Regulace hmotnostních průtoků pro bytové větrání

Pracovníci z Ústavu stavby strojů na vysoké škole v Brémách vyvinuli jednoduchou měřicí metodu s tzv. "vzduchovým spínačem" pro regulaci objemových průtoků u soustav bytového větrání, založenou na měření tlakového rozdílu: snímač tlakového rozdílu se střídavě připojuje ke dvěma stejným křížovým měřicím sondám, umístěným v potrubí přiváděného a odváděného vzduchu, a to pomocí tzv. vzduchového spínače - vícecestného ventilu se servopohonem.

Tímto způsobem lze oba objemové průtoky s vysokou přesností vyrovnávat a tak zajišťovat i optimální podmínky pro zpětné získávání tepla. Technický přínos řešení spočívá v tom, že umožňuje použít velmi levný tlakový snímač. Takto regulovaná zařízení bytového větrání umožní snížit náklady na energii i celkové náklady. Licenci na výrobu této regulace chráněné patentem získala firma ProVentecs Brémy.

Na papíře vypadá projekt centrálního vzduchotechnického zařízení pro bytové větrání jednoduše. Do budovy se na stanovených místech přivádí definované množství filtrovaného vzduchu. Plynulá výměna vzduchu v místnostech je zajišťována kombinací směšování a vytlačování vzduchu. Jako zátěž jsou z obytných místností současně s opotřebovaným vzduchem odváděny vlhkost, CO₂, pachy a jiné škodliviny. Ve vzduchotechnické jednotce pak dochází k ohřívání přiváděného vzduchu zpětným využíváním odváděného tepla, většinou pomocí rekuperace. Zpětné využití tepla je nejúčinnější tehdy, když jsou hmotnostní průtoky přiváděného a odváděného (suchého) vzduchu stejné.

Schéma vzduchového spínače pro regulaci hmotnostních průtoků u soustav bytového větrání, výhodnou z hlediska nákladů

Rozdíly způsobují snížení podílu zpětně využívaného tepla

Praxe ovšem vypadá často jinak. Rozdíly mezi hmotnostními průtoky vzduchu pak mají tyto následky:

• Je-li větší množství odváděného vzduchu, proniká do budovy venkovní vzduch bez filtrace a předehřevu (v budově se vytvoří podtlak - pozn. překl.). V nepříznivých případech může docházet i ke vzniku průvanu.
  
  
• Je-li větší množství přiváděného vzduchu, uniká teplý a vlhký vzduch netěsnostmi obvodového pláště z budovy (v budově se vytvoří přetlak - pozn. překl.). Vlhkost pak může zapříčinit škody v obvodových konstrukcích.
  
  
• Odlišné hmotnostní průtoky vzduchu způsobí, že ve výměníku dojde ke snížení podílu tepla, který lze z odváděného vzduchu získat. Rozdíl sice může zvýšit účinnost výměníku, podíl skutečně využitého tepla však znatelně klesá.

U jednotek pro bytové větrání je dnes velmi rozšířená regulace objemového průtoku vzduchu ovládáním krouticího momentu (otáček) ventilátoru. Jestliže se průtoky vzduchu při uvádění do provozu dobře nastaví (s použitím měřidel), lze docílit, že se rozdíly mezi objemovými průtoky přiváděného a odváděného vzduchu budou v praxi vyskytovat v rozmezí 10 %. Bez použití měřidel je však třeba počítat s nepřesností spíše 20 až 40 %. Jestliže je podíl zpětně získávaného tepla ve výměníku například 86 % a rozdíl mezi průtoky vzduchu 25 %, vzroste spotřeba energie při porovnání s vyváženým zařízením přibližně o 2,5 Wh/(m².rok). U typického rodinného domku (133 m² obytné plochy, měrné náklady 5 ct/kWh) tak se za 15 let provozu zvýší náklady asi o 250 Euro.

Měřením lze regulaci objemového průtoku zlepšit

Rovněž u jakostních ventilátorů s autoregulací průtoku vzduchu lze bez návazných měření jen ztěží dosáhnout menších odchylek než 10 %. Tyto ventilátory jsou sice schopné velmi dobře vyrovnat kolísající tlak, ale jen s omezenou přesností mohou dodržet požadované hodnoty.

Regulaci objemového průtoku je možné zlepšit jeho průběžným měřením. Kromě vlastního snímače má přitom velký význam i způsob, jakým budeme získávat fyzikální veličinu úměrnou objemovému průtoku. Zvlášť jednoduchým řešením pro snímání dynamického tlaku je použití křížové sondy.

Reprodukovatelnost měření místo přesnosti

Problém: tlakové rozdíly, které je třeba u křížové sondy vyhodnocovat, jsou poměrně malé a snímače, jejichž přesnost by byla u malých objemových průtoků ještě vyhovující, jsou velmi drahé. Autoři patentu však prokázali, že reprodukovatelnost je u levnějších snímačů lepší než 2 % a tím také (pro daný účel) stejně dobrá, jako přesnost snímačů drahých (snímač se vždy na chvíli odpojí od křížové sondy a následně se opakovaně zapojí).

K regulaci objemových průtoků lze proto s dobrou reprodukovatelností používat pouze jeden levnější snímač, který střídavě snímá dynamické tlaky z obou potrubí. Vzhledem ke kvazistacionárním poměrům je to u bytového větrání možné bez problémů. Regulační soustava se tak skládá ze dvou křížových měřicích sond umístěných v potrubí odváděného a přiváděného (venkovního) vzduchu, které jsou střídavě připojovány ke snímači tlakového rozdílu - například pomocí dvou třícestných ventilů se servopohonem. Oba ventilátory tak mohou být střídavě regulovány na stejný průtok vzduchu. Absolutní přesnost dosažení tohoto průtoku je samozřejmě jen přiměřená. To však není rozhodující, protože již samo stanovení požadovaného průtoku je nepřesné a lze jej vždy snadno přizpůsobit místním poměrům.

Další výhody použití "vzduchového spínače"

Kromě optimalizace procesu zpětného využívání tepla přináší "vzduchový spínač" ještě další výhody: může odpadnout místní zaregulování rovnováhy průtoků (vztaženo na centrální objemové průtoky) a je zde možné použít i ventilátory se zpětným zakřivením lopatek a tím snížit jejich hlučnost a spotřebu elektřiny.

Stejným způsobem lze měřit i tlakové rozdíly na filtrech a výměnících tepla a tak z fyzikálního hlediska objektivně posuzovat jejich znečištění, příp. stupeň napadení korozí. Další možností použití je měření tlakového rozdílu mezi vnitřním prostorem budovy a jejím okolím, pro zajištění bezpečného provozu vzduchotechnického zařízení v kombinaci s určitými druhy topidel.

Převzato z Fachplaner 4/2006