Chladící trámy - alternativní vzduchotechnický systém

Představujeme skandinávský systém pro úpravu vnitřního klima v budovách, který se díky mnoha svým zajímavým vlastnostem začíná čím dál tím více prosazovat v západní i ve střední Evropě. Systémy s chladicími trámy jsou určeny pro větrání, chlazení, vytápění a případně i osvětlení, přičemž všechny jmenované funkce jsou integrovány v jednom modulu. Typickými aplikacemi pro tyto systémy jsou kancelářské budovy, hotely, nemocnice a obchody.

Popis systému pasivních trámů

Slovo "pasivní" znamená v názvosloví pasivních trámů (nazývané také statické trámy) to, že se jedná v podstatě o specificky upravený tepelný výměník, který v sobě nemá zahrnut přívod větracího vzduchu. Tyto typy trámů jsou používány primárně pro chlazení (některé typy jsou určeny i pro vytápění), přičemž ochlazování zóny pobytu zajišťuje přirozená konvekce. U systémů s tímto typem trámů je přívod větracího vzduchu zajištěn jiným, nezávislým způsobem, např. pomocí velkoplošných vyústí zapuštěných do stěn nebo do podlahy.

Pasivní trámy je výhodné použít v případech, kde je požadováno pouze chlazení nebo vysoký chladící výkon, případně kde jsou požadavky na individuální regulaci. Také je lze instalovat do velkoprostorových objektů s výškami nad 4 m, kde jsou požadavky na relativně velké průtoky větracího vzduchu, zajišťované jiným systémem. Ve vnitřním prostředí kancelářských budov, kde se systémy s trámy nejvíce používají, je při běžných instalacích jejich nejvyšší chladící výkon max. 150 W/m délky při max. doporučené největší šířce jednotek 300 mm z důvodu vyvarování se vysokým rychlostem vzduchu v zóně pobytu (cca 500 W/m² plochy jednotky). Pokud jsou však tyto jednotky instalovány nad perforovaným podhledem, může být použitý chladící výkon mnohem vyšší, bez problémů s průvanem do cca 400 W/m. Velký vliv na funkci statických trámů má také umístění distribučních elementů vzduchotechnického systému.

Pasivní chladicí trámy bývají nejčastěji srovnávány se systémy dříve používaných tzv. chlazených stropů. Chlazené stropy poskytují poměrně vysokou úroveň tepelného komfortu, protože cca 50% chladícího výkonu je šířeno radiací. Chlazené stropy jsou však limitovány chladícími výkony do cca 70 W/m² plochy jednotky, což znamená relativně vysoké náklady na jednotky (vysoké počty jednotek) a cenu instalačních prací při dosažení běžně požadovaných chladících výkonů.

Popis systému aktivních trámů

Pokrokově novějším typem oproti pasivním trámům jsou tzv. aktivní trámy (aktivní = s přívodem vzduchu; někdy nazývané také indukční štěrbiny). U těchto systémů je čerstvý vzduch z hlavní vzduchotechnické jednotky přiváděn do větraného prostoru prostřednictvím chladicího trámu, z něhož je vstřikován ven dvěma podélnými štěrbinami v jeho spodní části. Uvnitř trámu vzniká podtlak a přívodní vzduch do sebe indukuje sekundární vzduch z větraného prostoru - tento je nucen proudit přes tepelný výměník jednotky umístěný dle typu v její spodní nebo horní části. Teplota ve větraném prostoru je regulována průtokem chladícího/topného media přes tepelný výměník, přičemž na jeden regulační uzel se napojuje většinou 1 až 5 trámů. V zázemí vyžaduje systém s trámy zdroj chladu, příp. tepla a vzduchotechnickou jednotku, přičemž na tato zařízení ani na rozvody media a vzduchu nejsou kladeny žádné zvláštní nároky.

Systém s aktivními chladícími trámy je primárně používán pro kombinaci větrání s chlazením, v některých případech je možno trám použít navíc i pro vytápění, případně do něho integrovat další funkce (viz dále). Obecně je tento systém vhodný pro široké spektrum aplikací, u kterých jsou požadavky na dobrou kvalitu vnitřního prostředí a kde je požadována individuální regulace jednotlivých prostor. Typickými aplikacemi jsou kanceláře, hotely, nemocnice a obchody.

Aktivní trámy v módu chlazení

Návrhové teplotní spády u systémů s trámy bývají zpravidla 14/17 °C (někdy i vyšší), avšak vždy se pohybují nad teplotou rosného bodu, takže celý systém pracuje jako bezkondenzační. Oproti nesporným výhodám tohoto řešení stojí relativně nižší výkony zařízení a riziko kondenzace, které je řešeno kvalitním regulačním systémem. Indukční poměr je u aktivních trámů minimálně 1:4, což znamená že při průtoku 15 l/s (54 m³/h) čerstvého vzduchu do sebe trám indukuje 45 l/s (162 m³/h) cirkulačního vzduchu proudícího přes výměník. U nejnovější generace trámů je možno za těchto podmínek dosahovat chladících výkonů až 350 W/m délky jednotky, avšak rychlost vzduchu cirkulujícího v prostoru a tedy i v zóně pobytu může překročit běžně přípustné hodnoty.

Komfortního vnitřní klima bez průvanu může být u aktivních trámů dosaženo, jestliže je chladící výkon limitován do 300 W/m a průtok čerstvého přívodního vzduchu je max. 12 l/s,m (43,2 m³/h/m) délky jednotky. V praxi to znamená, že návrhové hodnoty pro kancelářské prostory jsou od 1,5 do 2,5 l/s/m² (5,4-9 m³/h/m²) čerstvého vzduchu a chladící výkon max. 80 W/m² plochy místností. Komfortního klima lze docílit nejen volbou správných návrhových parametrů, ale i volbou správného typu trámu, správných rozměrů, počtu a rozmístění (např. je vždy lepší použít delší trám s menším výkonem na jednotku délky než kratší trám s vysokým výkonem).

Aktivní trámy v módu vytápění

U kancelářských budov, kde se systémy s trámy používají zejména, byly požadavky na krytí tepelných ztrát v průběhu několika posledních let sníženy. Vnější i vnitřní tepelné zisky se snížily (použití tepelně izolačních skel, vnějšího stínění, dodatečné izolování fasád, ...) a tím rapidně klesly i požadavky na vytápění. U budov s nízkými tepelnými ztrátami lze potom dočasně krátké topné periody zvládnout pomocí aktivních trámů, které jsou v těchto případech konstruovány jako tzv. čtyřtrubkové. Určitým problémem u stropních vytápěcích systémů (a tedy i u vytápění trámy) je zajištění transferu teplého vzduchu dolů do zóny pobytu. Laboratorními měřeními bylo zjištěno, že nejkritičtějším faktorem při návrhu vytápění trámy je teplota vstupního topného media. Pokud je tato teplota nižší, je nižší i teplota vzduchu vycházející z trámu, která nám zajistí snazší proudění vzduchu do zóny pobytu a její lepší celkové provětrání. Vertikální teplotní gradient v zóně pobytu by neměl být současně vyšší než 3 °C. Abychom zajistili tyto podmínky, neměla by být teplota vstupního media do trámu nikdy vyšší než 45 °C. I při dodržení této podmínky nezabrání stropní vytápěcí systém nikdy průvanu v místě oken. V praxi to znamená, že musí být vždy použita okna vysoké kvality, jejichž povrchová teplota nemůže být nižší než 14 °C.

Tepelné výkony trámů se dle jednotlivých typů pohybují orientačně od cca 250 do 400 W/m délky.

Správný trám pro každou aplikaci

Při návrhu systému s chladicími trámy je třeba brát zřetel na výběr správného typu, který bude pro danou aplikaci optimální. Trámy jsou vyráběny v celé řadě základních typů - pasivní, aktivní, pro instalaci do podhledu (nasávání indukovaného vzduchu spodní nebo svrchní) nebo pro volnou instalaci. Jedině správnou volbou typu trámu a provozních parametrů docílíme požadovaného obrazu proudění vzduchu ve větraném prostoru a požadovaného komfortního klima.

Některé typy trámů umožňují navíc integrování přímých (spodních) nebo nepřímých (svrchních) osvětlovacích těles, takže můžeme v různých kombinacích řešit požadavky na osvětlení v různých druzích prostor. V tomto případě se trám může stát integrovanou jednotkou, zahrnující funkci větrání, chlazení, vytápění a osvětlení.

Chladicí trámy dodávané spol. Multi-VAC se vyrábějí v jedenácti základních typech v celé řadě rozměrů - pasivní v šířkách od 155 až 980 mm a délkách 1 až 5 m, aktivní v šířkách od 300 do 600 mm a délkách 0,9 až 5,1 m.

Integrovaná stropní jednotka - řešení "na míru"

Výše uvedené možnosti integrace několika základních funkcí do jedné jednotky jistě dokáží uspokojit požadavky na celou řadu nejrůznějších aplikací. V případě dalších nadstandardních požadavků na řešení technických zařízení však umožňuje systém chladicích trámů ještě mnohem více - integraci dalších zařízení, jako jsou speciální osvětlovací tělesa, reproduktory, kouřové detektory, sprinklery, kabeláže, ... Celá jednotka může být navíc opláštěna atypickými kryty, tvarově, materiálově i barevně navrženými architektem.

Toto řešení přináší vyvarování se problémům s umístěním světel, trámů a dalších zařízení do jednoho prostoru při dosažení vysoce estetického řešení. Přesunutí některých instalačních prací z někdy nepříliš čistých a chladných stavenišť do montážního závodu zvyšuje kvalitu jednotlivých instalací a přesouvá garanci za jednotlivé technické funkce pouze na jednoho dodavatele. Tyto plně integrované jednotky mohou obsahovat pasivní i aktivní trámy, vždy dle požadavků na konkrétní zakázku.

Správný návrh pomocí správného nástroje

Chladicí trám je sice poměrně jednoduché zařízení, avšak při návrhu celého systému s trámy je třeba brát v úvahu různé faktory, které mají vliv na dosažení požadovaného komfortu prostředí. Zásadní rozhodnutí týkající se výběru vhodného typu pro danou aplikaci a správného rozmístění jednotek je před samotným návrhem vždy vhodné konzultovat s dodavatelem. Pro samotný návrh a volbu provozních parametrů jednotek vyvinula fa Halton, jeden z předních světových výrobců chladicích trámů, interaktivní nástroj Halton HIT, který umožňuje odhad, výpočet a kontrolu provozních parametrů.

Závěr

Systémy s chladicími trámy vykazují příznivý teplotní gradient, nízké rychlosti vzduchu a rovnoměrnou distribuci vzduchu do zóny pobytu. Výkon obou základních typů trámů (pasivní, aktivní) lze individuálně regulovat, oba systémy mají díky absenci jakýchkoliv rotujících částí nízkou hlučnost a bezporuchový chod. Systémy s chladicími trámy jsou komfortním, estetickým a flexibilním řešením, které poskytuje zajímavou alternativu vedle klasických vzduchotechnických systémů nebo systémů s fan-coily, které se běžně používají v České republice. Výrobcem trámů představovaných v tomto článku je finská nadnárodní společnost Halton, působící aktivně ve 13 zemích světa. S vývojem chladicích trámů má téměř dvacetileté zkušenosti a jako jeden z předních výrobců má na svém kontě více než 100.000 prodaných kusů.