Projektowanie systemów klimatyzacji budynków: ważne niuanse i etapy sporządzania projektu

Trudno się nie zgodzić, że utrzymanie komfortowej temperatury w pomieszczeniu i dobra wymiana powietrza są podstawą normalnego mikroklimatu w budynku o dowolnym przeznaczeniu. Nowoczesna technika klimatyzacyjna oraz urządzenia poprawiające działanie wentylacji są w stanie w ciągu kilku minut stworzyć w pokoju komfortową atmosferę – z odpowiednią temperaturą i akceptowalnym progiem wilgotności.

Jednak prosty montaż dowolnego modelu klimatyzatora, który nam się podoba, nie zawsze może rozwiązać problem zbyt wysokiej temperatury powietrza, prawda? Dlatego profesjonalne i kompetentne projektowanie systemów klimatyzacji budynków jest pierwszym krokiem przed zakupem takiego sprzętu. Dobór optymalnego urządzenia i jego instalacja we właściwym miejscu pozwolą chłodzić lub ogrzewać powietrze przy najmniejszych nakładach energetycznych i uwzględniać potrzeby wszystkich obecnych w pomieszczeniu.

W tym materiale omówimy główne etapy tworzenia projektu dla efektywnego systemu klimatyzacji pomieszczeń, przeanalizujemy obliczenia, które należy przeprowadzić podczas planowania, oraz dowiemy się, jak sporządzić prawidłowy schemat termoregulacji powietrza.

Konieczność klimatyzacji pomieszczeń

System klimatyzacji, podobnie jak wentylacji, odgrywa ogromną rolę w utrzymaniu komfortowej atmosfery dla życia i pracy ludzi. Zbyt gorące powietrze poważnie wpływa na samopoczucie i wydajność człowieka, dlatego o mikroklimat pomieszczenia i kierunek przepływu mas powietrza należy zadbać już na etapie budowy lub remontu budynku.

Oprócz wpływu na ludzi, temperatura i wilgotność odbijają się również na pracy urządzeń w biurach lub halach produkcyjnych. Wysokie wartości temperatury zwiększają obciążenie sprzętu, co może być przyczyną awarii niektórych podzespołów.

Z wysokich temperatur cierpią nie tylko silniki tokarek. Nowoczesne urządzenia wyposażone w skomplikowaną elektronikę są dość wrażliwe na reżim temperaturowy.

Utrzymanie odpowiedniej temperatury może stać się podstawą bezpieczeństwa. Przechowywanie niektórych materiałów w pomieszczeniach z nadmiernie ogrzanym powietrzem jest po prostu niedopuszczalne. Aby zmniejszyć prawdopodobieństwo pożaru, system chłodzenia powietrza musi działać sprawnie i w pełni kompensować nadmiar wewnętrznego i zewnętrznego dopływu ciepła.

Dlaczego konieczne jest sporządzenie projektu?

Przestrzeganie niezbędnych norm i dokładne obliczenie obciążenia systemu klimatyzacji oszczędza użytkownikom wielu problemów. W procesie tworzenia planu uwzględnia się ogromną liczbę czynników, które mogą wpłynąć na efektywność pracy urządzeń. Bez uwzględnienia tych niuansów funkcjonowanie elementów systemu klimatyzacji może mieć niedopuszczalnie niską sprawność.

Właściwe podejście do tworzenia projektu umożliwia realizację kluczowych zadań, do których należy zaliczyć:

• utrzymanie optymalnej temperatury i wilgotności w budynku;
• wybór najbardziej odpowiednich urządzeń klimatyzacyjnych i wentylacyjnych;
• możliwość wielostrefowej regulacji temperatury;
• oszczędna eksploatacja urządzeń, która sprzyja ich trwałości;
• organizacja prawidłowego kierunku przepływu powietrza;
• skrajnie niskie zużycie energii elektrycznej do osiągnięcia zadanych temperatur i inne.

Podczas projektowania dodatkowo uwzględnia się również estetyczne aspekty instalacji klimatyzatora. System chłodzący powietrze może być misternie wkomponowany we wnętrze, jeśli podejdzie się do jego integracji z pomieszczeniem kompetentnie i z doświadczeniem.

Estetycznie zamontowany klimatyzator może pozostać praktycznie niewidoczny dla gości i absolutnie nie wpływać na ogólną koncepcję wystroju wnętrza.

Etapu planowania systemu klimatyzacji nie można pominąć, ponieważ właśnie jasny plan pozwala opracować skuteczną koncepcję chłodzenia dowolnego pomieszczenia lub całego budynku, przygotować niezbędne rysunki i konkretne zadania dla ekip montażowych, elektryków i innych specjalistów.

Rodzaje systemów klimatyzacji

Obliczenia i konkretne cechy pomieszczenia wpływają na wybór systemu klimatyzacji. W każdym z nich stosuje się określone modele klimatyzatorów, które można podzielić na trzy szerokie kategorie: domowe, przemysłowe, komercyjne.

Same systemy dzielą się na następujące typy:

• kompleksy wielostrefowe;
• systemy split i multisplit;
• centralne chłodzenie;
• precyzyjna klimatyzacja;
• systemy chiller-fancoil;
• systemy z klimatyzatorami kanałowymi lub dachowymi i inne.

Do użytku domowego najczęściej wybiera się systemy wielostrefowe, systemy split i multisplit. Główną różnicą tych kompleksów jest liczba jednostek wewnętrznych urządzenia.

System split zakłada obecność jednej wewnętrznej jednostki chłodzącej, multisplit – pięciu, a w kompleksie wielostrefowym zintegrowanych jest od 10 do 15 elementów, które działają dzięki niezwykle wydajnej jednostce zewnętrznej.

Wielostrefowy system klimatyzacji jest jednym z najskuteczniejszych sposobów ochładzania powietrza w pomieszczeniach o różnym przeznaczeniu dzięki niezależnej pracy jednostek wewnętrznych i mocy jednostki zewnętrznej.

Opracowanie planu efektywnego systemu klimatyzacji opiera się na obliczeniu bilansu cieplno-powietrznego, przy czym brane są pod uwagę wszystkie kluczowe czynniki wpływające na mikroklimat wewnątrz budynku.

Projektowanie podlega również dokumentom normatywnym, uwzględnia wymagania sanitarne, architektoniczne, przeciwpożarowe i inne.

Obliczenia do sporządzenia planu systemu

Aby dobrać optymalną moc roboczej jednostki zewnętrznej i obliczyć liczbę jednostek wewnętrznych, uwzględnia się wewnętrzne i zewnętrzne obciążenie cieplne budynku.

Wewnętrzne obciążenia cieplne zawsze mają wartość dodatnią i stanowią wydzielanie ciepła przez mieszkańców domu, wytwarzanie energii cieplnej przez urządzenia gospodarstwa domowego i źródła oświetlenia. W pomieszczeniach komercyjnych lub biurowych do takiego obciążenia systemu klimatyzacji dodaje się ciepło od energochłonnych urządzeń, w budynkach produkcyjnych – oddawanie ciepła od gorących cieczy, urządzeń, a także ciepło wydzielane w procesie reakcji chemicznych.

Zewnętrzne obciążenia cieplne mogą mieć zarówno ujemne, jak i dodatnie charakterystyki. Dlatego obciążenie zewnętrzne stanowi zyski ciepła lub straty ciepła.

Przewodniki strat ciepła i zysków ciepła są pokazane na powyższym schemacie. Czerwonymi strzałkami zaznaczono przepływy strat ciepła, niebieskimi – przenikanie zimna do budynku.

Źródłami takiego obciążenia cieplnego są:

• światło słoneczne przenikające przez pakiety szyb;
• ciepło lub zimno, których przewodnikami są ściany, konstrukcje okienne, podłoga, dach i sufit;
• straty ciepła i zyski ciepła z wentylacji nawiewnej.

Ilościowe wskaźniki tego samego rodzaju zewnętrznego obciążenia cieplnego mogą zmieniać się od obciążeń dodatnich do ujemnych w ciągu doby, na przykład przy dużej amplitudzie wahań temperatury powietrza w dzień i w nocy, a także z sezonu na sezon. Na przykład latem różnica temperatury na zewnątrz i wewnątrz pomieszczenia jest niewielka, więc ciepło łatwiej przenika do budynku. Zimą zachodzi proces odwrotny, podczas którego ciepło szybciej opuszcza obiekt.

Obliczenie bilansu cieplno-powietrznego pozwala dobrać odpowiednie urządzenie i zaplanować odpowiednie miejsce do zainstalowania klimatyzatora.

Nowoczesne klimatyzatory mogą w razie potrzeby znacznie ogrzać powietrze. Dlatego przy projektowaniu systemu klimatyzacji ważne jest uwzględnienie głównych obszarów, w których występują duże straty ciepła

Przy obliczeniach koniecznie uwzględnia się kluczowe czynniki wpływające na dopływ i utratę ciepła:

• klimatyczne cechy regionu;
• materiały, z których zbudowany jest budynek;
• grubość ścian i obecność izolacji;
• liczba komór w pakiecie szybowym i ogólna efektywność energetyczna konstrukcji okiennej;
• orientacja budynku względem stron świata;
• obecność urządzeń i maszyn wytwarzających ciepło podczas pracy;
• liczba osób mieszkających lub regularnie przebywających w pomieszczeniu;
• liczba pokoi w mieszkaniu lub domu itp.

W związku z tym nietrudno zrozumieć, że tylko doświadczony specjalista może jak najdokładniej i prawidłowo podejść do planu przyszłego systemu klimatyzacji, ponieważ podczas przygotowania projektu należy przewidzieć zbyt wiele specyficznych niuansów.

Etapy przeprowadzania projektowania

Sporządzenie planu niezbędnych prac odbywa się w dwóch kolejnych etapach, obejmujących przygotowanie wszystkich niezbędnych obliczeń, kosztorysów, specyfikacji technicznych dla specjalistów z pokrewnych dziedzin oraz wybór odpowiedniej gamy modeli urządzeń.

Etap #1 — przygotowanie obliczeń i zadań

Przygotowanie polega na zapoznaniu się z budynkiem, jego lokalizacją, cechami konstrukcyjnymi i innymi czynnikami.

Specjaliści opracowują uzasadnienie techniczno-ekonomiczne, na podstawie którego wstępnie dobierany jest typ systemu klimatyzacji. Ten ostatni jest opisany w uproszczeniu.

Na uproszczonym schemacie pokazano kluczowe elementy systemu klimatyzacji, bloki rozdzielające czynnik chłodniczy oraz główne bloki sterowania urządzeniami klimatyzacyjnymi

Specjalista proponuje potencjalnie wydajne urządzenie, które odpowiada potrzebom pomieszczenia pod względem podstawowych parametrów:

• mocy;
• wydajności chłodniczej, grzewczej i powietrznej.

Następnie sporządzany jest kosztorys przyszłych prac. Jeśli projekt według uzasadnienia techniczno-ekonomicznego satysfakcjonuje właściciela budynku lub mieszkania, etap przygotowawczy przechodzi w fazę roboczą.

Etap #2 — dobór odpowiedniego urządzenia

Na tym etapie projektowanie opiera się na dokładnych obliczeniach uwzględniających wewnętrzne i zewnętrzne obciążenie cieplne, charakterystyki cieplne obiektu. Obliczenia przeprowadza się indywidualnie dla każdego pomieszczenia, po czym dokładnie znane są nadwyżki ciepła w każdej strefie. Na podstawie tych danych dobierane jest urządzenie niezbędne do kompensacji obciążeń cieplnych.

Po wyborze sprzętu rozpoczyna się projektowanie miejsc instalacji klimatyzatorów, przedstawiany jest schemat rozprowadzenia kanałów wentylacyjnych, przygotowywany jest plan prac technicznych dla ekipy montażowej i elektryków.

Wszystkie przygotowane materiały są przekazywane klientowi i dostawcy urządzeń klimatyzacyjnych. Po montażu zaleca się przeprowadzenie prac rozruchowych i regulacyjnych, które pomogą skonfigurować działanie urządzeń.

Czym grozi samodzielne projektowanie?

Bez odpowiedniego doświadczenia i wiedzy samodzielne sporządzenie projektu systemu klimatyzacji jest dość trudne.

Jeśli nie uwzględni się choćby jednego czynnika, na przykład orientacji mieszkania na północ lub obecności pakietów szybowych o niskiej efektywności zatrzymywania ciepła, cały system klimatyzacji będzie działał nieefektywnie.

Wskaźniki oszczędności energii okien metalowo-plastikowych zależą od wielu czynników: liczby komór, obecności specjalnych powłok itp. Dlatego samodzielne obliczenie strat ciepła i zysków ciepła jest dość trudne.

Dodatkowo urządzenia klimatyzacyjne mogą być narażone na większe obciążenia, ponieważ podczas klimatyzacji będą musiały stale kompensować nieuwzględnione przez projektanta zyski ciepła.

Ogólnie rzecz biorąc, każdy błąd w opracowanym projekcie może prowadzić do poważnych problemów:

• nieuzasadnionej pracy klimatyzatora w jednym pomieszczeniu, podczas gdy większość domowników przebywa w innych pokojach;
• nadmiernemu zużyciu energii elektrycznej, która jest zużywana na tłumienie nieuwzględnionego ciepła z oświetlenia lub urządzeń;
• niemożliwości strefowej regulacji temperatury;
• zakupie zbyt wydajnego lub mało wydajnego urządzenia;
• szybkiemu zużyciu lub awarii podzespołów systemu split z powodu nadmiernego obciążenia itp.

Dlatego opracowanie schematu klimatyzacji nawet dla małego mieszkania czy biura warto powierzyć profesjonalistom.

Oszczędność na projektowaniu może skutkować nieuzasadnionymi kosztami podczas eksploatacji urządzeń.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Pięć najpowszechniejszych rodzajów systemów klimatyzacji, ich cechy, różnice i możliwości zostało szczegółowo opisanych przez wykładowcę w poniższym filmie:

Podstawowa budowa systemów klimatyzacji oraz zalecenia dotyczące wyboru odpowiedniego typu zostały przedstawione przez inżyniera ds. wentylacji i klimatyzacji:

Profesjonalne podejście do klimatyzacji budynków pozwala zapewnić odpowiednią temperaturę, czystość, wilgotność i ruch powietrza, od których zależy samopoczucie i wydajność ludzi, funkcjonowanie skomplikowanych urządzeń, stan mebli lub określonych materiałów.

Proces projektowania jest dość skomplikowany i czasochłonny, dlatego należy podchodzić do niego niezwykle odpowiedzialnie. Z tego powodu nie warto planować samodzielnie, ale z wyprzedzeniem wybrać zespół profesjonalistów, którzy posiadają doświadczenie, pozytywną reputację oraz uprawnienia do przeprowadzania tego typu obliczeń.

Czy mają Państwo pytania dotyczące projektowania systemów klimatyzacji? Proszę zadać je naszym ekspertom oraz innym odwiedzającym stronę w sekcji kontaktowej. Proszę zostawiać swoje komentarze, dzielić się doświadczeniem, brać udział w dyskusji.