Ochrona przed kondensacją w systemach aktywnych

Ochrona przed kondensacją w systemach aktywnych

KLIMATYZACJA – INSTALACJE
Ochrona przed kondensacją w systemach
aktywnych belek chłodzących
Witold LEVEN*), Andrzej ODYJAS**), Poznañ
Systemy klimatyzacyjne z zastosowaniem belek ch³odz¹cych staj¹ siê
w Polsce coraz bardziej popularnym
rozwi¹zaniem, szczególnie w pomieszczeniach biurowych.
Nowoczesne biurowce budowane
s¹ w wariancie open space. Takie rozwi¹zanie ma bardzo du¿¹ elastycznoœæ
zagospodarowania powierzchni przez
najemców z równoczesnym zachowaniem zasady pe³nej indywidualnej
regulacji temperatury w poszczególnych pomieszczeniach. W³aœnie do
takich warunków rozwi¹zania klimatyzacji nadaj¹ siê najbardziej belki
ch³odz¹ce.
System klimatyzacji z zastosowaniem
belek sufitowych ma bardzo wiele zalet,
a w tym m.in.:
• pełna i dowolna indywidualna regulacja
temperatury,
• bardzo cicha praca urządzeń,
• bardzo niskie koszty serwisowania.
Planuj¹c i projektuj¹c taki system trzeba jednak pamiêtaæ o jednym z wa¿nych
aspektów jakim jest ochrona systemu
nawiewu powietrza przed kondensacj¹.
*) Mgr in¿. Witold LEVEN – Swegon Polska
nicê w centrali klimatyzacyjnej, gdzie
podlega och³odzeniu do wymaganej
temperatury nawiewu i osuszaniu. Temperatura nawiewu powietrza najczêœciej
regulowana jest w funkcji temperatury
powietrza wywiewanego, tak by nie
dopuœciæ do przech³odzenia powietrza w
pomieszczeniach. Osuszanie w centrali
przebiega samoistnie w sposób ci¹g³y
(niska temperatura powierzchni ch³odnicy). W niektórych przypadkach jest
ono jednak niewystarczaj¹ce i wymaga stosowania dodatkowych zabiegów
pozwalaj¹cych na kontrolê wilgotnoœci
powietrza w sposób pozwalaj¹cy na
zabezpieczenie systemu przed kondensacj¹. Funkcja osuszania powietrza
na ch³odnicy centrali klimatyzacyjnej
powinna byæ zawsze uwzglêdniona
w systemach z zastosowaniem belek
ch³odz¹cych.
Do podstawowych metod zabezpieczania systemów aktywnych belek
ch³odz¹cych przed kondensacj¹ (oprócz
osuszania na ch³odnicy centrali) nale¿¹
m.in. :
• montaż czujników punktu rosy w pomieszczeniach,
• montaż czujników punktu rosy bezpośrednio w belkach sufitowych,
• zmiana temperatury zasilania wody
lodowej w funkcji wilgotności powietrza
wywiewanego lub entalpii powietrza
zewnętrznego.
???/??
**) Dr in¿. Andrzej ODYJAS – Instytut In¿ynierii Œrodowiska, Politechnika Poznañska
Istnieje wiele opinii, a w wielu wypadkach nieuzasadnionych obaw, dotycz¹cych ewentualnego problemu kondensacji
w systemach klimatyzacji z zastosowaniem belek sufitowych.
W systemach takich istnieje oczywiœcie ryzyko wyst¹pienia kondensacji na
powierzchni wymienników i elementów
instalacji wody lodowej. Temperatura
punktu rosy powietrza wewnêtrznego
w okresie letnim dla warunków optymalnych to ok. 13÷15oC. Systemy
belek ch³odz¹cych projektowane s¹
na temperaturê zasilania z instalacji
wody lodowej ok. 15÷16oC. Kondensacja pary wodnej zawartej w powietrzu
wystêpuje w momencie, kiedy temperatura powierzchni elementów systemu
spadnie poni¿ej temperatury punktu rosy
powietrza w pomieszczeniu. Sytuacja
taka mo¿e byæ spowodowana zarówno
przez zbyt nisk¹ temperaturê zasilania
systemu, nadmierne zyski pary wodnej w
pomieszczeniu (np. od ludzi), jak i z powodu wzrostu zawartoœci pary wodnej
w powietrzu wentylacyjnym doprowadzanym do pomieszczenia.
Powietrze wentylacyjne dostarczane
do pomieszczenia ma za zadanie utrzymanie odpowiedniej czystoœci powietrza
wewnêtrznego jak i usuwanie zysków
wilgoci z pomieszczenia (g³ównie od
ludzi). Przed dostaniem siê do pomieszczenia powietrze przep³ywa przez ch³od-
24
CH£ODNICTWO & Klimatyzacja 7/2005
KLIMATYZACJA – INSTALACJE
Każdy ze sposobów ma oczywiście
swoje zalety i wady. Osuszanie w centrali klimatyzacyjnej ze względu na
ograniczoną moc chłodnicy może być
niewystarczające przy wysokiej entalpii
powietrza zewnętrznego, czujniki punktu rosy praktycznie wyłączają system w
pomieszczeniu – pozostaje wtedy tylko
chłodzenie powietrzem nawiewanym.
Zmiana (podwyższenie) temperatury
zasilania wody lodowej obniża wydajność chłodniczą systemu.
Praktycznie, w warunkach użytkowych ryzyko wystąpienia kondensacji
na elementach systemu uzależnione
jest od wilgotności powietrza wewnętrznego, a ta zależna jest od zysków wilgoci w pomieszczeniu i zawartości wilgoci
w powietrzu nawiewanym. Wysoka entalpia powietrza zewnętrznego może powodować, że wydajność osuszania chłodnicy centrali klimatyzacyjnej będzie niewystarczająca, co w konsekwencji może
powodować wzrost temperatury punktu
rosy w pomieszczeniu i wystąpienie kondensacji. Entalpia obliczeniowa powietrza
zewnętrznego to około 60 kJ/kg. Zatem,
CH£ODNICTWO & Klimatyzacja 7/2005
poprawnie zaprojektowany system powinien funkcjonować bez żadnych problemów, jeżeli entalpia powietrza zewnętrznego nie przekracza tej wartości. Na
wykresach (rys. 1 i 2) przedstawiono
zmiany średnich godzinowych wartości
entalpii powietrza zewnętrznego w roku
1997 uznanym za rok reprezentatywny na
podstawie pomiarów klimatycznych prowadzonych w Instytucie Inżynierii Środowiska Politechniki Poznańskiej w ostatnich kilku latach [1].
Zauważyć można, że okresów entalpii
powietrza zewnętrznego powyżej 60kJ/kg
w analizowanym roku 1997 było bardzo
mało, zaledwie 41 godzin, a powyżej
65 J/kg – 6 godzin.
Jak już wspomniano wcześniej, jednym z ciekawszych sposobów zabezpieczania systemu belek chłodzących
przed kondensacją jest podnoszenie
temperatury zasilania wody lodowej
w przypadku zagrożenia wystąpienia
kondensacji. Można wybrać dwie opcje
sterowania – w funkcji entalpii powietrza
zewnętrznego, lub w funkcji wilgotności
(temperatury punktu rosy) powietrza
wywiewanego. Pierwszy sposób jest
w miarę uniwersalny, ale nie uwzględnia rzeczywistego poziomu wewnętrznych zysków wilgoci. Drugi nadaje
się do pomieszczeń o wyrównanym
poziomie wewnętrznych zysków wilgoci, dla których można wytypować
pomieszczenie czy strefę referencyjną
lub wymaga sprzężenia wszystkich sterowników pomieszczeniowych z układem
sterowania temperaturą zasilania wody
lodowej (np. w systemie BMS budynku).
Następstwem podniesienia temperatury
wody lodowej na zasilaniu belki chłodzącej (praktycznie maksymalnie o 2÷3oC),
jest oczywiście spadek jej wydajności
chłodniczej. Wydajność chłodnicza belki
zależy od różnicy temperatur pomiędzy
powierzchnią wymiennika i przepływającym przez niego powietrzem oraz od
strumienia powietrza pierwotnego nawiewanego z centrali klimatyzacyjnej. Aby
nie dopuścić do spadku wydajności
chłodniczej belki z powodu wzrostu temperatury zasilania wody lodowej, zwłaszcza że w tym okresie potrzebna jest jej
maksymalna wydajność, można zwiększyć w strumień powietrza pierwotnego
nawiewanego z centrali klimatyzacyjnej.
25
KLIMATYZACJA – INSTALACJE
Konieczna zmiana strumienia nawiewanego powietrza w funkcji wzrostu temperatury wody zasilającej zależna jest od
konkretnego typu belki chłodzącej. Na
wykresie (rys. 3) przedstawiono wymagane zwiększenie strumienia nawiewanego powietrza dla jednego z typów belek
chłodzących firmy Swegon [2].
Dla kompensacji
podniesienia temperatury wody zasilającej o 3oC wymagane jest zwiększenie
strumienia nawiewanego powietrza
z 14l/s do 20l/s, jest
to więc zmiana dość
znaczna – ok. 40%.
Sytuacja ta powoduje pewne rozregulowanie aerodynamiczne instalacji,
jednak ze względu
na stosunkowo duże
opory hydrauliczne
belek w stosunku
do oporów instalacji i krótkie okresy występowania w roku praktycznie
nie przysparza dużych problemów
użytkowych. W powyższym przypadku opory hydrauliczne belki po stronie nawiewanego powietrza wzrosły
z 70 a do 140 a. Warunkiem poprawnego działania systemu jest w miarę
symetryczne prowadzenie kanałów
powietrznych, odpowiednio rozbudowany system sterowania i regulacji oraz
zwymiarowanie elementów centrali klimatyzacyjnej i systemu powietrznego
na zwiększony strumień powietrza.
Przykładowy uproszczony schemat
(rys. 4) pokazujący podstawowe elementy takiego systemu pokazano na
rysunku poniżej [2].
Algorytm działania systemu może
wyglądać następująco. Powietrze nawiewane jest z centrali klimatyzacyjnej
ze stałą, ustaloną temperaturą. Jeżeli
jest taka potrzeba, może ono być dodatkowo osuszane. Temperatura zasilania wody lodowej jest utrzymywana na stałym poziomie ok. 15÷16 oC.
Jeżeli rośnie wilgotność powietrza
w pomieszczeniu, rośnie temperatura punktu rosy powietrza wywiewanego, a układ automatyki i sterowania utrzymuje temperaturę zasilania
wody lodowej ok. 2 oC powyżej temperatury punktu rosy. Aby skompensować spadek wydajności belki strumień
powietrza nawiewanego z centrali klimatyzacyjnej również adekwatnie rośnie, tak by utrzymać wymaganą wydajność chłodniczą belki i utrzymywać
wymaganą temperaturę w pomieszczeniu [2].
LITERATURA
[1] BASIÑSKA M.: Niepublikowane dane
pomiaru klimatu zewnêtrznego na terenie
domku doœwiadczalnego IIŒ PP, 19952000.
[2] Materia³y reklamowe i techniczne f-my
Swegon.
[3] ODYJAS A.: Belki ch³odz¹co-grzejne – rozwi¹zania konstrukcyjne, zasady stosowania
i wskazówki projektowe, CH£ODNICTWO &
klimatyzacja, 4/2005, 58-63.
[4] ODYJAS A.: Charakterystyka i w³aœciwoœci
aktywnych belek ch³odz¹co-grzewczych,
CH£ODNICTWO & klimatyzacja, 5/2004,
44-47.
033/03
o
26
CH£ODNICTWO & Klimatyzacja 7/2005