Úspora energie ve vzduchotechnických zařízeních

Význam vzduchotěsnosti

Úkolem potrubí vzduchotechnického (VZT) zařízení je dopravovat za hygienicky a energeticky optimálních podmínek vzduch sloužící k požadované či nezbytné obnově vzduchu v místnosti.

Zpravidla se tak děje přiváděním co nejčistšího venkovního vzduchu za současného odvádění znečištěného vzduchu z místnosti.

Vzduchotechnické potrubí je nezbytné k dopravě venkovního vzduchu do zařízení sloužícího k jeho úpravě a dále k jeho přivádění do místnosti (přívodní vzduch), jakož i k odvodu odpadního vzduchu z místnosti. V současnosti je vysoký význam přikládán také cirkulačnímu VZT potrubí, jehož důležitost však bude se zavedením normy DIN EN 13779 kvůli značně omezené využitelnosti odpadního vzduchu z místnosti klesat.

V budoucnu bude nutné věnovat vzduchotěsnosti VZT systémů větší pozornost, a to jak z hygienických důvodů, tak zejména kvůli úsporám energie z hlediska nařízení o úsporách energie.

Nedostatečná vzduchotěsnost způsobuje úniky, jež mohou mít různé následky; všechny však mají společného jmenovatele: zvýšené náklady.

Následky úniků zapříčiněných nedostatečnou vzduchotěsností VZT potrubí jsou tedy rozmanité a projevují se mnoha způsoby.

V následujícím textu se chceme blíže věnovat pouze normativním předpisům pro VZT potrubí a dopadům úniků na spotřebu energie a náklady.

Nutnost úspory energie

Cíle v oblasti úspory energií stanovené v evropské směrnici o energetické náročnosti budov 2002/91/ES jsou realizovány prostřednictvím nařízení o úsporách energie a dále prostřednictvím různých norem a směrnic.

Pro ventilační a klimatizační zařízení bude platit v první řadě norma DIN EN 13779: „Větrání nebytových budov – Základní požadavky na větrací a klimatizační zařízení“.

Norma DIN EN 13779 definuje takzvané třídy SFP (= Specific Fan Power, tj. specifický výkon ventilátoru); jedná se o celoevropsky platnou veličinu příkonu ventilátoru na m³ přepraveného objemu vzduchu (jednotka: W·m^-3·s).

Hodnota SFP je také (energetickým) ukazatelem kvality kompletního optimalizovaného ventilačního a klimatizačního zařízení!

O obtížích s budoucí realizací standardních hodnot SFP stanovených normou DIN EN 13779 jsme s odkazem na její právní důsledky informovali již v CCI PRINT 01/2004.

Snížit potřebný výkon ventilátoru a optimalizovat hodnotu SFP lze snížením tlakových ztrát, použitím účinnější ventilační techniky a také snížením množství unikajícího vzduchu.

Pro tlakové ztráty uvádí norma DIN EN 13779 orientační hodnoty, jež by se měly realizovat při dimenzování (například za pomoci odpovídajícího softwaru).

Norma DIN EN 13779 vzduchotěsnost zařízení sice zmiňuje a uvádí různá doporučení, nepoužívá se však jako přímý faktor při výpočtu!

Pro projektanty a provádějící firmy se proto jedná o nedostatečnou pomůcku k optimalizaci zařízení a v konečném důsledku pro plnění smlouvy, neboť norma DIN EN 13779 v bodě A.8.1 požaduje:

„Sjednané objemové proudy vzduchu (např. objemový proud venkovního vzduchu na jednu osobu) musejí být v obytných zónách vždy dodrženy. Při dimenzování objemového proudu vzduchu ventilátoru musejí být zohledněny netěsnosti vzduchotechnického systému a jednotky k úpravě vzduchu.“

Níže ukážeme, jaký potenciál úspory energie může mít snížení objemu unikajícího vzduchu a jak se toto snížení projeví na energetickém ukazateli SFP.

Je třeba si uvědomit, že s každým krychlovým metrem unikajícího vzduchu se plýtvá upraveným vzduchem, že ventilátor musí dopravit adekvátně větší množství vzduchu, že musí být dimenzováno větší VZT zařízení a že se tedy kromě výrobních nákladů zvyšují zejména náklady provozní!

Teoretické souvislosti

Změna objemového proudu se na potřebném výkonu ventilátoru projeví následovně:

Příklad: Zvýšení objemu o 10 % = zvýšení příkonu o 33 %!

V1 teor. bez úniků potřebného objemového proudu vzduchu	V2 proud vzduchu s unikajícím vzduchem
P1 výkon ventilátoru pro teor. potřebný objemový proud vzduchu	P2 výkon ventilátoru s unikajícím vzduchem

Specifický výkon ventilátoru P_SFP [W·m^-3·s] se dle DIN EN 13779 vypočte z elektrického příkonu motoru ventilátoru ve wattech tak, že se vydělí jmenovitým objemovým proudem vzduchu ventilátoru v m³·s^-1.

Změna hodnoty SFP při změně proudu vzduchu se tedy vypočte následovně:

Pro SFP z toho vyplývá funkce

Důsledek této souvislosti objasníme později odpovídajícím grafem!

Normy a stav techniky v oblasti vzduchotěsnosti

Snaze o úsporu energie vycházejí vstříc mezinárodní normy v oblasti VZT potrubí tak, že se škála tříd těsnosti EUROVENT rozšířila o „třídu vzduchotěsnosti D“ v normě DIN EN 13779, a to na základě normy DIN EN 12237.

Klasifikace dle normy DIN EN 12237 pro kulaté a hranaté VZT potrubí:

S dnes ještě běžnými standardními vzduchovými kanály se v praxi často nedosahuje ani třídy vzduchotěsnosti A (odpovídající II. třídě vzduchotěsnosti dle DIN 24194)!

U VZT potrubí podléhajícího řízení jakosti však současnému stavu techniky odpovídá nejméně třída vzduchotěsnosti C.

Znázornění potenciálu úspory energie

Místo míry úniku vzduchu ve výši ≤ 2 %, kterou lze dnes realizovat zcela bez problémů, můžeme často narazit i na objemový proud unikajícího vzduchu větší než 6 procent. Nadbytečný výkon ventilátoru, nutný k pokrytí jen tohoto nadměrného objemu (jenž se ztratí ještě před výstupem vzduchu), činí přibližně 12 procent! Přitom jsme ještě energeticky nezohlednili ani potřebné zvýšení tlaku, jež je s tím spojeno!

Energetickou bilanci ve prospěch vzduchotěsnějšího systému dále zlepšují ztráty energie potřebné k chlazení, resp. topení, způsobené objemem unikajícího vzduchu.

Tento příklad je níže znázorněn grafem, který ozřejmuje teoretické souvislosti:

• Hnací výkon se podle výše uvedeného vysvětlení mění se třetí mocninou změny dopravovaného objemu!


• Hodnota SFP, důležitá pro dodržení požadavků dle normy DIN EN 13779, se mění se druhou mocninou změny dopravovaného objemu!

Změny míry úniku vzduchu, hodnoty SFP a potřebného výkonu ventilátoru

Těsnější vzduchotechnický systém, který lze prakticky implementovat bez drastického zvýšení nákladů, může rozhodujícím způsobem přispět ke snížení provozních nákladů.

Na vzorových výpočtech se ukazuje, že vyšší vzduchotěsnost VZT potrubí může řádově zlepšit hodnotu SFP, což umožní zařazení do nejbližší vyšší kategorie SFP.

Výše uvedená klasifikace vzduchotěsnosti s třídami A až D dle DIN EN 12237 se vyjadřuje objemovým proudem unikajícího vzduchu, jenž se vztahuje na celý povrch VZT potrubí a závisí na tlaku, který panuje v daném systému. Odstupňování mezi jednotlivými třídami těsnosti odpovídá vždy faktoru 3.

Tento způsob vyjádření je samozřejmě technicky správný, protože je však vyjádřen ve vztahu k celému povrchu VZT potrubí, neumožňuje zprostředkovat představu o řádu úniků v různých třídách vzduchotěsnosti. Přímé přiřazení míry úniku k jednotlivým třídám těsnosti proto není možné. Míru úniku lze určit pouze specificky pro daný projekt.

Níže se pokusíme lépe znázornit objem unikajícího vzduchu v jednotlivých třídách vzduchotěsnosti.

Ztráty způsobené úniky

Úniky lze lépe znázornit, když si představíte, že byste vzduch přenášeli v kbelíku jako vodu. Pomyslete na to, kolikrát by se netěsnící kbelík při přenášení určitého množství vody, resp. v průběhu určité doby vyprázdnil.

Převedete-li tento model na běžnou velikost vzduchových kanálů (1000 × 500 × 1500 mm = objem 750 l) s povrchem 4,5 m² při systémovém tlaku 250 Pa, můžete jej ilustrovat následovně:

Hodinový objem unikajícího vzduchu při třídách vzduchotěsnosti dle DIN EN 12237

Příklad: Objem součástí 750 l, povrch součástí 4,5 m², 250 Pa

Tímto způsobem lze přesvědčivě znázornit potenciál zlepšení související se vzduchotěsnějšími VZT komponenty!

Pokud se zamyslíte nad již vyslovenými důsledky tohoto obrovského objemu unikajícího vzduchu, jenž přijde nazmar, musí vám být jasné, že vzduchotěsnosti je v předpisu VDI 6022 a stále častěji i v normách a směrnicích zcela oprávněně přikládán stále větší význam.

Projektování

Je zřejmé, že s energeticky optimálními VZT zařízeními je nezbytné počítat již ve stadiu projektování, v němž je rovněž třeba rozhodnout o použitém VZT potrubí.

Tuto činnost i jednoduché určení provozních nákladů, probíhající souběžně s projektováním, usnadňují moderní CAD programy.

Níže uvedený příklad znázorňuje, jaké úspory nákladů na energii lze dosáhnout s vyšší třídou vzduchotěsnosti. Zohledněn je pouze příkon ventilátoru, nikoli náklady na úpravu vzduchu!

Použitím projekčního softwaru zohledňujícího specifickou nabídku výrobců lze pomocí odpovídajících kusovníků určit vedle vzduchotechnických a akustických dat také náklady na potřebné součásti.

Již tento příklad zařízení s relativně malým množstvím unikajícího vzduchu jasně ukazuje, že se vyšší náklady na těsnější vzduchotechnický systém amortizují během několika málo let.

Kromě těchto úspor přinášejí systémy kruhového potrubí s břitovým těsněním další významné nákladové výhody, které mohou samy o sobě kompenzovat vyšší náklady na pořízení.

Určení a dokumentace spotřeby energie

Do roku 2006 je dle směrnice EU 2002/91/ES pro všechny nové i staré budovy povinný jednotný „energetický průkaz“.

V Německu je postup pro výpočet spotřeby energie v budovách definován normou DIN 18599. Užitečná energie pro dopravu vzduchu se však určuje prostřednictvím teoreticky potřebného objemového proudu vzduchu.

Nejsou-li k dispozici charakteristické hodnoty pro jednotlivé komponenty, je dokonce možné použít hodnoty standardní.

Absence odděleného vykazování unikajícího vzduchu představuje nedostatek, který může zhotovitele po výrobě zařízení přivést do problémů, jestliže funkční kontroly požadované dle norem DIN EN 13779 a DIN EN 12599 nepotvrdí splnění příslušných požadavků, resp. pokud je hodnota SFP příliš vysoká.

Norma DIN EN 13779 předepisuje projektantům v souvislosti se smluvními ustanoveními mezi objednatelem a projektantem na různých místech zvláštní vysvětlovací povinnost a odpovědnost. Projektanti jsou povinni všechna stanovení jasně dokumentovat, což je samozřejmě vhodné již kvůli ručení!

Bylo by správné, pokud by v novém znění norem zohledňoval vzduchotěsnost VZT potrubí samostatný bod, což by projektantům a provádějícím firmám poskytlo odpovídající charakteristické hodnoty, resp. pomůcky pro rozhodování o této možné úspoře energie.

Vhodnou analogii k těsnosti VZT potrubí představuje topná technika, konkrétně izolace topného potrubí. Při nedostatečné izolaci teplo sice možná zůstává v budově, na topném tělesu na konci větve však již není k dispozici potřebná výstupní teplota. Skutečnost, která byla v oblasti topení identifikována jako nezbytná, by proto měla být v přeneseném smyslu aplikována také na těsnost VZT potrubí.

Beze povšimnutí by konečně nemělo zůstat ani to, že se zavedením normy DIN EN 13779 je provozovateli ukládána také povinnost sledování spotřeby energie v účetnictví! Potřebná opatření je nezbytné naplánovat ve stadiu projektování!

Shrnutí

Při nevyužití potenciálu úspory energie pomocí těsnějšího vzduchotechnického potrubí je nutné kvůli únikům zvýšit dimenzování všech komponent VZT zařízení a počítat s vyššími provozními náklady.

Se zvyšujícími se požadavky na výkon ventilátoru je obtížnější dodržet požadované hodnoty SFP.

Levné opatření ke zlepšení hodnoty SFP představuje zhotovení těsnějšího VZT potrubí; po dokončení montáže je však lze provést pouze ve velmi omezené míře, pokud vůbec. Rozhodnutí o vzduchotěsnějších rozvodech musí proto padnout již ve fázi projektování!

Perspektivní projektování a provádění VZT zařízení, jež odpovídá dnešnímu stavu techniky, je nezbytné k dlouhodobému plnění požadavků na úsporu energie a zamezení vzniku regresních nároků vzniklých neplněním požadavků kladených na zařízení.

Nedodržení norem DIN ostatně představuje porušení povinnosti péče, z něhož pak vyplývají příslušné právní důsledky!

Ještě informace pro ekologicky smýšlející čtenáře:

Sečteme-li energii spotřebovanou ventilátory v Německu, vyplývá z těsnějšího VZT potrubí s hodnotami uvedenými v grafu úspora přibližně 4700 mil. kWh/a – tedy množství energie, odpovídající zhruba roční výrobě jaderné elektrárny Brunsbüttel.

Jak je znázorněno výše, použití vzduchotechnického potrubí podléhajícího řízení jakosti a splňujícího třídu vzduchotěsnosti C a vyšší se vyplatí již dnes – a tím více při očekávaném vývoji cen energie v budoucnosti.

Literatura:

IMPROVING DUCTWORK, A Status Report on Ductwork Airtightness…, by F. R. Carrié, J. Andersson, P. Wouters; Funded in part by the European Union non-technological programme SAVE, ISBN 1 902 177 104

Taschenbuch für Heizung+Klima Technik (Topná a klimatizační technika do kapsy), Recknagel, Sprenger, Schramek, Oldenbourg Industrieverlag, ISBN 3-486-26534-2

Dipl.-Ing. (FH) Jürgen Luft, Lindab GmbH