Vplyv optimalizácie izolácie rozvodov chladenej vody v klimatizačných systémoch na energetické úspory (I)
Spoločnosť Armacell vo svojej štúdii preukázala, že obrovské úspory energie možno dosiahnuť aj dodatočnou montážou izolácie na prístupné vykurovacie a teplovodné potrubie v budovách.
Pri vypočítavaní energetickej účinnosti budov je (vôbec prvýkrát) podľa smernice EÚ 2002/91/ES o energetickej náročnosti budov nevyhnutné vziať do úvahy nielen vykurovacie a teplovodné sústavy, ale aj chladiace, ventilačné a osvetľovacie systémy. Aby sa tieto systémy prevádzkovali čo najúspornejšie, zdôrazňuje sa úloha izolácie.
Tento príspevok skúma, či možno docieliť úspory skvalitnením izolácie potrubí chladiacich a klimatizačných sústav, na akú úroveň sa tieto úspory môžu dostať a v akej miere sa splatia vložené investície. Podľa európskej smernice o celkovej energetickej náročnosti budov sa energia spotrebovaná chladiacimi sústavami započítava do celkovej energetickej náročnosti budov. S ohľadom na túto skutočnosť iniciovala spoločnosť Armacell projekt venujúci sa týmto problémom, ktorý vychádza z predpokladu, že pri bežných podmienkach dodávajú rozvody chladenej vody v klimatizovaných budovách vodu s menovitou teplotou +7 °C do fancoilových jednotiek rozmiestnených na mnohých miestach v budove.
Potrubie rozvodu chladenej vody sa môže navrhnúť rôznymi spôsobmi, a to v závislosti od konštrukcie klimatizovanej budovy, jej rozlohy, zložitosti a počtu podlaží. Zvyčajne je rozdelené na úseky určené pre jednotlivé fancoilové jednotky. Spravidla platí, že čím vyšší je počet fancoilových jednotiek, do ktorých treba priviesť chladenú vodu, tým väčší je priemer potrubí. V sústave s rozvodom chladenej vody možno použiť rôzne rúry s rozličnými priemermi. V príklade, ktorý tu uvádzame, sa tepelné zisky z okolitého vzduchu v budove do potrubia rozvodu chladenej vody vypočítavajú na bežný meter, preto dĺžka potrubia jednotlivých úsekoch nie je podstatná. Dôležitý je predpokladaný priemer potrubia (od DN 32 do DN 100) a hrúbka izolácie príslušných rúr.
Najlepším spôsobom, ako zistiť potenciál energetických úspor, je porovnať aspoň dve rozličné riešenia pre rovnaký systém, pričom jedno z nich ukáže nižšiu celkovú spotrebu energie za dané obdobie. Energetickú náročnosť určitého riešenia rozvodu chladenej vody ovplyvňujú tepelné vlastnosti a hrúbka izolácie.
Vo výpočtoch sa používajú technické údaje nového výrobného programu pružnej elastomérovej izolácie potrubia AF/Armaflex. Vďaka svojim vylepšeným technickým vlastnostiam (λ0°C ≤ 0,033 W/(m . K) a μ ≥ 10 000) je nový AF/Armaflex až o 10 % energeticky úspornejší ako tradičné elastomérové výrobky. Energetické straty zo zariadení izolovaných novým AF/Armaflexom sa môžu počas svojej životnosti o niečo zvýšiť, ale aj po desiatich rokoch sú ešte vždy nižšie ako pôvodné hodnoty izolačného materiálu s vyššou tepelnou vodivosťou a nižšou hodnotou μ. Vylepšenie hodnôt λ a μ má významný vplyv na dlhodobé správanie izolačného systému.
Aby sa zabránilo kondenzácii za podmienok zhrnutých v tab. 1, postačí zariadenie izolovať materiálom AF/Armaflex AF-1 (7,0 až 10,0 mm). V tomto prípade sa AF/Armaflex vyrába s konštrukčnou hrúbkou steny. Na zabezpečenie rovnakej povrchovej teploty izolácie v prípade všetkých priemerov rúry sa spolu s narastajúcim priemerom automaticky zvyšuje aj hrúbka izolácie. Priemery rúr a hrúbky izolácie sú uvedené v tab. 2.
Pre lepšiu prehľadnosť neporovnávame vo výpočtoch všetky možné hrúbky izolácie. V každom prípade sa porovnáva minimálna hrúbka potrebná na zabránenie kondenzácie (AF/Armaflex AF-1) s nasledujúcou väčšou izolačnou hrúbkou (AF-2 až AF-6).
Pri relatívnej vlhkosti do 70 % a predpokladanej teplote vonkajšieho vzduchu do +26 °C poskytuje uvedeným priemerom potrubia ochranu pred kondenzáciou rad AF-1 s izolačnou hrúbkou 9,0 až 9,5 mm. V danom prípade sa rad AF-1 považuje za minimálnu izoláciu, ktorá spĺňa hlavnú úlohu - ochranu proti kondenzácii, nemá však nijaký vplyv z hľadiska energetických úspor. Vo výpočtoch sa s izoláciou AF-1 pre každý jednotlivý prípad porovnáva energetická a ekonomická účinnosť väčšej hrúbky izolácie (AF-2 až AF-6).
| Teplota potrubia chladenej vody na vstupe | > +7 °C |
| Teplota vonkajšieho vzduchu | ≤ +26 °C |
| Relatívna vlhkosť | ≤ 70 % |
| Klimatizačná sezóna | 6 mesiacov |
| EER: koeficient energetickej účinnosti (predpokladaná priemerná hodnota) | 2,6 |
| Faktor emisie CO2 (štruktúra elektrickej energie v Nemecku) | 0,683 kg CO2/kWh |
| Náklady na elektrickú energiu | 0,20 €/kWh |
Tab. 1 Základné podmienky aplikované na výpočty
| Rozpätie šírky izolácie | AF-1 7,0 - 10,0 mm | AF-2 9,5 - 16,0 mm | AF-3 12,5 - 19,0 mm | AF-4 15,5 - 25,0 mm | AF-5 25,5 - 32,0 mm | AF-6 32,0 - 45,0 mm | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Tepelná vodivosť pri 0 °C (W/m . K) | 0,033 | 0,033 | 0,033 | 0,033 | 0,036 | 0,036 | |
| DN (oceľové rúrky) | Vonkajší priemer rúrky (mm) | Konštrukčná hrúbka izolácie (mm) | |||||
| 32 | 42,4 | 9,0 | 13,5 | 16,0 | 20,0 | 27,0 | |
| 40 | 48,3 | 9,0 | 14,0 | 16,0 | 20,5 | 27,5 | |
| 50 | 60,3 | 9,0 | 14,0 | 16,5 | 21,5 | 29,0 | |
| 65 | 76,1 | 9,5 | 14,0 | 17,0 | 22,0 | 30,0 | |
| 80 | 88,9 | 9,5 | 14,5 | 17,5 | 22,5 | 30,5 | |
| 100 | 114,3 | 9,5 | 15,0 | 18,0 | 23,5 | 31,5 | |
Tab. 2 Uvažované priemery rúrky a príslušné hrúbky izolácie AF/Armaflex