Fan coil - jeho pád nebo renesance
Tento příspěvek popisuje využití jednotky fan coil za účelem klimatizace definovaného prostoru s ohledem na poslední trendy v oblasti projektování a využití EC motorů pro snížení energetické náročnosti.
Úvod
Fan coily zaujímaly na evropském trhu poměrně dlouho dominantní postavení. Z hlediska historického vývoje je zajímavé, že nahrazovaly indukční jednotky vyráběné většinou v parapetním provedení. Tím, že dokázaly odstranit nedostatky původních indukčních jednotek (tj. vyšší hlučnost, závislost na přívodu primárního vzduchu o vysokém tlaku, problémy s rozvody primárního vzduchu spočívající v nutnosti přivedení většího množství vzduchu než bylo hygienicky nutné z důvodu pokrytí chladícího výkonu exponovaného prostoru fasády apod.), otevřela se fan coilům cesta ke klimatizaci obchodních a prodejních prostor, hotelů, restaurací, školících a učebních prostor ale i pro klimatizaci obytných domů.
Výrobci indukčních jednotek investovali v poslední době velké prostředky na vývoj nové generace jednotek s vysokým indukčním poměrem a do následné marketingové podpory. Tento proces vyústil k opětovnému získání přízně části projektantů i investorů a vytlačení fan coilů z některých dodávek klimatizace budov.
V současné době právě projektanti a investoři rozhodují, jaký systém zvolí pro řešení klimatizace konkrétního prostoru. Pro usnadnění jejich rozhodování přiblížíme v dalších odstavcích možnosti využití fan coilů při klimatizaci budov.
Klimatizace prostor pomocí fan coilů
Fan coily (dále jen FCU) se hodí především do prostorů:
- s předpokladem flexibilního provozu i dispozičního řešení
- s flexibilním průtokem primárního vzduchu řízeného dle obsahu škodlivin (CO2)
- s neurčitou tepelnou zátěží
- s dynamickým provozováním
FCU byly původně umísťovány pod okenní parapety, kde velmi dobře eliminovaly tepelné zisky a ztráty obvodových fasád. Při správné volbě velikosti jednotky a vhodně nastavených tvarovaných lamelách na výstupu z jednotky lze dosáhnout vyšší dynamiku přiváděného chladného vzduchu a tím zajistit dosah proudu vzduchu i do větší hloubky místností. Výhodou je docílení komfortního prostředí v celém klimatizovaném prostoru.
V důsledku vývoje nových stavebních materiálů a stavebních postupů se snižovaly tepelné ztráty a tepelné zisky obvodových fasád. Současně však nebývalý tlak investorů na „vyklizení“ prostoru u fasád, obecně využitelných ve formě placené pronajímatelné plochy, relokalizoval jednotky FCU do podstropní sestavy doplněné krátkými vzduchovody a distribučními prvky.
Při vlastním návrhu FCU je nutné vycházet z požadované vnitřní teploty vzduchu a z externí tlakové ztráty způsobené nutností připojit FCU na potrubní rozvod s koncovými distribučními prvky. Rozvod je v případě požadavku osazen také tlumiči hluku. Velikost externí tlakové ztráty má přímý vliv na velikost chladícího výkonu FCU.
Důležitým prvkem při řešení klimatizace prostorů pomocí FCU je přívod čerstvého teplotně upraveného vzduchu z centrální jednotky. Jaké jsou možnosti:
- Přívod do prostoru sání FCU (sací komora s nátrubky)
- Přívod do potrubí na výtlaku z FCU
- Samostatný přívod
Čerstvý vzduch lze rovněž přivádět do klimatizovaných prostor přímo, bez úpravy centrální jednotkou (přirozené větrání).
Zde je nutné, při použití prvních dvou variant, upozornit na možnost nezanedbatelného problému, který vzniká při klimatizaci přívodu tepla a chladu jedním distribučním prvkem z podhledu. Základem problému může být různá potřeba tepla a chladu v jednotlivých plochách kanceláří.
Další důležitý moment nastává při výběru vhodného distribučního prvku. Základní kritéria pro jeho výběr jsou následující:
- Optimální funkčnost při všech variantách provozu klimatizace
- Maximální flexibilita dispozičního uspořádání
- Vhodný design
- Nízká cena
Pro přívod chladícího vzduchu z podhledu se používají tři základní prvky, které jsou svou konstrukcí schopny udržet chladný vzduch pod stropem, dokud se indukcí teplota proudu přiváděného vzduchu nepřiblíží k teplotě v pracovní oblasti:
- Difuzorový anemostat – v poslední době velmi málo používán
- Vířivý stropní anemostat – příznivý vzhled, flexibilita rozmístění, široká nabídka do standartních rastrů, nízká cena, rychlý pokles teplotního rozdílu mezi přívodem vzduchu z anemostatu a vnitřním prostředím
- Štěrbina – atraktivní design, jasně definovaný charakter proudění – lze velmi dobře matematicky modelovat, vyšší cena, vyšší tlaková ztráta.
Naše firma dodala tisíce kusů FCU ve výrobkové řadě GEKO v podstropním provedení s distribučním prvkem pro klimatizaci různých prostor. Výhodou tohoto uspořádání je možnost umístění jednotky FCU mimo zónu vlastní distribuce tepla a chladu a dokonce i mimo klimatizovanou místnost, např. do chodbového koridoru.
FCU výrobkové řady GEKO v podstropním provedení s tlumičem hluku na výstupu vzduchu z jednotky jsou použity například v administrativním komplexu „Luxembourg Plaza Praha“. Propojení FCU s distribučními prvky je realizováno pomocí ohebné hadice. Koncepce koncového distribučního prvku ve formě vířivého anemostatu, atypicky modifikovaného na malou tlakovou ztrátu, zajišťuje dokonalé a spolehlivé provětrávání klimatizovaných prostor. Přívod čerstvého vzduchu je proveden do potrubí mezi FCU a distribuční prvky. Podrobnější popis této aplikace – viz odkaz na literaturu [1].
Podobné řešení klimatizace je použito i v nejvyšší budově v Čechách „CITY TOWER“, avšak s rozdílným přívodem čerstvého vzduchu umístněným variantně do sací komory FCU.
Nové trendy
V současné době, dle obecného povědomí a české legislativy, je požadováno při obsazenosti 10 m2/osobu přivádět 5 m3h−1/m2 tj. 50 m3h−1 na osobu. V některých evropských zemích i v USA je snaha snížit objemy větracího vzduchu na únosné minimum a přiblížit se k hodnotě 30 m3h−1/osobu. V České republice lze již zaznamenat novátorský návrhový trend administrativních budov v podobě tzv. kombinovaného větrání, tj. u budov s možností otevírání oken se připouští nucený přívod pouze 30 m3h−1/osobu sekundárního vzduchu (celoročně) s tím, že pracovníci mají možnost v případě nepohody otevření okna. Objevují se i případy, kdy přívod větracího vzduchu je zajištěn pouze okny nebo větracími štěrbinami, které jsou součásti oken.
Zmíněné řešení má i své negativum – změna tlakových poměrů v definovaném prostoru, nežádoucí penetrace vlhkosti s následkem kondenzace, nekontrolovatelné tepelné a prachové zatížení.
Při aplikaci tohoto nového trendu návrhu klimatizace budov, který vede ke snížení investičních a provozních nákladů, je nezbytně nutné použít pro konečnou úpravu vzduchu FCU výrobkové řady GEKO.
Praktické uplatnění výše uvedeného lze dokumentovat návrhem chlazení, vytápění a větrání nové budovy VŠB FEI – Ostrava.
Jednotlivé místnosti jsou osazeny FCU výrobkové řady GEKO v podstropním nebo nástěnném provedení. Podstropních jednotky FCU situované v podhledech jsou vybaveny buď standardními výdechovými a nasávacími nástavci z katalogu výrobce nebo vzduchovody z tepelně a zvukově izolovaných ohebných potrubí. Potrubí je napojeno na štěrbinové vyústky instalované v podhledech na straně místnosti u oken a u protilehlé stěny – viz obr. 1. a 2.
Obr. 1 Podstropní FCU instalované v podhledu
Obr. 2 Podstropní FCU instalované v podhledu
Jednotky nasávají vzduch u vnitřní stěny místnosti a po následné úpravě v rozsahu požadavku projektu vydechují zpět štěrbinou v prostoru u oken místnosti. Velikosti jednotek jsou navrženy podle požadovaného chladícího (topného) výkonu na teplotní spád chladící vody 8/14 °C a teplotní spád topné vody 55/40 °C při nejnižších otáčkách ventilátoru a to kombinovaně ve 4trubkovém, případně ve 2trubkovém systému. Přívodní potrubí chladící a topné vody je doplněno automatickými vyvažovacími a regulačními ventily s termoelektrickými pohony. V každé teplotně kontrolované místnosti je instalováno samostatné ovládání (vypnutí/zapnutí systému s úpravou požadované teploty v rozsahu +/−4 K) včetně regulační vazby na centrální dispečink. Místnosti jsou přirozeně větrané pomocí okenních větracích štěrbin. V několika vybraných místnostech je přirozené větrání doplněno nuceným větráním pomocí vzduchotechnických jednotek umístěných na střeše budovy.
EC motory a úspora energie
V současné době je energetická náročnost budov skloňována ve všech pádech. Jednotlivé budovy jsou hodnoceny dle předmětné vyhlášky a následně zařazeny do příslušné třídy energetické náročnosti - „EN“ kvantifikované celkovou měrnou energií. Skladba celkově dodaná energie zahrnuje i energie na vytápění, chlazení, vzduchotechniku, přípravu teplé vody, osvětlení, provoz zařízení zajišťující provoz jednotlivých systémů. Cílem hodnocení energetické náročnosti budov je dosažení minimální třídy A až C. Dosažení těchto tříd je možné pouze splněním přísných kritérií s použitím portfolia nízkoenergetických produktů.
Obr. 3 Označení třídy energetické náročnostiNaše společnost se touto problematikou již delší dobu intenzivně zabývá. Zaměřili jsme se na zlepšení konstrukce výměníků a především na využití EC motorů v našich FCU výrobkové řady GEKO. Díky těmto úpravám získaly naše výrobky hodnocení dle Euroventu a zařazení do nejvyšší třídy energetické náročnosti A (obr. 3).
Jednotky s AC motorem disponují pouze třemi stupni otáček, zatímco varianta s EC motorem nabízí plynulé řízení otáček (0–10 V). Nespornou výhodou plynulého řízení je možnost nastavení optimálního množství vzduchu, chladicího či topného výkon dle konkrétního použití. Díky těmto možnostem nastavení optimálního výkonu a úsporám až 74 % potřebného příkonu na pohon jednotek nabízíme energeticky úsporné jednotky koncipované pro ověřené použití v budovách s nízkou třídou energetické náročnosti.
Obr. 4 Porovnání FCU jednotek s klasickým AC motorem a s EC motorem
Závěr
Širší uplatnění výše uvedených nových trendů v klimatizaci budov je bezesporu příslibem renesance systému FCU a současně garantem obnovení původních pozic jak na evropských trzích, tak i na trhu v České republice.
Uvažuje-li přesto investiční záměr s využitím indukčních jednotek, lze naší společností GEA alternativně nabídnout tento produkt v rámci regionu České republiky.
Indukční jednotky řady StarShip, dodávané ve spolupráci s firmou Halton, jistě splní náročné požadavky trhu.
Literatura
- [1] VVI 2/2007
The topic of this report describes the FCU´s utilization for purpose of defined air-conditioning regarding up-to-date design trends as well as the utilization of the EC motors lowering energy intensity.