Mała bezwładność systemu sprawia, że szybko i sprawnie ogrzewają dostępną powierzchnię, również w obiektach wielkokubaturowych. Energooszczędność, integracja z systemem BMS, stosunkowo łatwy montaż – nic dziwnego, że wodne nagrzewnice powietrza zyskują na popularności.
Fot. 1. Gdy konieczna jest wentylacja obiektu, wystarczy zastosować komorę mieszania – podłączona do nagrzewnicy zapewni dostarczenie świeżego powietrza do budynku wraz z jego ogrzaniem. Fot.: FlowairWodne nagrzewnice powietrza pobierają ciepło z wody grzewczej za pośrednictwem wymiennika ciepła, ogrzewając nadmuchiwane do pomieszczenia powietrze. Specyfika ich pracy sprawia, że dedykowane są przede wszystkim obiektom wielkokubaturowym, budynkom użyteczności publicznej, lokalom usługowo-handlowym oraz nawet obiektom sakralnym, w których istotny jest komfort użytkowania i niezawodność działania systemu.
Mała bezwładność systemu uzyskana dzięki wymuszonej konwekcji systemu ogrzewania nadmuchowego sprawia, że w krótkim czasie możliwe jest efektywne ogrzanie obiektu. To plus automatyka systemów umożliwia szybkie i efektywne osiągnięcie zadanej temperatury.
Dobieramy nagrzewnicę
Fot. 2. Nagrzewnice montujemy głównie w obiektach o większej kubaturze, jak budynki użyteczności publicznej, usługowo-handlowe czy obiekty sakralne. Fot.: Pro-Vent Systemy WentylacyjneJak dobrać wodne nagrzewnice powietrza do danego obiektu? Oczywiście, najprostszym sposobem jest taki dobór mocy nagrzewnicy, jaki pozwoli nam na pokrycie zapotrzebowania cieplnego budynku. W tym przypadku moc źródła ciepła musi odpowiadać minimum mocy potrzebnej do ogrzania obiektu. Aby dokonać wstępnych obliczeń, wystarczy moc źródła ciepła podzielić przez moc grzewczą nagrzewnicy na danym biegu – pozwoli nam to dobrać liczbę aparatów potrzebnych do ogrzania obiektu.
Tego typu rachunki potraktujmy jednak raczej orientacyjnie niż wiążąco. Aby dokładnie ustalić pożądane parametry nagrzewnicy, należy wziąć pod uwagę indywidualne potrzeby obiektu oraz specyfikę pomieszczeń. Pierwszym krokiem jest określenie zapotrzebowania cieplnego. Następnie trzeba zwrócić uwagę na temperaturę czynnika grzewczego, jakie ma generować źródło ciepła oraz ustalić docelową temperaturę, jaka ma panować we wnętrzu. Dopiero po określeniu tych punktów w odniesieniu do parametrów technicznych aparatów będziemy mogli sprecyzować wymaganą moc grzewczą urządzeń dla określonych wydatków wentylatorów.
Należy zwrócić uwagę również na prędkość przepływu powietrza – bieg pracy wentylatora i rodzaj wymiennika dobieranego w zależności od temperatury czynnika grzewczego – ściśle związaną z przeznaczeniem pomieszczeń. Wyższa temperatura czynnika grzewczego podpowiada nam, aby wybrać wymiennik o niższej rzędowości. Z kolei przy temperaturze czynnika utrzymującej się poniżej 70/50°C dobrym rozwiązaniem jest zastosowanie nagrzewnic z wymiennikiem dwurzędowym.
Nie możemy zapomnieć również o uwzględnieniu dwóch istotnych parametrów, jak przeznaczenie obiektu, w którym chcemy zainstalować wodną nagrzewnicę oraz wysokość jej montażu. Np. w pomieszczeniach użyteczności publicznej czy handlowo- -usługowych nie warto wykraczać poza trzeci bieg pracy, ponieważ negatywnie wpłynęłoby to na komfort przebywających we wnętrzu osób. Pamiętajmy, że w obiektach, w których przebywają ludzie, temperatura wlotowa powietrza powinna być równa docelowej – takiej, jaką chcemy uzyskać w pomieszczeniu.
Z kolei w przypadku innego rodzaju obiektów, jak hale magazynowe, nie musimy już tak restrykcyjnie kierować się komfortem użytkowników. Prędkość przepływającego powietrza czy hałas nie stanowią tu priorytetu, a prędkość wentylatora dobiera się z uwagi na różnicę temperatur docelowej i panującej w pomieszczeniu.
REKLAMA
Grzegorz Perestaj, R&D department manager, FLOWAIRZdaniem EKSPERTA
Efektywność energetyczna nagrzewnic
Firma FLOWAIR od początku swojej działalności w branży grzewczo-wentylacyjnej przywiązuje dużą uwagę do funkcjonalności swoich urządzeń. Potwierdzeniem tej tezy są nagrzewnice wodne powietrza z serii LEO FB. Jest to typoszereg 7 urządzeń o mocy grzewczej od 2 do 100 kW. Zróżnicowane parametry wymienników ciepła, różne wydajności stosowanych wentylatorów, zaawansowana automatyka oraz konstrukcja powodują, że aparaty te można bardzo dokładnie dopasować do różnego zapotrzebowania na ciepło w obiekcie.
Istotnym krokiem w udoskonalaniu naszych produktów było wprowadzenie wentylatorów EC (z silnikiem elektronicznie komutowanym) o sprawności rzędu 95%. Osiągnięcie tak dużej sprawności możliwe było dzięki połączeniu zalet silników prądu zmiennego i stałego: zastąpieniu komutatora układem elektronicznym, wyeliminowaniu poślizgu oraz zmniejszeniu strat związanych z konstrukcją. W efekcie zastosowanie wentylatora EC pozwala na ograniczenie kosztów zużycia energii elektrycznej o 40% w stosunku do standardowych wentylatorów AC stosowanych w nagrzewnicach wodnych.
Kompletny system automatyki „STEROWANIE MODULOWANE” w pełni wykorzystuje zalety wentylatorów EC. Polega on na automatycznym dostosowaniu wydajności wentylatora do aktualnego zapotrzebowania na ciepło w budynku. Pracę nagrzewnicy regulują sterowniki 0-10 V (VNTLCD lub VNT20), które automatycznie dostosowują jej moc do zmieniających się warunków panujących w pomieszczeniu. Nastawnik płynnie zmienia wydajność wentylatora w zakresie 0 – 100% zależnie od zmiany różnicy temperatur: zadanej na nastawniku i zmierzonej. Sterowanie modulowane, poza zmniejszeniem zużywanej energii, pozwala zwiększyć komfort cieplny i zminimalizować głośność pracujących aparatów.
Rozwiązania wpływające na poprawę parametrów technicznych czy automatyki to nie wszystko. Na poprawę funkcjonalności urządzeń mają również wpływ cechy zawiązane z konstrukcją produktu (wykonanie, montaż, akcesoria). W zeszłym roku nagrzewnice z serii LEO FB przeszły redizajn. Stalową obudowę urządzenia zastąpiono obudową wykonaną z tworzywa EPP (spienionego polipropylenu). Materiał ten jest niezwykle wytrzymały oraz odporny na uszkodzenia mechaniczne i zabrudzenia. Łatwość formowania materiału pozwoliła nadać urządzeniu ciekawy kształt a także wpłynęła na obniżenie masy urządzenia średnio o 20%. LEO FB to najlżejsze urządzenia na rynku – masa najmniejszej nagrzewnicy to zaledwie 7,4 kg, a nagrzewnica o mocy 100 kW waży jedynie 25,6 kg.
Dzięki obrotowej konsoli oraz niskiej masie urządzenia montaż nagrzewnic LEO FB jest szybki i zawiera się w 3 prostych krokach: wykonania otworów w ścianie, utwierdzenia konsoli do przegrody oraz zamocowania urządzenia. Konsola daje możliwość zawieszenia aparatu w dowolnym miejscu, pod różnymi kątami do przegrody praktycznie bez żadnych ograniczeń. Daje nam to całkowitą swobodę w kierowaniu strugi nawiewanego do pomieszczenia powietrza.
Do aparatów LEO FB dostępnych jest szereg akcesoriów, które zwiększają ich funkcjonalność oraz zapewniają większy komfort użytkowania. Warto również zwrócić uwagę na fakt, że akcesoria zostały specjalnie zaprojektowane do nagrzewnic LEO FB i tworzą z nimi estetyczna bryłę. Gdy konieczna jest wentylacja obiektu, wystarczy zastosować komorę mieszania LEO KM, która podłączona do nagrzewnicy zapewni dostarczenie świeżego powietrza do budynku wraz z jego ogrzaniem. W niskich pomieszczeniach idealnym rozwiązaniem będzie zastosowanie nawiewnika czterostronnego. Zapewni on zmniejszenie prędkości wylotowej oraz lepszą dystrybucję powietrza w pomieszczeniu. Natomiast w przypadku wysokich pomieszczeń warto zastosować konfuzor FB. Zawężenie profilu wylotowego powoduje wzrost prędkości powietrza na wylocie z urządzenia do ponad 8 m/s. Dzięki temu ciepłe powietrze znacznie szybciej dostarczane jest do strefy przebywania ludzi.
Montaż
Sposób oraz wysokość montażu wodnej nagrzewnicy powietrza zależy od specyfiki obiektu/pomieszczenia – urządzenia mogą być instalowane zarówno na ścianie, jak i pod stropem. W przypadku wysokich pomieszczeń, np. w halach magazynowych o wysokości od 7 m, powinniśmy zamontować aparaty na obu pozycjach: na ścianie na wysokości do 3 do 6 m oraz pod stropem (7-12 m). Dzięki temu nagrzewnice podstropowe spełniają jednocześnie funkcję destratyfikatorów, co oznacza, że spychają cieplejsze, gromadzące się w górnych partiach pomieszczenia powietrze ku strefie przebywania użytkowników, pracowników, rozprowadzają je, w razie potrzeby dodatkowo nagrzewając.
Urządzenia montujemy, w zależności od wybranej lokalizacji, do przegród pionowych lub poziomych w dowolnej pozycji. Niewielka masa nagrzewnic sprawia, że nie wymagają one wytrzymałych konstrukcji nośnych czy zaangażowania więcej niż jednego pracownika. Uchwyty do montażu podstropowego należy mocować w narożnikach nagrzewnicy. Specjalne konsole instalowane za pomocą kołków rozporowych do konstrukcji ściany lub stropu umożliwiają z kolei instalację aparatu w różnych konfiguracjach i pod różnym kątem – na ścianie w pozycji pionowej lub pod sufitem w pozycji poziomej pod kątem 45 lub 60°; konsole umożliwiają ponadto obrót urządzenia wokół miejsc ich łączenia z aparatem.
Czynnik grzewczy doprowadzamy do urządzenia głównie za pomocą elastycznych przewodów, które zniwelują ryzyko występowania naprężeń. W najwyższym punkcie instalacji należy zastosować zawory odpowietrzające. Pamiętajmy też, że instalacja z czynnikiem grzewczym musi być zabezpieczona przed wzrostem ciśnienia ponad dopuszczalną wartość. Oprócz tego zaplanujmy zawody odcinające tuż przy aparacie, dzięki czemu w razie awarii szybko przeprowadzimy jego demontaż.
Montaż rozpoczynamy od unieruchomienia króćców przyłączeniowych wymiennika. Nagrzewnice montujemy w układzie przeciwprądowym, co oznacza, że czynnik grzewczy powinien płynąć w kierunku przeciwnym do strumienia powietrza, zgodnie z oznaczeniami przy króćcach. Załączenie w układzie współprądowym oznaczałoby pracę z mniejszą wydajnością cieplną wymiennika (o ok. 10%). Zanim uruchomimy urządzenie sprawdźmy poprawność podłączenia silnika wentylatora i sterowników, kierując się przy tym dokumentacją techniczną.
Co ciekawego w temacie nagrzewnic?
Warto poruszyć również istotny temat efektywności energetycznej nagrzewnic oraz usprawnień wpływających na zmniejszenie zużycia energii. Zastosowane w nowoczesnych urządzeniach wentylatory EC o sprawności rzędu nawet 95% umożliwiają ograniczenie zużycia energii elektrycznej o około 40%. W porównaniu do konwencjonalnych silników AC wentylatory EC wymagają również mniejszej ilości osprzętu, co wpływa na kolejne oszczędności z tytułu prac serwisowych – choć te zauważymy w dalszej perspektywie.
Oczywiście, ogrzewając obiekt za pomocą wodnych nagrzewnic powietrza nie jesteśmy skazani na sterowanie temperaturą tylko ręcznie czy poprzez poszczególne tryby bądź zakresy. Interesującą funkcją automatyki jest możliwość ingerencji w czułość sygnału 0-10 V w zależności od różnicy temperatur w zakresie modyfikacji +10, +20, +30 lub +40%, dzięki czemu z łatwością dostosowują się do potrzeb danego obiektu. Każda zmiana warunków w pomieszczeniu (jak otwarcie bramy czy drzwi) może spowodować dostosowanie się doń pracy urządzenia. Temperatura we wnętrzu – hali magazynowej, sportowej, usługowo-handlowej – jest ciągle mierzona, a moc grzewcza zmienia się w zależności od aktualnych potrzeb.
Wentylator może być załączony na wyższym wydatku nawet przy niewielkiej różnicy temperatur. Tego typu usprawnienie stosuje się więc w obiektach o większej kubaturze, powyżej 150 m3, w których wentylator powinien szybko dostosowywać się do zmieniających się warunków temperaturowych. W urządzeniach niektórych producentów specjalne sterowniki dążą do ustabilizowania wydajności na możliwie efektywnym poziomie, dzięki czemu zapewniony zostaje optymalny rozkład temperatury w obiekcie. Wentylator może przez krótki czas pracować na wysokich obrotach, dogrzewając wnętrze, po czym jednak następuje zmniejszenie jego wydajności, a tym samym mniejsze jest zużycie energii elektrycznej. Poza tym wentylator pracuje na najniższych możliwych obrotach, możliwych jednak do utrzymania wysokiego komfortu cieplnego.
Oczywiście, możliwe jest też dzienne, tygodniowe czy miesięczne ustawienie temperatury, dzięki czemu dostosujemy pracę nagrzewnic do specyfiki pracy obiektu, oraz sterowanie manualne. Jeden sterownik obsłuży do około 10 nagrzewnic.
Co jeszcze wprowadzają producenci do swoich wodnych nagrzewnic? M.in. funkcję Antifreeze, zapobiegającą zamarzaniu (zamiast całkowicie wyłączać urządzenie, przestawia ono nagrzewnicę w stan czuwania), możliwość zintegrowania aparatów z systemem zarządzania budynkiem BMS oraz podłączenia zewnętrznego czujnika pozwalającego na pomiar temperatury także w miejscu oddalonym od sterownika.
Wojciech Lew-Kiedrowski, Product Manager, VTSZdaniem EKSPERTA
Współpraca nagrzewnic w systemie BMS oraz usprawnienia konstrukcyjne wpływające na skuteczność i efektywność energetyczną urządzeń
Stosowanie ogrzewania nadmuchowego jako skutecznego sposobu rozprowadzenia podgrzanego powietrza w celu zapewnienia komfortu cieplnego. Każdy proces można bardzo dobrze zoptymalizować, a dzisiejsze narzędzia, jakimi dysponują producenci automatyki pozwalają na efektywną pracę urządzeń grzewczych. Systemem wspomagającym taką kontrolę i dostosowywanie pracy urządzeń do zmiany panujących warunków jest system BMS. Obecnie system BMS, czyli nadrzędny system obsługi budynku jest coraz częściej spotykany na obiektach nowych i o pokaźnych kubaturach. VTS posiada w asortymencie swojej automatyki sterownik HMI VR, który standardowo ma możliwość podłączenia i konfiguracji po protokole MODBUS RTU przez złącze RS485. Sterownik zarządza maksymalnie 8 regulatorami ARWE3.0, czyli może obsłużyć do 8 urządzeń VOLCANO VR1/VR2 lub 24 urządzeń VOLCANO mini (jeden regulator ARWE3.0 współpracuje z trzema nagrzewnicami VOLCANO mini). Ze sterownika HMI VR można zdalnie odczytać parametry, jak i zapisać nowe. Taka konfiguracja daje użytkownikowi nieustanny i rzetelny podgląd na warunki pracy urządzeń, dzięki czemu może on indywidualnie dostawać pracę urządzeń do swoich potrzeb w trybie automatycznym. Praca wentylatorów w tym przypadku będzie zależna od temperatury pomieszczenia i docelowej, jaką użytkownik będzie chciał uzyskać lub w trybie manualnym o mniejszym zakresie regulacji prędkości wentylatora, gdzie dla danej nastawy manualnej biegi nie zostaną przekroczone.
Nie tylko system BMS wpływa na efektywność energetyczną
Sam system BMS jednak nie jest jedynym, który wpłynie na oszczędności energii w ogrzewaniu obiektu dzięki pełnej optymalizacji procesu ogrzewania. Efektywność energetyczna produktu zależy od wszystkich komponentów, na jakie składa się urządzenie i od dokładności ich spasowania. Wydawać by się mogło, że nagrzewnica to nieskomplikowany produkt zawierający zaledwie trzy główne podzespoły: wymiennik, wentylator i obudowę. Aby urządzenie działało jednak prawidłowo, należy bardzo dobrze skojarzyć ze sobą wspomniane komponenty produktu. Dla danego wydatku wentylatora należy odpowiednio dobrać wymiennik ciepła, aby cały układ pracował w jak najskuteczniejszy sposób. Te elementy są wykonawczym układem ogrzewania, ale to nie koniec pracy konstruktorów. Aby wentylator i wymiennik ciepła prawidłowo realizowały swoje zadnia, należy je umieścić w obudowie, która zapewni im doskonałe spasowanie, które będzie pozbawione np. przedmuchów poza blokiem lamelowym wymiennika ciepła.
Konstrukcja obudowy powinna nie tylko od strony wentylatora, ale także z przedniej i bocznej części wymiennika zapewnić doskonałą szczelność całości. Na rynku spotykamy bardzo wiele rozwiązań, gdzie do tylnej części ramy wymiennika przykręcany jest lej wentylatora, a na jego front zakładany jest estetyczny panel przedni. Niestety, nie łączy się on z lejem wentylatora, przez co wymiennik nie jest zamknięty w szczelnej obudowie. Taka niedbałość w konstrukcji urządzenia powoduje niepożądane straty ciepła z wymiennika i skutkuje zmniejszeniem skuteczności całego aparatu w oddawaniu ciepła do przetłaczanego powietrza przez wentylator. Jeśli nawet system BMS będzie prawidłowo pracował, to skuteczność łączna nie będzie już taka dobra, zakłócenie poprawności pracy odbywać się będzie w nieprawidłowo od strony niewłaściwie zaprojektowanego urządzenia. Nie spotkamy się z tym w nagrzewnicach VOLCANO, gdzie wszystkie komponenty zostały szczelnie zamknięte w obudowach, a zastosowane materiały obudów nie posiadają dużych współczynników przewodzenia ciepła, co za tym idzie – obudowy VOLCANO nie rozgrzewają się jak w przypadku nagrzewnic w obudowie blaszanej lub w tych, gdzie jest została zakłócona skuteczność przez przerwę pomiędzy panelem przednim a lejem wentylatora. Doskonałym materiałem pod względem izolacyjności nie tylko akustycznej, ale także termicznej jest obudowa nagrzewnic VOLCANO mini. Ta obudowa szczelnie zamyka z każdej strony podzespoły urządzenia, przez co w czasie pracy nie dochodzi w ogóle do rozgrzewania obudowy, a całe ciepło z wymiennika kierowane jest do przetłaczanego powietrza. Można śmiało stwierdzić, iż na dzień dzisiejszy nie ma takiego urządzenia na rynku europejskim, które równie skutecznie i szczelnie zabezpiecza wymiennik ciepła od strony rozgrzewania obudowy w czasie pracy. Efektywność przekazywania ciepła przez pakiet lamelowy wymiennika do przepływającego powietrza w nagrzewnicach VOLCANO mini jest obecnie najlepsza na rynku.
Zarówno poruszone aspekty pracy urządzeń w systemie BMS, jak i ich poprawność konstrukcyjna wpływają na końcową efektywność urządzenia i całego układu. Zastosowanie wentylatora z silnikiem EC przy poważnych błędach konstrukcyjnych obudowy i wymiennika o niedostosowanym rozstawie lamel zniweczy oszczędności wynikające z energooszczędnego silnika wentylatora.
Iwona Bortniczuk
Na podstawie materiałów: VTS, FLOWAIR
Dodaj komentarz
Musisz się zalogować, aby móc dodać komentarz.