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 jaki sposób zapewnić systemy wentylacyjne o dobrych parametrach, stosując konwencjonalne i innowacyjne technologie.Wytyczne mają zastosowanie do systemów wentylacyjnych w budynkach mieszkalnych i komercyjnych oraz podczas całego cyklu życia budynku, tj. projektu, budowy, rozruchu, eksploatacji, konserwacji i rozbiórki.

Aby projektować systemy wentylacyjne w oparciu o wydajność, konieczne są następujące warunki wstępne:

• Specyfikacje wydajnościowe (dotyczące jakości powietrza w pomieszczeniach, komfortu cieplnego, efektywności energetycznej itp.) zostały określone dla projektowanego systemu.
• Stosowana jest perspektywa cyklu życia.
• System wentylacji jest uważany za integralną część budynku.

Celem jest zaprojektowanie systemu wentylacyjnego, który spełnia specyficzną dla projektu specyfikację wydajności (patrz rozdział 7.1), przy zastosowaniu konwencjonalnych i innowacyjnych technologii.Projekt systemu wentylacji musi być skoordynowany z pracami projektowymi architekta, inżyniera budownictwa, elektrotechnika i projektanta systemu ogrzewania/chłodzenia, aby zapewnić, że gotowy budynek z systemem ogrzewania, chłodzenia i wentylacji spisuje się dobrze.Wreszcie, co nie mniej ważne, należy skonsultować się z zarządcą budynku w sprawie jego specjalnych życzeń.Będzie odpowiedzialny za działanie systemu wentylacji przez wiele lat.Dlatego projektant musi określić pewne czynniki (właściwości) dla systemu wentylacyjnego, zgodnie ze specyfikacjami wydajności.Te czynniki (właściwości) powinny być dobrane w taki sposób, aby cały system miał najniższy koszt cyklu życia dla określonego poziomu jakości.Optymalizacja ekonomicznych powinna być przeprowadzona z uwzględnieniem:

• Koszty inwestycji
• Koszty operacyjne (energia)
• Koszty utrzymania (wymiana filtrów, czyszczenie kanałów, czyszczenie nawiewników itp.)

Część współczynników (właściwości) obejmuje obszary, w których w najbliższym czasie należy wprowadzić lub zaostrzyć wymagania eksploatacyjne.Te czynniki to:

• Projektowanie z perspektywy cyklu życia
• Projekt dla efektywnego wykorzystania energii elektrycznej
• Konstrukcja zapewniająca niski poziom hałasu
• Projekt wykorzystania systemu zarządzania energią w budynku
• Projekt do eksploatacji i konserwacji

Projektowanie z cyklem życia perspektywiczny 

Budynki muszą być zrównoważone, tzn. budynek musi w ciągu swojego życia wywierać jak najmniejszy wpływ na środowisko.Odpowiedzialne za to jest kilka różnych kategorii osób np. projektanci, zarządcy budynków.Produkty należy oceniać z perspektywy cyklu życia, przy czym należy zwrócić uwagę na wszystkie oddziaływania na środowisko w trakcie całego cyklu życia.Już na wczesnym etapie projektant, nabywca i wykonawca mogą dokonywać wyborów proekologicznych.Budynek składa się z kilku różnych elementów o różnej żywotności.W tym kontekście należy wziąć pod uwagę łatwość konserwacji i elastyczność, tj. fakt, że sposób użytkowania np. budynku biurowego może zmieniać się kilka razy w ciągu całego okresu eksploatacji budynku.Na wybór systemu wentylacyjnego zwykle duży wpływ mają koszty, tj. zwykle koszty inwestycyjne, a nie koszty cyklu życia.Często oznacza to system wentylacyjny, który po prostu spełnia wymagania prawa budowlanego przy najniższych kosztach inwestycyjnych.Koszt eksploatacji np. wentylatora może wynosić 90% kosztów cyklu życia.Ważnymi czynnikami mającymi znaczenie dla perspektyw cyklu życia są:
Długość życia.

• Wpływ środowiska.
• Zmiany w systemie wentylacji.
• Analiza kosztów.

Prostą metodą stosowaną do analizy kosztów cyklu życia jest obliczenie wartości bieżącej netto.Metoda łączy koszty inwestycji, energii, konserwacji i ochrony środowiska podczas części lub całej fazy eksploatacji budynku.Roczny koszt energii, konserwacji i ochrony środowiska jest obecnie przeliczany na nowo (Nilson 2000) [Ref. 36].Dzięki tej procedurze można porównać różne systemy.Wpływ na środowisko w kosztach jest zwykle bardzo trudny do określenia i dlatego często jest pomijany.Wpływ na środowisko jest w pewnym stopniu brany pod uwagę poprzez uwzględnienie energii.Często obliczenia LCC są wykonywane w celu optymalizacji zużycia energii w okresie eksploatacji.Główna część cyklu życia budynku zużywa energię w tym okresie, tj. ogrzewanie/chłodzenie pomieszczeń, wentylacja, produkcja ciepłej wody, elektryczność i oświetlenie (Adalberth 1999) [Ref 25].Zakładając żywotność budynku na 50 lat, okres eksploatacji może stanowić 80 – 85% całkowitego zużycia energii.Pozostałe 15 – 20 % przeznaczone jest na produkcję i transport materiałów budowlanych i konstrukcyjnych.

Projekt dla efektywnego wykorzystania prąd do wentylacji 

O zużyciu energii elektrycznej systemu wentylacyjnego decydują głównie następujące czynniki: • Spadki ciśnienia i warunki przepływu powietrza w systemie kanałów
• Wydajność wentylatora
• Technika kontroli przepływu powietrza
• Modyfikacja
W celu zwiększenia efektywności wykorzystania energii elektrycznej interesujące są następujące działania:

• Zoptymalizuj ogólny układ instalacji wentylacyjnej, np. zminimalizuj liczbę kolanek, dyfuzorów, zmian przekroju, trójników.
• Zmień na wentylator o większej wydajności (np. napędzany bezpośrednio zamiast pasowego, wydajniejszy silnik, łopatki wygięte do tyłu zamiast do przodu).
• Zmniejszyć spadek ciśnienia na połączeniu wentylator – kanał (wlot i wylot wentylatora).
• Zmniejszyć spadek ciśnienia w systemie kanałów np. na łukach, dyfuzorach, zmianach przekroju, trójnikach.
• Zainstalować bardziej wydajną technikę sterowania przepływem powietrza (sterowanie częstotliwością lub kątem łopatek wentylatora zamiast sterowania napięciem, przepustnicą lub kierownicą).

Oczywiście znaczenie dla ogólnego wykorzystania energii elektrycznej do wentylacji ma również szczelność przewodów, natężenie przepływu powietrza i czas pracy.

W celu pokazania różnicy między systemem z bardzo małymi spadkami ciśnienia a systemem z dotychczasową praktyką porównano „system wydajny”, SFP (moc właściwa wentylatora) = 1 kW/m³/s, z „normalnym systemem ”, SFP = między 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". 

Konstrukcja zapewniająca niski poziom hałasu 

Punktem wyjścia przy projektowaniu pod kątem niskich poziomów hałasu jest projektowanie pod kątem niskich poziomów ciśnienia.W ten sposób można dobrać wentylator pracujący z niską częstotliwością obrotową.Niskie spadki ciśnienia można osiągnąć w następujący sposób:

• Niska prędkość powietrza, czyli duże wymiary kanału
• Zminimalizuj liczbę elementów, na których występują spadki ciśnienia, np. zmiany orientacji lub rozmiaru kanałów, przepustnice.
• Zminimalizuj spadek ciśnienia na niezbędnych komponentach
• Dobre warunki przepływu na wlotach i wylotach powietrza

Następujące techniki kontroli przepływu powietrza są odpowiednie, biorąc pod uwagę dźwięk:

• Sterowanie częstotliwością obrotową silnika
• Zmiana kąta łopatek wentylatora osiowego
• Istotny wpływ na poziom hałasu ma również typ i sposób montażu wentylatora.

Jeżeli tak zaprojektowana instalacja wentylacyjna nie spełnia wymagań akustycznych, to najprawdopodobniej należy uwzględnić w projekcie tłumiki akustyczne.Nie zapominaj, że hałas może przedostawać się przez system wentylacyjny, np. szum wiatru przez zewnętrzne otwory wentylacyjne.
7.3.4 Projekt do wykorzystania BMS
System zarządzania budynkiem (BMS) budynku oraz procedury śledzenia pomiarów i alarmów określają możliwości uzyskania prawidłowej pracy systemu ogrzewania/chłodzenia i wentylacji.Optymalne działanie systemu HVAC wymaga osobnego monitorowania podprocesów.Jest to również często jedyne podejście do wykrycia niewielkich rozbieżności w systemie, które same w sobie nie zwiększają zużycia energii na tyle, aby aktywować alarm zużycia energii (przez maksymalne poziomy lub procedury kontrolne).Przykładem są problemy z silnikiem wentylatora, które nie odzwierciedlają całkowitego zużycia energii elektrycznej na potrzeby funkcjonowania budynku.

Nie oznacza to, że każdy system wentylacyjny powinien być monitorowany przez BMS.Dla wszystkich, z wyjątkiem najmniejszych i najprostszych systemów, należy rozważyć BMS.W przypadku bardzo złożonego i dużego systemu wentylacyjnego prawdopodobnie niezbędny jest BMS.

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

7.3.5 Projekt do eksploatacji i konserwacja
W celu umożliwienia prawidłowej eksploatacji i konserwacji należy sporządzić odpowiednie instrukcje obsługi i konserwacji.Aby te instrukcje były przydatne, podczas projektowania systemu wentylacji muszą być spełnione pewne kryteria:

• Systemy techniczne i ich elementy muszą być dostępne w celu konserwacji, wymiany itp. Pomieszczenia wentylatorów muszą być odpowiednio duże i wyposażone w dobre oświetlenie.Poszczególne elementy (wentylatory, przepustnice itp.) systemu wentylacyjnego muszą być łatwo dostępne.
• Instalacje muszą być oznakowane z informacją o rodzaju czynnika w rurach i kanałach, kierunku przepływu itp. • Należy uwzględnić punkt kontrolny ważnych parametrów

Instrukcje obsługi i konserwacji należy przygotować na etapie projektowania i sfinalizować na etapie budowy.

Zobacz dyskusje, statystyki i profile autorów tej publikacji na: 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 z autorów tej publikacji pracują również nad tymi powiązanymi projektami:
Szczelność budynków
KLIMATYZACJA PASYWNA: FCT PTDC/ENR/73657/2006