Instalacje HVAC - komfort pracy w optymalnych warunkach

Tytułem przypomnienia - instalacje HVAC (ang. heating, ventilation, air conditioning) to systemy wentylacji, klimatyzacji i ogrzewania stosowane w nowoczesnych budynkach. Praca tych zintegrowanych rozwiązań ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia optymalnych warunków użytkowania poszczególnych pomieszczeń budynku przy jednoczesnym zapewnieniu wydajności energetycznej oraz niskich kosztach eksploatacji budynku.
Dzięki pracy systemu HVAC wpływamy na regulację temperatury powietrza, utrzymujemy odpowiednią wilgotność powietrza, możemy też usunąć zużyte i dostarczyć świeże powietrze do pomieszczeń bieżącej użyteczności.

Izolacje w systemach HVAC - utrzymuj właściwą temperaturę medium

Zwiększenie bezpieczeństwa i ograniczenie strat ciepła - oto główne, ale nie jedyne korzyści zastosowania materiałów izolacyjnych w kanałach tego typu instalacji. Energooszczędne izolacje termiczne to przede wszystkim skuteczne rozwiązania pozwalające zmniejszyć zapotrzebowanie budynków na energię cieplną. 

Zalecenia co do użycia środków izolujących systemy HVAC wskazują, że powinny być to środki zapewniające efektywną termoizolację, ale też skuteczną ochronę przeciwpożarową i odpowiednią izolację akustyczną zapewniającą redukcję hałasu.

Nie bez znaczenia pozostaje właściwy dobór materiałów izolacyjnych, a także odpowiednie ich zwymiarowanie i technika montażu. Planując i projektując ułożenie izolacji powinniśmy pamiętać o eliminowaniu ewentualnych mostków termicznych generujących straty ciepła, pamiętając, że podstawowym zadaniem przy eksploatacji instalacji HVAC jest zabezpieczenie utrzymania odpowiedniej temperatury w kanałach systemu. Zabezpiecza to przed stratami ciepła i wyższymi kosztami eksploatacji systemu grzewczego. Z drugiej strony zapobiega powstawaniu kondensacji wilgoci na powierzchniach kanałów instalacyjnych, co może przyczynić się do powstania korozji poszczególnych jej elementów.

Izolacje techniczne HVAC - spektrum możliwości wyboru materiałów

Wśród dostępnych materiałów izolacyjnych dostępne mamy otuliny i maty izolacyjne. Otuliny poza zabezpieczaniem instalacji przed utratą ciepła pełnią także rolę w wyciszaniu eksploatowanej instalacji - m.in. izolują akustycznie pracę zaworów, a także zapobiegają roszeniu się instalacji zimnej wody w ogrzewanych pomieszczeniach. 

Alternatywnymi materiałami służącymi jako izolacja techniczna w instalacjach HVAC są izolacje z wełny mineralnej skalnej lub szklanej, a także izolacje z kauczuku syntetycznego, polietylenu, poliuretanu czy też rzadziej z aerożelu. Materiały izolacyjne tego typu zapewniają izolację termiczną, przeciwkondensacyjną oraz akustyczną kanałów instalacji HVAC przewodzących medium.

Zaprezentowane tworzywa różnią się m.in. pod względem wartości współczynnika przewodzenia ciepła. Parametr ten λ (lambda) jest wartością charakteryzującą zdolność danego materiału do przewodzenia ciepła i wyrażany jest w W/(m·K). Im jego wartość jest niższa, tym dany materiał gorzej przewodzi ciepło, a zatem lepiej izoluje przed stratami ciepła. I tak - pianka poliuretanowa charakteryzuje się współczynnikiem λ 0,02 - 0,021W/(m·K), wełna mineralna 0,03 - 0,04 , a styropian (polistyren ekspandowany, EPS) 0,032 - 0,045. Są to więc różnice, które w efekcie przynieść mogą znaczne oszczędności. 

Warto też zwrócić uwagę na ważny parametr różnicujący przedstawione materiały izolacyjne jakim jest klasa reakcji na ogień. Najwyższą klasą reakcji na ogień A1 charakteryzuje się wełna mineralna szklana i skalna, które są materiałami niepalnymi, nierozprzestrzeniającymi ognia, posiadającymi bardzo dobre właściwości jako izolator termiczny.

Co zyskujemy dzięki zastosowaniu rozwiązań izolacyjnych w HVAC?

Poza korzyściami wynikającymi z samego efektywnego działania instalacji, takimi jak wpływ na codzienny komfort osób użytkujących budynek, dzięki odpowiednio regulowanej temperaturze powietrza w poszczególnych segmentach budynku i właściwej wilgotności powietrza, zastosowanie instalacji HVAC zapewnia przede wszystkim niższe koszty użytkowania budynku. Dzięki modułowej konstrukcji i centralnemu sterowaniu systemem możliwe jest ograniczenie kosztów zużycia energii. System umożliwia zróżnicowanie warunków temperaturowych dla poszczególnych pomieszczeń w zależności od ich przeznaczenia. Dodatkowe korzyści uzyskamy stosując materiały izolacyjne znacznie redukujące straty ciepła.

Metody pomiarowe - zawsze ku optymalizacji pracy układu

Aby oszacować na jakiego rzędu oszczędności możemy liczyć, należy przeprowadzić pomiary warunków środowiska wewnętrznego, jak i parametrów funkcjonowania samego systemu HVAC w eksploatowanym budynku. Zebrane w ten sposób dane pomiarowe mogą być wykorzystywane w pracach optymalizacyjnych skutkujących zmniejszeniem zużycia energii pierwotnej budynku lub zwiększeniem komfortu pomieszczeń. W tym celu wykorzystuje się m.in. rejestratory temperatury i wilgotności, rejestratory pracy pomp i wentylatorów, a także metody wykorzystujące gazy znacznikowe – tracer gases. W metodzie tej analizowany jest przebieg stężeń w powietrzu nawiewanym i wywiewanym, a ich różnica jest analizowana matematycznie. Możemy w ten sposób analizować parametry globalne, a także parametry miejscowe dotyczące miejscowych punktów pomiarowych.

Warto przyjrzeć się bliżej symulacjom projektowania energooszczędnych rozwiązań izolacyjnych. Narzędzie, dzięki któremu możliwy jest pomiar zużycia energii oraz strat ciepła, udostępnione zostało przez jedną z firm produkujących rozwiązania izolacyjne z wełny kamiennej.

Wyniki przeprowadzonej symulacji pracy systemu z izolacją

Pomiary prowadzono na próbce  długości 1 metra kanału wentylacyjnego wykonanego ze stali o grubości 1 mm, szerokości i wysokości 20 cm, zainstalowanego w pomieszczeniu zamkniętym o temp. 20 st. C.  i wilgotności powietrza równej 50%. Medium stanowi para o temperaturze 200 st. C, o ciśnieniu 20 bar.  Izolację stanowiła otulina z wełny kamiennej o grubości 20 mm, nie zastosowano uzupełniających materiałów izolacyjnych. Obliczenia bazują na normie PN EN ISO 12241.

Wyniki dla kanału przedstawiają się następująco:

*Przy cenie energii 0,77 gr/kWh

Jak pokazuje praktyka podmiotów branży HVAC, a także wyniki przeprowadzonej symulacji  - rzec można - działaniom optymalizującym nigdy dość. Jednym z efektywnych działań możliwych do podjęcia w obszarze optymalizacji funkcjonowania układu jest zastosowanie sprawdzonych i energooszczędnych rozwiązań z zakresu izolacji termicznej, akustycznej i przeciwkondensacyjnej. Przynoszą one wymierne korzyści i są okazją do spojrzenia na instalację HVAC jako istotny element zbilansowanego energetycznie, nowoczesnego budynku.