Projekt optimalizácie chodu centrálnej VZT

Projekt získal Čestné uznanie SSTP v kategórii Realizovaný projekt za rok 2013. Ocenený projekt sa vyznačuje vysokou aktuálnosťou vďaka výraznému zníženiu spotreby elektrickej i tepelnej energie cestou modernizácie pôvodného vzduchotechnického zariadenia na administratívnej budove poisťovne v Bratislave. Pri realizácii sa využilo regulovanie množstva vzduchu v jednotlivých miestnostiach v závislosti od skutočnej potreby a požiadaviek osôb, ktoré sa zdržiavajú v týchto vnútorných priestoroch.

Tvorivý prístup k riešeniu umožnil realizáciu diela pri neprerušenej prevádzke kancelárskych priestorov vrátane poskytovania on-line služby verejnosti, pričom grafická technika spoločnosti X way project, s. r. o., slúžila na koordináciu technologických a stavebných realizačných prác. Zariadenie, ktoré sa tu podarilo nainštalovať, môže slúžiť ako príklad úpravy staršieho vzduchotechnického vybavenia rozsiahlej budovy na úroveň ekologického a energeticky nenáročného riešenia v zmysle súčasných možností techniky.

Náplň projektu

Centrálne vzduchotechnické zariadenie z 90. rokov minulého storočia zabezpečovalo vetranie a chladenie/klimatizovanie vnútorných priestorov poisťovne. Teplota v celom objekte sa regulovala jedným okruhom a bola konštantná v celej budove. Zariadenie na spätné využitie tepla malo zlepšiť hospodárnosť, no jeho prínos sa nepodarilo dokázať – vykazovalo mierne zvýšenie teploty vonkajšieho vzduchu, no za cenu prekonávania neúmerného hydraulického odporu na strane vzduchu. Projektu optimalizácie chodu centrálnej vzduchotechniky predchádzali tri projekty (Klimatizácia – Adaptácia zákazníckeho centra, Klimatizácia – Adaptácia miestnosti číslo 2.03 a Klimatizácia – Adaptácia miestnosti číslo 447), ktoré zaisťovali reguláciu teploty v samostatných úsekoch objektu.

Samotný projekt optimalizácie chodu centrálnej vzduchotechniky zaistil:

1. výmenu centrálnych ventilátorov hospodárnymi regulovateľnými zariadeniami, ktoré umožňujú prispôsobenie výkonu skutočnej momentálnej potrebe čerstvého vzduchu v objekte,
2. odvod vzduchu nevyhovujúceho na rekuperáciu zo vzduchotechnického zariadenia číslo 5 (reštaurácia Panda) priamo do potrubia odvodu, ktorý slúži v letnej prevádzke,
3. vetranie nových garáží odpadovým vzduchom z budovy namiesto potreby inštalovať nové zariadenie,
4. doplnenie cirkulácie do zariadení VZT 2 a VZT 3 s cieľom znížiť nadmerné vetranie,
5. doplnenie VAV boxov na účely úsporného regulovania vzduchového výkonu zariadení VZT 4 až VZT 8,
6. významné zníženie spotreby tepla náhradou jestvujúceho nefunkčného zariadenia na spätné využitie energie zariadením, ktoré pracuje s 50- až 90-percentnou účinnosťou.

Vetranie a chladenie administratívnej budovy Začiatok realizácie: 2012 Ukončenie realizácie: 12/2013 Projekt: X way project, s. r. o., Bratislava Dodávateľ klimatizácie a nadväzných profesií: X way, s. r. o., Bratislava Dovozca klimatizačných zariadení: VOKS, s. r. o., Bratislava Výrobca klimatizačných zariadení: Troges, Rakúsko Návratnosť investície do klimatizácie: menej ako dva roky (na úsporách elektrickej a tepelnej energie)

Lokálne chladenie

Jestvujúce zariadenie pracovalo s rovnakou teplotou vzduchu v celej budove. Postupne sa v budove inštalovali tzv. splitové zariadenia, ktoré preberali funkciu chladenia v jednotlivých priestoroch. Centrálne zariadenie postupne plní funkciu vetrania, ktoré je výkonovo prispôsobené požiadavkám osôb pracujúcich v kanceláriách.

Energetická náročnosť = ekologická úroveň investora

Vedenie nadnárodnej inštitúcie vyžaduje od svojich pobočiek vo všetkých krajinách, aby spotreba energie nevybočovala z primeraného rámca. A tu sa stretol záujem investora so skúsenosťami a vedomosťami riešiteľa a realizátora.

Koncepcia riešenia

Principiálna koncepcia riešenia vychádzala z možností, ktoré poskytovala budova v prevádzke vzhľadom na minimalizovanie odstávok klimatizačnej techniky počas demontáže jestvujúcich komponentov klimatizačného zariadenia a montáže nových. Zariadenia sa navrhovali nielen podľa vopred stanovených predpokladaných úspor, ale aj s ohľadom na stanovené investičné limity.

Komplexné projektové riešenie sa členilo na tieto realizačné projekty:

Náhrada jestvujúcich osových ventilátorov

Tri projekty riešili náhradu jestvujúcich osových ventilátorov (OV1, OV2 a OV3) strojmi nového typu – použitím ventilátorov s voľným obežným kolesom (obr. 1). Konštrukcia týchto nových ventilátorov umožňuje technicky výhodnejšie riešenie napojenia na potrubné trasy. Pôvodné ventilátory vyfukovali vzduch aerodynamicky nevýhodne – priamo do vložiek tlmiča hluku. Toto usporiadanie vyvolávalo vysoký hydraulický odpor pri prúdení vzduchu a neprimerané tlakové straty, čo sa premietalo do vysokej spotreby elektrickej energie na pohon ventilátorov. Okrem toho sa riešilo zníženie odporu prúdenia vzduchu v stavebných kanáloch, kde v ostrých kolenách dochádzalo k víreniu a vysokým stratám energie. Vložením vodiacich plechov (obr. 2) sa vysoká turbulencia prúdu vzduchu odstránila, čo sa preukázateľne potvrdilo na znížení potrebného výkonu elektromotora ventilátora.

Obr. 1 Osadenie ventilátora Comerfi, pozícia OV1

Obr. 2 V ostrých kolenách dochádzalo k víreniu a vysokým stratám energie, vložením vodiacich plechov sa vysoká turbulencia prúdu vzduchu odstránila

Koncepčná racionalizačná zmena odvodu vzduchu

Jeden projekt sa zaoberal koncepčnou racio­nalizačnou zmenou odvodu vzduchu (VZT 5) z reštaurácie Panda v letnom období obtokom okolo rekuperačného zariadenia na spätné získavanie energie z odpadového vzduchu. Vysoká teplota odpadového vzduchu spôsobuje v porovnaní s odvádzaným vzduchom z ostatných prevádzok zníženie účinnosti rekuperácie chladu z odvádzaného vzduchu.

Vetranie parkoviska na 1. NP

Parkovisko osobných automobilov, ktoré bolo zriadené na mieste pôvodnej „obhliadkovej haly“, sa vetrá odpadovým vzduchom s postačujúcou kvalitou po jeho ochladení (a súčasnom predhriatí privádzaného vonkajšieho vzduchu) v rekuperátore a bez pôvodného ohrevu vzduchu v ohrievači.

Doplnenie cirkulácie vzduchu vo vnútorných priestoroch

Dva projekty riešili doplnenie cirkulácie vzduchu (VZT 2, VZT 3) vo vnútorných priestoroch s nízkym znečistením vzduchu pri bežnom stave prevádzky (archívy, sklady, vstupná hala). Obtokové potrubie s vloženým ventilátorom zaisťuje vo vetraných priestoroch stály prietok vzduchu. Tento ventilátor zabezpečuje aj rovnomernosť teplôt. Základné prevádzkové vetranie týchto priestorov je navrhnuté na 10 % maximálneho vetracieho výkonu. Plný výkon vetrania sa bude využívať v prípade potreby, keď bude funkcia cirkulácie vyradená.

Obr. 3 Schéma zapojenia VZT 7

Úsporné vetranie vnútorných priestorov

Päť projektov – VZT 4, VZT 5, VZT 6, VZT 7 (obr. 3) a VZT 8 – sa zameralo na úsporné vetranie vnútorných priestorov regulovaným množstvom vzduchu. Prevažne sa použili VAV boxy (obr. 4) s premenlivým množstvom vzduchu (Variable Air Volume), ale aj regulátory s konštantným prietokom vzduchu (ako lacnejšia alternatíva). Doterajšie konštantné prevetrávanie vnútorných priestorov sa nekontrolovalo, preto bolo nehospodárne. Vetranie priestorov podľa skutočného využívania a obsadenia osobami znamená vysokú úsporu tepla aj elektrickej energie.

Obr. 4 Funkčná schéma VZT 5 – reštaurácia Panda

Dimenzovanie zariadení

Pri dimenzovaní zariadení sa vychádzalo z týchto výpočtových hodnôt:

• teplota v zime: –11°C,
• teplota v lete: +33 °C,
• entalpia: 58 kJ/kg s. v.

Výdatnosť vetrania vnútorných priestorov sa navrhla na 50 m³/h na osobu. Výdatnosť vetrania garáží sa stanovila na 333 m³/h na jedno parkovacie miesto.

Inštalované zariadenia – Pozície OV1, OV2 a OV3

Použité ventilátory (obr. 1):

• Comerfi NPL 1250, 49 000 m³/h, celkové zvýšenie tlaku 1012 Pa
• Comerfi NPA 1120, 46 000 m³/h, celkové zvýšenie tlaku 890 Pa
• Comerfi NPA 1120, 57 000 m³/h, celkové zvýšenie tlaku 691 Pa

Ventilátory sú vybavené frekvenčnými meničmi otáčok.

Zariadenie VZT 5, Vetranie parkoviska na 1. NP

• uzatváracie klapky a servopohony Belimo

Zariadenia VZT 2, VZT 3

• uzatváracie klapky a servopohony Belimo

Zariadenia VZT 4, VZT 5, VZT 6, VZT 7 a VZT 8

Počet navrhnutých regulátorov prietoku

Meranie a regulácia

V rámci merania a regulácie sa plnia tieto funkcie:

Pozície OV1, OV2 a OV3

• riadenie otáčok ventilátorov podľa skutočnej potreby vetracieho vzduchu v budove frekvenčnými meničmi otáčok

Zariadenie VZT 5

• vyhodnocovanie vhodnosti parametrov odpadového vzduchu odsávaného z reštaurácie Panda na rekuperáciu a následné otváranie klapky na cestu tohto vzduchu cez rekuperátor alebo priamo do vonkajšej atmosféry

Vetranie parkoviska na 1. NP

• meranie koncentrácie škodlivín v priestore nadzemného parkoviska najmenej dvoma snímačmi, pri zvýšenej koncentrácii otvorenie klapky na prívode aj odvode vzduchu a prepnutie ventilátora OV3 na plné otáčky; po poklese koncentrácie škodlivín pod požadovanú hodnotu udržiavanie vysokého výkonu vetrania 15 minút a následne zníženie na bežný režim

Zariadenia VZT 2 – vetranie archívov, VZT 3 – vetranie vstupnej haly

• riadenie vetrania čerstvým vzduchom v kombinácii s využívaním cirkulácie so zníženým množstvom čerstvého vzduchu na 10 %
• cirkulačný ventilátor sa bude ovládať podľa V-krivky (množstvo vzduchu je priamo úmerné rozdielu medzi žiadanou a nameranou hodnotou teploty vo vetranom vnútornom priestore), pričom pred zvyšovaním výkonu ventilátora sa bude prednostne otvárať ventil na prívode vykurovacej vody do ohrievača

Zariadenia VZT 4, VZT 5, VZT 6, VZT 7 a VZT 8

• pri vetraní miestností s reguláciou množstva vzduchu dvojicou VAV boxov (prívod/odvod) je ovládač umiestnený vo vetranej miestnosti; je napojený na nadradený optimalizačný systém, ktorý zabezpečuje súčinnosť s celým systémom vzduchotechniky vrátane centrálnych ventilátorov tak, aby bola prevádzka z energetického hľadiska optimálna; pri zariadení VZT 5 (reštaurácia Panda) je na odvode namiesto VAV boxu zaradený posilňovací odťahový ventilátor, ktorý bude výkonovo ovládaný vo väzbe na prívodný VAV box tak, aby bol vždy zachovaný mierny podtlak v priestore reštaurácie na ochranu okolitých priestorov pred výparmi z pokrmov

Protipožiarne opatrenia

Navrhnuté doplnenia vzduchotechniky nezasahujú do riešenia požiarnej ochrany jestvujúceho objektu, vykonávajú sa vždy v rámci jedného požiarneho úseku.

Odskúšané v praxi

Ocenené projektové riešenie sa presadilo vďaka ekologickej úrovni investora, ktorý ocenil jeho nízku energetickú náročnosť. Investor tak získal vzduchotechnické zariadenie, ktoré spotrebuje približne iba 50 % pôvodnej energie. Táto pôvodne „vypočítaná hodnota“ sa už dnes potvrdzuje aj v reálnej praxi, čo vedie k spokojnosti užívateľa zariadenia. Číselné vyhodnotenie je zrejmé z tabuľky. Úspech navrhnutého riešenia je daný okrem iného aj tým, že ľudia pracujúci v kancelárskych priestoroch si sami môžu zvoliť intenzitu vetrania podľa ich subjektívneho pocitu potreby vonkajšieho vzduchu, čím sa znižuje počet prípadných sťažností na klimatizačné zariadenie na minimum a zároveň sa ušetria náklady na energie.

Obrázky: archív autorov

Ing. Peter Komrska, Peter Komrska ml.
Autori pôsobia v spoločnosti X way project, s. r. o.

Článok bol uverejnený v časopise TZB HAUSTECHNIK.