Jak obliczyć moc chłodnicy powietrza?

Nie jest tajemnicą, że w zdecydowanej większości przypadków, Wykonawcy szukają oszczędności. W końcu kto ich nie szuka? Ale spójrzmy prawdzie w oczy… Niestety, bardzo często skutkuje to zamianą urządzeń na tańsze. I nie inaczej było tym razem… Jak tylko Wykonawca zorientował się, że złożył zbyt niską ofertę, od razu zaczął szukać rozwiązań zamiennych. I oczywiście je znalazł, a jedno z nich zakładało zamianą centrali wentylacyjnej na taką, której moc chłodnicy powietrza byłaby sporo mniejsza…

Cofnijmy się jednak do początku historii. Cała inwestycja dotyczyła budowy czterokondygnacyjnego biurowca. Inwestor już na etapie koncepcji jasno określił swoje wymagania. Wbrew pozorom miał to być obiekt klasy premium, a jego poszczególne piętra miały być w przyszłości wynajmowane. Dlatego zapewnienie komfortowych warunków wewnątrz budynku było dla Inwestora szalenie ważne i komunikował to niemalże za każdym razem kiedy się spotykaliśmy. W końcu kto chciałby płacić, wcale nie małe pieniądze za wynajem, a następnie narzekać, że jest mu zbyt gorąco lub za zimno?

W związku z powyższym, założenia w zakresie instalacji sanitarnych były proste. Oprócz standardowych systemów, budynek miał być również wyposażony w instalację wentylacji mechanicznej nawiewno – wywiewnej oraz w instalację chłodniczą, zasilającą klimakonwektory. Naturalnie zdecydowana większość pomieszczeń musiała jeszcze umożliwiać indywidualną regulację temperatury wewnętrznej, a instalacja wentylacji mechanicznej miała dodatkowo zapewniać odpowiednie schłodzenie powietrza zewnętrznego. Dotyczyło to oczywiście lata, kiedy na zewnątrz panują wysokie temperatury.

Jakie jest główne zadanie wentylacji mechanicznej?

Zanim przejdziemy dalej, zastanówmy się najpierw, jakie jest główne zadanie wentylacji mechanicznej? Oczywiście w zdecydowanej większości przypadków, jest to zapewnienie odpowiedniej wymiany powietrza wewnątrz poszczególnych pomieszczeń. Cały ten proces polega na usunięciu powietrza wewnętrznego, które zawiera różnego rodzaju zanieczyszczenia jak i nadmiar wilgoci, a w jego miejsce dostarczenie z zewnątrz powietrza świeżego.

Ale na tym temat się nie kończy. Moim zdaniem jest tutaj jeszcze jeden, bardzo ważny czynnik, którego nie sposób pominąć. Chodzi oczywiście o zapewnienie odpowiedniej jakości powietrza nawiewanego, z uwzględnieniem jego temperatury czy też wilgotności. A dlaczego uważam, że jest to takie istotne? Pozwól, że wyjaśnię Ci to na konkretnym przykładzie. 🙂

Wyobraź sobie instalację wentylacji mechanicznej z centralą rekuperacyjną w niewielkim budynku biurowym. Dodajmy jeszcze, że w obiekcie tym nie znajduje się instalacja klimatyzacji, a sama centrala wentylacyjna jest pozbawiona jakiejkolwiek chłodnicy powietrza. Zatem czy trudno zgadnąć, jakie będą tego konsekwencje? Dokładnie, podczas upalnych dni, nagrzane powietrze z zewnątrz będzie zasysane, a następnie nawiewane do wnętrza poszczególnych pomieszczeń.

Zatem tak jak widzisz, nie jest to sytuacja godna pozazdroszczenia. Pomimo tego, że w budynku znajdowałaby się instalacja wentylacji mechanicznej, to prawdę powiedziawszy podczas gorącego lata, chyba mało kto chciałby przebywać wewnątrz takiego obiektu… I dlatego właśnie uważam, że zapewnienie odpowiedniej jakości powietrza nawiewanego jest tutaj niezbędne, aby taki system był efektywny. Zwłaszcza, kiedy brak jest instalacji klimatyzacji.

Problemy Wykonawcy…

Powróćmy teraz do dalszej części naszej historii, a konkretnie mówiąc do momentu, kiedy trwała budowa. Tak jak Ci już powiedziałem, w trakcie robót budowlanych Wykonawca zorientował się, że złożył zbyt niską ofertę. W rezultacie, po skończonej pracy mogłoby się okazać, że tak naprawdę nic by na niej nie zarobił lub też jego zarobek byłby minimalny.

Zatem tak, jak łatwo możesz się domyślić, w pewnym momencie Wykonawca zaczął się zastanawiać na czym to mógłby zaoszczędzić. I tutaj sytuacja jest bardzo ciekawa, ponieważ Wykonawca ten posiadał dodatkowo swoje biuro projektowe. W związku z powyższym, zlecił analizę całego projektu instalacji sanitarnych pod kątem tzw. optymalizacji.

Niedługo potem otrzymał raport od swojego projektanta. Skąd to wiem? Ano stąd, że dostałem do akceptacji listę rozwiązań zamiennych. 🙂 Powiem szczerze, lista była długa. Prawdę powiedziawszy znalazło się na niej chyba każde urządzenie jakie tylko wcześniej zaprojektowałem. Oczywiście ze swoim tańszym odpowiednikiem. Problem polegał tylko na tym, że zdecydowana większość tych produktów pochodziła z najniższej półki, a Inwestor stawiał na jakość…

Na nieszczęście Wykonawcy, nie zgodziłem się na zamianę większości urządzeń. Z jednej strony rozumiałem, że chciał zaoszczędzić. Z drugiej jednak strony nikt mu nie kazał składać tak niskiej oferty. Ja otrzymałem zlecenie od Inwestora i moim zadaniem było spełnienie jego oczekiwań. To on mi płacił za projekt dlatego przede wszystkim musiałem dbać o jego dobro.

Projektowana moc chłodnicy powietrza jest za duża!

Naturalnie stanowisko, które zająłem nie ucieszyło zbytnio Wykonawcę. W rezultacie zwołano naradę, na której oczywiście się stawiłem. Oprócz mnie był na niej obecny jeszcze sam Wykonawca, Inwestor oraz główny projektant, który pracował dla samego Wykonawcy.

Zastrzeżeń co do mojego projektu było kilkanaście, a może nawet kilkadziesiąt. Oczywiście wszystkie te błędy, jak je nazywał Wykonawca, można było rozwiązać stosując inne urządzenia. Produkty, które zdaniem Wykonawczy, jakimś cudownym sposobem były nie tylko o wiele lepsze, ale również sporo tańsze. 🙂

Jednak w tym artykule chciałbym się skupić tylko na jednej rzeczy, która znalazła się na liście Wykonawcy. Punkt ten dotyczył pięciu central wentylacyjnych. Chociaż mówiąc bardziej precyzyjnie, punkt ten związany był przede wszystkim z chłodnicami powietrza, znajdującymi się wewnątrz tych urządzeń. Zgodnie z opinią projektanta, który analizował mój projekt, moce chłodnic powietrza, we wszystkich zaprojektowanych centralach, były znacznie przewymiarowane!

Nie ukrywam, że trochę mnie to zaintrygowało. Wiadomo, jesteśmy tylko ludźmi i wszyscy popełniamy błędy. Zresztą nie myli się tylko ten, co nic nie robi. Dlatego też byłem bardzo ciekaw dalszej argumentacji projektanta zakładając, że może faktycznie się tutaj pomyliłem…

Jak określić moc chłodnicy powietrza na wykresie Molliera?

Pozwól, że na chwilę się zatrzymamy, a następnie wyjaśnimy sobie jak w ogóle należy wyznaczyć moc chłodnicy powietrza. Oczywiście parametr ten, tak jak większość rzeczy można obliczyć przy pomocy odpowiedniego równania.

    \[ Q = V \cdot C_{p} \cdot \rho \cdot \Delta h\]

  • Q – moc chłodnicy powietrza, kW
  • V – strumień objętości powietrza wentylacyjnego, m3/s
  • Cp – ciepło właściwe powietrza, kJ/(kg·K)
  • ρ – gęstość powietrza, kg/m3
  • Δh – różnica entalpii, kJ/kg

I teraz tak. Jedna z central wentylacyjnych, które zaprojektowałem, zakładała schłodzenie strumienia powietrza wentylacyjnego, w wielkości 7900 m3/h od temperatury równej 29,6°C do poziomu 16°C. Dlaczego akurat od 29,6°C? Ponieważ do obliczeń przyjąłem temperaturę powietrza zewnętrznego na poziomie 32°C, a obliczeniowa temperatura powietrza wewnętrznego wynosiła 24°C. Oczywiście centrala wentylacyjna była dodatkowo wyposażona w wymiennik ciepła, co już na samym początku skutkowało delikatnym schłodzeniem powietrza zewnętrznego, właśnie do temperatury 29,6°C.

Ok, sprawdźmy zatem ile konkretnie powinna wynosić wydajność chłodnicy powietrza w tej centrali wentylacyjnej. Oczywiście, abyśmy byli wstanie to zrobić, musimy skorzystać z powyższego wzoru.

    \[ Q = \frac{7900}{3600} \cdot 1,006 \cdot 1,17 \cdot (70,36 - 45,23) = 64,91 \  kW\]

Zatem tak jak widzisz, moc jednej z naszych chłodnic powinna wynosić 64,91 kW. Naturalnie cały ten proces można równie dobrze przedstawić na wykresie Molliera.

Rys 01. Chłodzenie powietrza wentylacyjnego.

W ogóle wykres Molliera jest fantastycznym narzędziem i zachęcam Cię, abyś korzystał z niego jak najczęściej. Przy jego pomocy możemy przedstawić niemalże każdą przemianę powietrza, a co więcej, wykres ten zawiera również szereg parametrów dotyczących powietrza w określonych warunkach. Zauważ, że choćby nawet informacje dotyczące entalpii powietrza w początkowym jak też i końcowym stanie naszej przemiany, które użyliśmy w powyższym wzorze, również możemy odczytać właśnie z tego wykresu. 🙂

Czy moc chłodnicy powietrza faktycznie była za duża?

Skoro już wiemy, jak należy wyznaczyć moc chłodnicy powietrza, ponownie powróćmy do naszej historii. Tak jak pamiętasz, projektant, który reprezentował interesy Wykonawcy zarzucił mi, że chłodnice powietrza we wszystkich centralach wentylacyjnych były przewymiarowane. Inna sprawa, że jego zdaniem same centrale wentylacyjne również były przewymiarowane i oczywiście nic nie stało na przeszkodzie, aby zastosować tutaj mniejsze jednostki. 🙂

Jednak ja drążyłem temat dalej. Nie ukrywam, że uwaga projektanta, który podczas całego spotkania siedział po przeciwnej stronie stołu, bardzo mnie zaintrygowała. Jak tylko przeszliśmy do omawiania centrali, dla której przed momentem obliczyliśmy sobie wymaganą moc chłodnicy powietrza, projektant powiedział, że jego zdaniem moc ta jest niemalże dwukrotnie przewymiarowana…

Zgodnie z jego opinią, chłodnica powietrza powinna posiadać tutaj wydajność na poziomie nie 65 kW, jak było w moim projekcie, ale… zaledwie 35 kW! Oczywiście w takiej sytuacji nie mogłem zrobić nic innego jak po prostu zapytać go dlaczego tak uważa. I ku mojemu ogromnemu zdziwieniu usłyszałem, że zgodnie z jego obliczeniami, dokładnie tyle mocy wystarczy, aby obniżyć temperaturę powietrza z 29,6°C do wartości projektowanej, tj. 16°C.

Robiło się coraz ciekawiej, tym bardziej, że wszystkiemu przez cały czas przysłuchiwał się z zaciekawieniem sam Inwestor… Ja jednak coraz bardziej zaczynałem się utwierdzać przy swoich obliczeniach. Co więcej, w trakcie naszej rozmowy raz jeszcze przeliczyłem sobie wszystko od samego początku. Ponownie otrzymałem wynik na poziomie niespełna 65 kW. W karcie doboru centrali wentylacyjnej, którą dobierał producent, również była informacja, że moc chłodnicy powietrza powinna wynosić tyle samo…

Jak projektant określił moc chłodnicy powietrza?

Przechodząc od słowa do słowa, w końcu zapytałem projektanta, który reprezentował interesy Wykonawcy, jak konkretnie obliczył moc chłodnicy powietrza. Jego odpowiedź była krótka – normalnie. 🙂 Poprosiłem go jednak, aby przeprowadził te obliczenia raz jeszcze i aby zrobił to dokładnie w tym momencie. No i projektant rozpoczął od poniższego wzoru.

    \[ Q = V \cdot C_{p} \cdot \rho \cdot \Delta t\]

Oczywiście wzór ten był jak najbardziej prawidłowy, ale pod jednym warunkiem. Pod warunkiem, że w grę wchodziłby proces ogrzewania, a nie chłodzenia powietrza. Dlaczego? Ponieważ ogrzewanie powietrza zachodzi przy stałej zawartości wilgoci, o czym więcej możesz przeczytać np. tutaj.

W przypadku chłodzenia powietrza musimy uwzględnić również zmianę wilgotności. Dlatego też we wzorze na chłodzenie powietrza nie występuje różnica temperatur, jak w przypadku ogrzewania, ale różnica entalpii. Niemniej jednak wzór, z którego korzystał projektant faktycznie dawał wynik na poziomie około 35 kW.

    \[ Q = \frac{7900}{3600} \cdot 1,006 \cdot 1,17 \cdot (29,6 - 16) = 35,13 \  kW\]

Jednak jak już wspomniałem, wynik ten niestety nie można było uznać za prawidłowy. Zaznaczę raz jeszcze, proces chłodzenia powietrza nie zachodzi przy stałej zawartości wilgoci, dlatego określając wymaganą moc chłodnicy powietrza, należy skorzystać z różnicy entalpii, a nie temperatury!

Jak się skończyła cała sytuacja?

W dalszej części spotkania powiedziałem, że niestety nie mogę się zgodzić z przeprowadzonymi przed momentem obliczeniami. Oczywiście wyjaśniłem też dlaczego oraz raz jeszcze skorzystałem z karty doboru, jaką przygotował producent central wentylacyjnych. Co prawda trochę czasu to zajęło, ale w końcu projektant zrozumiał swój błąd.

Naturalnie w takim przypadku nie było mowy o jakiejkolwiek zamienia urządzeń i zastosowaniu tańszych odpowiedników. Chociaż mówiąc tutaj o odpowiednikach, prawdopodobnie nieco nadużywam tego słowa… Niemniej jednak, Inwestor od samego początku jasno zaznaczył, że zależy mu na wykorzystaniu produktów z górnej półki i tego się trzymał do samego końca.

Kiedy budowa się zakończyła, zadzwoniłem do Inwestora i zapytałem, czy mógłbym zobaczyć efekt końcowy od środka. Oczywiście nie było z tym większych problemów. Ku mojemu zadowoleniu, okazało się wtedy, że większość urządzeń, jakie wcześniej zaprojektowałem faktycznie została zakupiona. Jednak nie wiem, czy Wykonawca dogadał się w jakikolwiek sposób z Inwestorem na temat zwiększenia jego wynagrodzenia. Prawdę mówić nigdy nie poruszałem tego tematu…

Cała historia, którą Ci tutaj powiedziałem wydarzyła się kilka lat temu. Dlatego też, po pewnym czasie odezwałem się do Inwestora ponownie oraz zapytałem czy jest zadowolony z instalacji. I jak się okazało był zadowolony. Rozwiązania zastosowane w budynku jak najbardziej spełniły jego oczekiwania. A najlepszym tego dowodem byli zadowoleni najemcy, którzy zazwyczaj na nic się nie skarżyli. 🙂

Podsumowanie

Przyszedł teraz czas na podsumowanie całego artykułu. Zanim jednak do tego przejdziemy, chciałbym najpierw powiedzieć Ci o czymś innym. Tak, abyś dobrze zrozumiał jego przesłanie. Historia, którą się z Tobą podzieliłem pokazała punkty widzenia z perspektywy dwóch, różnych projektantów. Osób, które nigdy wcześniej się nie znały i chyba posiadały nieco inne doświadczenie.

Jednak fakt, że to ja miałem rację, a projektant, który pracował dla Wykonawcy był w błędzie, nie ma tutaj żadnego znaczenia. Postanowiłem wykorzystać tą historię tylko i wyłącznie dlatego, że moim zdaniem doskonale tłumaczy jak należy prawidłowo określić moc chłodnicy powietrza, a jak należy tego nie robić.

Wszyscy jesteśmy tylko ludźmi i wszyscy od czasu do czasu popełniamy błędy. Powiem nawet więcej, w przeszłości samemu zdarzyło mi się popełnić dokładnie taki sam błąd i również raz czy dwa razy wyznaczyłem moc chłodnicy powietrza uwzględniając właśnie różnicę temperatur, a nie entalpii! I to pomimo tego, że wzoru, który jest głównym tematem całej historii, używałem chyba kilkadziesiąt, a może nawet kilkaset razy, podczas całych moich studiów. Pamiętaj, błędów nie popełnia tylko ten, co nic nie robi.

A wracając do podsumowania artykułu, mam nadzieję, że po jego przeczytaniu już nigdy więcej nie będziesz miał wątpliwości jak należy obliczyć moc chłodnicy powietrza. Chciałbym jednak, abyś tutaj pamiętał o wykresie Molliera. Wykres ten jest cholernie przydatny podczas projektowania jakichkolwiek systemów wentylacyjnych i osobiście uważam, że zawsze dobrze mieć go pod ręką.

Pamiętaj również o tym, że chłodzenie powietrza jest procesem, który przebiega zazwyczaj przy zmianie wilgotności. W związku z powyższym moc chłodnicy będzie w większości przypadków sporo większa, niż miałoby to miejsce w przypadku jego ogrzewania. Nigdy o tym nie zapominaj i nie popełniaj błędu, którego mi również zdarzyło się kiedyś popełnić. 🙂