|
TENDENCE V KLIMATIZACI
Ředitel
firmy AB klimatizace, Anton Adamkovič, poukazuje na změny, ke
kterým dochází na trhu klimatizačních jednotek z expandující
východoasijské ekonomiky. Uvedeny jsou základní změny v regulaci
chladicího výkonu klimatizačních jednotek, používání
stejnosměrného proudu s elektronickou komutací, tzv.
invertorů a zlepšení komfortu použitím nových zařízení.
Uvádí se metody vedoucí k úsporám, ke zvýšení COP,
klimatizačních jednotek a chillerů se spojitě regulovaným výkonem.
Je zmíněna akumulace chladu do zásobníků ledu. Krátce se
popisuje problematika chladiv. Je prezentován názor na
projektování a postavení TZB v realizaci staveb.
Význam
klimatizace pro lidskou civilizaci je nesmírný. Proto její
vynálezce
Dr. Carrier, který zemřel teprve před 100 lety,
byl na přelomu tisíciletí uveden na seznamu 100 osobností,
které nejvíce změnily život ve 20. století.
Naše
ekonomika je součástí globální ekonomiky a směry rozvoje
se jí podřizují. První výrobky z Japonska, Hongkongu
Taiwanu se na našem trhu objevily v 60. létech a nebudily
velkou důvěru. Dnes se jejich technická úroveň obecně
nezpochybňuje a světový trh je akceptoval. K významné
změně dochází s další expandující ekonomikou na pobřeží
pacifiku, v Číně. Vyrábí se tam téměř celý
sortiment zařízení pro RHVAC a hlavně pro vlastní potřebu.
KLIMATIZAČNÍ
JEDNOTKY KOMFORTNÍ - SPLIT
Právě jsme
svědky totálního zhroucení cen malých komfortních
klimatizačních jednotek. Zařízení o výkonu 2 kW, typu
split s tepelným čerpadlem, včetně 5 metrového
pohyblivého propojení a IR ovládání se v supermarketech
prodává za 7.900 Kč (250 EUR), včetně DPH. K zařízení
se dodává návod jak ho nainstalovat a je na něj dvouletá záruka.
Klimatizační zařízení se tak dostávají mezi takzvané bílé
zboží, tj. chladničky a pračky a je nutno se na ně dívat
jako na běžné spotřební zboží.
Z informací,
které jsou k disposici, činí podíl japonské produkce
klimatizačních jednotek pro export jen cca 5 – 15%. Rozhodující
část produkce se umísťuje na tamním vnitřním trhu. Když
jedna z japonských firem zvažovala změnu chladiva pro
okenní klimatizátory, raději jejich export do Evropy a USA
zastavila. Změna chladiva jen pro export by se jim nevyplatila.
Pro investory
do oboru klimatizace je rozhodující ohromný vnitřní trh východoasijských
zemí. Je to proto, že tyto státy se nacházejí převážně
v tropickém a subtropickém pásmu a další jejich rozvoj
bez klimatizace je nemožný. Ohromným novým výrobním
kapacitám asijských výrobců odpovídá cena, která nás
dnes trápí.
REGULACE
CHLADICÍHO VÝKONU A NÁKLADY.
S růstem
počtu klimatizačních zařízení je z národohospodářského
hlediska významná spotřeba elektrické energie. Energetické
špičky spotřeby jsou v zimě i v létě. Konstrukce
zařízení se proto neustále inovují. V 90. letech se
objevily první „invertory“. Takto konstruovaná zařízení
mění chladicí výkon podle okamžité potřeby. Způsoby jakým
to docilují je různý. Velmi perspektivní jsou zejména
ALL DC PAM INVERTER.
Byly vyvinuty
nové konstrukce
kompresorů, začaly se používat nové konstrukce
elektromotorů. Změnil se tvar rotorů, do nichž se montují
neodymové magnety. Zavedením stejnosměrných (DC) invertorů
byl specifický elektromagnetický hluk, dobře známý z dřívějšího
používání střídavých frekvenčních měničů, výrazně
potlačen. Nové konstrukce vysokotlakých hermetických
kompresorů scroll už nemusí chladit vinutí elektromotoru nasávaným
chladivem. Rotační kompresory se konstruují se dvěma
balancujícími válci (Twin Rotary).
Zařízení
se připojují na střídavé napětí 230 V, které se v „invertoru“
transformuje na stejnosměrné napětí. Další modulací
se vytváří tři sinusoidy s potřebným tvarem a
volitelnou frekvencí. Takto, „na míru“, vytvořené „3 fáze“
potom pohánějí elektromotory s optimálním výkonem,
který právě potřebujeme. Zařízení po celou dobu pracují
s vysokým COP (od 2,98 do 4,18).
Ventilátory
na stejnosměrný proud s elektronickou komutací a natáčením
lopatek vykazují velkou účinnost, menší oteplení, dlouhou
životnost a dobrou ochranu proti vlhkosti. Jsou o 50 % menší,
než ventilátory na střídavé napětí.
Podle výsledku
měření ve středomoří, tyto inovace umožnily snížení příkonu
a tím i spotřeby klimatizačních zařízení o 30%. V našem
mírném klimatickém pásmu s letní výpočtovou teplotou
jen 32°C se zátěž v průběhu roku pohybuje v pásmu
od 20% do 70% výpočtové zátěže. Proto se dá předpokládat,
že při použití invertoru je u nás úspora větší než
30%. U chladicích zařízení domácího
chlazení, kde už byly všechny možnosti úspor vyčerpané,
se také přistupuje k regulaci otáček kompresorů.
Při hodnocení
energetických úspor nás napadne, jestli rozhodnutí v době
Edisona a Tesly o rozvodu střídavého napětí bylo správné.
Klimatizační
jednotky SPLIT – tepelné
čerpadlo jsou zpravidla vybaveny na straně chladiva čtyřcestným
ventilem, kterým se jejích funkce přepíná do režimů
chlazení / topení. Nová zařízení s ALL DC PAM
INVERTER pracují v režimu vytápění s upokojivým
COP do venkovních teplot –15°C. Pro chladné oblasti Japonských
ostrovů byla vyvinuta klimatizační jednotka příznačně
nazvaná IGLOO. Do venkovní teploty –15°C se její topný výkon
nemění. Při venkovní teplotě -20°C se sníží ze 100% na
75%. Jedná se o konstrukci s invertorem a s nástřikem
kapalného chladiva do středotlaké výtlačné komory
kompresoru.
Zařízení,
která známe pod označením multisplit
- VRV, VRF, SET FREE a další, přešly na chladivo R410A, zvětšily
výkony venkovních jednotek až na cca 150 kW a umožňuji připojení
až 40 vnitřních jednotek. Třítrubkový systém v našich
podmínkách nenašel většího rozšíření.
Pro
klimatizaci místností, ve kterých jsou servery, reprodukční
technika, telekomunikace, laboratoře apod. se vyrábí speciálně
konstruované jednotky s mohutně navrženým výparníkem,
které pracují s velkým podílem citelného chladicího výkonu.
Jedná se spíše o technologické
chlazení, než o klimatizaci. Jsou vybaveny pro režimy vlhčení
i odvlhčování. Jednotky
jsou schopny splnit veškeré potřeby náročných provozů,
tj. spolehlivost, úsporný nepřetržitý režim při všech
venkovních teplotách. Je zajímavé, že se pro klimatizaci místností
malých serverů a telekomunikačních buněk (cca do 10 kW) z důvodu
vyšší ceny neprosadily. Pro tyto účely se používají
klimatizační jednotky vyšší třídy, určené pro komfort s kompresory
scroll, zimní úpravou pro provoz při nízkých venkovních
teplotách, restartem, diagnostikou a pod.
Japonsko je
dnes vedoucí zemí v produkci a použití klimatizace.
Klimatizace s invertorem tam tvoří 80% z celkového vyráběného
počtu klimatizačních jednotek. Zdá se, že tento trend převezme
zbytek světa. Japonští výrobci mají své výrobní závody
po celém světě. Firma Daikin staví závod v Plzni a má
v plánu v něm zaměstnat 500 zaměstnanců. Pro porovnání,
v největší evropské továrně firmy Daikin v Belgii
je asi 1200 zaměstnanců. Prodej zboží v roce 2003 dosáhne
745 mil. EUR.
KOMFORT
Zavedením
invertorů se podstatně zvýšil komfort. Zařízení bez
invertoru regulují teplotu v klimatizovaném prostoru
pravidelným zapínáním a vypínáním chladicího agregátu.
Tomu odpovídá vyfukovaná teplota, která odpovídá odpařovací
teplotě a ta se významně nemění. Střídání teplot
vyfukovaného vzduchu nepřispívá ke komfortu a bývá předmětem
častých stížností.
Zařízení s invertorem
a fuzzy regulací velmi rychle dosáhne požadované teploty a
potom výfukovou teplotu vzduchu přizpůsobí teplotě v místnosti,
aniž dojde k vypnutí kompresoru. Klimatizační jednotky
jsou vybaveny inteligentními regulátory, které komunikují s řídícím
systémem budovy. V jednotkách jsou čidla, které zjišťují,
zda se v místnosti nacházejí osoby a podle toho přizpůsobují
chod jednotek. Ke změnám dochází v použití filtračních
materiálů pro vzduchové filtry. Filtry mají deodorizační
vlastnosti. Jejich trvanlivost je 5 roků, pokud je 4 krát za
rok vypereme.
Před 7 lety
se v Tatrách diskutovalo na téma
„VRV nebo fan coil“. Nadále se používají obě
koncepce, ale na podstatně vyšší úrovni. V menší míře
se používá řešení 4-trubkové. Prosazuje se centrální řízení
a monitoring všech vnitřních jednotek.
CHLAZENÍ –
CHILLERY A DALŠÍ ELEMENTY
Výrobci
chillerů používají, když pomineme čpavek, chladiva
R134a , R407c. U chillerů s R407c je nevýhodou skluz odpařovací teploty
(7 K), který způsobuje, že už pro teploty chlazené vody
mezi +4 až +6°C (podle typu výměníku) je reálné nebezpečí
zamrznutí a je třeba pracovat s nemrznoucí směsí nebo s vyšší
odpařovací teplotou. Konstrukce chillerů se přizpůsobila
požadavkům na provozní úspory a cenu. Zlepšila se regulace
a upravily se chladicí okruhy, do kterých se instalují různá
zařízení na zvýšení chladicího výkonu. Úspory v ceně
přinesly i dvojčata - tandemy hermetických kompresorů, která
se montují místo polohermetického kompresoru do jednoho
chladicího okruhu.
Zajímavé
jsou úpravy zavedením spojité
regulace chladicího výkonu a instalace ekonomizérů s nástřikem
chladiva do výtlačného meziprostoru šroubových kompresoru.
Taková změna umožní dokonce snížení dříve potřebného
počtu chladicích okruhů a velkou konkurenční výhodu v ceně.
Spojitá
regulace výkonu se u šroubových kompresorů dociluje přímo
na rotorech regulačním šoupátkem, kterým se plynule mění
množství chladiva a výkon kompresoru podle zátěže. Podobně
jako u zmíněných systémů s invertorem, se hodnota COP
při nižších zátěžích nesnižuje, ale naopak. Regulovanou
veličinou je výstupní teplota chlazené vody.
Vzhledem k
tomu, že většina zdrojů chladu nepracuje celoročně na
maximum, ale jeho výkon se mění se zátěží, neměli bychom
vybírat vhodný chiller jen podle obecně udávaného COP při
maximálním výkonu, ale podle celoroční spotřeby. Ukazuje
se, že 70 % z roční
provozní doby pracuje chiller s výkonem od 20 do 80% a
tomu odpovídajícímu COP.
Požadovaná
teplota ze zdrojů chladu je zpravidla 6/12 °C a to celoročně.
Analýzou zátěže po dobu celého roku se dá vypočítat a
provozovatelé to potvrdí, že při malých zátěžích vystačíme
s vyšší teplotou. Všichni víme, že už dva stupně na
odpařovací teplotě se velmi významně projeví na výkonu zařízení
a tím i na potřebné době chodu kompresoru, jehož příkon
je z hlediska spotřeby energie rozhodující. Na tomto
faktu jsou založené obchodní iniciativy některých firem,
které toto seřízení s aplikací vlastního SW nabízí,
garantují výsledek a nacházejí zákazníky.
Úspory se
hledají i v zmenšení
potřebného objemu chladicí vody. Dnes se u dobrých
chillerů s výkonem do 200 kW vystačí s minimálním
objemem vody 0,8 – 1,0 m3. U chillerů s výkonem 400 kW
to je 2,0 m3 a pro 1.000 kW postačí 3,5 m3.
Pozornost se
věnuje i snížení rozběhových
proudů zejména u strojů s větším počtem
kompresorů. U stroje se třemi kompresory, se postupně po
minutě rozeběhnou všechny kompresory na minimální výkon, a
teprve po vyhodnocení se chod nastaví na potřebný výkon. Při
tomto způsobu startu je nejen nižší rozběhový proud, ale i
spotřeba. Většina vyráběných chillerů pracuje s deskovými
výměníky. Provedení chillerů s volným chlazením někteří
výrobci opustili. Pokud je zapotřebí, instaluje se dodatečně
„na míru“.
Zásobníky
ledu neztratily své opodstatnění. Jsou k disposici
velmi dobré programy pro dimenzování i pro ekonomické
posouzení vhodnosti jejich použití. Zásobníky ledu mohou v instalaci
chladicích a klimatizačních zařízení plnit tyto
funkce.
Přesunutí
špičky denní zátěže
Rezerva výkonu
(nouzové chlazení)
Mrznoucí
voda (tuhnoucí led) jako zásobník tepla. - Jde o speciální
případ, kdy při nabíjení zásobníku ledu se vznikající
kondenzační teplo používá pro vytápění budovy.
Bohužel
investoři si více hledí nižších investičních nákladů a
upřednostňuji chiller, který má „rezervu“ i když po větší
část roku pracuje neekonomicky.
Objevily se
tzv. hybridní zásobníky
ledu. Nacházejí uplatnění v potravinářství.
Nedostatek zásobníku ledu například při chlazení mléka
spočíval v tom, že pracovní látkou v nich je
nemrznoucí směs, kterou nelze použít z různých důvodů
pro chlazení tekutin v průtokovém deskovém výměníku
na teploty kolem 4°C. Hybridní zásobníky ledu při vybíjení
pracují přímo s tající vodou o teplotě 1°C a při
použití deskového výměníku například „voda/mléko“ už
lze docílit potřebného ochlazení.
ŘIZENÝ VODNÍ
OKRUH – WATER LOOP
Kompaktní
klimatizační jednotky s vodou chlazeným kondenzátorem se
vrací, ale v jiném pojetí. Dodávají se v různém
provedení: pod strop, na stěnu, do mezistropu, pod okno.
Jednotky jsou malé a jejich kompresor s kvalitní protihlukovou
izolací je poměrně tichý. V
provedení s tepelným čerpadlem se používají pro
chlazení i vytápění zejména ve velkých obchodních budovách,
obchodních galeriích, hotelích. Jednotky jsou napojeny na
jediný společný vodní okruh, ve kterém je „suchý chladič"
i ohřívač vody. Ve vodním okruhu se celoročně udržuje
voda o teplotě 15 až 45 °C. Jednotky podle potřeby v
jednotlivých místnostech celoročně topí nebo chladí nebo podle oslunění fasád některé chladí a
jiné současně topí.
Tento systém
přináší velké výhody investorům, kteří hodlají
prostory v budovách pronajímat. Větrání budovy je zajištěno
centrálně, ale pro topení a chlazení postačí, aby investor
investovat jen do suchých, někdy skrápěných chladičů, bez
drahých chillerů a klasických otopných těles. Vnitřní
klima, tj. topení a chlazení si obstarají pronajímatelé
prostor pomocí uvedených kompaktních jednotek s vodou chlazenými
kondenzátory v provedení s tepelným čerpadlem. Nezkoumali
jsme, jestli je to v součtu dražší nebo levnější.
Jisté je, že je to flexibilní a operativnější.
PROJEKTOVÁNÍ
Velké
stavby. Začátkem 90. let jsme byli svědky investic do peněžního
sektoru a telekomunikací. Postavily se hezké budovy pro banky,
spořitelny a pojišťovny. Taktéž ve zdravotnictví se
investovalo do rekonstrukcí nemocnic a zejména do klimatizace
operačních sálů. Další rozmach už byl přirozený. Stovky
benzinových čerpacích stanic, výrobní haly významných světových
investorů, čisté prostory pro zdravotnické a elektronické
technologie. Celá řada administrativních budov, hotelů a
balneo provozů. Téměř v každém městě dnes najdeme
supermarket a multikino. Staví se i budovy bez přesného určení,
které se během výstavby nebo až po dokončení přizpůsobují
konkrétním nájemníkům. To je však osud většiny staveb.
Po čase, tak jako tak se rekonstruují.
Obecná úroveň
projektantů klimatizace je v našich zemích poměrně
vysoká. Nemyslím si, že je to způsobeno zavedením autorizací.
Domnívám se, že existuje zde obecná kultura, vytvořena
velikou osvětovou činností zakladatelů československé
klimatizace z dob, kdy zde byli pan profesor Pulkrábek,
profesor Chyský, pan Máca, pan Dr. Oppl, profesor Valent a další.
Zůstalo nám zde duchovní dědictví Výzkumných ústavů,
ZVVZ, Janky i Vzduchotechniky v N.M. nad Váhom.
Změny, které
zde nastaly souvisejí se změnami globálními. Projektant to má
jednodušší. Může využívat software a know how renomovaných
výrobců. Například návrh, resp. projekt distribuce vzduchu
pro jakýkoliv prostor dostane zdarma formou nabídky od výrobce
těchto elementů. Podklady k zařízením a elementům zařízení
jsou přesné. Poslání projektanta se mění. Musí se více
zabývat celkovou koncepcí všech profesí, tak výstižně
dnes uváděných ve zkratce RHVAC nebo chcete-li TZB.
Problém je v tom,
že náš stavební zákon přiřkl architektovi a tím i generálnímu
dodavateli stavby, což je obvykle stavební firma, rozhodující
slovo při realizaci stavby. Přitom hodnota stavebních dodávek
u moderní administrativní budovy se pohybuje jen kolem 25%
celkových nákladů. Zbytek tvoří TZB. Vzhledem k tomu,
že koncepci a cenu tvoří stavební inženýr s architektem
nebývá výsledek vždy uspokojivý. To ale závisí i na
investorovi za nějž rozhoduje manager, který nemusí mít
stejná kriteria, jaké bude mít uživatel nebo nájemník.
Vedle špičkových budov se staví budovy i továrny s vysokými
provozními náklady, špatným pracovním prostředím, malým
komfortem a mizernou architekturou. To je naše daň svobodnému
podnikání a trhu.
Klimatizace
komfortní. Celá řada instalací klimatizačních zařízení
se odbude bez projektu jen formou nabídky od dodavatelských a
montážních firem, kterou si posuzuje zákazník. Zřídka si
je nechává posoudit projektantem. Je to dáno cenou zařízení.
Projekt se prostě už nevyplatí. Častá nekoncepčnost
investorů při výstavbě vede k tomu, že klimatizace se
instaluje dodatečně, do hotové a obydlené budovy. Nejčastěji
se použije split nebo multisplit. Místo pro venkovní jednotky
se hledá dost těžko. Interieru se moc neublíží. Takový přístup
je běžný od
Bangkoku přes Bratislavu a Vídeň na Manhattan.
Otázka
pohody a komfortu souvisí s více faktory, než jen s
množstvím čerstvého vzduchu a veličinách, které umíme změřit.
Jde o komplex problémů spojených s adaptací člověka na
uzavřené prostory, ve kterých pobývá. Člověk má
receptory na teplotu, ale nemá je na vlhkost. Jsou mu příjemné
sálavé účinky tepla jak od krbu, tak od slunce.
Komfort ovlivňují pachy, znečištění, hluk a řada
dalších těžko specifikovatelných vlivů. Kvalitu prostředí
dnes hodnotíme podle procenta nespokojených osob. Normy na
obou stranách oceánu se liší. Začínáme se seriozně zajímat
i o tzv. Syndrom nemocných budov - SBS. Zatím se zdá, jak uvádí
prof. Hemzal, že zvýšená intenzita větrání napomáhá
odstranění příčin SBS. Větrání
je v ČR předepsáno nařízením vlády 178/2001 Sb.a hlídá
si ho příslušný stavební úřad.
CHLADIVA
Vedle odbourávání
ozonu ve stratosféře,
který způsobují chladiva obsahující chlor (R12, R22), se ukázalo,
že jejich náhrady halogenovými uhlovodiky bez chloru (R134a,
R407c), velmi významně zvyšují atmosferický skleníkový
efekt. Do budoucna se
proto počítá s chladivy bez halogenů. Výrobci základních
elementů chladicích zařízení,
vědecké ústavy, olejářské a chemické koncerny
pracují na nových konstrukcích a náhradách chladiv, které
nebudou poškozovat životní prostředí.
Termín
zavedení chladiv bez halogenů je zatím v nedohlednu a
jsou pochybnosti, že by ke změně došlo tak rázně, jak to
bylo po montrealském protokolu. Nelze si však nevšimnout velkého
obchodu, který změna chladiv vyvolala v mnoha průmyslových
odvětvích. Patrné jsou i
politické tlaky a to nejenom ze strany zelených
iniciativ. V současné době v EU končí výroba chladicích
zařízení s posledním chladivem (R22), které obsahuje
chlor.
Klimatizační
jednotky pracují zatím se směsí jednosložkových
chladiv R32/125/134a, kterou označujeme R407c, ale většina výrobců
přechází na směs chladiv R32/125 označenou R410A, která však
pracuje s většími tlaky a to do té míry, že se vyžaduje
potrubí se silnější tloušťkou stěny a jiné pertlové
spoje. Hlavním důvodem pro přechod na chladivo
R410A je jeho objemová chladivost, která je o cca 50% vyšší
než u chladiva R22. Chladicí zařízení jsou pak podstatně
menší. Například kondenzační jednotka pro běžný split má
o 35 % menší objem! Významný
je ale zanedbatelný teplotní skluz vůči R407c (cca 0,2 K oproti
7 K). Chillery se plní
chladivy R134a, R407c, (někdy R717).
Technologie přestavby
chladicích zařízení z chladiv R12 a R22 na chladiva R134A a
R407c (retrofit) je u většiny chladicích zařízení vyřešena.
Chladivo R410A z důvodu vysokých tlaků není vhodné pro přestavbu
těchto zařízení.
Provozní zkušenosti
s novými chladivy jsou velmi malé. Mimo provozních nepříjemností,
které vyplývají z toho, že se většinou u klimatizačních
jednotek jedná o zeotropní směsi, vyžadují tato chladiva
jiné oleje a jiné servisní vybavení prokaždé chladivo.
Tendence v klimatizaci
bude do budoucna ovlivňovat expanze asijských ekonomik. Kritériem
bude cena, provozní náklady a kvalita. Nezmizí drahá,
technicky dokonalá zařízení. U architektonicky náročných
interieru nevystačíme se současným designem převážně
plastových jednotek. Taktéž se bude usilovat o zlepšení
komfortu v klimatizovaných prostorách směrem ke snížení
počtu nespokojených osob.
Od biblických
dob až do objevení Ameriky se většina významných událostí
a rozhodnutí odehrávala v zemích a civilizacích na
březích Středozemního moře. Od novověku až do
sklonku 20. století se vše významné dělo na obou březích
Atlantiku. Nyní se zdá, že rozhodující vliv přebírají
země na březích Tichého oceánu. Jsou to obě Ameriky a celá
východní Asie s Austrálii.
Anton
Adamkovič
|
