Systemy HVAC

Systemy grzewczo-wentylacyjno-klimatyzacyjne HVAC w dobrze zaizolowanych budynkach

W budynku energooszczędnym, potrzeba ogrzewania pomieszczeń jest niska i dlatego może być spełniona przez ogrzewanie wentylacyjne. Na przykład, w budynku pasywnym, maksymalna moc potrzebna do ogrzewania pomieszczeń wynosi 10-15 W / m2 , co jest równe 1,0-1,5 kW całkowitego zapotrzebowaniu na moc dla 100 m2 ogrzewanego obszaru. Tradycyjny system grzewczy oparty na grzejnikach lub ogrzewaniu podłogowym nie jest już potrzebny. Ciepło może być dostarczane tylko za pomocą wentylacji.


Istnieją dwie główne możliwości:
  • powietrze nawiewane może być podgrzewane centralnie natychmiast po opuszczeniu urządzenia wentylacyjnego lub
  • oddzielnie dla każdego pomieszczenia, w terminalach wentylacyjnych.

Pierwszy wariant wytwarza powietrze o równej temperaturze dla każdego pomieszczenia. W drugim przypadku, temperatura powietrza może być regulowana dla każdego pokoju.  

W energooszczędnym budynku, który ma dobry poziom izolacji cieplnej skorupy budynku, komfort cieplny może być osiągnięty za pomocą niższych poziomów temperatury w pomieszczeniach. Docelowa temperatura pomieszczeń w procesie projektowania wynosi zazwyczaj 20-21°C.

Ogrzewanie podłogowe jest przydatne w obszarach łazienkowych, gdyż zapewnia komfort i pozwala na szybkie suszenie podłogi. Jednak temperatura podłogi musi być niższa niż w normalnym ogrzewaniu podłogowym tak, aby uniknąć przegrzania. Temperatura podłogi powinna być jedynie 1-3°C wyższa od temperatury powietrza. W pozostałych pokojach, należy unikać ogrzewania podłogowego na dużych obszarach.

Pionowa różnica temperatur w pomieszczeniach musi być mniejsza niż 2°C w przestrzeni od 0,1 m do 1,1 m, tj. w obszarze pomiędzy kostkami a szyją siedzącej osoby.

Pasywne ogrzewanie słoneczne jest częścią systemu ogrzewania w domu pasywnym. Temperatura w różnych pomieszczeniach jest inna w zależności od obciążenia słonecznego i obciążeń wewnętrznych i dlatego zalecana jest regulacja temperatury w poszczególnych pomieszczeniach. Okres grzewczy dla domu pasywnego jest krótszy niż w przypadku normalnego domu. Ciepło z energii słonecznej może spowodować przegrzewanie już w okresie wczesnej wiosny. Dlatego przydatne może być skonstruowanie obejścia poboru ciepła, tak aby uniknąć konieczności chłodzenia.

Projekt powinien zawierać zaplanowane chłodzenie za pomocą rozwiązań biernych. Należą do nich: zacieniowanie okna, nocne chłodzenie za pomocą wentylacji i skuteczna wentylacja w ciągu dnia (patrz rysunek). Świeże powietrze służące do wentylacji można pobierać z północnej strony domu. Możliwe jest wykorzystanie ciepła gruntu do wstępnego podgrzewania świeżego powietrza w zimie i chłodzenie go latem. Podgrzewanie wstępne świeżego powietrza w zimie zmniejsza ryzyko chłodzenia związane z poborem ciepła wentylacyjnego i poprawia współczynniki eksploatacyjne.

Zacienione okna i markizy okienne są najbardziej wydajnymi metodami pasywnymi.


Metody pasywne HVAC


Należy zwrócić uwagę na wielkość kominków i ich rodzaj, gdyż zapotrzebowanie na moc grzewczą domu pasywnego jest małe, moc uwalniania ciepła z kominka powinna być niewielka. Wydajność rezerwowa ogrzewania oraz moc wydzielania ciepła z kominka są zależne bezpośrednio od masy kominka.

Stopień wentylacji i odzysk ciepła
Przepisy budowlane wymagają zazwyczaj minimalnego współczynnika wentylacji w granicach 10-15 l/s na osobę, co w przybliżeniu wynosi około 1 l/s na m2 w budynkach biurowych o normalnym zagęszczeniu użytkowników i 0,5 wymiany powietrza na godzinę w przestrzeniach bytowych budynków mieszkalnych.

Przykład współczynnika wentylacji dla biur, w zależności od natężenia zanieczyszczeń w trzech kategoriach (CEN 1752)

Kategoria  Tylko mieszkańcy  Materiały nisko zanieczyszczające  Materiały wysoko zanieczyszczające 
   l/sm2  l/sm2 l/sm2 
 A 1.0 2.0  3.0 
 B 0.7  1.4  2.1 
 C 0.4  0.8  1.2 


Przy projektowaniu współczynnika wentylacji, stężenie dwutlenku węgla może być używane w zastępstwie dla współczynników wentylacyjnych, ale jego stosowanie do pomiaru wentylacji nie jest pewne, ponieważ jego stężenie w budynkach rzadko osiąga stan ustalony z powodu zmian w zagęszczeniu osobowym, parametrach wentylacji i stężeniu powietrza z zewnątrz. Wartości stężenia dwutlenku węgla w stanie ustalonym można obliczyć używając wielkość 0.00567 l/s CO2 generowanego przez jedną osobę przebywającą w budynkach biurowych.

Gęstość energii w przepływie powietrza wylotowego jest wysoka, a odzysk ciepła to ekonomiczny sposób na zmniejszenie kosztów energii i eksploatacji wentylacji. Odzysk ciepła staje się łatwiejszy przy wysokich przepływach powietrza i niskich temperaturach zewnętrznych. Wartości graniczne można ustalić dla minimalnej wydajności odzysku ciepła i wielkości systemu klimatyzacji i wentylacji, w którym dochodzi do odzysku ciepła. Obecnie przepisy budowlane wymagają aby roczny współczynnik wydajności odzysku ciepła był w zakresie od 30-40%. Dla budynku pasywnego, wymagany jest roczny współczynnik wydajności odzysku ciepła wynoszący minimum 75%. Nowoczesne wymienniki ciepła mogą osiągnąć współczynnik wydajności odzysku ciepła do 90% w stosunku do tych strat ciepła. Jednakże, w zimnych warunkach klimatycznych współczynnik wydajności jest obniżony ze względu na konieczność rozmrażania lodu w jednostce wymiennika ciepła 

Świeże powietrze zasysane może być wstępnie podgrzewane przed wejściem do jednostki pobierającej powietrze, aby zapobiec zamarzaniu wymiennika ciepła. Gruntowy wymiennik ciepła do wstępnego podgrzewania powietrza nawiewanego zmniejsza lub nawet eliminuje konieczność rozmrażania. Podziemny wymiennik ciepła nie jest zalecany w zimnych warunkach klimatycznych z powodu możliwej kondensacji wilgoci i problemów higienicznych. System pętli gruntowej z wymiennikiem ciepła do wstępnego podgrzewania powietrza świeżego został pomyślnie przetestowany w pilotażowym budynku pasywnym Paroc.

Ciepło lub zimno z gruntu można wykorzystać za pomocą płynu krążącego w rurociągu gruntowym - w takim przypadku system składa się z wymiennika ciepła, pompy i studni wierconej lub rurociągu gruntowego. Moc potrzebna do ogrzewania lub chłodzenia wymaga określonej długości rurociągu lub określonej głębokości studni. Podziemny, poziomy rurociąg generuje 10-20 W / m energii grzewczej.


Izolacja systemów HVAC

W dzisiejszych szczelnych, budynkach niskoenergetycznych, coraz ważniejsze stają się systemy grzewczo-wentylacyjno-klimatyzacyjne (HVAC). Podgrzewana i chłodzona woda i powietrze muszą utrzymywać temperaturę, aż osiągną miejsce przeznaczenia; wszelkie niepożądane straty ciepła muszą być wentylowane, co powoduje dodatkowe zużycie energii.

Dlatego ważne jest, aby uwzględnić nie tylko temperaturę końcową, ale również straty ciepła. Nawet gdy zmiana temperatury końcowej jest bardzo mała, to straty ciepła są wciąż znaczące.  


Przykładowe obliczenia:  
Temperatura i straty ciepła w kanale wentylacyjnym

Szerokość:  315 mm 
Długość:  30 mm 
Temp. powietrza:  20°C 
Prędkość powietrza:  3 m/s
Temperatura otoczenia 6°C 

Grubość izolacji Straty ciepła, W  Temperatura końcowa, °C 
Bez izolacji 2607  12.9 
80 mm 226  19.3 
150 mm  143  19.5 

Przewody rurowe są integralnymi częściami systemów HVAC i muszą być izolowane w celu zmniejszenia zużycia energii i kosztów operacyjnych. Izolacja cieplna jest potrzebna do utrzymania temperatury wody w rurach w określonych granicach.  

Przykładowe obliczenie: Straty ciepła w rurociągu z ciepłą wodą  

Średnica:  22 mm 
Temperatura wody:  55°C 
Temperatura otoczenia 20°C 

Izolacja współczynnik λ
W/m°C 
Grubość izolacji Straty ciepła
W/m 
Straty ciepła,
kWh /m, year 
Bez izolacji  - 0 mm  40 350 
PAROC Hvac Section  0.035 20 mm   6.0 52
PAROC Hvac Section  0.035 40 mm  4.5 39
PAROC Hvac Section  0.035 60 mm  3.8 33


Również, instalacje z wodą o niskiej temperaturze potrzebują odpowiedniej izolacji, aby zapobiec kondensacji jak i zredukować koszty eksploatacyjne. Ogólnie rzecz biorąc, trzykrotnie droższe jest obniżenie temperatury o jeden stopień niż jej podwyższenie o tą wartość.

Istnieje również aspekt zdrowotny, przemawiający za koniecznością utrzymania temperatury na odpowiednim poziomie. Jeżeli temperatura ciepłej wody spadnie za bardzo, istnieje zwiększone ryzyko przenoszenia przez ciepłą wodę chorób (np. gorączka Pontiac lub choroba legionistów). Bakterie rozwijają się w temperaturach od 25 do 45°C, optymalnie w temperaturze 35 ° C.

Użyj programu obliczeniowego Calculus (link) aby sprawdzić jakiej izolacji wymaga Twój projekt.