... prostřednictvím lepší kontroly kvality vzduchu ve větracích a klimatizačních systémech (EN 13779) 1 Mr. Hannes Lütz Product Manager CentraLine c/o Honeywell GmbH 06 I 2008 Precizní kontrola kvality vzduchu se často diskutuje, ale jen zřídkakdy skutečně realizuje. Přitom je důležitým přínosem ke snížení provozních nákladů větracích a klimatizačních systémů. Přestože se návrhy ke kontrole CO 2 pro dosažení uvedených cílů dělaly již od roku 1916, byly technologie dosud stále ještě příliš drahé a ceny energie příliš nízké, aby se energické zákroky v tomto směru skutečně vyplatily. Zatímco současné vysoké ceny energie činí kontrolu CO 2 realistickou nutností, starají se moderní technologie o zejména snadnou aplikaci. Tímto způsobem lze vybavit jak nové, tak také již stávající instalace. EU směrnice k celkové energetické účinnosti budov (EPBD) 2 a další nové normy podporují na základě svého enormního potenciálu úspor aplikaci těchto systémů. Na základě energetického obsahu upotřebeného vzduchu a energie pro dopravu vzduchu jsou náklady pro zásobování čerstvým vzduchem v budovách velmi vysoké. 1 DIN EN 13779: Větrání nebytových budov Všeobecné základy a požadavky pro větrací a klimatizační zařízení, 2005, DIN Deutsches Institut für Normung e. V. (Německý ústav pro normování). 2 EU směrnice Celková energetická účinnost budov (EPBD) ze dne 16. prosince 2002
Stará záležitost? Kontrola CO 2 není ani zdaleka žádné nové téma. Američtí inženýři si byli již na počátku 20. století vědomi velkého potenciálu úspor tohoto přístupu: 1916 Engineers Handbook Obrázek 1: Inženýrská příručka z roku 1916 3 Podle testů CO 2... by se měla kontrolovat výměna vzduchu a distribuce vzduchu v uzavřeném prostoru. podíl CO 2 by NEMĚL překročit 800 až 1000 ppm. Staré normy a nová EN 13779 Normy zpravidla pomáhají při vývoji větracích systémů. Zejména podíl čerstvého vzduchu je návrhovým, které se projeví na celkové velikosti systému. EU směrnice EN1946, část 2 a USA norma ASHRAE 62-1989 berou v úvahu množství čerstvého vzduchu ještě podle plochy a pevného počtu osob. Nová EU norma EN 13779 na bázi EPBD obsahuje již možnost volby realizovat přívod čerstvého vzduchu s kvalitou vzduchu jako kontrolovatelnou proměnnou a přikládá kvalitě vzduchu, pro ekonomicky provozovaný klimatizační systém, největší význam. 3 General Electric: Informace k měřicím technikám CO2
Měřicí technologie Moderní senzory CO 2 se skládají z následujících komponentů: infračerveného zdroje, vysílajícího záření přes patentovaný vlnovod; optického filtru, propouštějícího pouze požadovanou vlnovou délku; detektoru, který měří množství infračerveného záření; čím je podíl CO 2 v komoře vyšší, tím méně infračerveného záření dosáhne detektor. Difuzní membrány Speciální infračervený filtr Mikrominiaturní termopilní detektor Infračervená žárovka 1.25" Patentovaný vlnovod Mikroprocesor Obrázek 2: Moderní senzory CO2 3 Tyto senzory mohou také obsahovat proporcionální regulátor nebo/a jednoduchý spínač omezení, takže malé aplikace lze přímo zpracovávat pomocí řízení senzoru. V každém případě je generován lineární výstupní signál 0...10 V nebo 4...20 ma, který zobrazuje koncentraci CO 2 v ppm (parts per million). Tento výstupní signál lze, podle přesnosti senzoru a požadovaného profilu, upravovat pro různé měřicí rozsahy. Zpravidla by měly senzory pokrýt měřicí rozsah od 0...2000 ppm CO 2. Měření je založeno na absorpčních vlastnostech CO 2. Účinek tohoto plynu lze selektivně vyfiltrovat ze všech ostatních vlivů, takže lze docílit velmi exaktní výsledky měření. 3 General Electric: Informace k měřicím technikám CO2
Tento fyzikální efekt je zobrazen v následujícím diagramu: Infračervená absorpce různých plynů Přenos Vodní pára Uhlovodík Oxid uhličitý Oxid uhelnatý NOx Vodní pára Oxid siřičitý Chladivo VOCs Ozón 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Vlnová délka (mikron)] Obrázek 3: Fyzikální důsledky CO2 3 Tento princip měření se osvědčil jako velmi spolehlivý, takže není nutná žádná další kalibrace. Poskytuje nejvyšší spolehlivost a přesnost ze všech možných principů měření. Senzory lze podle typu systému instalovat v příslušném uzavřeném prostoru na stěnu nebo do odvětrávacího kanálu. Obrázek 4: Senzory CO2 a senzory kvality vzduchu, jako je Command od CentraLine, zobrazují exaktní koncentraci CO2 a jiná znečistění vzduchu. 3 General Electric: Informace k měřicím technikám CO2
Typické oblasti použití Tuto technologii lze použít ve větracích systémech ve všech komerčně využívaných budovách s trvale velkou nebo proměnnou hustotou osob. Zejména účelné je použití v kancelářských budovách, školách, konferenčních střediscích, divadlech, supermarketech, wellness střediscích, posilovnách a kinech. Kontrola Kontrolní systém CO 2 je přizpůsoben na příslušnou topnou soustavu, chladicí a větrací systém. U nových systémů je na základě přenosových ztrát zahrnuto ve větrání také vytápění a chlazení (žádné statické vytápění a chlazení), při tom platí následující směrnice: Pro variabilní přívod čerstvého vzduchu a provoz prázdného uzavřeného prostoru je nutná směšovací komora. Přívod čerstvého vzduchu se provádí při minimálních otáčkách ventilátoru. Jestliže minimální otáčky ventilátoru nejsou pro kvalitu vzduchu, vytápění nebo chlazení dostačující, musí se otáčky zvýšit. V jednoprostorových budovách jako jsou kina, divadelní sály a supermarkety, by se měl v odvětrávacím kanálu nacházet senzor. Ostatní budovy by měly mít k dispozici individuální kontrolu pro jednotlivé uzavřené prostory. Existuje velká šíře nabídky systémů. Platí tedy, pro každou aplikaci zvolit vždy nejlepší řešení: U malých instalací může být docela přijatelné zapínání a vypínání ventilátoru podle informací senzoru. Senzor musí být vybaven spínačem omezení. Systémy se směšovací komorou lze rozšířit o proporcionální regulátor CO 2 a příslušné zařízení, které zvolí maximální signál ze stávající kontroly teploty a nové kontroly kvality vzduchu. Toto rozšíření je tedy nezávislé na stávajícím řídicím systému budovy. Systémy čerstvého vzduchu lze rozšířit pouze kontrolou kvality vzduchu na měniči kmitočtu ventilátoru. V některých případech se musí motor ventilátoru vyměnit, má-li se použít měnič kmitočtu (protože hodnota tepelné třídy izolace je příliš nízká). Kontrolní systém zahrnuje senzor CO 2, proporcionální regulátor a zesilovač signálu. Směšovací komora a měnič kmitočtu: Odpovídající funkčnost lze zaručit pouze pomocí řídicího systému budovy, může být proto nutná aktualizace celkového systému kvality vzduchu.
Náklady na topení/ chlazení za kwh Náklady na elektrický proud za kwh Náklady na údržbu Prostorové podmínky Zápachy Znečistění Podmínky vnějšího vzduchu Topná soustava/chladicí systém Přívod čerstvého vzduchu, systém objemového proudu Využití odpadového tepla Řídicí systém budovy Hladina hluku: co možná nejnižší Teplota: 20 26 C Obsah CO2: 800 1200 ppm Energetická ztráta upotřebeného vzduchu v kwh Energetická ztráta budovy v kwh Vlhkost vzduchu: 30 70 % Obrázek 5: Důsledky na kontrolu kvality vzduchu Jak lze spočítat úspory? Zde jsou k dispozici dva zjednodušené příklady kalkulace: 1. Úspory vlivem redukované topné a chladicí energie Zbytečná energetická ztráta vlivem příliš velkého množství čerstvého vzduchu 10.000 m3/h: Např. v létě = 4 měsíce chlazení při venkovní teplotě od 30 C do 26 C Např. v zimě = 4 měsíce vytápění při venkovní teplotě od 4 C do 22 C Ušetřená chladicí energie = 7100 kwh Úspora: 2130 Ušetřená topná energie = 32000 kwh Úspora: 2331 Celková úspora = 4461 /rok Podklad: 1 kg topného oleje = 0,85 1 kg topného oleje = 42000 kj 1 kwh topné/chladicí energie = 3600 kj 1 kwh elektr. energie = 0,30 2. Úspory prostřednictvím redukovaného proudu vzduchu Zbytečná energetická ztráta vlivem příliš velkého množství čerstvého vzduchu 10.000 m3/h: Řešení: Redukce objemového proudu vzduchu z 20.000 m3/h na 10.000 m3/h např. snížením z 20.000 m3/h při 2000 Pa (11,1 kw) na 10.000 m3/h (1,4 kw) při 2000 hod./rok vyplývá úspora 19400 kwh Celková úspora = 5800 /rok Podklad: 100% účinnost ventilátoru, 1 kwh elektr. energie = 0,30
Alternativy Senzory kvality vzduchu na bázi oxidovatelných plynů, jako jsou např. zápachy a oxid uhelnatý, lze příslušně použít, není-li CO 2 primární kontrolní proměnnou. Možné oblasti použití jsou restaurace a šatny ve sportovních zařízeních. Dodatečné přednosti Protože kontrola kvality vzduchu vede v každém případě k zatěžovacím podmínkám pod jmenovitým rozsahem, zpomaluje se tímto způsobem opotřebení všech komponentů a prodlužuje se životnost systému. Dalším pozitivním vedlejším efektem je redukce vzniku hlukových emisí pro komfortní obytné a pracovní prostředí. Shrnutí Stoupající náklady na energii podporují zájem o kontrolní systémy CO 2. Projektanti a instalatéři tak mohou přispět ke snížení nákladů tím, že použijí tuto osvědčenou technologii a senzory CO 2 nebo příslušné alternativy. Procentuální úspora energie leží v dvoumístném rozsahu. Kromě toho prodlužuje kontrola kvality vzduchu životnost větracího systému a poskytuje obyvatelům vyšší komfort. Partneři CentraLine poskytují projektantům a provozovatelům budov optimální poradenství a podporu. Partneři jsou experti ve věcech kontroly kvality vzduchu, jsou společností CentraLine pravidelně informováni o nejnovějších technologiích a směrnicích a splňují také nejvyšší požadavky na kvalitu během celé realizace projektu od plánování, přes instalaci a uvedení do provozu, až po lifetime support. Autor: Mr. Hannes Lütz Product Manager CentraLine c/o Honeywell GmbH Více detailů a další články naleznete na domovských stránkách CentraLine City, sekce Energy Efficiency, případně nás přímo kontaktujte. www.centraline.com CentraLine Honeywell spol. s.r.o. V Parku 2326/18 148 00 Praha 4, Česká Republika Tel +42 (0) 242 442 111 CentraLine Honeywell s.r.o. Mlynské nivy 71 P.O.BOX 75 820 07 Bratislava 27, Slovensko