Alternatywne systemy ogrzewania hali magazynowej – klimatyzatory kanałowe wysokiego sprężu
Hale przemysłowe to obiekty o dużej kubaturze, w których występują znaczne straty ciepła wynikające zarówno z ich budowy, jak i sposobu eksploatacji, dlatego wymagają odpowiednio dobranego systemu ogrzewania. Efektywny układ grzewczy dla tego typu obiektów może być zaprojektowany z wykorzystaniem pompy ciepła powietrze-powietrze, należy jednak pamiętać o uwzględnieniu specyfiki działania tego ekologicznego źródła ciepła, zwracając szczególną uwagę na prawidłowy dobór urządzeń oraz ich montaż.
Czynniki wpływające na wybór systemu grzewczego
W halach, ze względu na ich dużą powierzchnię i znaczną wysokość, zachodzi zjawisko rozwarstwienia temperaturowego. Oznacza to, że ciepłe powietrze unosi się do górnych partii. Wybrany system ogrzewania powinien w jak największym stopniu minimalizować to zjawisko. W przypadku ogrzewania powietrznego zadanie to spełnią odpowiednie nawiewniki, dysze dalekiego zasięgu, a także destryfikatory kierujące nagrzane powietrze ponownie w dół.
Budowa i przeznaczenie hal wymagają wyposażenia ich w bramy i drzwi o znacznych powierzchniach. Ich częste otwieranie powoduje nagłe, niekontrolowane straty ciepła, których nie da się uwzględnić w obliczeniach zapotrzebowania na energię cieplną. Rozwiązaniem tego problemu jest zastosowanie systemu ogrzewania o małej bezwładności cieplnej, szybko reagującego na zmiany temperatury. W tym przypadku pomocne mogą okazać się kurtyny powietrzne, które skutecznie zapobiegają nagłemu wychładzaniu pomieszczenia, ograniczając w znacznym stopniu straty ciepła związane z ucieczką ciepłego, ogrzanego powietrza na zewnątrz i ograniczając tym samym napływ zimnego powietrza do wnętrza budynku.
Dodatkowo należy uwzględnić indywidualne potrzeby wynikające ze sposobu użytkowania obiektu, a także podziału na strefy grzewcze, przebywania ludzi, magazynowania czy technologii produkcji. Może to wymagać zapewnienia innych temperatur w różnych częściach hali, np. w strefie magazynowej 12°C, a w strefie przebywania ludzi 16°C. System ogrzewania powinien umożliwiać dostosowanie parametrów do poszczególnych stref.
Ważnym aspektem jest również okresowość użytkowania obiektu, np. w porze nocnej lub pod nieobecność pracowników. Dlatego w automatyce instalacji grzewczej trzeba uwzględnić opcję czasowego obniżenia temperatury lub całkowitego jej wyłączenia.
Przy wyborze rozwiązania należy także wziąć pod uwagę straty ciepła związane z koniecznością dostarczenia do hali świeżego powietrza, czyli działaniem wentylacji. Będą one zależne od wymagań obiektu, np. czy wystarczy dostarczyć minimalną niezbędną ilość powietrza do celów higienicznych, czy może procesy technologiczne przebiegające w obiekcie wymagają większych jego transferów. Mając na uwadze wielkość generowanych w ten sposób strat ciepła, trzeba je skompensować właściwie dobierając system grzewczy lub uwzględnić je na poziomie wyboru centrali wentylacyjnej przez zastosowanie odpowiednich nagrzewnic i odzysku ciepła.
System powietrzny
Jednym z polecanych systemów ogrzewania hal przemysłowych, spełniającym wszystkie wymienione wyżej czynniki, jest ogrzewanie powietrzne. Obieg powietrza jest wymuszany wówczas przez wentylator, ochłodzone powietrze zasysane i kierowane na wymiennik ciepła urządzenia grzewczego i po ogrzaniu nawiewane ponownie do pomieszczenia. Do tego typu systemów zalicza się układy z pompami ciepła powietrze-powietrze, czyli klimatyzatory.
Analiza przypadku
Chcąc zwrócić uwagę na wszystkie istotne czynniki wpływające na prawidłowe działanie takiego układu, analizie poddano instalację w hali magazynowej.
Budynek z częścią biurową został zlokalizowany w III strefie klimatycznej (zewnętrzna temperatura projektowa: –20°C). Dobór systemu przeprowadzono dla części magazynowej o powierzchni 1000 m2 i wysokości 5 m. Temperaturę wewnętrzną przyjęto na poziomie 16°C. Zapotrzebowanie na moc cieplną, pokrywające straty ciepła przez przegrody budynku, wynosiło 60 kW, a na ciepło w ciągu roku – 93 000 kWh. Nie uwzględniono strat ciepła związanego z wymianą powietrza ze względów higienicznych, które pokrywał system wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła i nagrzewnicą.
W obiekcie zastosowano zestawy klimatyzacji typu split z jednostkami wewnętrznymi kanałowymi wysokiego sprężu. System wyposażony jest w sterownik umożliwiający kontrolę pracy układu, pozwalający na zmianę trybu pracy, nastaw temperatury (nie tylko tych fabrycznych, tj. w trybie grzania w zakresie 16–30°C, lecz także niższych), jak również ustawienie harmonogramu pracy.
Zestaw urządzeń dobierany jest z uwzględnieniem wielu współczynników korekcyjnych podanych w dokumentacji technicznej urządzeń lub programach doborowych dla danego modelu. W analizowanym obiekcie dobrano cztery zestawy kanałowe Panasonic Big PACi, które po uwzględnieniu wszystkich wytycznych dają 64 kW mocy grzewczej. Każdy zestaw wyposażono w cztery nawiewniki dalekiego zasięgu doprowadzające powietrze do strefy przebywania ludzi. System działa w oparciu o powietrze obiegowe.
Montaż układu
Instalacja takiego układu nie jest skomplikowana. Nie wymaga instalacji hydraulicznej. Podczas montażu jednostki zewnętrznej należy uwzględnić minimalne odległości od przeszkód, wysokość nad powierzchnią i usytuowanie względem kierunku wiatru.
W przypadku jednostki wewnętrznej miejsce montażu powinno pozwalać na łatwe rozprowadzenie instalacji wentylacyjnej, zamocowanie urządzenia oraz jego serwisowanie. Jednostki wewnętrzne z zewnętrznymi połączone są jedynie instalacją freonową oraz elektryczną.
Ze względu na możliwość wykorzystania systemu również w trybie chłodzenia konieczne jest wykonanie instalacji odprowadzenia skroplin (najlepiej w sposób grawitacyjny). Zapewni to odpływ kondensatu powstającego podczas pracy w upalne dni.
System klimatyzacyjny działa w oparciu o czynnik chłodniczy R32. Jego zastosowanie wiąże się z pewnymi ograniczeniami dotyczącymi minimalnej powierzchni pomieszczeń, w których jest on stosowany. W omawianym przypadku dla jednego zestawu przy napełnieniu fabrycznym 5,2 kg, które pozwala na zasilenie instalacji o długości do 30 m, minimalna powierzchnia wynosi 15 m2.
W jednostkach kanałowych wysokiego sprężu Panasonic Big PACi zastosowano wiele udogodnień montażowych, m.in. możliwość podzielenia na czas montażu na trzy elementy, z których najcięższy waży 48 kg, co pozwala na ograniczenie powierzchni potrzebnej do prac instalacyjnych i usprawnienie całego procesu.
Koszty systemu z pompą ciepła powietrze-powietrze
Porównując koszty zastosowanego rozwiązania z innymi systemami ogrzewania powietrznego można stwierdzić, że wydatki na zakup układu z pompą ciepła powietrze-powietrze są znaczące. Warto jednak zaznaczyć, że eksploatacja takiego systemu jest kilkukrotnie tańsza i poniesione na etapie budowy koszty szybko się zwrócą, a następnie generowane będą duże oszczędności.
