Podstawy zapewnienia komfortu cieplnego

29 października 2015Bez kategorii Standard

Komfort cieplny to warunki, w których człowiek czuje, że jego organizm znajduje się w stanie zrównoważonego bilansu cieplnego, tzn. nie odczuwa ani uczucia ciepła, ani zimna. Dodatkowo komfort termiczny oznacza, że nie występuje żadne niepożądane nagrzewanie lub chłodzenie poszczególnych części ciała, na przykład chłodzenie karku i szyi przez przeciągi czy nagrzewanie nóg przez ciepło promieniujące ze zbyt ciepłej podłogi. Niewątpliwie bardzo problematyczne jest w tym przypadku określenie uczucia komfortu, który jest odczuwany indywidualnie i subiektywnie. Ideałem byłby system gwarantujący jak najmniejszy procent ludzi niezadowolonych z warunków panujących w pomieszczeniu.


Kolejnym znaczącym problemem, który pojawił się we współczesnej wentylacji, stało się coraz większe obciążenie termiczne pomieszczeń. Jeszcze dwadzieścia-trzydzieści lat temu głównym i jedynym źródłem ciepła w pomieszczeniu biurowym był człowiek oraz oświetlenie. Natomiast obecnie, oprócz wymienionych, doszły zdecydowanie większe zyski ciepła – od urządzeń biurowych (komputerów, drukarek, faksów etc.) oraz związane z tym problemy odprowadzenia zwiększonych obciążeń. Właśnie dlatego w ostatnich czasach determinującym parametrem w obiektach biurowych stało się nie zapotrzebowanie na świeże powietrze, ale potrzeba odprowadzania znacznych zysków ciepła.

Dostarczanie chłodu w powietrzu traktowanym jako „nośnik” jest dość drogie w porównaniu z czynnikami tradycyjnymi, takimi jak freon, R18, woda. Stąd duże zapotrzebowanie na urządzenia takie jak „split” czy „fancoil”. Niestety, rozwiązania takie mają wady w postaci generowania znacznego poziomu dźwięku w pomieszczeniu, wysuszania powietrza, konieczności stosowania instalacji odprowadzania skroplin, zwiększenia kosztów eksploatacji urządzeń (wymiana elementów ruchomych oraz filtrów).

Odpowiedzmy więc sobie na pytanie, czego żądamy od nowoczesnych układów klimatyzacyjnych:

  1. Wysokiej wydajności chłodzenia, jak i ogrzewania (zapewnienia odpowiedniej temperatury),
  2. Odpowiedniej ilości świeżego powietrza,
  3. Wilgotności powietrza porównywalnej z zewnętrzną,
  4. Braku przeciągów,
  5. Estetycznego wyglądu.

Wymienione powyżej wymagania spowodowały, że w ostatnich latach znacznie wzrosła popularność belek chłodzących, zwłaszcza belek aktywnych, pozwalających nie tylko ochłodzić lub ogrzać pomieszczenie, ale także zapewnić odpowiednią wymianę powietrza. Podstawowe zalety belek wymienione zostały w ramce powyżej – najistotniejsze są trzy pierwsze, pozostałe stanowią zaś dodatkowe, uzupełniające argumenty przemawiające za wyborem i stosowaniem takich właśnie urządzeń klimatyzacyjnych.

Podział belek chłodzących

Belki chłodzące możemy podzielić na dwa rodzaje:

  • pasywne – bez nawiewu powietrza,
  • i aktywne (indukcyjne) – z nawiewem świeżego powietrza do pomieszczenia.

Jako pierwsze znalazły zastosowanie belki pasywne, których wygląd oraz konstrukcja przypomina grzejniki ogrzewania tradycyjnego. Dopiero po pewnym czasie pojawił się pomysł, aby zintensyfikować wymianę ciepła i dostarczać świeże powietrze również do belki.

Działanie belek w pomieszczeniu

W wielu przypadkach wykorzystanie systemów chłodzenia w biurach jest ograniczone wyglądem i układem sufitów, dlatego zaproponowano możliwość zastosowania rozwiązania składającego się z perforowanych, metalowych paneli sufitowych oraz ukrytych belek chłodzących zlokalizowanych ponad ich powierzchnią. Ukryta belka chłodząca została specjalnie zaprojektowana dla metody chłodzenia wykorzystującej grawitacyjny przepływ powietrza.

Oznacza to, że może on pracować przy mniejszych różnicach temperatur i małych szybkościach przepływu powietrza, zachowując jednocześnie dużą wydajność. Czynnikiem chłodzącym stosowanym w belkach jest woda lodowa o parametrach 14/17oC lub 15/18oC. Obniżenie temperatury w pomieszczeniu wymaga absorpcji ciepła i odprowadzenia go przy użyciu zimnej wody. Parametry wody lodowej są takie, aby nie występowało wykraplanie się pary wodnej, dzięki czemu nie występuje tutaj wysuszanie powietrza oraz problem z odprowadzaniem skroplin.

Gdy przez belkę (zarówno pasywną, jak i aktywną) przepływa schłodzona woda, ciepłe powietrze oziębia się od jej powierzchni, staje się cięższe, opływa belkę, a następnie opada do pomieszczenia. Dzięki temu w pomieszczeniu zachodzi cyrkulacja, w wyniku której ciepłe powietrze jest nieustannie wymieniane na zimne.

W przypadku belek z nawiewem powietrza (aktywnych) mamy do czynienia ze zjawiskiem indukcji, dzięki któremu pod samą belką powstaje podciśnienie i dodatkowe zasysanie powietrza z pomieszczenia do wnętrza belki, gdzie jest ono dodatkowo schładzane. Dzięki temu zjawisku wydajność belki zostaje kilkakrotnie zwiększona. Powietrze jest schładzane podczas przepływu przez baterię lamelową, składającą się z aluminiowych kołnierzy z miedzianymi kanałami, którymi przepływa woda. Ciepło z pomieszczenia wchłaniane jest więc przez lamele aluminiowe i przekazywane dalej przez rurki miedziane w obiegu wodnym do chłodziarki.

W odróżnieniu od innych urządzeń technologia belek chłodzących, a szczególnie przy stosowaniu układów panelowych, zapewnia bezpośrednią wymianę ciepła poprzez promieniowanie długofalowe pomiędzy zimnymi powierzchniami belki i ciepłymi powierzchniami pokoju. Procentowy udział promieniowania w całkowitej wydajności belki wynosi od 5% (dla układów z żeberkami) do 35% (dla układów płytowych).

Wydajna wentylacja

Wydajność wentylacji w pomieszczeniu można opisać wyrażeniem na efektywność wymiany powietrza. Z drugiej strony efektywność wymiany powietrza można traktować jako współczynnik określający, jak szybko następuje wymiana powietrza w pomieszczeniu w porównaniu z najkrótszym teoretycznym okresem takiej wymiany.

Energooszczędny system wentylacji, wyposażony w rekuperator o wysokim współczynniku odzysku ciepła zapewnia właściwą ilość powietrza wymienianego przy optymalnych kosztach użytkowania (prąd, koszt filtrów i serwisu).

Przeprowadzone niezależne pomiary pokazują, że efektywność wymiany powietrza, którą zapewniają belki chłodzące, jest bardzo wysoka i wynosi aż 64%. Dla porównania warto wspomnieć, że efektywność wymiany powietrza dla wentylacji wyporowej wynosi 50-60%, natomiast dla wentylacji mieszanej 40-50%. Wysoka efektywność wymiany powietrza zapewnia lepszą jakość powietrza w pomieszczeniu oraz wysoki współczynnik osób zadowolonych z warunków klimatycznych.

Konstrukcja belki umożliwia wysoką efektywność chłodzenia mimo małych wymiarów zewnętrznych panelu. Dysze wydmuchujące powietrze wentylacyjne są tak skonstruowane, aby wykorzystywać zjawisko Coandy, tzn. przyleganie strugi powietrza do powierzchni, wzdłuż której jest nawiewane. W tym wypadku szczelina nawiewna oraz dysze belki są tak ukształtowane, aby powietrze nawiewane przylegało do sufitu. Dzięki temu chłodne powietrze jest rozprowadzone na dość dużą powierzchnię i unikamy zjawiska opadania znacznie zimniejszego powietrza w jednej strudze, którą przebywający w pomieszczeniu ludzie mogliby odebrać jako przeciąg.