Wytyczne dotyczące wentylacji dla projektu

Celem wytycznych (Blomsterberg, 2000) [Ref 6] jest udzielenie wskazówek praktykom (głównie projektantom HVAC i zarządcom budynków, ale także klientom i użytkownikom budynków) w zakresie tworzenia systemów wentylacyjnych o dobrej wydajności przy zastosowaniu konwencjonalnych i innowacyjnych technologii. Wytyczne mają zastosowanie do systemów wentylacyjnych w budynkach mieszkalnych i komercyjnych oraz w całym cyklu życia budynku, tj. w fazie projektowania, budowy, uruchomienia, eksploatacji, konserwacji i demontażu.

Aby zaprojektować system wentylacyjny w oparciu o wydajność, konieczne jest spełnienie następujących warunków wstępnych:

• Określono specyfikacje eksploatacyjne (dotyczące jakości powietrza w pomieszczeniach, komfortu cieplnego, efektywności energetycznej itp.) dla projektowanego systemu.
• Zastosowano perspektywę cyklu życia.
• System wentylacji jest uważany za integralną część budynku.

Celem jest zaprojektowanie systemu wentylacji, który spełnia specyfikacje wydajnościowe specyficzne dla projektu (patrz rozdział 7.1), stosując konwencjonalne i innowacyjne technologie. Projekt systemu wentylacji musi być skoordynowany z pracą projektową architekta, inżyniera konstrukcyjnego, inżyniera elektryka i projektanta systemu ogrzewania/chłodzenia. W ten sposób można mieć pewność, że ukończony budynek z systemem ogrzewania, chłodzenia i wentylacji będzie działał dobrze. Na koniec należy skonsultować się z zarządcą budynku w sprawie jego szczególnych życzeń. Będzie on odpowiedzialny za działanie systemu wentylacji przez wiele lat. Projektant musi zatem określić pewne czynniki (właściwości) dla systemu wentylacji, zgodnie ze specyfikacjami wydajności. Czynniki te (właściwości) powinny zostać wybrane w taki sposób, aby cały system miał najniższy koszt cyklu życia dla określonego poziomu jakości. Należy przeprowadzić optymalizację ekonomiczną, biorąc pod uwagę:

• Koszty inwestycji
• Koszty operacyjne (energia)
• Koszty konserwacji (wymiana filtrów, czyszczenie kanałów, czyszczenie urządzeń nawiewnych itp.)

Niektóre czynniki (właściwości) obejmują obszary, w których wymagania dotyczące wydajności powinny zostać wprowadzone lub zaostrzone w niedalekiej przyszłości. Czynnikami tymi są:

• Projektowanie z uwzględnieniem cyklu życia
• Projekt zapewniający efektywne wykorzystanie energii elektrycznej
• Zaprojektowany dla niskiego poziomu dźwięku
• Projekt do wykorzystania w systemie zarządzania energią w budynku
• Projektowanie pod kątem eksploatacji i konserwacji

Projekt z cyklem życia perspektywiczny 

Budynki muszą być zrównoważone, tzn. budynek musi mieć jak najmniejszy wpływ na środowisko w trakcie swojego cyklu życia. Za to odpowiadają różne kategorie osób, np. projektanci, zarządcy budynków. Produkty należy oceniać z perspektywy cyklu życia, gdzie należy zwrócić uwagę na wszystkie oddziaływania na środowisko w trakcie całego cyklu życia. Na wczesnym etapie projektant, nabywca i wykonawca mogą dokonywać przyjaznych dla środowiska wyborów. Budynek składa się z kilku różnych komponentów o różnej żywotności. W tym kontekście należy wziąć pod uwagę łatwość konserwacji i elastyczność, tzn. że użytkowanie np. budynku biurowego może się zmieniać kilkakrotnie w trakcie okresu użytkowania budynku. Wybór systemu wentylacji jest zazwyczaj silnie uzależniony od kosztów, tj. zazwyczaj kosztów inwestycyjnych, a nie kosztów cyklu życia. Często oznacza to system wentylacji, który po prostu spełnia wymagania kodeksu budowlanego przy najniższych kosztach inwestycyjnych. Koszty operacyjne np. wentylatora mogą stanowić 90% kosztów cyklu życia. Ważnymi czynnikami istotnymi dla perspektyw cyklu życia są:
Długość życia.

• Wpływ na środowisko.
• Zmiany w systemie wentylacji.
• Analiza kosztów.

Prostą metodą stosowaną do analizy kosztów cyklu życia jest obliczenie wartości bieżącej netto. Metoda ta łączy koszty inwestycji, energii, konserwacji i ochrony środowiska w części lub całej fazie eksploatacji budynku. Roczny koszt energii, konserwacji i ochrony środowiska jest przeliczany na koszt obecnie, dzisiaj (Nilson 2000) [Ref 36]. Dzięki tej procedurze można porównać różne systemy. Wpływ na środowisko w postaci kosztów jest zazwyczaj bardzo trudny do określenia i dlatego często jest pomijany. Wpływ na środowisko jest w pewnym stopniu uwzględniany poprzez uwzględnienie energii. Często obliczenia LCC są wykonywane w celu optymalizacji zużycia energii w okresie eksploatacji. Główna część zużycia energii w cyklu życia budynku przypada na ten okres, tj. ogrzewanie/chłodzenie przestrzeni, wentylację, produkcję ciepłej wody, energię elektryczną i oświetlenie (Adalberth 1999) [Ref 25]. Zakładając, że okres eksploatacji budynku wynosi 50 lat, okres eksploatacji może stanowić 80–85% całkowitego zużycia energii. Pozostałe 15–20% przeznaczane jest na produkcję i transport materiałów budowlanych oraz na prace konstrukcyjne.

Projekt zapewniający efektywne wykorzystanie prąd do wentylacji 

Zużycie energii elektrycznej w systemie wentylacyjnym jest w głównej mierze determinowane przez następujące czynniki: • Spadki ciśnienia i warunki przepływu powietrza w systemie kanałów
• Wydajność wentylatora
• Technika sterowania przepływem powietrza
• Modyfikacja
Aby zwiększyć efektywność wykorzystania energii elektrycznej, należy podjąć następujące działania:

• Zoptymalizować ogólny układ systemu wentylacyjnego, np. zminimalizować liczbę kolanek, dyfuzorów, zmian przekroju, trójników.
• Wymień wentylator na taki o wyższej wydajności (np. z napędem bezpośrednim zamiast pasowym, z wydajniejszym silnikiem, z łopatkami wygiętymi do tyłu zamiast do przodu).
• Obniżyć spadek ciśnienia na połączeniu wentylatora z przewodem (wlot i wylot wentylatora).
• Obniżyć spadek ciśnienia w systemie kanałów, np. na łukach, dyfuzorach, zmianach przekroju, trójnikach.
• Zainstalować wydajniejszą metodę sterowania przepływem powietrza (sterowanie częstotliwością lub kątem łopatek wentylatora zamiast sterowania napięciem, przepustnicą lub łopatką kierowniczą).

Oczywiście, istotne znaczenie dla ogólnego zużycia energii elektrycznej na wentylację ma także szczelność kanałów, natężenie przepływu powietrza i czas pracy.

Aby pokazać różnicę między systemem o bardzo niskich spadkach ciśnienia a systemem z dotychczas stosowaną praktyką „system wydajny” SFP (moc właściwa wentylatora) = 1 kW/m³/s, porównano z „systemem normalnym” SFP = pomiędzy 5,5 – 13 kW/m³/s (patrzTabela 9). Bardzo wydajny system może mieć wartość 0,5 (patrz rozdział 6.3.5).

Tabela 9: Obliczone spadki ciśnienia i SFP wartości dla „wydajnego systemu” i „bieżącego system". 

Zaprojektowany dla niskiego poziomu dźwięku 

Punktem wyjścia przy projektowaniu niskich poziomów dźwięku jest projektowanie niskich poziomów ciśnienia. W ten sposób można wybrać wentylator pracujący przy niskiej częstotliwości obrotowej. Niskie spadki ciśnienia można osiągnąć następującymi sposobami:

• Niska prędkość powietrza, czyli duże wymiary kanału
• Zminimalizuj liczbę komponentów powodujących spadki ciśnienia, np. zmiany w orientacji lub rozmiarze kanału, przepustnice.
• Zminimalizuj spadek ciśnienia w niezbędnych komponentach
• Dobre warunki przepływu na wlotach i wylotach powietrza

Poniższe techniki sterowania przepływem powietrza sprawdzają się przy uwzględnieniu hałasu:

• Sterowanie częstotliwością obrotową silnika
• Zmiana kąta łopatek wentylatora osiowego
• Rodzaj i sposób montażu wentylatora mają również wpływ na poziom hałasu.

Jeśli tak zaprojektowany system wentylacyjny nie spełnia wymagań akustycznych, wówczas najprawdopodobniej w projekcie należy uwzględnić tłumiki dźwięku. Nie zapominaj, że hałas może przedostawać się przez system wentylacyjny, np. hałas wiatru przez zewnętrzne otwory wentylacyjne.
7.3.4 Projektowanie do wykorzystania BMS
System zarządzania budynkiem (BMS) budynku oraz procedury dotyczące pomiarów i alarmów określają możliwości uzyskania prawidłowego działania systemu ogrzewania/chłodzenia i wentylacji. Optymalne działanie systemu HVAC wymaga, aby podprocesy mogły być monitorowane oddzielnie. Często jest to również jedyne podejście do wykrywania małych rozbieżności w systemie, które same w sobie nie zwiększają zużycia energii na tyle, aby aktywować alarm zużycia energii (przez maksymalne poziomy lub procedury następcze). Jednym z przykładów są problemy z silnikiem wentylatora, który nie jest widoczny w całkowitym zużyciu energii elektrycznej na potrzeby eksploatacji budynku.

Nie oznacza to, że każdy system wentylacyjny powinien być monitorowany przez BMS. Dla wszystkich systemów, poza najmniejszymi i najprostszymi, należy rozważyć BMS. W przypadku bardzo złożonego i dużego systemu wentylacyjnego BMS jest prawdopodobnie konieczny.

Poziom zaawansowania BMS musi być zgodny z poziomem wiedzy personelu operacyjnego. Najlepszym podejściem jest skompilowanie szczegółowych specyfikacji wydajności dla BMS.

7.3.5 Projektowanie pod kątem eksploatacji i konserwacja
Aby umożliwić właściwą obsługę i konserwację, należy napisać odpowiednie instrukcje obsługi i konserwacji. Aby instrukcje te były przydatne, podczas projektowania systemu wentylacyjnego muszą zostać spełnione pewne kryteria:

• Systemy techniczne i ich komponenty muszą być dostępne do konserwacji, wymiany itp. Pomieszczenia wentylatorów muszą być wystarczająco duże i wyposażone w dobre oświetlenie. Poszczególne komponenty (wentylatory, przepustnice itp.) systemu wentylacyjnego muszą być łatwo dostępne.
• Systemy muszą być oznakowane informacjami dotyczącymi medium w rurach i kanałach, kierunku przepływu itp. • Należy uwzględnić punkt pomiarowy dla ważnych parametrów

Instrukcje obsługi i konserwacji powinny zostać przygotowane na etapie projektowania i sfinalizowane na etapie budowy.

Zobacz dyskusje, statystyki i profile autorów tej publikacji na stronie: https://www.researchgate.net/publication/313573886
W kierunku poprawy wydajności systemów wentylacji mechanicznej
Autorzy, w tym: Peter Wouters, Pierre Barles, Christophe Delmotte, Åke Blomsterberg
Niektórzy autorzy tej publikacji pracują również nad poniższymi projektami:
Szczelność budynków
KLIMATYZACJA PASYWNA: FCT PTDC/ENR/73657/2006