Nové požiadavky na HVAC systémy

S platnosťou od 1. januára 2018 sa podľa európskeho (EÚ) nariadenia č. 2016/2281 (ENER časť 21) stanovujú minimálne požiadavky na energetickú účinnosť tepelných čerpadiel a klimatizačných jednotiek vrátane rooftopov, VRF jednotiek, chladičov a fancoilov. Cieľom článku je objasniť nové požiadavky tohto dokumentu na energetickú účinnosť chladičov. Počas roka sa budú distribuovať samostatné dokumenty pre rooftopy, VRF jednotky a fancoily.

Niekto si povie: „Prečo opäť nové nariadenia, normy, predpisy? A nebudeme znova menej konkurencieschopní oproti výrobcom z Ázie ? Nie je to celkom tak, keďže nové nariadenie platí pre všetkých výrobcov, ktorí chcú svoj tovar dodávať do členských štátov EÚ. Čiže aj výrobca, ktorý nie je z EÚ, musí na náš trh vyrobiť a umiestniť zariadenie, ktoré spĺňa prísnejšie predpisy týkajúce sa účinnosti, než na aké bol doteraz zvyknutý. EÚ prijala tzv. líniu 2030, stanovujúcu balík cieľov pre klímu a energetiku, ktoré majú do roku 2030 dosiahnuť všetky členské štáty.

Hlavné míľniky línie 2030

Cieľom je:

• zníženie emisií CO₂ o 40 %,
• zvýšenie energetickej účinnosti o 27 %, 
• zvýšenie podielu OZE o 27 %.

 

Zníženie emisií skleníkových plynov

Súvisí pomerne úzko so zvyšovaním energetickej účinnosti, pretože pri menšej energetickej náročnosti sa vyprodukuje menej emisií. No menej emisií sa vyprodukuje aj tým, že sa použijú chladivá, ktoré majú nízke číslo GWP. Hodnota GWP vznikla s cieľom umožniť porovnanie vplyvov rôznych plynov na fenomén otepľovania a meria sa prepočtom na ekvivalent CO₂. Tejto problematike aj téme zvýšenia využitia obnoviteľných zdrojov energie sa budeme venovať v niektorých ďalších vydaniach časopisu.

 

Zvýšenie energetickej efektivity

Cieľ, ktorý stanovuje zvýšenie energetickej efektivity, má veľký vplyv na oblasť trhu s vykurovacími, chladiacimi a ventilačnými zariadeniami (tzv. HVAC segment). Samotné budovy sú dnes najväčším spotrebiteľom energie (obr. 1 a 2), preto sa ich spotreba berie oveľa prísnejšie ako pri iných zariadeniach v rámci regulácie spotreby. Zabezpečenie energeticky úsporných systémov s nízkou náročnosťou je preto z hľadiska vývoja zariadení kľúčové a bude so sebou do budúcnosti prinášať stále úspornejšie riešenia.

Aby bolo možné dosiahnuť tieto ciele, vytvorila EÚ reguláciu na zníženie spotreby zariadení v budovách vrátane osvetlenia, systémov informačných technológií, ohrevu vody a zariadení chladenia, vykurovania a ventilácie.

Obr. 1 Celková spotreba energie	Obr. 2 Spotreba energie v budovách

 

Existujúce predpisy pre tepelné čerpadlá a chladiče

Požiadavky na ekodizajn a predpisy o energetickom označovaní vzťahujúce sa na tepelné čerpadlá a chladiče sú uvedené v tab. 1.

Zavedenie nového nariadenia č. 2016/2281

V novom nariadení EcoDesign 2016/2281 sa stanovujú minimálne požiadavky na energetickú účinnosť a informácie pre komerčné chladiče do výkonu 2 000 kW pri teplote výstupnej vody ≥ 2 °C (tzv. Comfort cooling) a pre technologické/procesné chladiče (tzv. Process cooling) s výkonom do 2 000 kW pri teplote výstupnej vody ≥ 2 °C a ≤ +12 °C (tab. 2).

 

Čo sú komerčné chladiče a chladiče pre technológiu?

Podľa definícií nariadenia č. 2016/2281 platí, že:

• komerčné chladiče dodávajú zariadeniu kvapalinu s teplotou ≥ 2 °C, aby poskytovali tepelný komfort pre ľudí; ide o fancoily, VZT jednotky, chladené podlahy/stropy, chladiace trámy atď;
• chladiče pre technológiu dodávajú kvapalinu s teplotou ≥ 2 °C a ≤ +12 °C do zariadenia alebo systému, ktorého účelom nie je zabezpečovať tepelný komfort pre ľudí, ale vyrábať studenú vodu potrebnú pre priemyselné aplikácie, dátové centrá, fabriky atď.

 

Ktoré chladiče sú vyňaté z požiadaviek nariadenia č. 2016/2281?

Ide o:

• tepelné čerpadlá do 400 kW podliehajúce požiadavkám predpisu 813/2013 (η_s,h alebo minimálne SCOP),
• procesné chladiče s nízkou výstupnou teplotou média (chladiče, ktoré môžu pracovať pri teplote výstupnej vody -8 °C) podliehajúce požiadavkám nariadenia č. 2015/1095 (minimálne SEPR -2/-8 °C),
• komerčné chladiče alebo technologické chladiace stroje navrhnuté špeciálne na prevádzku pri teplote výstupnej vody < 2 °C,
• procesné chladiče navrhnuté špeciálne na prevádzku pri teplote výstupu > 12 °C,
• chladiče navrhnuté na mieru, napríklad chladiče bez kondenzátora pripojené na vzduchom chladený kondenzátor na mieste; ide o tzv. delené systémy, ktoré sa pomerne často používajú aj u nás.

Obr. 3 Príklad technického listu výrobcu

 

Čo je SEER a η_s,c?

V prípade chladičov (komerčných/komfortných) sa sezónny indikátor energetickej účinnosti nazýva teraz SEER (Seasonal Energy Efficiency Ratio) a predstavuje pomer medzi požiadavkou na chladenie budovy a energetickou náročnosťou chladiacej jednotky za rok. Je zostavený na celú chladiacu sezónu a založený na priemernom referenčnom podnebí. Tepelné zaťaženie sa pohybuje od 0 % (pri vonkajších teplotách nižších ako +17 °C) až do 100 % (pri teplotách do +35 °C). SEER sa vypočíta s pevným alebo premenlivým prietokom vody (len pri chladiacich jednotkách, ktoré môžu ovládať čerpadlo s premenlivým prietokom) a pri pevnej alebo premenlivej teplote výstupnej vody. Rovnako ako SCOP aj SEER zohľadňuje aj spotrebu energie pomocných zariadení – výhrevy, systém ovládania atď.

Model SEER závisí predovšetkým od energetického výkonu pri nízkych zaťaženiach, pretože pri 75-percentnej prevádzke funguje chladiaca jednotka s tepelným zaťažením menším ako 50 %. Vysoké hodnoty SEER možno dosiahnuť použitím kompresora s premenlivou rýchlosťou alebo niekoľkých kompresorov s pevnou rýchlosťou, ventilátorov s variabilnou rýchlosťou a variabilného prietoku vody. V nariadení EcoDesign (EÚ) 2016/2281 (ENER časť 21) sú minimálne ciele energetickej účinnosti pre chladiče založené na použití primárnej energie alebo ƞ_s,c (grécke písmeno eta, za ktorým nasleduje „s“ pre sezónne a „c“ na chladenie), aby sa umožnilo porovnať energetickú účinnosť zariadení využívajúcich plyn alebo vykurovací olej (primárna energia) a poháňaných elektrickou energiou (konečná energia). Súčiniteľ ƞ_s,c sa vyjadruje v %, napríklad 161 %.

Pri chladičoch sa SEER (konečná energia) transponuje do ƞ_s (primárna energia) s prihliadnutím na konverzný faktor 2,5, ktorý odráža priemernú účinnosť elektrickej energie vyrobenej v Európskej únii (40 %) a korekciu vzhľadom na schopnosť reagovať na riadiaci systém (i = 3). Platí, že

Zhrnutie
SEER alebo ƞ_s,c sú nové ukazovatele na meranie energetickej účinnosti chladiacich zariadení v komerčných aplikáciách. Ukazovateľ EER založený na účinnosti pri plnom zaťažení predstavuje zastaranú koncepciu. Hodnoty SEER sa odborne schvália certifikáciou Eurovent a postupne nahradia ESEER zavedené pred niekoľkými rokmi touto spoločnosťou.Metódy výpočtu a merania SEER definujú normy EN14511 a EN14825.

 

Aká je minimálna požadovaná hodnota účinnosti pri komfortných chladičoch?

V tab. 3 sú uvedené minimálne hodnoty ƞ_s,c (primárna energia) alebo SEER platné od 1. januára 2018 a následne od 1. januára 2021.

Zhrnutie
Od 1. januára 2018 sa chladiče používané pri komfortných aplikáciách musia zhodovať s minimálnou úrovňou SEER alebo ƞ_s,c (%).
Je dôležité uvedomiť si, že nariadenie č. 2016/2281 definuje dve samostatné komfortné aplikácie, a to:

• nízkoteplotné komfortné aplikácie ako fancoily, VZT jednotky atď; tepelný spád na výparníku vstup/výstup = +12/7 °C, 
• komfortné aplikácie so strednou teplotou ako chladené podlahy, stropy, trámy atď.; tepelný spád na výparníku vstup/výstup = +23/18 °C.

SEER možno preto vypočítať pri podmienkach teplotného spádu na výparníku +12/7 °C (SEER 12/7 °C) v rámci komfortných aplikácií pri nízkych teplotách alebo pri podmienkach +23/18 °C (SEER 23/18°C) pri aplikáciách so strednou teplotou. Prekvapivo však smernica č. 2016/2281 stanovuje iba jednu minimálnu hodnotu energetickej účinnosti v rámci komfortných aplikácií s nízkou teplotou aj so strednou teplotou.

Keďže ukazovateľ SEER 23/18 °C je až o 20 % vyšší ako SEER 12/7 °C, a ako dobre vieme, vyššia teplota, samozrejme, zvyšuje účinnosť chladiča, vzniká možnosť zneužitia pri chladičoch, ktoré sú použité v kombinácii s fancoilmi (nízkoteplotná aplikácia) a vedia dosiahnuť minimálnu požadovanú účinnosť iba pri SEER 23/18 °C (komfort pri nízkej teplote).

Je to otázka na zamyslenie pre tvorcov regulácie, v súvislosti s ktorou predpokladáme, že sa neskôr môžu sprísniť minimálne požiadavky pri aplikáciách so strednou teplotou (SEER 23/18 °C). Pri aplikácii s použitím fancoilov, VZT jednotiek a pod. (komfort pri nízkej teplote) musia byť hodnoty SEER 12/7 °C minimálne rovnaké ako predpísané minimálne hodnoty energetickej účinnosti chladiacich zariadení.

Upozorňujeme, že chladič, ktorý dosahuje hodnotu požadovanej účinnosti pri SEER 12/7 °C, sa môže použiť aj s chladenými podlahami/stropmi atď. (komfort pri strednej teplote), pretože hodnota účinnosti pri SEER 23/18 °C je vždy vyššia ako pri SEER 12/7 °C. Opačne však platí, že chladič, ktorý dosahuje hodnotu požadovanej účinnosti iba pri SEER 23/18 °C, sa nemôže použiť s fancoilmi, VZT jednotkami atď. (komfort pri nízkej teplote), pretože nebude dosahovať minimálnu požadovanú hodnotu pri SEER 12/7 °C.

Obr. 4 Príklad selekčného výstupu zo softvéru

 

Čo je SEPR?

Pri chladičoch zaradených do technologického celku (tzv. procesné chladenie) sa sezónny ukazovateľ energetickej účinnosti nazýva teraz sezónny energetický výkonový pomer (SEPR) a predstavuje pomer medzi ročnou požiadavkou na chladenie procesu a ročnou energetickou náročnosťou chladiacej jednotky. Je zostavený na celý chladiaci rok na základe priemerného referenčného podnebia. Teplotná záťaž sa pohybuje od 80 % pri vonkajších teplotách nižších ako +5 °C až do 100 % (pri teplotách do +35 °C). SEPR sa vypočíta s pevným alebo premenlivým prietokom vody (iba pri chladiacich jednotkách, ktoré môžu ovládať čerpadlo s premenlivým prietokom) a s pevnou teplotou výstupnej vody. Existujú dva SEPR:

• SEPR 12/7 °C pre chladiace jednotky v procese s vysokou teplotou (prevádzka s teplotou vody na výstupe ≥ 2 °C),
• SEPR -2/-8 °C pre chladiče v procese so strednou teplotou (prevádzka s nemrznúcou zmesou s teplotou vody na výstupe ≤ -8 °C).

SEPR závisí predovšetkým od energetickej účinnosti s nízkou vonkajšou teplotou, pretože pri 75-percentnej prevádzke funguje chladiaca sústava pri teplote pod 17 °C. Vysoké hodnoty SEPR možno dosiahnuť použitím niekoľkých kompresorov s pevnou rýchlosťou, ventilátorov s variabilnou rýchlosťou a variabilného prietoku vody.

Zhrnutie
SEPR je nový ukazovateľ na meranie energetickej účinnosti chladičov pri procesných aplikáciách. Ukazovateľ EER založený na účinnosti pri plnom zaťažení predstavuje zastaranú koncepciu. Metódy výpočtu a merania SEPR definujú normy EN14511 a EN14825.

 

Aká je minimálna požadovaná hodnota účinnosti pri procesných chladičoch?

V tab. 4 sú uvedené minimálne hodnoty SEPR pri chladiacich systémoch s vysokou teplotou, ktoré sú platné od 1. januára 2018 a od 1. januára 2021. Od 1. januára 2018 sa chladiče používané pri vysokoteplotných procesoch musia zhodovať s minimálnou úrovňou SEPR 12/7 °C.

 

Požiadavky pre chladiace jednotky

Rovnako ako pri ostatných smerniciach EcoDesign, aj v tomto prípade musia výrobcovia alebo distribútori poskytnúť svojim zákazníkom dokument obsahujúci údaje o výkonnosti v oblasti regulácie, tzn. technický list. Existujú dva typy technických listov – jeden pre komerčné a jeden pre procesné chladiče. Technické listy môžu zákazníci použiť na overenie zhody výrobkov. Technické listy musia byť od decembra 2017 k dispozícii pre každý rad chladičov a musia byť zverejnené na verejnej webovej stránke výrobcu. Ako alternatíva sa pripúšťa zaslanie tzv. selekčného výstupu (technického listu), kde musí byť vyznačené splnenie podmienky minimálnej účinnosti podľa EcoDesignu a kde musia byť deklarované aj účinnosti pri jednotlivých podmienkach teplôt na výparníku alebo na kondenzátore.

Ako si môže zákazník overiť, či chladič ponúkaný konkurenciou spĺňa požiadavky na účinnosť, ktorá sa vzťahuje na fancoily, VZT jednotky atď. (komfort pri nízkych teplotách)? Zákazník (odberateľ, projektant, investor, developer) musí požiadať svojho dodávateľa o technický list alebo selekčný výstup zo softvéru pre komerčné chladiče a uistiť sa, že predposledný riadok v dokumente uvádza toto: „Použité štandardné podmienky používania: aplikácia s nízkou teplotou.“ Ak sa v dokumente uvádza aplikácia so strednou teplotou, chladiaca jednotka nie je schválená na používanie s fancoilmi, VZT jednotkami atď.

 

Peter Behúl
Autor pôsobí v spoločnosti CLIMAPORT, ktorá je členom Slovenskej rady pre zelené budovy.

Obrázky: archív autora, isifa/Shutterstock

Článok bol uverejnený v časopise TZB Haustechnik 3/2018.