Modernizacja instalacji wentylacyjnych - wbudowana sprawność energetyczna

Instalacje wentylacyjne i chłodnicze działające już od kilku lat charkteryzują się spadkiem sprawności. Ich modernizacja z wykorzystaniem najnowocześniejszych wentylatorów otwiera wiele możliwości, zwłaszcza, gdy proces ten jest dobrze przemyślany i prawidłowo przeprowadzony. Przy uwzględnieniu poniższych czynników modernizacja na pewno zakończy się sukcesem.

Kiedy instalacja wentylacyjna ma około 15 lat, lub jej obciążenie istotnie wzrośnie, do wyboru są dwie możliwości:

• Można albo wymienić całą instalację wentylacyjną na nową,
• albo zmodernizować urządzenia wentylacyjne, stosując mocniejsze i bardziej wydajne wentylatory.

W wielu przypadkach z powodu braku miejsca nie jest możliwa wymiana całej instalacji wentylacyjnej. Może to być również bardzo czasochłonne i kosztowne. To właśnie tutaj w grę wchodzi modernizacja. Zmiana na nowe wentylatory nie tylko oszczędza dużo energii, ale także sprawia, że istniejące instalacje są bardziej trwałe i pracują ciszej. Co więcej, jeśli kilka mniejszych wentylatorów zainstaluje się równolegle w oszczędzającej miejsce ścianie wentylatorowej, zwanej FanGrid (Rys. 1), będą one łatwiejsze w instalacji i konserwacji. Taka konfiguracja chroni również instalację przed awariami, ponieważ w przypadku problemów z jednym wentylatorem, pozostałe rekompensują jego moc.

Rys. 1

Kluczem do sukcesu jest dostęp do właściwych danych

Co więc dokładnie wiąże się z modernizacją? Przed przystąpieniem do właściwej pracy należy wszystko dokładnie zaplanować. Dobrym punktem wyjścia dla wszystkich późniejszych analiz jest sprawdzenie sprawności statycznej (rys. 2).

Rys. 2: Sprawność statyczną oblicza się na podstawie przepływu powietrza, różnicy ciśnień i zużycia energii elektrycznej:
k jest współczynnikiem podanym przez producenta.
p jest mierzalną różnicą ciśnień pomiędzy ciśnieniem statycznym przed wentylatorem, a ciśnieniem dynamicznym w pierścieniu wlotowym.
Wartość <=50% stanowi wskazanie do modernizacji

Aby mieć pewność, że modernizacja wykorzysta cały potencjał instalacji, należy zacząć od dokładnego pomiaru wydajności obecnego rozwiązania. Biorąc pod uwagę wyłącznie specyfikacje producenta lub poprzednie protokoły pomiarowe, często okazuje się, że nie odpowiadają one aktualnemu zastosowaniu instalacji i dlatego nie są wystarczająco precyzyjne. Natomiast przy ponownym pomiarze wydajności można dodatkowo zarejestrować straty ciśnienia przed punktem pomiarowym w kanale wentylacyjnym, jak również straty instalacji. W przeciwnym razie do głosu dochodzi tolerancja błędu sięgająca od 10 do 20 procent, bazując na założeniu, że wentylator musi dostarczyć znacznie mniej mocy, aby uzyskać wymagany przepływ powietrza (rys. 3). W efekcie sprawność wygląda na wyższą, niż jest w rzeczywistości, podobnie jak okres amortyzacji.

Rys. 3: Przykładowe obliczenie wartości sprawności dla powietrza pobieranego w instalacji X zbudowanej w 1999 r. (porównanie danych urządzenia z 1999 r. z pomiarem wg DIN 12599 w 2021 r., przedstawione w formie tabeli)

Znaczenie otoczenia

Po zarejestrowaniu danych dotyczących wydajności, kolejnym istotnym krokiem jest wybór odpowiedniego wentylatora. Jednak instalacja wentylacyjna to coś więcej, niż tylko widoczne elementy. Dlatego w planowaniu modernizacji należy uwzględnić zarówno całość instalacji, jak również jej otoczenie. Już sama lokalizacja budynku jest ważnym czynnikiem. Na wybrzeżu, na przykład, zarówno ciśnienie atmosferyczne, jak i gęstość powietrza, w którym musi pracować wentylator, są inne niż w miejscach takich jak regiony górskie. Dlatego warto zwrócić szczególną uwagę na temperaturę, wilgotność i wysokość nad poziomem morza.

Kolejnym ważnym czynnikiem jest sposób wykonania instalacji elektrycznej na miejscu. Obecnie nowoczesne wentylatory mają często analogowy system sterowania wykorzystujący sygnał 0-10 V lub są sterowane za pomocą interfejsu MODBUS. Ważne jest, aby sprawdzić, czy to rozwiązanie odpowiada warunkom panującym w miejscu instalacji. Jeśli tak nie jest, należy zapewnić odpowiedni interfejs.

Również samo zasilanie elektryczne odgrywa ważną rolę, ponieważ nowe wentylatory będą dostarczać większą moc. Jeśli wentylator AC zostanie zastąpiony wentylatorem EC, zmniejszy się obciążenie indukcyjne i jednocześnie wzrośnie moc pojemnościowa. Skoki napięcia mogą prowadzić do problemów w centrach danych, szpitalach lub innych instalacjach, które działają w oparciu o zasilanie awaryjne. Dobrym rozwiązaniem w takich przypadkach jest wybór wentylatora EC z aktywną poprawą współczynnika mocy, co przeciwdziała temu zjawisku.

Instalacja na miarę potrzeb

Podczas montażu nowych wentylatorów można usunąć zbędne elementy z instalacji. Należą do nich np. przewężenia w przekroju poprzecznym kanału powietrznego. Ze względu na nową zasadę działania wentylatorów należy zwrócić szczególną uwagę na uszczelki w centrali wentylacyjnej (Rys. 4). Jest tak dlatego, że w przypadku wymiany dmuchawy odśrodkowej w obudowie spiralnej na wentylator RadiPac z napędem bezpośrednim, zmieni się punkt pracy w centrali. W większości przypadków przegroda ciśnieniowa wymaga przesunięcia bardziej do przodu. Dzięki temu pomieszczenie instalacji, które do tej pory było zamkniętą strefą podciśnieniową, zmienia się w strefę wysokiego ciśnienia. Zwykła mała uszczelka, która przyciąga drzwi do siebie, już nie wystarcza.

Rys. 4: Po lewej: stara dmuchawa odśrodkowa, która zasysa powietrze w stanie podciśnienia, spręża je i tłoczy do kanału wentylacyjnego przez małe okienko. Po prawej: przegroda ciśnieniowa wysunięta do przodu wraz z nowym systemem uszczelnień i RadiPac w układzie sześciennym, tłoczący powietrze z wnętrza na ścianę wentylacyjną. Zwężenie w przekroju poprzecznym zostało usunięte.

Każda modernizacja kończy się tak, jak się zaczęła – pomiarem. Jest to jedyny sposób, aby w sposób wiarygodny ustalić, ile energii zaoszczędzono. Można oczekiwać średnio 60-70% spadku zużycia energii w porównaniu do poprzedniego rozwiązania, a okres amortyzacji wynosi od dwóch do trzech lat. Dlatego też nie należy przedwcześnie oceniać powodzenia modernizacji. Chociaż na początku angażuje to czas i pieniądze, można je będzie szybko odzyskać, a nowa instalacja będzie oszczędzać zarówno pieniądze, jak i energię każdego dnia.

Ukierunkowane sterowanie, najwyższa sprawność

Zapewnienie wskaźników sprawności energetycznej warunkują dwa istotne czynniki: najnowocześniejsza technologia EC i regulacja prędkości obrotowej w zależności od zapotrzebowania. Wentylatory promieniowe, takie jak serii RadiPac firmy ebm-papst (Rys. 5), łączą w sobie obie te cechy. ebm-papst od lat jest pionierem w dziedzinie energooszczędnej technologii EC, dzięki czemu sprawność silnika na poziomie 90% stała się standardem. Z punktu widzenia aerodynamiki oznacza to również osiągnięcie statycznej sprawności wirnika wentylatora do 75%. Dzięki temu trwałość wentylatorów w typowych warunkach wynosi od 80 000 do 100 000 godzin. Jeśli dodatkowo zostaną wyposażone w zintegrowane czujniki drgań, nie będą również narażone na krytyczny rezonans z sąsiednich wentylatorów w ściankach FanGrid.

Rys. 5: Najnowocześniejsza technologia EC z serią RadiPac firmy ebm-papst. Idealny partner podczas modernizacji.

Co więcej, wentylatory mogą być indywidualnie dopasowane do konkretnego zastosowania i pobierać tylko tyle mocy, ile naprawdę potrzebują – na przykład zmniejszając moc maksymalną pobieraną w ciągu dnia do 20 procent w nocy. Oznacza to, że w ciągu roku można zaoszczędzić od 30 do 40, a czasami nawet do 50 procent energii. Jest to również korzystne dla środowiska i stanowi ważny krok na drodze do bardziej zrównoważonego rozwoju. Ponieważ wentylatory są napędzane bezpośrednio, bez pasków, nie dochodzi do ścierania elementów, co oznacza, że instalacja zachowuje czystość i zapewnia wyższą jakość powietrza. Wraz z precyzyjną regulacją temperatury zapewnia to również dobre samopoczucie osób pracujących lub spędzających wolny czas w wentylowanych budynkach.