Wentylatory – wymagania i oczekiwania dotyczące efektywności

Wymagania wobec wentylatorów, które mogą być wprowadzane na rynek Unii Europejskiej, określa dyrektywa 2009/125/WE [1]. Szczegółowe wymagania sformułowane są w rozporządzeniach (tab. 1). Unijne rozporządzenia stawiają konkretne zalecenia zarówno w stosunku do silników wentylatorów, jak i samych urządzeń. Należy zwrócić uwagę, że:

• wymagania unijne co do zasady będą zaostrzane. Najbliższa zmiana kryteriów czeka „systemy wentylacyjne” – od 2018 roku. Komisja Europejska przewiduje także wyższe wymagania dla silników. Ponieważ nie ma konkretnych propozycji nowelizacji odpowiedniego rozporządzenia, mało prawdopodobne, by zmiany weszły w życie w 2018;

• to, co branża wentylacyjna nazywa „wentylatorem”, w ujęciu prawa unijnego może być zarówno „wentylatorem”, jak i „systemem wentylacyjnym”.

Najważniejsze silniki?

Wentylator jako całe urządzenie musi spełniać określone kryteria, jednak ich podstawą jest stosowanie odpowiednich silników. Rozporządzenie 640/2011/WE [2], obowiązujące od 2011 roku, stopniowo rozszerza katalog urządzeń, które muszą mieć odpowiednią klasę sprawności IE. Klasy IE (International Efficiency) zdefiniowane zostały w normie IEC 60034-30-1 [5]. Minimalne sprawności w danej klasie zależą od częstotliwości napięcia zasilania, liczby biegunów i mocy silnika, natomiast nie zależą od technologii wykonania.

Kolejna ewolucja wymagań nastąpiła wraz z początkiem 2017. 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) – IE2 (High Efficiency).

Warto podkreślić, że choć nie jest jeszcze znany harmonogram dalszych obostrzeń, po przeglądzie prawa dokonanym w 2014 roku Komisja Europejska zamierza objąć wymaganiami rozporządzenia wykluczone z niego dotychczas silniki przeznaczone do eksploatacji wyłącznie w przestrzeniach zagrożonych wybuchem zgodnie z definicją z dyrektywy 94/9/WE [6] oraz silniki hamujące.

Nastąpi też dalsze poszerzanie grup urządzeń, do których stosuje się ostrzejsze wymagania – małe silniki o mocy 120–750 W miałyby mieć klasę co najmniej IE2, a duże silniki o mocy 375–1000 kW i napięciu znamionowym do 1000 V - klasę IE3 (nie byłoby już możliwe stosowanie urządzeń klasy IE2 z regulatorem).

Można ostrożnie szacować, że od podania szczegółów zmian do ich wprowadzenia mija co najmniej 1,5 roku, więc w zakładanym przez KE 2018 roku raczej nie należy oczekiwać nowych regulacji. Warto jednak mieć na uwadze szczególnie wymóg dotyczący rozwiązań w wykonaniu przeciwwybuchowym.

Wentylator czy system wentylacyjny

W świetle przepisów nie jest to wcale oczywiste. Śledząc definicje wentylatorów i systemów wentylacyjnych z dyrektywy i rozporządzeń, można sformułować wskazówkę praktyczną.

Wentylatory, które mają obudowę (housing) wokół wirnika – wliczają się do niej również takie elementy, jak kierownice powietrza oraz króćce wlotowe i wylotowe oraz dyfuzor, natomiast wszystkie elementy demontowane na czas pomiarów już się do tej obudowy nie wliczają (np. siatka ochronna) – podlegają rozporządzeniu 327/2011 (dla wentylatorów).

Wentylatory o dodatkowej obudowie (casing) – w praktyce przede wszystkim wentylatory dachowe i box units – podlegają rozporządzeniu 1253/2014 [4] (dla systemów wentylacyjnych).

Wymagania dla wentylatorów

Dyrektywa definiuje wentylator jako urządzenie składające się z dyszy, wirnika i silnika, jak również wszelkich elementów sterujących. Pasują tu typowe wentylatory promieniowe lub osiowe, które muszą spełniać warunek sprawności minimalnej. Sprawność wentylatora (η_sw) jest funkcją mocy wentylatora i wynosi

• 6,2% · ln(P) + 35% dla P ≤ 30 kW;

• 56,1% dla P > 30 kW.

Jak pokazuje tab. 2, wymagana sprawność minimalna różni się w zależności od typu wirnika i sposobu montowania (wentylatory promieniowe czy osiowe, łopatki zakrzywione do przodu czy do tyłu i tak dalej). Widać m.in., że wysoką sprawność muszą mieć urządzenia z łopatkami zakrzywionymi do tyłu.

Z wymagań rozporządzenia wyłączone są wentylatory do zastosowań specjalnych:

• oddymiające jednobiegowe przeznaczone wyłącznie do tego celu (uwaga: Jeśli tego typu wentylator pracuje jako dwufunkcyjny, tj. do wentylacji bytowej i krótkiego oddymiania w warunkach pożarowych, musi spełnić wymagania ekoprojektu obniżone o 5%);

• przeciwwybuchowe i chemoodporne;

• wysokotemperaturowe do przetłaczania powietrza o temperaturze powyżej 100°C;

• obsługiwane w temperaturze otoczenia powyżej 65°C.

Wymagane wartości obowiązują od 1 stycznia 2015 i nie jest na razie planowane zaostrzenie przepisów. Urządzenia, które nie spełniają określonych w rozporządzeniu wymagań, nie mogą już być wprowadzane na rynek na terenie UE. Jak podkreślają producenci, wentylatory z silnikami elektronicznie komutowanymi (EC) spełniają wymagania ekoprojektu.

W kanale lub na dachu: systemy

W odniesieniu do wentylatorów dachowych i kanałowych obowiązują wymagania dla urządzeń wentylacyjnych – sprawność minimalna i wyposażenie urządzenia przynajmniej w kilkustopniowy regulator wydajności (trzy biegi + wyłączenie lub regulator płynny – może być zewnętrzny).

Wymagania dla systemów różnią się w zależności od tego, do jakich celów są one przeznaczone (tab. 3). System przeznaczony do budynku mieszkalnego musi mieć etykietę energetyczną (wentylatory jako systemy pozbawione odzysku ciepła będą miały wyraźnie niższą klasę efektywności energetycznej niż np. centrale).

System wentylacyjny do stosowania w budynkach niemieszkalnych musi osiągać odpowiednią wartość współczynnika wewnętrznej jednostkowej mocy wentylatora JMWint (SFP) dla układu części wewnętrznych pełniących funkcję wentylacji. Wentylatory te muszą być wyposażone w napęd wielobiegowy (co najmniej 3+0) lub układ płynnej regulacji prędkości obrotowej (np. falownik).

Wymogi rozporządzenia nie dotyczą m.in.:

• urządzeń o poborze mocy mniejszym niż 30 W (na strumień powietrza);

• urządzeń pracujących w temperaturze strumienia powietrza lub otoczenia silnika < –40°C;

• urządzeń, dla których napięcie zasilania przekracza 1000 V AC lub 1500 V DC;

• wentylatorów pracujących w warunkach toksycznych, wysokiej korozyjności lub narażenia na substancje ścierne;

• wentylatorów do okapów kuchennych;

• urządzeń oddymiających, przeciwwybuchowych i chemoodpornych.

Polskie wymagania

Krajowe wymogi dotyczące wentylatorów zostały ustanowione w 2013 r. w nowelizacji (DzU 2013, poz. 926) rozporządzenia w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [7].

Ustawodawca zastosował inne podejście, uzależniając moc właściwą wentylatora od funkcji (nawiewny/wywiewny) i rodzaju instalacji oraz zastosowanych w niej elementów:

• wentylacja mechaniczna wywiewna, nawiewno-wywiewna i hybrydowa powinna mieć wentylatory o regulowanej wydajności (§ 148.5), przy czym nie jest określone, w jaki sposób należy tę regulację realizować;

• moc właściwa wentylatorów w instalacjach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych nie może przekraczać podanych wartości maksymalnych (§ 154.10 – tab. 4), przy czym wartości te zależą od rodzaju instalacji, w której wentylator jest stosowany, a także mogą być zwiększone o 0,3 kW/(m³ s) w przypadku występowania w instalacji elementów takich, jak:

  • dodatkowy stopień filtracji powietrza,

  • filtry do usuwania gazowych zanieczyszczeń powietrza czy urządzenie do odzysku ciepła o sprawności temperaturowej większej niż 90%, oraz o 0,6 kW/(m³ s) w przypadku zastosowania dodatkowego stopnia filtracji powietrza z filtrami klasy H10 i wyższej (nie ma jeszcze odniesienia do nowej klasyfikacji filtrów).

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. PN-EN 60034-30-1:2014-11 Maszyny elektryczne wirujące. Część 30-1: Klasy sprawności silników prądu przemiennego bezpośrednio zasilanych z sieci (Kod IE).

6. Dyrektywa 94/9/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 23 marca 1994 r. w sprawie zbliżenia ustawodawstw Państw Członkowskich dotyczących urządzeń i systemów ochronnych przeznaczonych do użytku w przestrzeniach zagrożonych wybuchem (Dz.Urz. UE L 100).

7. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75/2002, poz. 690, z późn. zm.).