Istniejące instalacje wentylacyjne często opierają się o urządzenia solidne, jednak jak na rozwiązania techniczne dość wiekowe. Odstają one od współczesnych wymagań w zakresie regulacji, adaptacji do bieżących warunków pracy i energooszczędności. Dlatego w wielu obiektach konieczna jest modernizacja i wymiana wentylatorów, np. dużych urządzeń promieniowych.
Właściciele obiektów z takimi instalacjami często w wyniku audytu energetycznego zdają sobie sprawę, ile energii zużywają wentylatory. Poszukują wówczas rozwiązań, dzięki którym będzie można w prosty, stosunkowo szybki i relatywnie tani sposób zmodernizować istniejące wyposażenie techniczne budynku. Szwedzka firma wykonawcza Mälarenergi Energy Services, specjalizująca się w modernizacjach instalacji pod kątem oszczędności energii, ocenia na podstawie swoich doświadczeń, że dzięki modernizacji instalacji wentylacyjnej klienci zużywają średnio o 25-30% energii mniej, a rekordziści – nawet o 50-60% energii mniej [1].
Wymiana wentylatorów na ściany wentylacyjne
Jeśli w instalacji wentylacyjno-klimatyzacyjnej – szczególnie obiektu użyteczności publicznej – pracują duże wentylatory promieniowe starego typu lub wielkogabarytowe centrale wentylacyjne, ciekawym i skutecznym rozwiązaniem mogą być tzw. ściany wentylatorowe. Są to modułowe konstrukcje złożone z jednakowych wentylatorów połączonych równolegle, fabrycznie przygotowane do różnych rozwiązań montażowych. Często z punktu widzenia inwestora ważny jest właśnie sposób wymiany rozwiązania. W istniejącej centrali wentylacyjnej, jak wskazuje firma Rosenberg [2], konieczne może być wymontowanie całej sekcji wentylacyjnej, ale ponowne zamontowanie w niej dużego wentylatora może okazać się utrudnione. Modułowa konstrukcja ściany wentylatorów pasuje do przekroju poprzecznego centrali. Wentylatory w odpowiednich obudowach łatwo łączy się między sobą w pionie i poziomie. Trywialnym, ale z praktycznego punktu widzenia ważnym zagadnieniem jest fakt, że moduł zmieści się w standardowych drzwiach. Dwie osoby są w stanie w ciągu jednego dnia (co oznacza bardzo krótki przestój) zamontować urządzenia bezpośrednio na obiekcie.
Przykłady zastosowań ściany wentylatorów
Zastosowane w ścianach wentylatorów urządzenia to zwykle rozwiązania z najwyższej półki pod względem efektywności energetycznej czy akustyki. Przykładowo, rozwiązanie MXFG z oferty ebm-papst to wentylator o mocy od 2,95 kW do 5,7 kW. Cechuje się elektronicznie komutowanym (EC) napędem bezpośrednim i kratką wlotową FlowGrid zapewniającą wysokie parametry akustyczne. Urządzenie może być sterowane przez sygnał 0-10 VDC oraz protokół Modbus.
Szwedzka Bombardier Arena (zaprojektowana i wybudowana pod koniec lat 80. ubiegłego stulecia) wyposażona była w dwa duże wentylatory – nawiewny i wywiewny. Zasadniczym problemem związanym z tymi urządzeniami był brak automatycznej regulacji i sterowania. Tym samym istniała niemożność automatycznej pracy z obciążeniem częściowym. Przykładowo, na weekendowe koncerty wentylację należało ustawić ręcznie w piątek, a ponownie zredukować – w poniedziałek, kiedy obsługa obiektu wróciła do pracy. Chcąc ograniczyć zużycie energii, właściciel obiektu przeprowadził audyt energetyczny i w jego wyniku zdecydował się na wymianę wentylatorów. Każdy z nich został zastąpiony przez ścianę wentylatorów, liczącą po 16 urządzeń o mocy 5,7 kW z typoszeregu MXFG [1].
Przewagi ściany wentylatorów nad klasycznym systemem z jednym dużym urządzeniem
- duży przepływ przy małym hałasie i poborze energii – jest to efekt pracy równoległej kilku-kilkunastu urządzeń. W modernizowanym budynku biurowym w Szwecji zwiększono moc wentylatorów zwiększono dwukrotnie. Jeden duży wentylator 11 kW zastąpiono ścianą 4 wentylatorów 5,5 kW każdy. Pozostało to praktycznie bez wpływu na zużycie energii i poziom hałasu. W centrum badawczym Kemicentrum (Szwecja), gdzie rozważano różne sposoby modernizacji dużego wentylatora, sama wymiana silnika w istniejącym urządzeniu nie przyniosłaby szczególnych oszczędności pod względem zużycia energii [1];
- lepsze i bardziej równomierne rozprowadzanie powietrza w centrali wentylacyjnej (w tym do sekcji filtracyjnej czy chłodnic), w całym przekroju urządzenia;
- sterowalność i możliwość dostosowania warunków pracy do częściowego obciążenia danej instalacji. Silniki EC mają wejścia MODBUS, a określone grupy wentylatorów (np. każde 6 sztuk) podłącza się do wspólnej szafki sterowniczej. Łatwo dostosować pracę ściany wentylatorów do zmieniającego się w ciągu dnia zapotrzebowania na powietrze wentylacyjne. Po prostu uruchamia się czy zatrzymuje konkretną liczbę urządzeń. Tzw. miękki start silników EC sprawia, że ich włączanie i wyłączanie nie obniża ich żywotności.
- “naturalna” redundancja (możliwość łatwej kompensacji w przypadku awarii). Awaria pojedynczego, dużego wentylatora może mieć katastrofalne skutki (np. centra danych, szpitale, zakłady przemysłu spożywczego lub chemicznego czy laboratoria badawcze). W obiektach takich zwykle obowiązuje redundancja, najczęściej realizowana przez obecność drugiego, “zapasowego” systemu wentylacyjnego. Inwestorzy jednak chętnie poszukują dla niego alternatywy w przypadku modernizacji systemu, do którego ma być dodana funkcja redundancji. W przypadku ściany wentylatorów czasowe wyłączenie pojedynczego urządzenia może zostać skompensowane przez czasowe zwiększenie prędkości obrotowej pozostałych wentylatorów.
Poprawa energooszczędności systemów wentylacyjnych jest częstą, ale nie jedyną motywacją wymiany istniejących wentylatorów. Jeśli przeznaczenie lub sposób użytkowania budynku zmienia się, inwestor może stanąć przed koniecznością jej modernizacji, by spełnić aktualne zapotrzebowanie na ilość powietrza. Wiąże się to np. z komfortem pracy w biurach. Dąży wówczas do tego, by przy realizacji parametrów komfortu nie zwiększyć w znaczący sposób zużycia energii i hałasu pochodzącego od urządzeń wentylacyjnych.
Jak uciszyć instalację wentylacyjną?
Modernizacja instalacji wentylacyjnej wiąże się z wymaganiami dotyczącymi parametrów akustycznych. W niektórych obiektach – np. biurach i szpitalach – obserwuje się zjawisko uciążliwości akustycznej dźwięków o niskiej częstotliwości, pochodzących od urządzeń wentylacyjnych. Choć pod względem wymagań prawnych poziom dźwięku może mieścić się w wartościach dopuszczalnych, może być uciążliwy. Dlatego modernizacja instalacji wentylacyjnej powinna wiązać się z zastosowaniem wentylatorów, które są ciche dzięki swoim rozwiązaniom konstrukcyjnym, umożliwiając rozproszenie i uspokojenie wirów. Wiry powstają przy turbulentnym przepływie powietrza i powodują hałas podczas napływu na wlot wentylatora, szczególnie w kontakcie z łopatkami. Przykładem takiego rozwiązania zintegrowanego z wentylatorem jest kompozytowa kratka FlowGrid stosowana na wlocie powietrza w wentylatorach osiowych i odśrodkowych.
Zastosowanie fabrycznie wyciszonych wentylatorów przy modernizacji może umożliwić wręcz usunięcie tłumików z instalacji wentylacyjnej. Takie rozwiązanie nie tylko nie pogorszy parametrów akustycznych, ale i poprawi jej efektywność energetyczną przez obniżenie oporów przepływu całej instalacji. Takie rozwiązanie zastosowano w szwedzkim kompleksie biurowym Solna Business Park. Wymieniono urządzenie wentylacyjne, z wentylatora na czteroelementową ścianę wentylacyjną, zwiększając moc dwukrotnie (do 22 kW). Usunięcie tłumików z instalacji zmniejszyło spadki ciśnienia, ale nie pogorszyło parametrów akustycznych.
O skuteczności podobnego działania przekonał się także dobitnie szpital uniwersytecki w szwedzkim Linköping. W jednym z bloków szpitala wymieniono stary wentylator z napędem pasowym na nowoczesny wentylator do wymiany bezpośredniej. Nowe urządzenie, z silnikiem EC i wyważonym, stabilnym (lecz lekkim) wirnikiem AirFoil i zamontowanymi tłumikami, wprowadzono na zasadzie 1:1. Odbyło się to bez większej ingerencji w samą instalację. Jeden z inżynierów po stronie wykonawcy zaproponował jednak usunięcie części tłumików z instalacji przewodowej i zwiększenie odległości między tymi, które pozostały. Przyniosło to zwiększenie oszczędności energii o dalsze 14% (sama wymiana wentylatora dała oszczędności ok. 40%), bez szkody dla parametrów akustycznych instalacji.
Źródła
- ebm-papst: Ventilation Retrofit.Product range and reference cases.
- Rosenberg: ECFanGrid. References.
- materiały firm ebm-papst, FlaktGroup, Nicotra, Ziehl-Abegg
