envelope redakcja@polskiinstalator.com.pl home ul. Wąski Jar 9
02-786 Warszawa











53Dobór odpowiedniego systemu ogrzewania lub chłodzenia takich obiektów jak hale, magazyny czy warsztaty to często nie lada wyzwanie. Specyficzne warunki użytkowe i techniczne w tych obiektach, którym mogą towarzyszyć rygorystyczne wymagania zapewnienia określonych parametrów środowiska pracy, wymuszają wnikliwą analizę różnych czynników lokalnych oraz wymagają dobrej znajomości oferty rynkowej dedykowanych systemów grzewczych i ciągłego poszukiwania nowości w tym zakresie.

Istotnym wyznacznikiem przy doborze i projektowaniu rozwiązań jest też wpisanie się w unijną strategię ochrony klimatu – zapewnienie efektywności energetycznej i możliwości wykorzystania energii odnawialnej.

Polityka Unii Europejskiej związana z ochroną klimatu i efektywnością energetyczną znajduje swoje odzwierciedlenie również w zaleceniach dotyczących ogrzewania/ chłodzenia pomieszczeń o specyficznych warunkach, w takich obiektach jak hale, magazyny czy warsztaty. Przyjrzyjmy się podstawowym wymaganiom.

Punktowe i precyzyjne ciepło. Hale produkcyjne, wystawowe czy sportowe, podobnie jak magazyny, w tym wysokiego składowania, albo np. warsztaty samochodowe – tego typu obiekty z reguły charakteryzują się z dużymi, otwartymi przestrzeniami. Ich konstrukcja bez ścian działowych i porównywalnie wysokich sufitów bez wątpienia stanowi wyzwanie dla ukierunkowanego i energooszczędnego procesu ogrzewania. Idealne rozwiązanie dla takich obiektów to selektywne ogrzewanie różnych obszarów roboczych oraz dostarczanie ciepła na odpowiedniej wysokości.

Optymalna temperatura pracy. Projektując rozwiązanie trzeba zarazem pamiętać, że zgodnie z rozporządzeniem w sprawie miejsca pracy, w miejscu tym, zależnie 1. Nowoczesne, efektywne energetycznie systemy ogrzewania hal (na zdjęciu promienniki sufitowe) często pozwalają również na wykorzystanie energii odnawialnej czy ciepła odpadowego z procesów technologicznych od aktywności fizycznej, należy utrzymywać temperaturę w zakresie 12-20°C. W warsztacie lub hali z dużą liczbą odwiedzających, gdy klienci, pracownicy, dostawcy i ich pojazdy nieustannie przekraczają otwartą bramę, wymaganie to nie jest łatwe do spełnienia. System HVAC w takich obiektach musi być jednak w stanie wytwarzać i utrzymywać optymalną temperaturę w pomieszczeniu nawet przy zwiększonej wymianie powietrza.

Szybki efekt. Ponieważ hale i warsztaty z reguły nie są ogrzewane w nocy, wybrany system ogrzewania powinien rano szybko przywrócić komfortową temperaturę w danym miejscu. Krótka faza nagrzewania jest ważna między innymi dlatego, że ściany i maszyny znacznie wychładzają się w nocy i emitują pewną ilość zimnego promieniowania na początku godzin pracy. Jeśli tak jest, najlepiej wybrać taki sposób ogrzewania, który nie tylko ogrzewa powietrze, ale także zapewnia długotrwałe promieniowanie cieplne. W przeciwnym razie trzeba się będzie liczyć z długim, energochłonnym i kosztownym czasem nagrzewania.

39Systemy ogrzewania hal
Niejednorodne warunki użytkowania wyraźnie przekładają się na wybór technologii ogrzewania hal czy warsztatów, na wymagania dotyczące klimatyzacji pomieszczeń w tego typu obiektach, a także na mnogość interakcji między budynkiem, sposobem jego użytkowania a systemem grzewczym/klimatyzacyjnym. Szczególne (użytkowe) właściwości hal to najczęściej:

  • duże i bardzo duże powierzchnie użytkowe i kubatury pomieszczeń;
  • duża wysokość pomieszczeń, również znacznie powyżej 4 m;
  • w części elastyczne, przestrzenne i częściowe wykorzystanie obiektu. 

Rozwiązania specjalne, dobierane indywidualnie. Efektywne i komfortowe ogrzewanie hal praktycznie nie jest możliwe przy wykorzystaniu grzejników stosowanych np. w pomieszczeniach mieszkalno-biurowych, czyli grzejników płytowych, zwykłych konwektorów podłogowych lub grzejników niskich. Jedynymi efektywnymi mechanizmami wymiany ciepła w dużych pomieszczeniach są wymuszona konwekcja gorącego powietrza i promieniowanie cieplne lub promieniowanie podczerwone, przy czym zastosowane systemy muszą być w stanie „pokonywać” bardzo dużą wysokość pomieszczeń i w razie potrzeby ogrzewać duże powierzchnie.

W40ymagania dotyczące minimalnej temperatury w miejscu pracy (12-20°C), o czym wcześniej wspomniałem, to oczywiście nie wszystko. W praktyce często spełnione muszą być także dodatkowe, priorytetowe wymogi wynikające np. z dopuszczalnego zakresu temperatury pracy wrażliwych maszyn albo konieczności zapewnienia stałego, odpowiedniego poziomu temperatury i wilgotności powietrza w przetwórstwie spożywczym. Dlatego też przy wyborze systemu grzewczego lub chłodzącego dla hali nie można wprowadzić sztywnych reguł, np. że wymagania konkretnego budynku uda się spełnić tylko przy wykorzystaniu takiego czy innego systemu HVAC. Zawsze trzeba brać pod uwagę dużą niejednorodność budynku, szczególne właściwości/cechy różnych systemów grzewczych dla określonych projektów budowlanych i zastosowań.

Zalecenia ogólne i jakościowe. Hale, w których występują zmieniające się warunki lub wymagania termiczne spowodowane przykładowo przez pracę ograniczoną czasowo (np. praca 1-zmianowa z przerwą w weekend), doprowadzanie ciepła o różnej intensywności, procesy termiczne, pobyt ludzi (np. ruch publiczny na imprezach), a także transport towarów lub częste otwieranie dużych bram, mogą czerpać korzyści energetyczne z systemów grzewczych, które działają tak szybko jak to możliwe. Oto kilka ogólnych zaleceń dotyczących doboru systemu grzewczego/ klimatyzacyjnego związanych z konkretnymi sytuacjami i obiektami:

  • gdy zachodzi potrzeba usuwania większej ilości powietrza wywiewanego, np. w firmach produkcyjnych z procesami spawania lub suszenia albo w halach sportowych z miejscami dla widzów, wówczas sensowne jest połączenie wentylacji pomieszczenia z systemem grzewczo-klimatyzacyjnym;
  • gdy istnieją lokalnie różne wymagania dotyczące środowiska wewnętrznego na spójnym, dużym obszarze, np. w centrach dystrybucji z obszarami magazynowania i komisjonowania lub w przypadku użytkowania częściowego obiektu (np. hala sportowa) albo gdy należy spodziewać się zmian użytkowania w cyklu życia budynku (zmiana użytkownika lub branży, technologii itp.), wówczas preferowane są systemy grzewczo-klimatyzacyjne, które umożliwiają elastyczne dostosowanie do lokalnego obszaru i dopasowują się do różnych wymagań grzewczych w strefie;
  • gdy istnieje stały i istotny energetycznie potencjał ciepła odpadowego (również przy uwzględnieniu otaczających halę budynków), wynikający z użytkowania maszyn i kompresorów, miejsca stałego pobytu, oświetlenia, zachodzących procesów termicznych itp., to zdecydowanie należy rozważyć systemy HVAC, które umożliwiają integrację systemów odzysku ciepła. W razie potrzeby odzyskane ciepło można wykorzystać także w innej strefie – chodzi np. o ogrzewanie wody w sąsiednich pomieszczeniach socjalnych lub biurowych z odzyskiem ciepła spalin lub ciepła odpadowego z maszyny. 

41
Centralne systemy grzewczo-chłodzące

Podobnie jak budynki mieszkalne i biurowe, hale mogą być zaopatrywane w ciepło lub chłód z centralnego źródła ciepła/ chłodu poprzez system wodny. Różnice sprowadzają się do długości przewodów oraz – w zależności od wielkości budynku i wymagań – do potrzebnej mocy źródła ciepła/ chłodu. Specyficzne dla danej hali właściwości (o których wspomniałem wcześniej) tak naprawdę bierze się pod uwagę szczególnie przy doborze urządzeń wprowadzających ciepło/chłód do pomieszczenia.

Systemy centralnego ogrzewania i chłodzenia zasadniczo oferują możliwość przełączenia się na inne źródło ciepła i/ lub źródło energii w późniejszym czasie, gdy budynek jest już użytkowany. Pozwala to na wykorzystywanie energii odnawialnej w zróżnicowanym zakresie (np. energetyczne wykorzystanie materiałów odpadowych, biomasy, osadów ściekowych lub ciepła środowiskowego za pomocą pompy ciepła). W tabeli 1 zostały zestawione centralne systemy grzewczo-chłodzące dedykowane do hal czy warsztatów wraz z ich krótką charakterystyką.

Rozproszone systemy ogrzewania i chłodzenia hal
Urządzenia stosowane do zdecentralizowanego ogrzewania (chłodzenia) hal łączą funkcje wytwarzania i przenoszenia ciepła. W przypadku rozporoszonych systemów częściej mówi-my o funkcji grzewczej. Rozprowadzanie ciepła, np. przez przewody wodne, w nich nie występuje. W związku z tym w bilansie nie ma strat związanych z dystrybucją ciepła. Paliwo – głównie gaz ziemny, ale czasami także gaz płynny, a w przypadku chłodzenia energia elektryczna napędzająca sprężarkę – jest podawane do urządzenia/urządzeń. Ciepło uwolnione w urządzeniu podczas spalania jest następnie oddawane do pomieszczenia poprzez promieniowanie lub konwekcję wymuszoną. Dodatkowa energia użyta do działania urządzenia służy ogrzewaniu pomieszczenia jako doprowadzenie ciepła. 42
Chłodzenie grawitacyjne – studium przypadku
Hala czy budynek produkcyjny to nie tylko prosta konstrukcja, którą należy ogrzać, ewentualnie schłodzić. Bardzo często jest to miejsce, w którym odbywają się skomplikowane procesy produkcyjne lub znajdują się bardzo skomplikowane i drogie urządzenia, które wymagają przestrzegania ścisłego reżimu jeśli chodzi o warunki pracy, zarówno latem, jak i zimą. W takich budynkach czy przestrzeniach prawidłowe zaprojektowanie systemu HVAC jest nie lada wyzwaniem. 43

Przykładem może być hala produkcyjna precyzyjnej obróbki metalu. Duże urządzenia CNC, sterowane głównie komputerowo, wymagają precyzyjnie dobranych warunków pracy. Wielkie, stalowe konstrukcje, które powstają, muszą znajdować się w równomiernie kondycjonowanym środowisku, tak by gradienty temperatur poziomych czy pionowych były możliwie jak najmniejsze. W przeciwnym razie dochodzić może do rozciągania lub kurczenia się termicznego konstrukcji, co ma negatywny wpływ na tolerancję. Symulacje komputerowe CFD oraz pomiary modelowe potwierdziły możliwość zastosowania w obiekcie systemu chłodzenia grawitacyjnego. Grawitacyjny system chłodzenia (VertiCool) składa się z wymiennika ciepła zamontowanego na górnym końcu pionowego szybu. Chłodzi on przepływające przez halę powietrze, które następnie opada do szybu. Powstały obszar podciśnienia w szybie zapewnia ciągłe zasysanie powietrza wtórnego przez wymiennik. Schłodzone powietrze wpływa do hali blisko podłogi, w możliwie laminarny sposób, tworząc jednolitą i stabilną strefę chłodnego powietrza. Zasada chłodzenia grawitacyjnego umożliwia obsługę systemu bez pomocy wentylatora. Naturalna konwekcja gwarantuje dodatkowo absolutnie ciche chłodzenie.

Kompleksowa analiza
Aby spełnić wymagania budynku i stworzyć w nim pożądany klimat wewnętrzny, można wykorzystywać różne zjawiska fizyczne. Nie istnieje rozwiązanie idealne – cechy urządzeń lub systemów będące zaletami w jednym przypadku, w drugim mogą być wadami. Na przykład w źle zaizolowanych termicznie lub nieszczelnych halach ogrzewanie promieniowe (np. promiennikami wodnymi) będzie miało więcej zalet niż konwekcyjne (np. za pomocą nagrzewnic wodnych). Oceniając system, należy uwzględnić takie parametry jak:

  • gradient pionowy i poziomy temperatur,
  • dynamika systemu,
  • poziom generowanego hałasu,
  • dostępność urządzeń w celach serwisowych. 

Bardzo ważnym parametrem jest pionowy gradient temperaturowy. Ogrzewanie bazujące na promieniowaniu to rozwiązanie bardzo korzystne pod względem rozkładu temperaturowego. Praktyka wskazuje, że w budynkach o wysokości nawet do 4 m nie występują pionowe różnice temperatury. Kolejnym istotnym parametrem jest dynamika reakcji systemu, czyli czas nagrzewania i schładzania. Hale są użytkowane z różnym natężeniem, dlatego bardzo ważny jest czas, w którym system osiągnie zadaną wartość po okresie postoju czy obniżenia temperatury. Przyjmuje się, że powinien on wynosić około pół godziny. Szybka reakcja systemu pozwala oszczędzać energię.

Wybór właściwego systemu grzewczego powinien być wynikiem kompleksowej analizy, obejmującej zarówno aspekty komfortu termicznego, jak i analizę kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych oraz specyfikę architektoniczną czy produkcyjną budynku. Zastosowanie odpowiedniego systemu grzewczego lub chłodzącego uzależnione jest również od wymagań dotyczących wentylacji hali. Systemy grzewczo/chłodzące i wentylacyjne są bowiem zawsze powiązane ze sobą, a najczęściej się uzupełniają.

Źródła:
[1] TÜV SÜD Advimo GmbH -AdvISE
[2] www.kampmanngroup.com
[3] https://www.youtube.com/watch?v=XQREaLQvux0


 

pi