe, w których poszczególne sklepy lokowane są wzdłuż wewnętrznych pasaży. Rozwój funkcjonalny galerii handlowych opisywany jest kategoriami generacji nowoczesnej powierzchni handlowej.

Pierwszą generację tworzą sklepy wielkopowierzchniowe, tj. hipermarket z małą galerią serwisowo-handlową, drugą – jeden lub kilka dużych obiektów handlowych (hipermarketów) z dwunawową galerią, a w obiektach trzeciej generacji znaleźć można strefę rozrywki (multikino, kręgielnię czy fitness klub). Kolejny etap rozwoju to rozbudowane obiekty, w których mieszczą się sale sportowe, przychodnie zdrowia, biura i hotele.

Galeria Sfera II w Bielsku-Białej to wielofunkcyjny budynek piątej generacji, łączący galerię handlową (120 lokali handlowych, gastronomicznych i usługowych), parking wielopoziomowy, hotel czterogwiazdkowy oraz apartamentowiec. Całość zajmuje blisko 100 tys. m². W piwnicach znajduje się dwukondygnacyjny parking podziemny oraz pomieszczenia techniczne. Galeria handlowa zajmuje parter oraz I i II piętro budynku. Natomiast na III, IV i V piętrze znajdują się mieszkania i apartamenty, hotel wraz z salami konferencyjnymi i restauracją, parkingi, a także dostępny dla mieszkańców park.

Instalacje wentylacyjne galerii handlowej

Do kształtowania parametrów powietrza w Sferze II zastosowano przede wszystkim:

• urządzenia centralne nawiewno-wywiewne z odzyskiem energii w wymienniku obrotowym, zmiennymi strumieniami powietrza i nagrzewnicami strefowymi oraz recyrkulacją powietrza wywiewanego stosowaną w czasie przerw w użytkowaniu pomieszczeń – obsługujące główny pasaż handlowy,
• urządzenia centralne nawiewno-wywiewne z odzyskiem energii, zmiennymi strumieniami powietrza, z wymiennikami strefowymi i wentylokonwektorami – dla strefy konsumpcyjnej (food court),
• urządzenia centralne nawiewno-wywiewne z odzyskiem energii, nagrzewnicami (bez chłodnic), zmiennymi strumieniami powietrza oraz recyrkulacją powietrza wywiewanego stosowaną w czasie przerw w użytkowaniu pomieszczeń, współpracujące z wentylokonwektorami – dla lokali handlowych,
• urządzenia centralne nawiewno-wywiewne z odzyskiem energii w wymienniku, z czynnikiem pośredniczącym, zmiennymi strumieniami powietrza realizujące uzdatnianie powietrza – dla pomieszczeń zaplecza techniczno-biurowego.

Pasaż handlowy

Do kształtowania parametrów powietrza w pasażu handlowym, będącym główną częścią galerii, zastosowano urządzenia centralne nawiewno-wywiewne z odzyskiem energii i zmiennymi strumieniami powietrza, z wymiennikami strefowymi oraz bez nich.Powietrze nawiewane jest do ciągów komunikacyjnych na poszczególnych poziomach z wykorzystaniem:

• indywidualnie zaprojektowanych nawiewników szczelinowych wkomponowanych w wystrój witryn sklepowych na parterze,
• szczelin nawiewnych na traktach komunikacyjnych pierwszego i drugiego piętra,
• dysz dalekiego zasięgu w części wejściowej hallu głównego.

Wywiew realizowany jest przez uzbrojone otwory wywiewne umieszczone pod dachem pasażu. Przykładowy schemat omawianych urządzeń wraz z koncepcją automatycznej regulacji i sterowania przedstawiono na rys. 1. Uzdatnianiem powietrza w centrali (odzysk energii, podgrzewanie, ochładzanie) steruje się za pomocą regulatora temperatury R_t, w funkcji temperatury w pasażu mierzonej czujnikami temperatur C_tp zlokalizowanymi na parterze i II piętrze oraz temperatury powietrza zewnętrznego mierzonej czujnikiem C_tz. Lokalizacja elementów nawiewnych przedstawiona jest na rys. 2. Zmniejszanie strumieni powietrza realizowane jest w funkcji przyrostu temperatury powietrza nawiewanego. Zastosowane presostaty Δp kontrolują pracę wentylatorów oraz stopień zabrudzenia filtrów.

Zmniejszanie strumieni powietrza wentylującego pozwala na ograniczenie zapotrzebowania na energię zarówno do jego uzdatniania, jak i transportu. Ponadto w urządzeniach ze zmiennymi strumieniami powietrza możliwe jest utrzymanie wymaganych parametrów powietrza w pomieszczeniach bez konieczności uzdatniania cieplnego powietrza wentylującego, w zakresie temperatur zewnętrznych od ok. –10 do 15°C, i asymilacja ciepła poprzez regulację strumieni powietrza nawiewanego. Stosowanie do odzysku energii urządzeń ze zmiennym strumieniem powietrza i zmienną sprawnością temperaturową wymienników zapewnia maksymalne wykorzystanie parametrów powietrza zewnętrznego do kształtowania temperatury powietrza nawiewanego.

Restauracje i oranżeria

Parametry powietrza w funkcji temperatury zewnętrznej dla wydzielonej części konsumpcyjnej pasażu oraz oranżerii na II piętrze kształtują urządzenia centralne nawiewno-wywiewne (z odzyskiem energii i zmiennymi strumieniami powietrza, z wymiennikami strefowymi) współpracujące z wentylokonwektorami. Nawiew powietrza z urządzeń centralnych odbywa się poprzez szczeliny nawiewne oraz dysze dalekiego zasięgu, wkomponowane w drewniany sufit z egzotycznego drewna okume.

Wywiew powietrza realizowany jest z górnej części II piętra (poziom +15 m) oraz z przestrzeni międzystropowej. Strumienie powietrza wentylującego zależą od chwilowego obciążenia cieplnego, a ich wartość od różnicy temperatur pomiędzy powietrzem nawiewanym i wywiewanym. Do współpracy z instalacją centralną obsługującą restauracje (ogród zimowy), ze względu na skomplikowaną aranżację architektoniczną oraz specyficzną roślinność, przewidziano nawiewniki wyporowe zasilane wentylokonwektorami czterorurowymi umieszczonymi pod stropem I piętra (poziom +8 m), w obrębie sztucznego koryta strumyka – rys. 3.

Pracą wentylokonwektorów, włączanych przy najwyższych i najniższych zyskach ciepła w obrębie ogrodu zimowego, sterują indywidualne układy automatycznej regulacji, w które wyposażone są te urządzenia. Powietrze nawiewane jest przez nawiewniki wyporowe o specjalnej konstrukcji, które wkomponowane zostały w wystrój donic oraz siedziska znajdujące się w centralnej części oranżerii (rys. 4). Urządzenia te sterowane są indywidualnie, podgląd stanu ich pracy oraz poszczególnych parametrów możliwy jest w systemie BMS budynku. Czujniki temperatury umieszczone zostały w pomieszczeniu oraz w poszczególnych nawiewnikach wyporowych.

Działanie wentylacji mechanicznej jest tu wspierane przez naturalne zjawisko konwekcji, co zwiększa jej efektywność. W układzie wentylacji od dołu ku górze nawiewane jest powietrze o temperaturze zbliżonej do temperatury strefy przebywania. Maksymalna różnica temperatury powietrza w strefie przebywania ludzi i powietrza nawiewanego przez każdy nawiewnik wyporowy nie przekracza 2–3 K. W strefie tej następuje przyrost temperatury od poziomu stóp do głowy – każda osoba oddaje do otoczenia ciepło oraz parę wodną. W efekcie powstają konwekcyjne prądy powietrza wznoszące się wzdłuż ciała człowieka ku górze z prędkością 0,1–0,2 m/s.

Różnica temperatur pomiędzy powietrzem wewnętrznym a nawiewanym jest mała, dlatego strugi powietrza omywającego strefę przebywania ludzi są stabilne. Część powietrza wentylującego przewietrza strefę przebywania ludzi i przepływa do otworów wywiewnych usytuowanych pod świetlikiem, a część zasysana jest przez wentylokonwektory zlokalizowane pod stropem I piętra i nawiewana na II piętro.

Pomieszczenia handlowe

Do obsługi lokali handlowych zaprojektowano urządzenia centralne nawiewno-wywiewne z odzyskiem energii, nagrzewnicami i recyrkulacją stosowaną podczas przerw w użytkowaniu pomieszczeń, współpracujące z wentylokonwektorami uzdatniającymi powietrze obiegowe. Zadaniem urządzeń centralnych jest dostawa uzdatnionego powietrza zewnętrznego do wszystkich sklepów. W okresie zimowym powietrze zewnętrzne jest podgrzewane, a latem może być nieznacznie ochładzane w wymienniku służącym do odzysku energii.

Powietrze nawiewane przez urządzenia centralne w czasie użytkowania pomieszczeń handlowych jest uzdatnionym powietrzem zewnętrznym spełniającym wymagania higieniczne. Podczas przerw w użytkowaniu pomieszczeń przewidziano częściową recyrkulację powietrza wywiewanego. Takie rozwiązanie powoduje, że zdolności asymilacyjne powietrza zewnętrznego wykorzystywane są tylko w niewielkim stopniu do kształtowania temperatury powietrza w pomieszczeniach.

W czasie eksploatacji wszystkich pomieszczeń handlowych przez cały rok ich bilanse cieplne są dodatnie i wymagają asymilacji przez powietrze wentylujące. Zatem podczas użytkowania pomieszczeń przez cały rok w indywidualnych urządzeniach wewnętrznych (wentylokonwektorach) musi istnieć możliwość ochładzania powietrza uzdatnianego (obiegowego). Temperaturę powietrza w pomieszczeniach handlowych kształtują wentylokonwektory czterorurowe, w których uzdatniane jest powietrze obiegowe. W każdym pomieszczeniu wentylokonwektory sterowane są za pomocą indywidualnych sterowników.

Instalacje wentylacji pożarowej

Zgodnie z wymaganiami operatu ochrony przeciwpożarowej i symulacji komputerowej rozwoju pożaru i rozprzestrzeniania się dymu w galerii handlowej zastosowano:

• instalację mechanicznej wentylacji oddymiającej z podziałem kurtynami na strefy dymowe i dopływem powietrza uzupełniającego przez drzwi otwierane automatycznie,
• instalację mechanicznej wentylacji oddymiającej dla czterech sklepów o powierzchni kondygnacji przekraczającej 900 m² z podziałem kurtynami na strefy dymowe poszczególnych kondygnacji,
• wydzielone pożarowo klatki schodowe oraz szyby windowe z układem zapobiegającym zadymieniu poprzez wytwarzane w nich nadciśnienie.

Pasaż podzielony został na cztery strefy dymowe o powierzchni do 2500 m². Wydajność instalacji oddymiającej wynosi dla każdej z tych stref 350 000 m³/h. Wszystkie sklepy o powierzchniach mniejszych niż 900 m² przyległe do pasażu oddymiane są za pomocą instalacji oddymiającej zlokalizowanej w pasażu, w strefie dymowej objętej pożarem.

Powierzchnia punktów wyciągowych zapewnia nie większą prędkość wlotową powietrza usuwanego niż 10 m/s. Dolną krawędź punktów wyciągowych w pasażach i świetlikach w strefach dymowych umieszczono na wysokości 13,5 m od posadzki. Do transportu powietrza zastosowano wentylatory oddymiające dachowe, odporne na temperaturę 200°C przez 120 min.

Powietrze wywiewane jest kanałami o szczelności ogniowej E 60. Napływ powietrza zewnętrznego (uzupełniającego podczas oddymiania) do pasaży zapewniono za pomocą drzwi wejściowych do budynku, które w trakcie oddymiania powinny zostać automatycznie otwarte, równocześnie z uruchomieniem wentylacji pożarowej. Ponadto system wentylacji pożarowej obejmuje indywidualny wyciąg dymu w każdym z czterech sklepów wielkopowierzchniowych (o powierzchni ponad 900 m2 na jednej kondygnacji), którego wydajność wynosi 50 000 m³/h. W pomieszczeniach oddymianych mechanicznie przewidziano napływ powietrza kompensującego z pasaży.

Zapobieganie zadymieniu wybranych klatek schodowych oraz szybów windowych przy klatkach w budynku zaprojektowano w systemie klasy E, przewidzianym dla środków ewakuacji przez ewakuację stopniową zgodnie z PN-EN 12101-6. System różnicowania ciśnienia umożliwia utrzymanie bezpiecznych warunków w przestrzeniach chronionych. Dotyczy to minimalnych wartości różnicy ciśnień po obu stronach zamkniętych drzwi między przestrzenią o podwyższonym ciśnieniu a powierzchnią użytkową na kondygnacji objętej pożarem, która wynosi:

• +50 Pa dla klatek schodowych i szybów windowych,
• +20 Pa dla przedsionków.

Ponadto prędkość przepływu powietrza przez otwór drzwiowy między przestrzenią o podwyższonym ciśnieniu a powierzchnią użytkową na kondygnacji objętej pożarem powinna być nie mniejsza niż 0,75 m/s.

W omawianym obiekcie przewidziano instalacje zapobiegające zadymieniu w dwunastu klatkach schodowych oraz dwóch szybach windowych wchodzących w skład kubatury klatek sąsiadujących. Ze względu na to, że klatki schodowe łączą strefy garażu, galerii, hotelu oraz mieszkań, przewidziano zmienną wydajność wentylatorów nawiewnych w celu utrzymania wymaganych parametrów w klatkach schodowych oraz szybach windowych (nadciśnienia i prędkości wypływu w otworach). Zmiana prędkości obrotowych wentylatorów wywołana będzie przez przetwornice częstotliwości sterowane czujnikami ciśnienia. Czujniki te zaprojektowano na każdej kondygnacji. Sterowanie pracą wentylatorów dotyczyć będzie wartości średniej.

Do przedsionków znajdujących się w garażach powietrze będzie napływać z klatek schodowych przez klapy transferowe (po jednej w każdym przedsionku) zamontowane w przegrodzie rozdzielającej pomieszczenia.

Podsumowanie

Do kształtowania parametrów powietrza w Galerii Sfera II zastosowano urządzenia centralne, w tym także współpracujące z wentylokonwektorami. O wyborze takiego systemu wentylacji zdecydowało całoroczne użytkowanie pomieszczeń wentylowanych. Stosując rozbudowane urządzenia centralne, w tym z dwustopniowym uzdatnianiem, można zapewnić w obsługiwanych pomieszczeniach wymagane parametry powietrza, jednakże przy ich realizacji pojawia się wiele trudności związanych z racjonalnym (energooszczędnym) uzdatnianiem i transportem powietrza wentylującego.

Systemy powietrzne stosowane w nowo projektowanych obiektach są rozbudowane i wyposażone w wiele elementów regulacyjnych, które zapewniają ich prawidłowe i energooszczędne działanie przy zmiennych warunkach zewnętrznych  i wewnętrznych. Układy sterowania i regulacji rozbudowanych urządzeń wentylacyjnych (z indywidualnym drugim stopniem uzdatniania) są również skomplikowane i wymagają dużych umiejętności ze strony osób eksploatujących i serwisujących urządzenia.

Nie ulega wątpliwości, że sterowanie i regulacja wentylacji ma bardzo istotny wpływ na utrzymanie założonej temperatury w pomieszczeniach przy jednoczesnym zachowaniu minimalnych kosztów uzdatniania i transportu powietrza wentylującego.

Literatura

1. Hendel I., Sfera II Bielsko-Biała, „Archivolta” nr 1/2011.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!