Wentylatory – wymagania i oczekiwania dotyczące efektywności energetycznej

Wymagania dotyczące wentylatorów, które mogą być wprowadzane na rynek Unii Europejskiej, określa dyrektywa 2009/125/WE [1], a szczegółowe zalecenia sformułowane zostały w rozporządzeniach z 2009, 2011 i 2014 roku [2–4]. Wentylator jako urządzenie musi spełniać określone kryteria, jednak zasadniczą rolę odgrywa w nim odpowiedni silnik.

Regulacje obejmują wentylatory napędzane silnikiem elektrycznym o poborze mocy od 125 W do 500 kW. W 2011 roku szacowano, że łączna wielkość zużycia energii elektrycznej w UE przez wentylatory napędzane silnikiem elektrycznym o tej mocy wyniesie 344 TWh rocznie i gdyby nie zostały wprowadzone przepisy dotyczące ich efektywniejszej pracy, to w 2020 roku urządzenia te zużywałyby aż 560 TWh. Nowe wymagania energetyczne dawały szansę na zaoszczędzenie w UE każdego roku 34 TWh, co odpowiadało redukcji emisji o 16 Mt CO₂.

Obecnie na rynek trafiają wentylatory energooszczędne, ale w wielu instalacjach pracują jeszcze te mniej efektywne. A liczy się każda zaoszczędzona kWh – aby uniknąć skutków drożejącej energii, ale też zapewnić stabilną pracę systemów energetycznych. Wentylatory to urządzenia używane powszechnie i wynik wielu działań da duży efekt skali. Dlatego na wymianie starych wentylatorów na nowe, efektywniejsze skupia się obecnie uwaga w UE.

Podstawą spełnienia wymogów dotyczących energooszczędności jest stosowanie odpowiednich silników. Od 2017 roku wszystkie silniki o mocach od 0,75 do 375 kW muszą mieć klasę sprawności energetycznej IE3 (Premium Efficiency) albo – jeśli są wyposażone w bezstopniowy regulator prędkości (np. falownik) – klasę IE2 (High Efficiency). Na razie nie jest dostępne rozwiązanie mające większy wpływ na efektywność energetyczną urządzenia elektrycznego niż silnik elektronicznie komutowany (EC) z napędem bezpośrednim. Pewne możliwości redukcji zużywanej energii dają jednak systemy zarządzania budynkami i instalacjami.

Efektywność pracy wentylatorów zależy także od konstrukcji wirników. W ulepszaniu charakterystyki aerodynamicznej tych urządzeń wciąż upatruje się dużego potencjału, ale jeśli poprawimy jakiś parametr o kilkadziesiąt procent, trudno później o kolejne innowacje pozwalające osiągnąć tak duże oszczędności energii. Dążymy ponadto do korzystania docelowo z energii odnawialnej i z czasem kwestie emisji będą miały coraz mniejsze znaczenie, liczyć się będą przede wszystkim koszty eksploatacji i żywotność urządzeń oraz serwis i dostęp do części zamiennych.

Wiedza administratorów i zarządców budynków na temat wentylacji i wentylatorach będzie szybko rosnąć, m.in. z powodu wzrostu cen energii elektrycznej i zmian w taryfach. Rysują się dwa główne kierunki działań – pozyskiwanie na potrzeby wentylacji części energii elektrycznej z własnych instalacji fotowoltaicznych i/lub wiatrowych oraz wymiana wentylatorów na bardziej efektywne. To obszar, który powinni zagospodarować audytorzy energetyczni. Działające instalacje, nawet jeśli wyposażono je w solidne, niezawodne urządzenia, mogą odstawać od współczesnych standardów i wymagań w zakresie efektywności i energooszczędności, regulacji oraz adaptacji do zmiennych warunków pracy. Właściciele obiektów z takimi instalacjami, często w wyniku przeprowadzonego audytu energetycznego, poszukują rozwiązań, dzięki którym będzie można w prosty, stosunkowo szybki i relatywnie tani sposób zmodernizować istniejące wyposażenie techniczne budynku. Modernizacje instalacji pozwalają zaoszczędzić średnio 25–30% energii, czasem nawet 50–60% [5]. Oprócz wymiany na wentylatory bardziej efektywne energetycznie i z płynną regulacją stosuje się także zamianę dużych urządzeń na baterie mniejszych. Ich skuteczną pracę zapewniają inteligentne technologie regulacji i sterowania, gwarantujące komfort temperaturowy oraz odpowiednią jakość powietrza wewnętrznego.

Trzecim kierunkiem rozwoju tych urządzeń jest redukcja hałasu. W mieszkaniach i biurach oczekujemy komfortu akustycznego i aspekt ten ma duże znaczenie przy wymianie wentylatorów – nowe urządzenia mogą się bardzo korzystnie różnić pod tym względem od swoich poprzedników. Co więcej, zastosowanie cichych wentylatorów w modernizowanej instalacji może spowodować brak konieczności stosowania tłumików, co wpływa także na efekty energetyczne, gdyż maleją opory przepływu.

Może Cię zainteresuje: Czym różnią się wentylatory osiowe i promieniowe?

Niemcy dotują wymianę wentylatorów

Robert Habeck, federalny minister gospodarki i ochrony klimatu, po wybuchu wojny wspiera różne kampanie na rzecz oszczędzania energii, m.in. dotyczącą wymiany wentylatorów. Apelował do społeczeństwa o oszczędzanie energii i wskazywał, jak wiele można osiągnąć dzięki wspólnym, powszechnym działaniom, by zadbać o klimat i środowisko, a jednocześnie zmniejszyć zależność od importu nośników energii (gazu i ropy) oraz obniżyć koszty. Niemcy szacują, że ok. 70% wszystkich aktualnie eksploatowanych w ich kraju systemów wentylacyjnych zostało zainstalowanych przed 1989 rokiem i nie były one modernizowane.

Przestarzałe wentylatory należą do głównych przyczyn nadmiernego zużycia energii w istniejących systemach HVAC w budynkach niemieszkalnych. Niemieckie dane pochodzące z obowiązkowych kontroli systemów klimatyzacyjnych powyżej 12 kW wskazują, że wymiana nieefektywnych wentylatorów sugerowana jest przez osoby sprawdzające stan techniczny budynków w ponad 50% przypadków. A stwierdzone podczas kontroli central średnie sprawności wentylatorów wynoszą mniej niż 40% i w większości są to urządzenia zainstalowane przed 1989 r. Nowe wentylatory łatwo osiągają sprawności na poziomie 70%. Zatem na samej wymianie wentylatorów w instalacjach klimatyzacyjnych podlegających obowiązkowej kontroli energetycznej można zaoszczędzić do 20,4 TWh ciepła i do 12,5 TWh energii elektrycznej, co rocznie daje ekwiwalent emisji w wysokości ok. 13 mln ton CO₂.

Szacunki niemieckie wskazują, że wentylator stanowi maksymalnie 3% kosztów inwestycyjnych systemu HVAC, a jego udział w kosztach eksploatacyjnych to maks. 70%. Okres amortyzacji wymiany wentylatora wynosi zatem średnio od 2 do 5 lat, w zależności od systemu i budynku.

Państwo świadome korzyści wzmacnia proces wymiany urządzeń, oferując programy finansowania publicznego, w tym remontów budynków niemieszkalnych czy wysokosprawnych technologii (np. program BAFA). Atrakcyjne modele finansowania modernizacji systemów HVAC oferują w Niemczech także podmioty typu ESCO (a w Polsce m.in. KAPE). Dostępne są też powszechnie arkusze kalkulacyjne służące do obliczania okresu amortyzacji kosztów w przypadku wymiany urządzeń [6]. Prowadzona jest również akcja popularyzacji przykładów najlepszych praktyk w najróżniejszych rodzajach budynków niemieszkalnych – począwszy od rolnictwa i hodowli, po stacje kolejowe i hotele.

Niemieckie centra handlowe powstawały wcześniej niż polskie, wiele z nich w latach 80–90. Po 30 latach eksploatacji systemów wentylacyjnych ich niektóre elementy, a zwłaszcza wentylatory, osiągają granice żywotności. Wymiana central i wentylatorów to szansa na o połowę niższe zużycie przez nie energii. Wyraźny jest również wspomniany wcześniej trend polegający na odchodzeniu od dużych wentylatorów podczas modernizacji systemów HVAC na rzecz baterii mniejszych jednostek, np. zamiana wentylatora 40 kW z przepływem ponad 120 tys. m³/h na 16 mniejszych urządzeń. To także duże ułatwienie logistyczne i montażowe w funkcjonującym budynku. Nawet jeśli jeden ulegnie awarii, pozostałe wentylatory kompensują jego brak, dostosowując swoją prędkość i wydajność. A jest to możliwe dzięki nowoczesnemu sterowaniu z adresowaniem urządzeń. Ponadto nowe wentylatory mają funkcje wykrywania rezonansu, czyli identyfikacji wibracji, co pozwala unikać hałasu i uszkodzeń łożysk.

Kontrola systemów HVAC

W Polsce, podobnie jak w całej UE, zasady kontroli systemów ogrzewania i klimatyzacji w budynkach zostały oparte na przepisach dyrektywy w sprawie charakterystyki energetycznej budynków i określone w ustawie z dnia 29 sierpnia 2014 r. o charakterystyce energetycznej budynków [7]. Właściciel lub zarządca budynku poddaje budynki w trakcie ich użytkowania okresowej kontroli w zakresie systemu ogrzewania lub systemu klimatyzacji, polegającej na:

1. sprawdzeniu stanu technicznego systemu ogrzewania, z uwzględnieniem efektywności energetycznej źródeł ciepła oraz dostosowania ich mocy do potrzeb użytkowych – co najmniej raz na 3 lata połączonego systemu ogrzewania i wentylacji o sumarycznej nominalnej mocy cieplnej większej niż 70 kW;

2. ocenie efektywności energetycznej, co najmniej raz na 5 lat: a) dostępnych części systemu klimatyzacji o nominalnej mocy chłodniczej większej niż 12 kW, b) połączonego systemu klimatyzacji i wentylacji o sumarycznej nominalnej mocy chłodniczej większej niż 70 kW.

Obowiązkowi okresowych przeglądów systemów ogrzewania i klimatyzacji nie podlegają budynki, w których zastosowano inteligentne systemy automatyki i sterowania. Systemy te powinny monitorować, rejestrować i analizować zużycie energii. Powinny także monitorować efektywność energetyczną budynku, określając sprawność i informując osoby odpowiedzialne za obiekt w przypadku wykrycia usterek lub konieczności wykonania przeglądu, oraz zapewnić optymalne zarządzanie infrastrukturą techniczną budynku i integrację zamontowanych w nim instalacji.

Baza EPREL

Każdy produkt wymagający etykiety energetycznej przed wprowadzeniem do sprzedaży musi zostać zarejestrowany w bazie danych EPREL [10] (ang. European Product Registry for Energy Labelling). Obowiązek ten dotyczy także producentów wentylatorów oraz importerów lub upoważnionych przedstawicieli producenta spoza Unii Europejskiej mających siedzibę w UE. Pierwszym krokiem jest zapisanie swojej firmy w bazie danych EPREL, czyli utworzenie „nowej organizacji dostawcy” W tym celu należy wcześniej założyć konto EU Login. Konto to zapewnia również dostęp do wytycznych dotyczących rejestracji w bazie danych EPREL. Firmy oferujące produkty na sprzedaż przez internet lub na odległość również mają obowiązek podawania informacji na etykiecie energetycznej.

Literatura

1. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE z dnia 21 października 2009 r. ustanawiająca ogólne zasady ustalania wymogów dotyczących ekoprojektu dla produktów związanych z energią (Dz.Urz. UE L 285/10)

2. Rozporządzenie Komisji (WE) nr 640/2009 z dnia 22 lipca 2009 r. w sprawie wykonania dyrektywy 2005/32/WE PE i Rady w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla silników elektrycznych (Dz.Urz. UE L 191/26)

3. Rozporządzenie Komisji (UE) nr 327/2011 z dnia 30 marca 2011 r. w sprawie wykonania dyrektywy PE i Rady 2009/125/WE w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla wentylatorów napędzanych silnikiem elektrycznym o poborze mocy od 125 W do 500 kW (Dz.Urz. UE L 90/8)

4. Rozporządzenie Komisji (UE) 1253/2014 z dnia 7 lipca 2014 r. w sprawie wykonania dyrektywy PE i Rady 2009/125/WE w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla systemów wentylacyjnych (Dz.Urz. UE L 337/8)

5. ebm-papst, Ventilation Retrofit. Product range and reference cases, https://ebmpapst.se/sv/dat/media_manager/news/922/news-files/Ventilationsbroschyr_EN_2019_uppslag.pdf (dostęp: 22.02.2022)

6. www.ventilatorentausch.de (dostęp: 22.02.2022)

7. https://www.gov.pl/web/rozwoj-technologia/okresowe-kontrole-systemu-ogrzewania-i-systemu-klimatyzacji-w-budynkach (dostęp: 22.02.2022)

8. www.energiefoerderung.info (dostęp: 22.02.2022)

9. www.deutschland-machts-effizienz.de (dostęp: 22.02.2022)

10. https://europa.eu/youreurope/business/product-requirements/labels-markings/energy-labels/index_pl.htm (dostęp: 22.02.2022)

11. Ryńska Joanna, Wentylatory w urządzeniach HVACR – rozwiązania i kierunki rozwoju, „Rynek Instalacyjny” 4/2020, rynekinstalacyjny.pl

12. Ryńska Joanna, Wentylatory – wymagania i oczekiwania dotyczące efektywności, „Rynek Instalacyjny” 3/2017, rynekinstalacyjny.pl

13. Materiały firm: ebm-papst, FläktGroup, Nicotra, Rosenberg, Ziehl-Abegg