Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης Πολυτεχνική Σχολή

Transcript

1 Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανικών Παραγωγής και Διοίκησης Τομέας Συστημάτων Υλικών, Διεργασιών και Μηχανολογίας Επιβλέπων Καθηγητής: Καρακατσάνης Θεόκλητος Μελέτη Κλιματισμού για Βιομηχανική Εγκατάσταση Διπλωματική Εργασία Βρέλλας Χαρίσης Αρ. Μητρώου 435 Ξάνθη, Σεπτέμβριος 2009

2 Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανικών Παραγωγής και Διοίκησης Τομέας Συστημάτων Υλικών, Διεργασιών και Μηχανολογίας Επιβλέπων Καθηγητής: Καρακατσάνης Θεόκλητος Μελέτη Κλιματισμού για Βιομηχανική Εγκατάσταση Διπλωματική Εργασία Βρέλλας Χαρίσης Αρ. Μητρώου 435 Ξάνθη, Σεπτέμβριος 2009

3 Πρόλογος Η παρούσα εργασία εκπονήθηκε στα πλαίσια των υποχρεώσεων των φοιτητών του τμήματος Μηχανικών Παραγωγής και Διοίκησης της Πολυτεχνικής Σχολής του Δημοκρίτειου Πανεπιστήμιου Θράκης που διανύουν το δέκατο και τελευταίο εξάμηνο του προπτυχιακού κύκλου σπουδών τους, για την απόκτηση του διπλώματος τους. Ο τίτλος της εργασίας είναι Μελέτη Κλιματισμού για Βιομηχανική Εγκατάσταση. Αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας αποτελεί η μελέτη κλιματισμού μιας βιομηχανικής εγκατάστασης, δηλαδή η διαδικασία σχεδιασμού σε θεωρητικό επίπεδο μέχρι την πρακτική εφαρμογή και τους υπολογισμούς που χρειάζεται μία μελέτη από την έναρξη μέχρι την ολοκλήρωση της. Πραγματοποιείται η διερεύνηση διαφορετικών συστημάτων κλιματισμού για τον κάθε ανεξάρτητο χώρο της Βιομηχανίας και η τελική επιλογή του προτεινόμενου συστήματος βασίζεται σε τεχνοοικονομικά κριτήρια. Η διπλωματική εργασία καθοδηγήθηκε και ολοκληρώθηκε υπό την παρακολούθηση του επιβλέποντα Επίκουρου Καθηγητή κ. Θεόκλητου Καρακατσάνη. Βρέλλας Χαρίσης Ξάνθη

4 Ευχαριστίες Οφείλω να ευχαριστήσω θερμά για τη βοήθεια που μου προσέφεραν στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας: Τον κ. Θεόκλητο Καρακατσάνη, Επίκουρο Καθηγητή της Πολυτεχνικής Σχολής του ΔΠΘ, επιβλέποντα της παρούσας διπλωματικής εργασίας, για την καθοδήγηση και την αμέριστη βοήθεια του καθ όλη την διάρκεια εκπόνησής της. Τον κ. Βρέλλα Γεώργιο, Ηλεκτρολόγο Μηχανολόγο Μηχανικό για την πολύτιμη βοήθειά του. 2

5 Περιεχόμενα Πρόλογος... 1 Ευχαριστίες... 2 Πίνακας περιεχομένων... 3 Πίνακας σχημάτων... 9 Περίληψη Abstract Εισαγωγή Βασικές Έννοιες του Κλιματισμού Γενικά Ορισμοί Εφαρμογές των Συστημάτων Κλιματισμού Παράγοντες που επηρεάζουν το κλίμα ενός χώρου Ο ρόλος του εξωτερικού κλίματος Συνθήκες θερμικής άνεσης Η θερμοκρασία του αέρα του χώρου Η θερμοκρασία των επιφανειών που περιβάλλουν το χώρο

6 1.2.3 Η υγρασία του αέρα του χώρου Η κίνηση του αέρα Η ανανέωση του αέρα Η καθαρότητα του αέρα Ο θόρυβος και οι κραδασμοί Συστήματα Κλιματισμού Γενικά Κατάταξη συστημάτων κλιματισμού με κριτήριο τον βαθμό επεξεργασίας του αέρα Συστήματα κλιματισμού με κριτήριο το μέσο μεταφοράς θερμότητας Συστήματα κλιματισμού μόνο με αέρα Συστήματα κλιματισμού μόνο με νερό Συστήματα κλιματισμού αέρα-νερού Συστήματα κλιματισμού με κριτήριο τη θέση των συσκευών και την έκταση εφαρμογής Τοπικά συστήματα κλιματισμού Διαιρούμενες αυτόνομες τοπικές κλιματιστικές μονάδες Αρχή λειτουργίας της αντλίας θερμότητας Θεωρητικός κύκλος της αντλίας θερμότητας Κατασκευαστικά στοιχειά της αντλίας θερμότητας Κατηγοριοποίηση των αντλιών θερμότητας Βιομηχανική εφαρμογή των αντλιών θερμότητας Κεντρικά συστήματα κλιματισμού Το σύστημα μονής διανομής, μονού αγωγού, σταθερής παροχής Το πολυζωνικό σύστημα κλιματισμού Το σύστημα κλιματισμού με Fan-Coils Το σύστημα κλιματισμού διπλού αγωγού Το σύστημα κλιματισμού μονού αγωγού με αναθέρμανση

7 Το σύστημα κλιματισμού με τοπικές μονάδες επαγωγής Το σύστημα κλιματισμού μεταβλητής παροχής αέρα Παραλλαγές του συστήματος μεταβλητής παροχής αέρα Συστήματα κλιματισμού με αντλίες θερμότητας Κατασκευαστικά στοιχεία μονάδων κεντρικής επεξεργασίας αέρα Εξοπλισμός Καθαρισμού, Προώθησης & Διανομής του αέρα Γενικά Φίλτρα Στατικά φίλτρα Φίλτρα εμποδισμένα με λάδι Ξηρά φίλτρα πλενόμενου τύπου Ξηρά φίλτρα αντικαθισθόμενα Φίλτρα μιας χρήσεως Αυτόματα φίλτρα Αυτόματα φίλτρα λαδιού Αυτόματα φίλτρα ξηρού τύπου Ηλεκτροστατικά φίλτρα Απόλυτα φίλτρα Φίλτρα ενεργού άνθρακα Φίλτρα πολλών βαθμίδων Ανεμιστήρες Φυγοκεντρικοί ανεμιστήρες Αξονικοί ανεμιστήρες Ανεμιστήρες εγκάρσιας ροής Τεχνικά χαρακτηριστικά ανεμιστήρων Λειτουργικά χαρακτηριστικά ανεμιστήρων Αεραγωγοί

8 3.4.1 Αεραγωγοί από χαλυβδοέλασμα Αεραγωγοί από έλασμα αλουμινίου Αεραγωγοί από αμιαντοτσιμέντο ή πηλοσωλήνες Αεραγωγοί από μεταλλικό πλέγμα και γύψο Αεραγωγοί από συνθετικά υλικά Εύκαμπτοι αεραγωγοί Αεραγωγοί τοπικής κατασκευής Δίκτυα αεραγωγών Μέθοδοι υπολογισμού αεραγωγών Μέθοδος σταθερής ταχύτητας Μέθοδος βαθμιαίας μείωσης της ταχύτητας Μέθοδος σταθερής πτώσης πίεσης Μέθοδος ανάκτησης της στατικής πίεσης Κατασκευή στοιχείων αλλαγής διευθύνσεων ροής Θερμική μόνωση αεραγωγών Οικονομικοί παράγοντες Στόμια διανομής και παραλαβής αέρα Στόμια προσαγωγής αέρα Στόμια τοίχου Στόμια οροφής Στόμια απαγωγής αέρα Στόμια παραλαβής νωπού αέρα και απορρίψεως μη καθαρού Τρόπος Υπολογισμού Γενικά Ψυκτικά φορτία Ψυκτικό φορτίο κελύφους Εσωτερικό ψυκτικό φορτίο

9 4.2.3 Αερισμός και αέρας διείσδυσης από χαραμάδες Ψυχρομετρία Ορισμοί Γενική περίπτωση κλιματισμού Συντελεστής παράκαμψης BF Fan Coils Αεραγωγοί Εξίσωση Bernoulli Εξισώσεις των Darcy Weisbach και του Colebrook Μέθοδοι υπολογισμού των αεραγωγών Μέθοδος ίσης πτώσης πίεσης Μέθοδος ανάκτησης στατικής πίεσης Μέθοδος ίσης ταχύτητας Ανεμιστήρες Ολοκληρωμένη Εφαρμογή σε Βιομηχανική Εγκατάσταση Εισαγωγή Κανονισμοί Εξωτερικές συνθήκες Μέθοδος υπολογισμού φορτίων Ψυχρομετρικοί υπολογισμοί Δίκτυα αεραγωγών Υπολογισμοί σωληνώσεων Fan Coils Λογισμικό Τεχνική Περιγραφή Κανονισμοί-Τεχνικές οδηγίες-παραδοχές Περιγραφή εγκατάστασης Α: Χώροι Γραφείων-Περίπτωση Α

10 Α: Χώροι Γραφείων-Περίπτωση Α Β: Χώροι Παραγωγής-Συναρμολόγησης-Ετ. Προϊόντων- Περίπτωση Β Β: Χώροι Παραγωγής-Συναρμολόγησης-Ετ. Προϊόντων- Περίπτωση Β Παραρτήματα Α & Β ΜΕΛΕΤΗ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ Συμπεράσματα Σύγκριση Περιπτώσεων Εισαγωγή Περίπτωση Α των χώρων γραφείων Περίπτωση Β των χώρων παραγωγής, συναρμολόγησης και ετ. προϊόντων Τελική πρόταση εγκατάστασης Συμπεράσματα Εναλλακτικές Προτάσεις Βιβλιογραφία ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β

11 Πίνακας σχημάτων Σχήμα 1.1 Μετάδοση αέριου και δομικού θορύβου... Σχήμα 1.2 Τυπικές οδοί μετάδοσης του θορύβου σε συστήματα αερισμού - κλιματισμού... Σχήμα 2.1 Επεξεργασία του αέρα από ένα σύστημα κλιματισμού... Σχήμα 2.2 Σύστημα κλιματισμού με αέρα... Σχήμα 2.3 Κεντρικές κλιματιστικές μονάδες (διώροφη, κατακόρυφη)... Σχήμα 2.4 Σύστημα κλιματισμού με νερό... Σχήμα 2.5 Σύστημα κλιματισμού αέρα νερού... Σχήμα 2.6 Κατασκευαστική αρχή του κύκλου συμπίεσης ατμών... Σχήμα 2.7 Σύστημα μονής διανομής, μονού αγωγού, σταθερής παροχής... Σχήμα 2.8 Πολυζωνικό σύστημα κλιματισμού... Σχήμα 2.9 Σύστημα κλιματισμού με τοπικές μονάδες ανεμιστήρα-στοιχείου και κεντρική παροχή πρωτεύοντα αέρα στις συσκευές... Σχήμα 2.10 Σύστημα κλιματισμού διπλού αγωγού... Σχήμα 2.11 Σύστημα κλιματισμού μονού αγωγού με αναθέρμανση... Σχήμα 2.12 Σύστημα κλιματισμού με τοπικές μονάδες επαγωγής... Σχήμα 2.13 Σύστημα κλιματισμού μεταβλητής παροχής αέρα... Σχήμα 2.14 Σύστημα κλιματισμού ψυκτικού ρευστού-αέρα (VRV)... 9

12 Σχήμα 2.15 Σύστημα ανάκτησης θερμότητας με Α.Θ. νερού-αέρα σε θερινή λειτουργία... Σχήμα 2.16 Σύστημα ανάκτησης θερμότητας με Α.Θ. νερού-αέρα σε χειμερινή λειτουργία... Σχήμα 3.1 Κιβώτιο πολλών φίλτρων για τον καθαρισμό του αέρα κλειστών χώρων... Σχήμα 3.2 Τοποθέτηση φίλτρων και ανεμιστήρων στην κεντρική κλιματιστική μονάδα... Σχήμα 3.3 Φυγοκεντρικοί ανεμιστήρες... Σχήμα 3.4 Αξονικοί ανεμιστήρες... Σχήμα 3.5 Ανεμιστήρες εγκάρσιας ροής... Σχήμα 3.6 Διάφοροι τύποι στομίων τοίχου... Σχήμα 3.7 Διάφοροι τύποι στομίων οροφής... Σχήμα 3.8 Διάφοροι τύποι στομίων απαγωγής... Σχήμα 3.9 Τύπος στομίου παραλαβής νωπού αέρα... 10

13 Περίληψη Αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας αποτελεί η μελέτη κλιματισμού μιας βιομηχανικής εγκατάστασης. Αρχικά πραγματεύεται το σκοπό και την αναγκαιότητα της εγκατάστασης ενός συστήματος κλιματισμού με αποτέλεσμα τη διαμόρφωση ιδανικών συνθηκών άνεσης για άνετη και υγιεινή διαβίωση στους κλειστούς χώρους. Στη συνέχεια αναφέρεται στους διάφορους τύπους συστημάτων κλιματισμού και με ποια κριτήρια γίνεται η επιλογή τους σύμφωνα με τις ανάγκες του κάθε χώρου. Επίσης, αναφέρεται στον εξοπλισμό καθαρισμού, προώθησης και διανομής του αέρα και στην περιγραφή των εξαρτημάτων που είναι απαραίτητα για την κατασκευή ενός συστήματος κλιματισμού. Ακόμη, γίνεται αναλυτική περιγραφή των τρόπων με τους οποίους υπολογίστηκαν τα ψυκτικά φορτία, οι κεντρικές κλιματιστικές μονάδες (με ψυχρομετρία), καθώς επίσης οι ανεμιστήρες, οι αεραγωγοί και τα Fan Coils. Μετά γίνεται εκπόνηση μιας πλήρους μελέτης κλιματισμού αερισμού σε μια εγκατάσταση, η οποία περιέχει δύο εναλλακτικούς τρόπους κλιματισμού για τις δύο κύριες κατηγορίες χώρων του κτηρίου. Τέλος, γίνεται σύγκριση των διαφορετικών τροπών κλιματισμού για κάθε περίπτωση βάσει οικονομικών και τεχνικών κριτηρίων. Λέξεις Κλειδιά: Κλιματισμός, Τεχνητός Αερισμός, Ψυκτικά Φορτία, Ψυχρομετρία, Αεραγωγοί, Fan Coil Units, VRV 11

14 Abstract The study of air conditioning in an industrial facility Thesis submitted to the Department of Production and Management Engineering, School of Engineering, Democritus University of Thrace, Greece, on October 2009 For the degree Diploma in Production and Management Engineering (Dip. Eng.) Supervisor: Assist. Prof. Th. S. Karakatsanis, D.U.T.H., Dip.Electr.Eng.N.T.U.A.,PhD. The object of this project is the study of air conditioning in an industrial facility. Initially it deals with the purpose and the necessity of installing an air conditioning system in developing ideal comfort conditions for convenient and healthy living in closed spaces. It continues with the reference of certain types of air conditioning systems and the criteria by which each system is selected according to the needs of the space that it is installed. It is also referred to the cleaning, propulsion and distribution gear and to the components needed for constructing such an air conditioning system. There is an analytical description of the ways used in calculating the cooling loads, the central air condition units (by psychrometry), as well as, the fans, the air ducts and the Fan Coil Units. Then, there is a complete air conditioning - ventilation study in an industrial facility, which includes two alternative ways of air conditioning for the two main categories of the building s spaces. Finally, a comparison is made between the different ways of air conditioning based on economic and technical criteria. Keywords: Air Conditioning, Artificial Ventilation, Cooling Loads, Psychrometry, Air Duct, Fan Coil Units, VRV 12

15 Εισαγωγή Οι πρώτες απόπειρες για κλιματισμό κτιρίων με την κοινή, έννοια του όρου, δηλαδή την ψύξη του αέρα, παρατηρούνται στις ΗΠΑ μεταξύ του 1890 και του Από το 1920 αρχίζει η εγκατάσταση κεντρικών κλιματιστικών μονάδων για παροχή ανέσεων σε διάφορα κτίρια (κινηματογράφους, κτίρια γραφείων, χώρους συγκεντρώσεων) αλλά και για έλεγχο του περιβάλλοντος σε διάφορες βιομηχανικές μονάδες (καπνά, υφάσματα, χαρτί). Για πρώτη φορά χρησιμοποιούνται ψυκτικές μηχανές με αμμωνία ή διοξείδιο του άνθρακος ως ψυκτικό μέσο. Η κατασκευή και εγκατάσταση συσκευών κλιματισμού, δηλαδή συγκροτημάτων μέσα στα οποία είναι εγκατεστημένα όλα τα απαραίτητα εξαρτήματα για την παρασκευή του αέρα (ψυκτική μηχανή, ανεμιστήρας, θερμαντικά στοιχεία, φίλτρα κλπ) αρχίζει από το Χρησιμοποιούνται νέα μη δηλητηριώδη και άφλεκτα ψυκτικά μέσα (Freon). Οι διαστάσεις, το βάρος, ο θόρυβος και συγχρόνως και το κόστος των συσκευών αρχίζουν να ελαττώνονται. Εμφανίζονται κλιματιστικές συσκευές τύπου ντουλάπας και παραθύρου. Το ψυκτικό μέσο που χρησιμοποιείται είναι κυρίως το Freon-12. Η ουσιαστική ανάπτυξη όμως του κλιματισμού αρχίζει μετά τον δεύτερο παγκόσμιο πόλεμο. Αρχίζει η εφαρμογή νέων ψυκτικών μέσων όπως το Freon-11 και το Freon-22. Εξελίσσεται η τεχνολογία εναλλακτών θερμότητας με την κατασκευή πτερυγιοφόρων σωλήνων. Οι διαστάσεις των συμπυκνωτών και εξατμιστήρων μειώνονται σημαντικά. Εφαρμόζονται νέα και πιο αξιόπιστα συστήματα αυτοματισμού. Η χρήση του πλαστικού μειώνει το βάρος των κλιματιστικών συσκευών. Όλο και πιο πολύ αυξάνονται οι απαιτήσεις για κεντρικό κλιματισμό. Η εκπόνηση μιας μελέτης κλιματισμού ενός χώρου αποτελεί ένα πολυσύνθετο πρόβλημα, του οποίου η σωστή αντιμετώπιση αποτελεί συνδυασμό ποικίλων τεχνοοικονομικών κριτήριων και παραγόντων, όπως οι κλιματολογικές συνθήκες της 13

16 περιοχής, τα κατασκευαστικά στοιχειά του κτηρίου, το είδος και τη χρήση του κάθε χώρου, καθώς και τις ιδιαιτερότητες και τις απαιτήσεις κάθε εγκατάστασης. Το επιθυμητό αποτέλεσμα είναι η δημιουργία συνθηκών άνεσης στους εσωτερικούς χώρους όταν επικρατούν δυσμενείς εξωτερικές συνθήκες. Παράλληλα όμως η τελική εγκατάσταση θα πρέπει να είναι τεχνικά και λειτουργικά εφαρμόσιμη, οικονομικά αποδεκτή, ασφαλής και αξιόπιστη και να είναι σύμφωνη με τους ισχύοντες κανονισμούς και νομοθεσίες. Ειδικά οι χώροι βιομηχανικών εγκαταστάσεων θεωρούνται ως χώροι αυξημένων απαιτήσεων λόγω των ποικίλων ιδιαιτεροτήτων που παρουσιάζουν ανάλογα με το είδος και τη χρήση τους. Στην εργασία αυτή, η οποία διαχωρίζεται σε τρία μέρη, παρουσιάζονται στο πρώτο μέρος (4 πρώτα κεφάλαια) τα θεωρητικά δεδομένα και οι πληροφορίες που αποτελούν την βάση για την διεκπεραίωση μιας μελέτης κλιματισμού, στο δεύτερο μέρος (5 ο κεφάλαιο) πραγματοποιείται μια ολοκληρωμένη μελέτη κλιματισμού σε ένα βιομηχανικό χώρο στην οποία δίνονται δύο εναλλακτικές λύσεις για τα δύο είδη χώρων που αποτελούν την εγκατάσταση. Πιο συγκεκριμένα προτείνεται ο κλιματισμός των χώρων γραφείων, είτε με FCU δαπέδου, είτε με σύστημα VRV και ο κλιματισμός των χώρων παραγωγής, συναρμολόγησης, ετοίμων προϊόντων, είτε με FCU οροφής (ανεξάρτητος αερισμός με αεραγωγούς), είτε με αεραγωγούς και προσαγωγή νωπού αέρα μέσω Κεντρικών Κλιματιστικών Μονάδων. Τέλος, στο τρίτο μέρος (6 ο κεφάλαιο) γίνεται σύγκριση των διαφορετικών τρόπων κλιματισμού για κάθε περίπτωση βάσει οικονομικών και τεχνικών κριτηρίων. Συγκεκριμένα η δομή της διπλωματικής εργασίας είναι η ακόλουθη: Το πρώτο κεφάλαιο πραγματεύεται το σκοπό και την αναγκαιότητα της εγκατάστασης μιας κλιματιστικής μονάδας με αποτέλεσμα τη διαμόρφωση ιδανικών εσωτερικών συνθηκών άνεσης για άνετη και υγιεινή διαβίωση σε κλειστούς χώρους. Εξετάζονται οι συνθήκες άνεσης για κάθε χώρο και πως αυτές διαφοροποιούνται ανάλογα με το είδος, τη χρήση και τις απαιτήσεις κάθε χώρου. Αναλύονται οι παράμετροι που επηρεάζουν τις συνθήκες άνεσης και μπορούν να ρυθμιστούν από ένα σύστημα κλιματισμού. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται ανάλυση των συστημάτων κλιματισμού, τα οποία κατατάσσονται με κύριο κριτήριο τον τρόπο και τα μέσα με τα οποία επιτυγχάνεται η τελική διαμόρφωση των επιθυμητών συνθηκών εσωτερικού κλίματος στον κλιματιζόμενο χώρο. Η κατάταξη των συστημάτων κλιματισμού γίνεται με τρία βασικά κριτήρια: τον βαθμό επεξεργασίας του αέρα, το μέσο μεταφοράς θερμότητας και τη θέση των συσκευών μαζί με την έκταση εφαρμογής. Ιδιαίτερο βάρος δίνεται στην τρίτη 14

17 κατάταξη η οποία είναι η κατάταξη βάσει τη θέση των συσκευών και την έκταση εφαρμογής και αναλύεται εκτενώς. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά και περιγραφή του τεχνικού εξοπλισμού που απαιτείται από το σύστημα κλιματισμού που χρησιμοποιείται στην εκάστοτε περίπτωση. Πιο συγκεκριμένα περιγράφεται ο εξοπλισμός καθαρισμού του αέρα, δηλαδή τα φίλτρα και ο εξοπλισμός προώθησης και διανομής του αέρα, δηλαδή οι ανεμιστήρες, οι αεραγωγοί και τα στόμια. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται όλα τα στοιχεία για την πλήρη σύνταξη της μελέτης, όπως ο τρόπος υπολογισμού ψυκτικών φορτίων και ψυχρομετρίας ενός χώρου καθώς και ο τρόπος υπολογισμού Fan Coil Units, αεραγωγών και ανεμιστήρων. Σκοπός των υπολογισμών αυτών είναι ο καθορισμός του απαιτούμενου όγκου αέρα, της ταχύτητας και συνθηκών υγρασίας θερμοκρασίας αέρα που πρέπει να προσαχθεί ή να απαχθεί. Το πέμπτο κεφάλαιο αποτελεί την εκπόνηση μιας πλήρους μελέτης κλιματισμού για μια βιομηχανική εγκατάσταση στην οποία δίνονται δύο εναλλακτικές λύσεις για τα δύο είδη χώρων που αποτελούν την εγκατάσταση. Η μελέτη περιλαμβάνει την περιγραφή των χώρων και των ιδιαίτερων απαιτήσεων που υπάρχουν σε κάθε περίπτωση, τις παραδοχές που θεωρούνται, τους αναλυτικούς υπολογισμούς ψυκτικών φορτίων για κάθε χώρο, την αιτιολόγηση του τρόπου κλιματισμού που επιλέγεται για τον κάθε ανεξάρτητο χώρο σύμφωνα με τις απαιτήσεις του σε κάθε περίπτωση. Η μελέτη συνοδεύεται από έξι σχέδια εγκατάστασης, δύο για κάθε έναν από τους τρεις ορόφους ανάλογα με τον εναλλακτικό τρόπο κλιματισμού, καθώς και τις τεχνικές περιγραφές με τις προδιαγραφές και τα κόστη των υλικών και των μηχανημάτων που επιλέγονται σε κάθε περίπτωση. Τέλος, στο έκτο κεφάλαιο γίνεται σύγκριση των διαφορετικών τροπών κλιματισμού για κάθε περίπτωση βάσει οικονομικών και τεχνικών κριτηρίων. Επίσης, αναφέρονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των προτεινόμενων τρόπων κλιματισμού μαζί με ένα παράδειγμα σύγκρισης των δύο συστημάτων για το χώρο των γραφείων. 15

18 Κεφάλαιο 1 ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΤΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ 1.1. Γενικά O κλιματισμός των κτιρίων και ειδικά των βιομηχανικών εγκαταστάσεων είναι απαραίτητος για να διατηρηθούν συνθήκες που ανταποκρίνονται με πληρότητα, ασφάλεια, αξιοπιστία και προσιτό κόστος, στις απαιτήσεις του ανθρώπου για άνετη και υγιεινή διαβίωση στους κλειστούς χώρους παραμονής, διαμονής και εργασίας. Η τεχνολογία και οι οικονομικές δυνατότητες των ανθρώπων έχουν διαμορφώσει ένα πολύπλευρο πλέγμα απαιτήσεων, οι οποίες πρέπει να καλυφθούν από κάθε σύστημα κλιματισμού και τεχνητού αερισμού. Η συνθήκη για την πλήρη κλιματική άνεση, λαμβάνει ως βασικές παραμέτρους τη θερμοκρασία και υγρασία των χώρων, την καθαρότητα, τον τρόπο και την ταχύτητα κινήσεως του αέρα και την ένταση των θορύβων. Σε κάθε βιομηχανική εγκατάσταση οι επιλογές των κλιματιστικών συστημάτων πρέπει να συνδυάζουν μια σειρά από ανάγκες και επιθυμίες των χρηστών, με τις εφικτές τεχνολογικές λύσεις, τα οικονομικά κριτήρια, την αναγκαία λειτουργικότητα, καθώς επίσης την υγιεινή και ασφάλεια των εργαζομένων που χρησιμοποιούν τα κτίρια και χειρίζονται τον εξοπλισμό των εγκαταστάσεων Ορισμοί Κλιματισμός είναι η διαδικασία ελέγχου και ρύθμισης, εντός ορισμένων ορίων, της θερμοκρασίας και της υγρασίας του αέρα μέσα σε ένα κτίριο. Κατά τη διαδικασία του κλιματισμού ο αέρας του κτιρίου υφίσταται με ελεγχόμενο τρόπο κατάλληλη επεξεργασία που περιλαμβάνει καθαρισμό, θέρμανση ή ψύξη, ύγρανση ή αφύγρανση. Οι παραπάνω επεξεργασίες του αέρα, είναι δυνατόν να συμβαίνουν στο σύνολο ή μερικά, ανάλογα με τις ανάγκες. Κλίμα χαρακτηρίζεται το σύνολο μιας σειράς περιβαλλοντικών στοιχείων, όπως η θερμοκρασία, η υγρασία, η ταχύτητα και η κατεύθυνση μετακίνησης του αέρα, η σύνθεση του αέρα (αναλογία αερίων, παρουσία προσμείξεων και ατμών αλλά και στερεών ή υγρών αιωρημάτων). 16

19 Τεχνητός αερισμός είναι η διαδικασία εξαναγκασμένης αντικατάστασης του αέρα ενός κλειστού χώρου. Κατά τη διαδικασία αυτή απάγεται συνεχώς ένα ποσοστό του αέρα του χώρου και αντικαθίσταται από νωπό αέρα που λαμβάνεται από το εξωτερικό περιβάλλον[1]. Η διαφορά του όρου Κλιματισμός από αυτόν της Ψύξης είναι ότι στις εγκαταστάσεις κλιματισμού κτιρίων εκτός από την ψύξη των χώρων που επιτυγχάνουμε κάνουμε ταυτόχρονα και επεξεργασία του αέρα έτσι ώστε να ελέγξουμε την υγρασία και την καθαρότητα αυτού. Δηλαδή μια εγκατάσταση κλιματισμού μας προσφέρει τον έλεγχο της θερμοκρασίας, της υγρασίας και της ποιότητας αέρα στους χώρους του κτιρίου. Ενώ σε μια εγκατάσταση ψύξης επιτυγχάνουμε μόνο τον έλεγχο της θερμοκρασίας των χώρων[39] Εφαρμογές των Συστημάτων Κλιματισμού Οι εφαρμογές στα συστήματα κλιματισμού μπορούν να διακριθούν: Α) Στον κλασσικό κλιματισμό άνεσης, που συνήθως απασχολεί τους μελετητές μηχανικούς, και όπου το κέντρο του ενδιαφέροντος είναι ο άνθρωπος. Οι εγκαταστάσεις αυτές χρησιμεύουν για τη δημιουργία συνθηκών ευεξίας σε χώρους παραμονής κάθε είδους όπως κτίρια γραφείων, κατοικίες, αίθουσες συγκεντρώσεων, θέατρα, χώρους πώλησης κλπ. Β) Στον βιομηχανικό κλιματισμό, ο οποίος προορίζεται για την εξυπηρέτηση στόχων της βιοτεχνίας, της βιομηχανίας και γενικότερα παραγωγικών ή εργασιακών χώρων. Οι εγκαταστάσεις βιομηχανικού κλιματισμού έχουν ως στόχο τον άνθρωπο (προστασία της υγείας των εργαζομένων), ή την παραγωγική διαδικασία (δημιουργία ειδικού περιβάλλοντος που ευνοεί κάποια χημική ή βιολογική εξέλιξη ή κάποια μηχανική κατεργασία) ή και τα δύο (βελτίωση της παραγωγικότητας ανθρώπων και μηχανών. Γ) Στον κλιματισμό ειδικών εφαρμογών, που έχει ως στόχο να εξυπηρετεί τις ανάγκες και τις υψηλές απαιτήσεις νοσηλευτηρίων, χειρουργικών χώρων, εργαστηριακών ερευνών, ειδικών κατεργασιών κλπ. Οι εγκαταστάσεις αυτές εξασφαλίζουν ιδιαίτερες συνθήκες θερμοκρασίας και υγρασίας καθώς και πολύ υψηλές απαιτήσεις καθαρότητας του αέρα, ώστε να εξασφαλίζεται ο έλεγχος της περιεκτικότητας των αιωρούμενων σωματιδίων, των μικροβίων, των βακτηριδίων και των διαφόρων άλλων μικροοργανισμών στον αέρα Παράγοντες που επηρεάζουν το κλίμα ενός χώρου Το κλίμα ενός χώρου επηρεάζεται από τους παρακάτω παράγοντες: Το εξωτερικό περιβάλλον Τα κατασκευαστικά δεδομένα 17

20 Το περιεχόμενο του χώρου Η χρήση του χώρου Το εξωτερικό περιβάλλον που παρουσιάζει σημαντικές μεταβολές, τόσο εποχικά όσο και στην διάρκεια ενός 24ωρου, σε παράγοντες όπως η θερμοκρασία,η υγρασία, ο φωτισμός,η ταχύτητα και η κατεύθυνση ροής του αέρα, οι ακτινοβολίες ( ηλιακή, κοσμική κλπ. ) κ.α. Σημαντικός είναι επίσης και ο προσανατολισμός του χώρου καθώς και η θέση του ως προς τους άνεμους. Επίσης πρέπει να ληφθούν σοβαρά υπόψη και παράγοντες που σχετίζονται με θετικές και αρνητικές επιπτώσεις της τεχνολογίας όπως η κακή ποιότητα του αέρα των πόλεων, η αυξημένη ρύπανση από εργοστάσια η από την κυκλοφορία των οχημάτων κλπ. Τα κατασκευαστικά δεδομένα του κελύφους σχετίζονται με την ποιότητα και την θερμομονωτική, θερμοαπορροφητική, θερμοσυσσωρευτική και ηχομονωτική ικανότητα των τοιχωμάτων και των κουφωμάτων, την προσπίπτουσα άμεση ή έμμεση ηλιακή ακτινοβολία, την ύπαρξη διόδων κυκλοφορίας αέριων ρευμάτων κλπ. Το περιεχόμενο του χώρου σε ζωντανούς οργανισμούς καθώς και υλικά, συσκευές και εξοπλισμό είναι ουσιώδους σημασίας. Η παρουσία ανθρώπων επιβαρύνει τον χώρο με θερμικά φόρτια, υγρασία, οσμές κλπ. Ομοίως ο εξοπλισμός του χώρου όπως φωτισμός, συσκευές, μηχανήματα και παραγωγικές μονάδες είναι καθοριστικός παράγοντας στην διαμόρφωση του επιθυμητού κλίματος του χώρου. Η χρήση του χώρου είναι επίσης καθοριστικός παράγοντας για την επιλογή των επιθυμητών συνθηκών του κλίματος καθώς στην ποσοτική εκτίμηση των φορτίων που πρέπει να καλύψει η εγκατάσταση του κλιματισμού. Τέλος πρέπει να τονισθεί ότι η ανάγκη της εξασφάλισης επαρκούς και δεδομένης ποιότητας αέρα που επιτυγχανόταν παλαιοτέρα (στα συνήθη τουλάχιστον κτίρια κατοικιών και εργασίας) με φυσικό αερισμό μέσω των χαραμάδων και των ανοιγμάτων, δεν ισχύει σήμερα. Αντίθετα σε υπόγειους ή κλειστούς κλιματιζόμενους χώρους όπου επιδιώκεται η μείωση του εισερχομένου αέρα μέσω χαραμάδων και ανοιγμάτων, η μελέτη κλιματισμού πρέπει να αντιμετωπίσει με προσοχή το πρόβλημα της ανανέωσης του αέρα (με νωπό αέρα από το περιβάλλον) ή της τεχνητής βελτίωσης του Ο ρόλος του εξωτερικού κλίματος O όρος εξωτερικό κλίμα, αναφέρεται στο σύνολο των φυσικών και τεχνητών περιβαλλοντικών στοιχείων της περιοχής γύρω από ένα κτίριο. Οι παράγοντες αυτοί επηρεάζουν σε μεγάλο ή μικρότερο βαθμό το κλίμα των εσωτερικών χώρων. Κάθε κτίσμα που προορίζεται για ανθρώπινη χρήση, πρέπει να βρίσκεται σε αρμονική 18

21 σχέση με τον περιβάλλοντα χώρο και να μπορεί να προσαρμόζεται με ευελιξία και λειτουργικότητα στις εκάστοτε καιρικές μεταβολές ή άλλες εξωτερικές επιδράσεις. Οι ακραίες θερμοκρασιακές συνθήκες της θερινής και χειμερινής περιόδου, η υγρασία, η ένταση των ανέμων, η ηλιοφάνεια της περιοχής, η πιθανή εμφάνιση περιόδων καύσωνα και παγετού, είναι απαραίτητα στοιχεία που πρέπει να λάβουν σοβαρά υπόψη τους οι μελετητές. Ο υπολογισμός μιας εγκατάστασης κλιματισμού ξεκινά από τον καθορισμό των κλιματολογικών στοιχείων της περιοχής, στην οποία βρίσκεται το κτίριο ή ο χώρος που θα εγκατασταθεί το σύστημα κλιματισμού. Οι συνθήκες σχεδιασμού θέρους και χειμώνα για την Ελλάδα περιέχονται στο κεφάλαιο 1 της Τεχνικής Οδηγίας του Τ.Ε.Ε. 2425/86. Η οδηγία περιλαμβάνει στοιχεία από 34 μετεωρολογικούς σταθμούς σε όλη τη χώρα. Σε περίπτωση που το κτίριο το οποίο μελετάται δεν βρίσκεται κοντά σε ένα σταθμό μέτρησης, οι τιμές σχεδιασμού εκτιμώνται από τις τιμές του πλησιέστερου γεωγραφικά ή κλιματολογικά σταθμού. Η κατασκευαστική διαμόρφωση του 'κελύφους' κάθε κτιρίου, εξαρτάται κατά σημαντικό ποσοστό, από τον συσχετισμό της επιθυμητής κατάστασης θερμοκρασίας, υγρασίας, ρευμάτων αέρα στο εσωτερικό του κτιρίου και του εξωτερικού κλίματος. Αν ληφθεί υπόψη ότι το κτίριο δέχεται τις επιδράσεις του φυσικού και τεχνητού περιβάλλοντος θα πρέπει να μπορεί να δεχτεί επιδράσεις όπως: Θερμική ακτινοβολία του ήλιου (άμεση και έμμεση) Άλλες ηλιακές ακτινοβολίες Μεταβολή της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια της ημέρας (και νύκτας) και κατά την αλλαγή των εποχών Επίδραση βροχής, υγρασίας, παγετού, ανέμων Σκόνες και καυστικές προσμείξεις που περιέχονται στον αέρα και τη βροχή και προέρχονται από απόβλητα ή καυσαέρια γειτονικών οικιακών και βιομηχανικών εγκαταστάσεων Κραδασμοί και θόρυβος από την κυκλοφορία οχημάτων ή εργασία μηχανημάτων ή δραστηριότητα βιομηχανικών ή βιοτεχνικών μονάδων Η αβεβαιότητα που παρουσιάζουν οι κλιματικές συνθήκες, επιβάλλει στους μελετητές να βασίζονται σε στατιστικά στοιχεία, που συγκεντρώνονται και αξιολογούνται κατάλληλα για κάθε περιοχή. Είναι φανερό πως η αναγκαιότητα παθητικής προστασίας του εσωτερικού κλίματος είναι πιο έντονη όσο περισσότερο αντίξοες είναι οι περιβαλλοντολογικές και κλιματολογικές συνθήκες της περιοχής. 19

22 1.2. Συνθήκες Θερμικής Άνεσης Το αίσθημα της θερμικής άνεσης ή ευεξίας εξασφαλίζεται όταν η θερμότητα που παράγεται από τον ανθρώπινο οργανισμό διαχέεται στο περιβάλλον με την ίδια ταχύτητα με την οποία παράγεται. Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται μια σταθερή θερμική ισορροπία ανάμεσα στον άνθρωπο και το περιβάλλον του και δεν παρουσιάζονται φαινόμενα που οφείλονται σε έλλειψη συνθηκών άνεσης όπως η εφίδρωση και το ρίγος. Η 'άνεση' που αναφέρεται σε ανθρώπους εμπεριέχει πολλά υποκειμενικά στοιχεία. Μπορούμε να διακρίνουμε ανάμεσα στις ιδανικές, επιθυμητές και εφικτές συνθήκες ανέσεως. Ιδανικές συνθήκες ανέσεως είναι εκείνες που ικανοποιούν κατά άριστο τρόπο το σύνολο των κλιματικών απαιτήσεων του χώρου και προσαρμόζονται κατά ιδανικό τρόπο στις επιθυμίες και τους στόχους των χρηστών. Επιθυμητές είναι οι συνθήκες ανέσεως που επιλέγονται για ένα χώρο και προσεγγίζουν σε ικανοποιητικό βαθμό τις ιδανικές συνθήκες ανέσεως, χωρίς όμως να παραγνωρίζουν λογικούς παράγοντες κόστους και τεχνολογικών δυνατοτήτων. Εφικτές είναι οι τελικές συνθήκες περιβάλλοντος που επιτυγχάνονται από μια συγκεκριμένη εγκατάσταση, που λειτουργεί με αποδεκτά τεχνοοικονομικά δεδομένα, σε συγκεκριμένες - πραγματικές συνθήκες εξωτερικών συνθηκών. Δηλαδή για κάθε χώρο μπορούν να προσδιοριστούν κάποιες ιδανικές συνθήκες ανέσεως, που θα προσαρμοστούν ρεαλιστικά για να προκύψουν οι 'επιθυμητές'. Οι επιθυμητές συνθήκες ανέσεως θα αποτελέσουν την αφετηρία όλων των τεχνικών υπολογισμών σε συνδυασμό με τις πιθανές μέσες δυσμενέστερες τιμές των εξωτερικών συνθηκών. Η τελική κλιματιστική εγκατάσταση σε κάθε στιγμή της πραγματικής λειτουργίας της θα διαμορφώνει μια πραγματική - εφικτή κατάσταση εσωτερικών συνθηκών. Φ ges = συνολική αποβολή θερμότητας Φ tr = αισθητή θερμότητα Φ l = λανθάνουσα θερμότητα Διάγραμμα 1.1. Σχέση μεταξύ αισθητής και λανθάνουσας θερμότητας που αποβάλλει ο άνθρωπος[37]. 20

23 Οι παράμετροι που συντελούν στη διαμόρφωση των συνθηκών θερμικής άνεσης και που μπορούν να ρυθμιστούν από ένα σύστημα κλιματισμού είναι: Η θερμοκρασία του αέρα του χώρου Η θερμοκρασία των επιφανειών που περιβάλλουν το χώρο Η υγρασία του αέρα του χώρου Η κίνηση του αέρα στο χώρο Η ανανέωση του αέρα Η καθαρότητα του αέρα του χώρου Οι παραπάνω παράμετροι έχουν να κάνουν περισσότερο με την υγιεινή του αέρα, βρίσκονται σε αλληλεξάρτηση μεταξύ τους και δημιουργούν συνθήκες άνεσης όταν βρίσκονται σε ισορροπία και έχουν ορισμένες τιμές. Εκτός των παραπάνω στη δημιουργία αισθήματος ευεξίας συμβάλλουν και οι ακόλουθοι παράγοντες : O θόρυβος και οι κραδασμοί H ηλεκτρική ακτινοβολία H ραδιενέργεια O φωτισμός Η θερμοκρασία του αέρα του χώρου Για το κλίμα της Ελλάδας και άνθρωπο ντυμένο, καθιστό και χωρίς σωματική δραστηριότητα, οι υγιεινολόγοι θεωρούν ως πιο ευνοϊκή θερμοκρασία τον μεν χειμώνα τους 20 έως 21 C, το δε καλοκαίρι τους 23 έως 26 C. Σε χώρους που θερμαίνονται με αέρα, η θερμοκρασία που θεωρείται κατάλληλη για το χειμώνα είναι 22 C. Αυτό συμβαίνει γιατί η κίνηση του αέρα δημιουργεί μια πρόσθετη ψύξη που πρέπει να ισοσταθμιστεί από μια υψηλότερη θερμοκρασία. Σημαντικό στοιχείο είναι η ομοιόμορφη κατανομή της θερμοκρασίας σ ένα χώρο. Γενικά δεν επιτρέπεται να εμφανίζεται σε χώρους που κλιματίζονται διαφορές από την ονομαστική τιμή της θερμοκρασίας μεγαλύτερες από ±1,5 C. Για τις εφαρμογές του κλιματισμού συνήθως καθορίζεται: 1) η επιθυμητή θερμοκρασία ξηρού βολβού (ξηρού θερμομέτρου) του αέρα του χώρου, 2) η ταυτόχρονη θερμοκρασία υγρού βολβού (υγρού θερμομέτρου) ή η σχετική υγρασία του αέρα, 3) το επιτρεπτό εύρος μεταβολής των τιμών αυτών. Πολύ βασικό είναι πως η επιλογή των τιμών θερμοκρασίας, καθώς και υγρασίας πρέπει να γίνεται με τέτοιο τρόπο ώστε ούτε η θερμική άνεση να επιβαρύνεται, αλλά ούτε το κόστος να ανεβαίνει σημαντικά. Θερμοκρασία ξηρού θερμομέτρου αέρα ορίζεται ως η θερμοκρασία του αέρα που μετράμε με ένα κοινό θερμόμετρο. Αυτή η θερμοκρασία αποτελεί έμμεσα ένα μετρό της αισθητής θερμότητας που περιέχεται στον αέρα. Η αισθητή θερμότητα είναι η θερμότητα που όταν προστίθεται η αφαιρείται από τον αέρα μεταβάλλεται η θερμοκρασία του. Θερμοκρασία υγρού θερμομέτρου αέρα ορίζεται ως η θερμοκρασία του αέρα που μετράμε με ένα κοινό θερμόμετρο του οποίου ο βολβός καλύπτεται με βρεγμένο 21

24 πανί και είναι εκτεθειμένος σε ρεύμα αέρα. Αυτή η θερμοκρασία αποτελεί έμμεσα ένα μέτρο της λανθάνουσας θερμότητας που περιέχεται στον αέρα. Η λανθάνουσα θερμότητα είναι η θερμότητα που όταν προστίθεται η αφαιρείται από τον αέρα μεταβάλλει το περιεχόμενό του σε υγρασία. Μεγάλες τιμές θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας στους χώρους το χειμώνα μπορούν να επιβαρύνουν σημαντικά τόσο το κόστος εγκατάστασης, όσο και το κόστος λειτουργίας των συστημάτων κλιματισμού. Το ίδιο αποτέλεσμα έχει συνήθως και η επιλογή χαμηλών τιμών θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας κατά τη διάρκεια της θερινής περιόδου. ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ ΧΩΡΟΥ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ (σε C) ΣΧΕΤΙΚΗ ΥΓΡΑΣΙΑ ( %) Κατοικίες Κτίρια γραφείων Βιβλιοθήκες-Μουσεία Νοσοκομεία Εστιατόρια & κέντρα Πίνακας 1.1. Συνιστώμενες συνθήκες σχεδιασμού για κλιματιζόμενους χώρους το χειμώνα[37] ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ ΧΩΡΟΥ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ (σε C) ΣΧΕΤΙΚΗ ΥΓΡΑΣΙΑ ( %) Κατοικίες Κτίρια γραφείων Βιβλιοθήκες-Μουσεία Νοσοκομεία Αίθουσες Χειρουργεία Αναρρωτήρια Εστιατόρια & κέντρα Εκπαιδευτικά κτίρια Πίνακας 1.2. Συνιστώμενες συνθήκες σχεδιασμού για κλιματιζόμενους χώρους το καλοκαίρι[37] 22

25 Η θερμοκρασία των επιφανειών που περιβάλλουν το χώρο Έχει διαπιστωθεί, ότι κατά τη διαδικασία της θέρμανσης ή του δροσισμού, την αίσθηση της κλιματικής ανέσεως επηρεάζει σημαντικά όχι μόνο η θερμοκρασία του αέρα αλλά και των στερεών τοιχωμάτων, επίπλων και γενικά των στερεών αντικειμένων του χώρου. Ένα μέγεθος που δίνει προσεγγιστικά το μέτρο της θερμικής άνεσης, συνεκτιμώντας και τη θερμοκρασία των στερεών του χώρου, είναι η θερμοκρασία ευαισθησίας(t Ε ). Η θερμοκρασία ευαισθησίας, εξ ορισμού εξαρτάται από: 1)Τη θερμοκρασία του αέρα σε μια απόσταση από το δάπεδο που αντιστοιχεί στο ύψος της κεφαλής του μέσου ανθρώπου (t t ) 2)Τον μέσο όρο της θερμοκρασίας ακτινοβολίας των στερεών επιφανειών των εσωτερικών τοιχωμάτων του χώρου (t u,m ) Η θερμοκρασία ευαισθησίας δίνεται από τη σχέση : t= 0,44t t + 0,56 t u, m (σε C) Ήδη από τη σχέση αυτή φαίνεται ότι η θερμοκρασία ευαισθησίας εξαρτάται περισσότερο (56%) από τη θερμοκρασία η οποία προκαλεί τη θερμική ακτινοβολία των τοιχωμάτων. Πάντως σε ένα χώρο με ικανοποιητική κατανομή της θερμοκρασίας, οι θερμοκρασίες t t και t u,m είναι περίπου ίσες δηλαδή: t = t t = t u,m (σε C) Ο γραφικός συσχετισμός των μεταβολών των θερμοκρασιών αυτών γίνεται στο παρακάτω διάγραμμα. 30 ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΕΣΩΤΕΡΙΚΩΝ ΤΟΙΧΩΜΑΤΩΝ (σε C) ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΑΕΡΑ (σε C) Διάγραμμα 1.2. Διάγραμμα συσχετισμού των θερμοκρασιών του αέρα σ' ένα χώρο με τη θερμοκρασία των εσωτερικών τοιχωμάτων[2] 23

26 Όπως φαίνεται, προκύπτει ότι σε ένα χώρο με ψυχρά τοιχώματα, αισθάνεται κανείς μια θερμοκρασία αέρος ακόμα και 24 C σαν πολύ χαμηλή, ενώ σε ένα άλλο χώρο με θερμές επιφάνειες τοιχωμάτων είναι ικανοποιητική θερμοκρασία αέρος 18 C, ή ακόμη και 16 C. Εμπειρικά μπορεί να γίνει δεκτό ότι για να υπάρχει το αίσθημα της θερμικής ανέσεως, θα πρέπει το άθροισμα των θερμοκρασιών αέρα και τοιχωμάτων να δίνει 36 C. Η μειωμένη ή αυξημένη θερμοκρασία των τοιχωμάτων σε σχέση με τη θερμοκρασία του αέρα, παρατηρείται συνήθως κατά την έναρξη της διαδικασίας θερμάνσεως ή δροσισμού. Μετά την πάροδο κάποιου χρόνου, ανάλογα με την ποιότητα του συστήματος αποκαθίσταται θερμική ισορροπία και επομένως το φαινόμενο που εξετάζεται δεν ενδιαφέρει ιδιαίτερα για χώρους οι οποίοι συνεχώς ή σχεδόν συνεχώς κλιματίζονται. Παρουσιάζει όμως μεγάλο ενδιαφέρον για χώρους ή κτίρια με περιοδική θέρμανση. Ο αέρας, σαν μέσο μεταφοράς θερμότητας, έχει πολύ μικρή ικανότητα αν και προσφέρει καλύτερη ομοιομορφία στην κατανομή. Είναι δυνατόν η θερμοκρασία του αέρα του χώρου να φτάσει σε επιθυμητά επίπεδα αρκετά γρήγορα, αλλά τα τοιχώματα του χώρου να διατηρούν χαμηλή θερμοκρασία για αρκετό χρονικό διάστημα. Κατασκευαστικά μπορεί να βελτιωθεί η εξωτερική θερμομόνωση με πολλούς τρόπους: Με επενδύσεις και κρεμαστές οροφές από πλάκες ελαφρού θερμομονωτικού υλικού. Χρειάζεται να δίνεται προσοχή στον κίνδυνο πυρκαγιάς για υλικά οργανικής σύνθεσης, και στη σύνθεση των ανόργανων να μη περιέχονται ίνες αμιάντου. Η δαπάνη επενδύσεων που εξασφαλίζουν τις δύο αυτές προϋποθέσεις είναι σημαντική και δε φαίνεται πως μπορεί να αποσβεσθεί από την οικονομία ενέργειας που προκύπτει. Η επικόλληση υφασμάτων με πέλος (μοκέτας) είναι πολύ αποτελεσματική λύση, γιατί οι ίνες του πέλους φτάνουν πολύ γρήγορα στη θερμοκρασία του αέρα. Με εφαρμογή στους τοίχους και οροφές θερμομονωτικών επιχρισμάτων (π.χ. περλίτη). Η εφαρμογή επιχρισμάτων από ασβεστοτσιμεντοκονίαμα περλίτη, σε όλους τους τοίχους και οροφές συνηθισμένου κτιρίου γραφείων με εσωτερικούς τοίχους από πλινθοδομή και πατώματα από συμπαγείς πλάκες μπετόν, μπορεί να δώσει οικονομία ενέργειας θερμάνσεως ή κλιματισμού από 2% μέχρι 4 %, σε σύγκριση με το ίδιο κτίριο όπου τα επιχρίσματα είναι με συνήθη άμμο. Σε σπίτια με περιοδική θέρμανση, είναι πρακτικά αδύνατο να επιτευχθεί για τις πρώτες ώρες χρήσης, θερμοκρασία αέρος που να αντισταθμίζει την ' ψυχρή ακτινοβολία' των παγωμένων κτιστών τοίχων και πλακών μπετόν, αν δεν υπάρχει επένδυση με ελαφρό υλικό ή επίχρισμα περλίτη. 24

27 Η υγρασία του αέρα του χώρου H υγρασία η οποία περιέχεται με τη μορφή υδρατμών στον αέρα του χώρου είναι μία από τις βασικές παραμέτρους των συνθηκών κλιματικής άνεσης. Χαμηλά ποσοστά υγρασίας δίδουν μια ενοχλητική αίσθηση και επιτείνουν την αίσθηση του ανθρώπινου ψύχους γιατί δημιουργείται η τάση εξατμίσεως της υγρασίας του ανθρώπινου σώματος (ιδρώτας, σίελος κ.α.). Ακόμη, η χαμηλή υγρασία αυξάνει τα ηλεκτροστατικά φαινόμενα (εμφάνιση και συσσώρευση επιφανειακών ηλεκτροστατικών φορτίων και ιδιαίτερα ενοχλητική συγκέντρωση σκόνης) στα περισσότερα συνθετικά υλικά (γενικά τους μονωτές) τα οποία χρησιμοποιούνται - ευρύτατα στην εσωτερική διαμόρφωση και επίπλωση του χώρου (κουφώματα, τραπέζια, κ.α.). Η υψηλή υγρασία μειώνει τη διεργασία του φυσικού δροσισμού του δέρματος, επιβραδύνοντας την εξάτμιση του ιδρώτα, οπότε δημιουργείται αίσθηση υψηλότερης θερμοκρασίας από την πραγματική. Σε γενικές γραμμές τα επιθυμητά όρια μεταβολής της σχετικής υγρασίας είναι από 40 μέχρι και 70%. Ιδιαίτερα ενοχλητική είναι η εμφάνιση ανεπιθύμητων συμπυκνωμάτων σε στερεές επιφάνειες του χώρου, όταν η επιφάνεια αυτών των στερεών βρεθεί σε θερμοκρασία χαμηλότερη από τη θερμοκρασία δρόσου του χώρου (π.χ. τζάμια παραθύρων θερμαινόμενου χώρου τον χειμώνα). Όταν είναι σταθερή η θερμοκρασία του χώρου, η θερμοκρασία δρόσου αυξάνεται παράλληλα με την αύξηση της σχετικής υγρασίας του αέρα. Η υγρασία μπορεί να προκαλέσει την παραμόρφωση διαφόρων ευαίσθητων υλικών, την αλλοίωση τροφίμων και υγροσκοπικών ουσιών και ακόμη μπορεί να προκαλέσει σοβαρά προβλήματα στη δομική κατασκευή. Σε ειδικές εφαρμογές κλιματισμού (καταστήματα πωλήσεως υγροσκοπικών προϊόντων ή τροφίμων χωρίς προστατευτική συσκευασία, σε μουσεία, βιβλιοθήκες, αποθηκευτικούς και παραγωγικούς χώρους), η εμφάνιση υγρασίας μπορεί να έχει καταστροφικές συνέπειες. Πρέπει επομένως να εξετάζονται με προσοχή οι πιθανές επιφανειακές θερμοκρασίες, σωμάτων τα οποία μπορεί να εμφανιστούν ως 'ψυχρά' σε σχέση με τη θερμοκρασία και υγρασία του χώρου H κίνηση του αέρα Η κίνηση του αέρα είναι απαραίτητη σε κάθε χώρο στον οποίο στεγάζονται άνθρωποι. Συντελεί στην ισοκατανομή των κλιματικών δεδομένων του χώρου και επιπλέον επιτρέπει να διαμορφώνονται ενιαίες συνθήκες εσωτερικού χώρου. Η προσπάθεια να θερμανθεί ή να δροσιστεί ένας χώρος δημιουργεί αρχικά περιοχές διαφορετικών κλιματικών δεδομένων. Κοντά στις πηγές θερμάνσεως ή δροσισμού, υπάρχει αρχικά μια σημαντική διαφοροποίηση της θερμοκρασίας και της υγρασίας. Η κίνηση του αέρα θα αποκαταστήσει την αναγκαία και επιθυμητή ισορροπία, εφόσον η τοποθέτηση των συσκευών θερμάνσεως ή δροσισμού έχει γίνει στα κατάλληλα σημεία. 25

28 Στις περιπτώσεις θερμάνσεως ή δροσισμού με αέρα, η ταχύτητα ροής είναι αρκετά μεγαλύτερη, αφού προστίθενται στο χώρο κινούμενες μάζες αέρα που διαμορφώνουν συνθήκες άνεσης. Όταν στο χώρο περιλαμβάνονται μικρά ανοίγματα ή χαραμάδες, που δεν επιτρέπουν τη ροή του αέρα από έξω προς τα μέσα και αντίστροφα, ή όταν στο χώρο υπάρχουν περιοχές με αισθητά διαφορετικές θερμοκρασίες, έχουμε έντονα ρεύματα αέρα. Όταν η κίνηση του αέρα, ιδίως του ψυχρού, υπερβεί κάποιες τιμές, δημιουργείται σοβαρή ενόχληση στα άτομα του χώρου. Ο παρακάτω πίνακας (πίνακας 1.1) δίνει τις ενδεικνυόμενες ταχύτητες του αέρα στη ζώνη διαμονής των ατόμων κάθε χώρου, δηλαδή τη ζώνη ύψους από το δάπεδο μέχρι 2 m περίπου. ΤΑΧΥΤΗΤA ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΣΥΝΙΣΤΩΜΕΝΗ AEPA(m/s) ΧΡΗΣΗ 0-0,08 Παράπονα για έλλειψη κίνησης Καμία του αέρα 0,125 Ιδανική κατάσταση Για όλες τις εφαρμογές 0,125-0,26 Πολύ ικανοποιητική κατάσταση Για όλες τις αλλά εφαρμογές η ταχύτητα των 0,25 m/s πλησιάζει τη μέγιστη επιτρεπόμενη για άτομα που κάθονται. 0,325 Όχι ικανοποιητική για γραφειακούς χώρους. Ο αέρας παρασύρει ελαφριά χαρτιά από τα γραφεία. 0,375 Μέγιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα για άτομα που κινούνται 0,375-1,5 Επιτρεπόμενη μόνο για βιομηχανικές εφαρμογές Εμπορία καταστήματα Πίνακας 1.1. Ενδεικνυόμενες ταχύτητες του αέρα κλειστών χώρων [1] Η ανανέωση του αέρα Με τον τεχνητό αερισμό επιτυγχάνεται η ανανέωση του αέρα σε κλειστούς χώρους. Γι αυτή την ανανέωση χρησιμοποιείται νωπός αέρας από το περιβάλλον, αφού πρώτα βελτιωθεί η ποιότητά του. Διακρίνουμε δύο διαδικασίες αερισμού. Κατά τη μία παραλαμβάνουμε (ωθούμε προς τα έξω) αέρα από τον χώρο, δημιουργώντας υποπίεση και νωπός αέρας εισρέει από το φυσικό περιβάλλον στο χώρο και αναμιγνύεται με αυτόν που υπάρχει βελτιώνοντας την ποιότητά του. Με τη μέθοδο της υποπίεσης δεν μπορεί να γίνει καμιά επεξεργασία του αέρα, έτσι βασιζόμαστε στην ποιότητα του εξωτερικού αέρα. Η δεύτερη διαδικασία βασίζεται στην προσαγωγή αέρα στο χώρο με κάποια πίεση, 26

29 οπότε από τα ανοίγματα απομακρύνεται ο μολυσμένος, ή ακόμα καλύτερα με πρόσθετο κύκλωμα παραλαβής απομακρύνεται τεχνητά, μέρος του αέρα του χώρου. Μια κλασική διάταξη καθαρισμού και ανανέωσης του αέρα περιλαμβάνει : 1.Διαταξη παραλαβής νωπού αέρα από το περιβάλλον. Με την παρεμβολή κατάλληλων φίλτρων γίνεται ένας πρώτος καθαρισμός από αιωρούμενα σωματίδια. Η αναρρόφηση του αέρα πρέπει να γίνεται οριζόντια και σε θέσεις προφυλαγμένες από τους άνεμους και μακριά από εστίες ρύπανσης. 2.Φιλτράρισμα του αέρα. Αεραγωγοί οδηγούν τον νωπό αέρα αλλά και αυτόν της ανακυκλοφορίας (δηλ. ποσότητα του αέρα του χώρου που καθαρίζεται και επιστρέφει στον χώρο) σε συσκευή φιλτραρίσματος (καθαρισμού). Αυτή αφαιρει σκόνες,καπνούς, αιθάλη και αλλά αιωρούμενα σωματίδια. 3.Αεραγωγοί και στόμια προσαγωγής. Μετά την συσκευή καθαρισμού τοποθετούνται ανεμιστήρες που με την αναγκαία πίεση οδηγούν τον «καθαρό αέρα» μέσω αεραγωγών και στομίων προσαγωγής στον κλιματιζόμενο χώρο. 4.Αεραγωγοί επιστροφής και στόμια απαγωγής. Θα παραλάβουν μέρος του αέρα του χώρου και θα τον οδηγήσουν εν μέρει στο περιβάλλον και εν μέρει ξανά στην συσκευή καθαρισμού (ανακυκλοφορία). Ο διαχωρισμός αυτός και η μη ολική απόρριψη του αέρα στο περιβάλλον εξοικονομεί σημαντική ενέργεια στα συστήματα κλιματισμού. Η παροχή νωπού αέρα σε ένα χώρο είναι αναγκαία για την ανανέωση του οξυγόνου και την αραίωση οσμών, καπνού από κάπνισμα και διοξειδίου του άνθρακα που παράγουν οι άνθρωποι. Η απαραίτητη ποσότητα νωπού αέρα για τον παραπάνω σκοπό είναι σκόπιμο να ανάγεται σε παροχή αέρα ανά άτομο και εξαρτάται από τη πυκνότητα των ατόμων μέσα στο χώρο και από το είδος της δραστηριότητας που κάνουν. Η ποσότητα και η κατανομή νωπού αέρα στους διάφορους χώρους ενός κτιρίου πρέπει να συνεκτιμώνται και με τη φυσική διείσδυση νωπού αέρα από τα εξωτερικά ανοίγματα του κτιρίου. ΕΙΔΟΣ ΧΩΡΟΥ Λουτρά Βιβλιοθήκες Γραφεία Χώροι Επισκεπτών Αμφιθέατρα Αποδυτήρια Χώροι Συγκεντρώσεων Αίθουσες Χειρούργων ΩΡΙΑΙΑ ΕΝΑΛΛΑΓΗ ΑΕΡΑ 5-8 φορές 4-5 φορές 4-8 φορές 5-10 φορές 8-10 φορές 8-10 φορές 5-10 φορές φορές Πίνακας 1.2. Ωριαίες εναλλαγές αέρα για τα διάφορα είδη χώρων[37] 27

30 Σε πολλές περιπτώσεις ο προσδιορισμός της ποσότητας του αέρα που πρέπει να παρέχει το σύστημα κλιματισμού γίνεται με κριτήριο την ωριαία εναλλαγή του αέρα του χώρου. Το κριτήριο όμως αυτό δίνει μεγάλα όρια διακύμανσης για τις ωριαίες εναλλαγές του αέρα και δεν εξασφαλίζει πάντοτε την οικονομικότητα της λειτουργίας της εγκατάστασης. Σε ειδικές περιπτώσεις αερισμού (γκαράζ, βαφεία, εργοστάσια) ο υπολογισμός της απαιτούμενης ποσότητας νωπού αέρα γίνεται σύμφωνα με τις μέγιστες επιτρεπόμενες συγκεντρώσεις επιβλαβών ουσιών, που παράγονται σε αυτούς τους χώρους Η καθαρότητα του αέρα Ένα σύστημα αερισμού ή κλιματισμού πρέπει να καθαρίζει τον αέρα των χώρων που εξυπηρετεί. Αυτό γίνεται με την προσαγωγή νωπού αέρα, με την τοπική απόρριψη μολυσμένου αέρα, κλπ. Πολλές φορές μπορεί να απαιτούνται ειδικά φίλτρα για την αφαίρεση από τον αέρα του χώρου, των ρύπων ή των οσμών κατά το στάδιο της ανακυκλοφορίας του. Ο νωπός αέρας τις περισσότερες φορές μπορεί να χρειάζεται φιλτράρισμα πριν εισαχθεί στο χώρο. Οι ρυπάνσεις του αέρα μπορεί να οφείλονται στην παρουσία άλλων αερίων ή των συστατικών του σε αλλοιωμένη σύνθεση, σε σκόνες (δηλαδή μικρού μεγέθους στερεά εκκρίματα), σε μικροοργανισμούς διαφόρων μεγεθών τόσο -μικρών διαστάσεων ώστε να συμπαρασύρονται από αέρια ρεύματα, οσμές που είναι οργανικές ενώσεις που προκύπτουν από φυσικές ή χημικές δραστηριότητες, αναθυμιάσεις, εξατμίσεις, ατελείς καύσεις κ.α. Σκόνη και ρύποι μπορεί να παράγονται και μέσα στο χώρο από τη δραστηριότητα των ατόμων ή από μηχανές και συσκευές. Η αφαίρεση των στερεών σωματιδίων από τον αέρα επιτυγχάνεται με φίλτρα διαφόρων τύπων και αποδόσεων. Η επιλογή του τύπου, της απόδοσης και του αριθμού βαθμίδων των φίλτρων εξαρτάται από την απαιτούμενη καθαρότητα του αέρα και είναι πρόβλημα τεχνοοικονομικής ανάλυσης. Η συνολική απόδοση ενός φιλτραρίσματος καθορίζεται από διάφορα πρότυπα, είναι πάντα ένας διψήφιος αριθμός επί τοις εκατό (%) και αποτελεί δεδομένο της μελέτης, ιδιαίτερα στις εφαρμογές ειδικού κλιματισμού. Τα αέρια και οι οσμές μπορούν να αφαιρεθούν από τον αέρα με φυσικές και χημικές διεργασίες. Η αφαίρεση αυτή γίνεται απαραίτητη όταν ο αέρας του περιβάλλοντος είναι πολύ μολυσμένος. Η απόφαση για τη χρήση συσκευών αφαίρεσης αερίων και οσμών λαμβάνεται κυρίως με βάση οικονομικά κριτήρια λαμβάνοντας υπόψη και το όφελος που μπορεί να προκύψει από την αντίστοιχη μείωση του ποσοστού του νωπού αέρα που χρειάζεται να εισαχθεί στο κτίριο. 28

31 ΚΑΤ ΟΓΚΟ ΠΕΡΙΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑ Ο 2 (%) CΟ 2 (%) Αέρας υπαίθρου 21 0,03 Αέρας πυκνοκατοικημένης πόλεως ~21 0,04 Αέρας ανεκτός για συνεχή αναπνοή ~21 0,17 Δυσμενέστερο επιτρεπτό όριο για την 20,5 0,5 αναπνοή Περιοχή δυσφορίας 1,0 Επιτάχυνση αναπνοής Σοβαρή ενόχληση Κρίσιμο όριο 8 10 Θάνατος 7 Πίνακας 1.3. Επίδραση της μεταβολής της περιεκτικότητας του αέρα σεo 2 και CO 2 στον αέρα αναπνοής [2] Ο θόρυβος και οι κραδασμοί Ο μηχανολογικός εξοπλισμός και ιδιαίτερα τα συστήματα κλιματισμούαερισμού είναι μία από τις πηγές θορύβου στα κτίρια. Οι εγκαταστάσεις κλιματισμού - αερισμού περιλαμβάνουν πολυάριθμες συσκευές, οι οποίες παράγουν θόρυβο και δημιουργούν κραδασμούς, που σε μεγαλύτερο ή μικρότερο βαθμό μεταδίδονται στους εσωτερικούς χώρους και μπορούν να επηρεάζουν αρνητικά την άνεση των ανθρώπων. Γενικά στις εγκαταστάσεις κλιματισμού θορύβους προκαλούν: Τα μηχανήματα της κεντρικής εγκατάστασης, δηλαδή τα ψυκτικά συγκροτήματα, οι λέβητες, οι ανεμιστήρες, οι κλιματιστικές μονάδες, οι αντλίες, οι πύργοι ψύξης κλπ., που μπορεί να είναι είτε εγκατεστημένα μέσα στο κτίριο είτε, ορισμένα από αυτά, εκτός του κτιρίου (π.χ. οι πύργοι ψύξης, οι ανεμιστήρες, οι αντλίες κλπ.). Αυτά αποτελούν τις κυριότερες πηγές θορύβου μίας εγκατάστασης κλιματισμού. Τα δίκτυα διανομής δηλαδή οι αεραγωγοί, οι σωληνώσεις και τα εξαρτήματα τους. Θόρυβος από τα δίκτυα διανομής μπορεί να παράγεται λόγω της υψηλής ταχύτητας του αέρα στους αεραγωγούς, ιδιαίτερα στα διαφράγματα, ή λόγω διαρροών. Ακόμα λόγω ταλάντωσης των τοιχωμάτων των αεραγωγών και των σωληνώσεων. Λόγω τυρβώδους ροής στα plenum και στα εξαρτήματα αλλαγής κατεύθυνσης-διατομής και λόγω της μεγάλης ταχύτητας ροής στις σωληνώσεις. Οι φερτοί θόρυβοι οι οποίοι δεν πηγάζουν από τη συγκεκριμένη εγκατάσταση, αλλά μεταφέρονται στους χώρους με τη βοήθεια των αεραγωγών και των σωληνώσεων. 29

32 Τα μηχανήματα και οι συσκευές της εγκαταστάσεως που λειτουργούν μέσα στους χώρους όπως οι τερματικές μονάδες επαγωγής ή τα fan coils, τα κιβώτια ανάμιξης και διανομής υψηλής ταχύτητας, οι αυτόνομες κλιματιστικές μονάδες, τα στόμια αέρα κλπ. Οι θόρυβοι που σχετίζονται με την εγκατάσταση, αλλά και όσοι μεταφέρονται στους χώρους προερχόμενοι από άλλες, αιτίες, είναι σοβαρές πηγές ενόχλησης και πρέπει έγκαιρα να αντιμετωπιστούν από τον μελετητή και τον εγκαταστάτη. Οι θόρυβοι που παράγονται από τη λειτουργία της εγκατάστασης, πρέπει να εξεταστούν μεν όχι μόνο σαν αυτοτελείς πηγές θορύβου, αλλά και σε συνδυασμό με τη συνολική επιβάρυνση η οποία δημιουργείται στους χώρους από τη συμβολή εσωτερικών και εξωτερικών θορύβων. Σχήμα 1.1 Μετάδοση αέριου και δομικού θορύβου[37] Τα προβλήματα θορύβου αντιμετωπίζονται με προσεκτική επιλογή και διαστασιολόγηση της εγκατάστασης και κατάλληλο σχεδιασμό για απομόνωση ή απορρόφηση των θορύβων. Συνήθως στον κλιματισμό εφαρμόζονται τρείς βασικές τεχνικές ελέγχου του θορύβου : Επεμβάσεις στην πηγή του θορύβου Επεμβάσεις στις οδούς μετάδοσης του θορύβου Επεμβάσεις στο χώρο 30

33 Α: Δομικός θόρυβος μέσω του πατώματος Β: Αέριος θόρυβος μέσω του αεραγωγού προσαγωγής Γ: Θόρυβος από κραδασμούς του αεραγωγού προσαγωγής Δ: Αέριος θόρυβος μέσω του αεραγωγού επιστροφής αέρα Ε: Αέριος θόρυβος από τα μηχανήματα μέσω του τοίχου Σχήμα 1.2 Τυπικές οδοί μετάδοσης του θορύβου σε συστήματα αερισμού - κλιματισμού Για την αξιολόγηση, από ακουστική άποψη, των πηγών θορύβου, χρησιμοποιείται το μέγεθος της στάθμης ηχητικής ισχύος ως προς μια δεδομένη στάθμη ηχητικής ισχύος αναφοράς, εκφραζόμενη σε db και μετρούμενη μέσα στο φάσμα των ακουστικών συχνοτήτων. Η μέτρηση του μεγέθους αυτού γίνεται σε ειδικά εργαστήρια και δίδεται από τους κατασκευαστές μηχανημάτων. ΕΙΔΟΣ ΧΩΡΟΥ ΤΙΜΗ NR Αίθουσες συναυλιών, όπερας, στούντιο ηχογραφήσεων, 20 θέατρα (>500 θεατών) Θέατρα (<500 θεατών), στούντιο τηλεοράσεως, αίθουσες 25 διαλέξεων (>50 ατόμων) Γραφεία ιδιωτικά, αίθουσες συσκέψεων και διαλέξεων 30 (20-50 ατόμων) πολλαπλών χρήσεων, βιβλιοθήκες, δωμάτια ξενοδοχείων, χειρουργεία, κινηματογράφοι, θάλαμοι ασθενών, μεγάλες αίθουσες δικαστηρίων Κοινόχρηστοι χώροι ξενοδοχείων-νοσοκομείων, μικρές - 35 αίθουσες συσκέψεων και διαλέξεων (<20 ατόμων), σχολικές αίθουσες, μικρές αίθουσες δικαστηρίων, μουσεία, μικρά εστιατόρια Αίθουσες σχεδιάσεως, εργαστήρια, αίθουσες υποδοχής 40 ξενοδοχείων, ταχυδρομεία, μεγάλα εστιατόρια, μπαρ, πολυκαταστήματα και καταστήματα Μαγειρεία νοσοκομείων, ξενοδοχείων κ.λπ., πλυντήρια, 45 αίθουσες υπολογιστών, λογιστήρια, καφετέριες-καντίνες, σουπερμάρκετ, κολυμβητήρια *NR > 50 = πολύ θορυβώδης χώρος, μόνο σε χώρους παραγωγής Πίνακας 1.4. Ενδεικνυόμενες τιμές στάθμης θορύβου[1] 31

34 Ο παραπάνω πίνακας (πίνακας 1.4) καθορίζει τις επιτρεπόμενες ονομαστικές τιμές NR για διάφορες εφαρμογές. Εκτός του καθορισμού των τιμών NR για τους διάφορους χώρους απαιτείται η προδιαγραφή μέγιστων επιπέδων παραγόμενου θορύβου από τα μηχανήματα του συστήματος κλιματισμού. Ο καθορισμός επιτρεπόμενων σταθμών ηχητικής ισχύος του παραγόμενου από τα μηχανήματα θορύβου, πρέπει να γίνεται με μεγάλη προσοχή, λαμβάνοντας υπόψη τα στοιχεία των κατασκευαστών που διαθέτουν μηχανήματα στην αγορά, σε συνδυασμό με την αξιοπιστία τους και τα πιστοποιητικά που διαθέτουν. 32

35 Κεφάλαιο 2 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ 2.1. Γενικά Ο χωρισμός των κτιρίων σε θερμικές ζώνες βοηθά στην επιλογή του συστήματος που θα χρησιμοποιηθεί για τον κλιματισμό τους. Η βασική κατάταξη των συστημάτων κλιματισμού γίνεται με κύριο κριτήριο τον τρόπο και τα μέσα με τα οποία επιτυγχάνεται η τελική διαμόρφωση των επιθυμητών συνθηκών εσωτερικού κλίματος στον κλιματιζόμενο χώρο. Με την εγκατάσταση κλιματισμού γίνεται προσπάθεια τουλάχιστον ρύθμισης της θερμοκρασίας ή της ανανέωσης του αέρα ενός χώρου. Σε αυτό το κεφάλαιο γίνεται κατάταξη των συστημάτων κλιματισμού με τρία βασικά κριτήρια : 1) τον βαθμό επεξεργασίας του αέρα, 2) το μέσο μεταφοράς θερμότητας και 3) τη θέση των συσκευών και την έκταση εφαρμογής. Ιδιαίτερο βάρος δίνεται στην τρίτη η οποία είναι και η πιο σημαντική Κατάταξη συστημάτων κλιματισμού με κριτήριο τον βαθμό επεξεργασίας του αέρα Τα συστήματα κλιματισμού, ανάλογα με τον βαθμό επεξεργασίας που παρέχουν στον αέρα, μπορούν να διακριθούν σε: α) συστήματα αερισμού-εξαερισμού, που εξασφαλίζουν την ανανέωση του αέρα ενός χώρου β) συστήματα μερικού κλιματισμού, τα οποία εκτός από την ανανέωση του αέρα, παρέχουν και μία μερική επεξεργασία που περιλαμβάνει κυρίως τον καθαρισμό και τη θέρμανση του αέρα. Για να επιτυγχάνεται ασφαλώς το επιθυμητό αποτέλεσμα, προβλέπονται συνήθως και διατάξεις ρύθμισης. γ) συστήματα πλήρους κλιματισμού, τα οποία εξασφαλίζουν: τη διατήρηση της θερμοκρασίας και της υγρασίας ενός κλειστού χώρου μέσα σε προκαθορισμένα όρια και περιλαμβάνει διατάξεις για : - τον καθαρισμό - τη θέρμανση 33

36 - την ψύξη - την ύγρανση - την αφύγρανση - και την ανανέωση του αέρα καθώς και τοπικές ή κεντρικές διατάξεις αυτόματης ρύθμισης της θερμοκρασίας και της υγρασίας. Σε κάθε σύστημα κλιματισμού διακρίνουμε: - τον αέρα που προσάγεται στο χώρο (αέρας προσαγωγής-αερισμός) - τον απαγόμενο από τον χώρο αέρα (αέρας απαγωγής/επιστροφής-εξαερισμός) - το μέρος του αέρα απαγωγής/επιστροφής, που επαναφέρεται στον κλειστό χώρο (ανακυκλοφορία) - τον αέρα που απορρίπτεται στο περιβάλλον - τον εισαγόμενο από το περιβάλλον αέρα (φρέσκος εξωτερικός αέρας) Σχήμα 2.1 Επεξεργασία του αέρα από ένα σύστημα κλιματισμού 2.3. Συστήματα κλιματισμού με κριτήριο το μέσο μεταφοράς θερμότητας Επίσης με κριτήριο τον τρόπο και τα μέσα με τα οποία επιτυγχάνεται η τελική διαμόρφωση των συνθηκών άνεσης στον κλιματιζόμενο χώρο, διακρίνουμε τις τέσσερεις κατηγορίες συστημάτων κλιματισμού: Συστήματα κλιματισμού μόνο με αέρα Συστήματα κλιματισμού μόνο με νερό Συστήματα κλιματισμού αέρα νερού Μονάδες κλιματισμού ψυκτικού ρευστού - αέρα, διαιρούμενου τύπου 34

37 Συστήματα κλιματισμού μόνο με αέρα Στα συστήματα αυτά ο κλιματισμένος αέρας παρασκευάζεται στην κεντρική μονάδα κλιματισμού και μεταφέρεται διαμέσου δικτύου αεραγωγών στους κλιματιζόμενους χώρους. Στην κεντρική μονάδα κλιματισμού εξωτερικός αέρας αναρροφάται από το ύπαιθρο, αναμιγνύεται στον θάλαμο μίξης με ένα τμήμα του αέρα που επιστρέφει από το κτίριο και φιλτράρεται. Στη συνέχεια ακολουθεί η επεξεργασία του αέρα δηλαδή η θέρμανση, ψύξη, ύγρανση, αφύγρανση κ.λ.π. ανάλογα με τις επιθυμητές συνθήκες. Τελικά ο αέρας οδηγείται μέσω του ανεμιστήρα και των αεραγωγών διανομής στους διάφορους χώρους. Η ψύξη και η αφύγρανση του αέρα γίνεται με ψυχρό νερό, το οποίο παρασκευάζεται στην ψυκτική μονάδα και οδηγείται μέσα στην κεντρική μονάδα κλιματισμού σε εναλλάκτες αέρα-νερού (ψυκτικά στοιχεία). Η θέρμανση του αέρα γίνεται με θερμό νερό, το οποίο παρασκευάζεται σε λέβητα και οδηγείται μέσα στην κεντρική μονάδα κλιματισμού σε εναλλάκτες αέρανερού (θερμαντικά στοιχεία). Η ύγρανση του αέρα γίνεται από κατάλληλες συσκευές, τους υγραντήρες, οι οποίοι διοχετεύουν νερό ή ατμό στην κεντρική μονάδα κλιματισμού. Σχήμα 2.2 Σύστημα κλιματισμού με αέρα Η θέρμανση και η ψύξη των χώρων καθώς και ο έλεγχος της υγρασίας τους, εξασφαλίζεται με τις συνθήκες του κλιματισμένου αέρα που εισέρχεται στους χώρους. Οι χώροι που έχουν απαίτηση σε ψύξη κλιματίζονται με αέρα κατάλληλης παροχής, ο οποίος έχει υποστεί ψύξη, αφύγρανση και σε πολλές περιπτώσεις μεταθέρμανση. Οι χώροι που έχουν απαίτηση σε θέρμανση, κλιματίζονται με αέρα κατάλληλης παροχής, ο οποίος έχει υποστεί θέρμανση και ύγρανση. 35

38 Σχήμα 2.3 Κεντρικές κλιματιστικές μονάδες (διώροφη, κατακόρυφη) Συστήματα κλιματισμού μόνο με νερό Στα συστήματα αυτά ο έλεγχος των συνθηκών του αέρα γίνεται με την κυκλοφορία του αέρα των χώρων μέσα από κατάλληλες τερματικές συσκευές, στις οποίες κυκλοφορεί θερμό ή ψυχρό νερό (Fan-coils). Οι τερματικές συσκευές είναι εγκατεστημένες στους χώρους του κτιρίου. Η παρασκευή του ψυχρού νερού γίνεται σε ψυκτικές μονάδες (υδρόψυκτες ή αερόψυκτες).η παρασκευή του θερμού νερού γίνεται σε λέβητες. Οι τερματικές συσκευές (Fan-coils) περιλαμβάνουν θερμαντικό /ψυκτικό στοιχείο και ανεμιστήρα για την εξαναγκασμένη κυκλοφορία του αέρα. Κεντρικά κλιματισμένος αέρας δεν παρέχεται στους χώρους ή στις ζώνες του κτιρίου. Η παροχή φρέσκου εξωτερικού αέρα πρέπει να αντιμετωπίζεται ξεχωριστά. Σχήμα 2.4 Σύστημα κλιματισμού με νερό 36

39 Συστήματα κλιματισμού αέρα-νερού Στα συστήματα αυτά παρέχεται κλιματισμένος αέρας και ψυχρό ή θερμό νερό σε κατάλληλες τερματικές συσκευές, οι οποίες είναι εγκατεστημένες στους χώρους του κτιρίου. Απαιτείται επομένως η εγκατάσταση ενός δικτύου αεραγωγών και ενός δικτύου σωληνώσεων νερού. Σε πολλές περιπτώσεις η παροχή του αέρα στους χώρους γίνεται έξω από τις τερματικές συσκευές (π.χ. Fan-coils) με ανεξάρτητο δίκτυο αεραγωγών. Τα συστήματα αυτά συνδυάζουν τις δυνατότητες και τα πλεονεκτήματα τόσο των συστημάτων μόνο με αέρα, όσο και μόνο με νερό. Διακρίνονται δύο συστήματα που έχουν διαδεδομένη εφαρμογή: Το σύστημα με Τερματικές Μονάδες Ανεμιστήρα Στοιχείου και κεντρική παροχή πρωτεύοντα αέρα. Το σύστημα αυτό αποτελείται αφ ενός μεν από ένα σύστημα μονό με νερό ΤΜΑΣ και αφ έτερου από ένα σύστημα παροχής πρωτεύοντα αέρα. Το σύστημα με Τερματικές Μονάδες Επαγωγής. Σ αυτό το σύστημα, τόσο ο πρωτεύον αέρας όσο και το νερό (ψυχρό-ζεστό) προσάγονται στις τερματικές μονάδες επαγωγής. Σχήμα 2.5 Σύστημα κλιματισμού αέρα-νερού 37

40 2.4. Συστήματα κλιματισμού με κριτήριο τη θέση των συσκευών και την έκταση εφαρμογής Η πιο διαδεδομένη κατάταξη συστημάτων κλιματισμού βασίζεται σε κριτήρια μεγέθους και εκτάσεως, που συσχετίζουν δηλαδή τη θέση της μονάδας θερμότητας (θερμική μηχανή) με τον κλιματιζόμενο χώρο και την έκταση εφαρμογής του συστήματος κλιματισμού. Με κριτήριο τη θέση των συσκευών κλιματισμού ως προς τον κλιματιζόμενο χώρο και την έκταση εφαρμογής του συστήματος διακρίνονται οι παρακάτω δύο βασικές κατηγορίες συστημάτων κλιματισμού : Τοπικά Συστήματα Κλιματισμού Κεντρικά Συστήματα Κλιματισμού Τοπικά Συστήματα Κλιματισμού Τα συστήματα κλιματισμού που σχεδιάζονται για να κλιματίζουν ένα χώρο (ή ένα μέρος αυτού) από μια θέση μέσα ή άμεσα παρακείμενη σε αυτόν, είναι γνωστά ως τοπικά συστήματα. Το κύριο χαρακτηριστικό των τοπικών μονάδων κλιματισμού είναι ότι μπορούν να τοποθετηθούν σε οποιονδήποτε χώρο, χωρίς να είναι απαραίτητο κάποιο κεντρικό μηχανοστάσιο. Έτσι η κύρια εφαρμογή τους είναι σε χώρους για τους οποίους δεν έχει προβλεφτεί κατά την αρχική κατασκευή κεντρικός κλιματισμός. Κυρίως τα περισσότερα σπίτια επιλέγουν να τοποθετήσουν τοπικά συστήματα κλιματισμού τα κλασσικά air condition τα οποία βρίσκουμε σε όλα τα καταστήματα ηλεκτρικών ειδών και η τεχνική τους ονομασία είναι κλιματιστικά διαιρούμενου τύπου, γιατί αποτελούνται από μια εξωτερική και μια εσωτερική μονάδα Διαιρούμενες αυτόνομες τοπικές κλιματιστικές μονάδες Οι μονάδες αυτού του τύπου μονοπωλούν την αγορά στον χώρο των τοπικών εγκαταστάσεων και, σ' αυτό τον τύπο κλιματιστικής μονάδας, που ονομάζεται αντλία θερμότητας, οφείλεται η τεράστια διάδοση του κλιματισμού τα τελευταία χρόνια. Η αντλία θερμότητας είναι ένα σύστημα κλιματισμού που μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο για ψύξη όσο και για θέρμανση. Η αρχή λειτουργίας της είναι ότι έχει τη δυνατότητα να αναστρέφει την διαδικασία μεταφοράς θερμότητας από ένα σημείο σε ένα άλλο. Οι αντλίες θερμότητας έχουν πολύ καλύτερη ενεργειακή απόδοση από άλλα συστήματα κλιματισμού. Ο λόγος που συμβαίνει αυτό είναι απλός: αντί να καταναλώνει καύσιμα, αυτό που κάνει είναι να "μεταφέρει τη θερμότητα". Για το λόγο αυτό οι αντλίες θερμότητας είναι μέχρι πέντε φορές περισσότερο αποδοτικές, από πλευράς ενέργειας, από άλλα συστήματα κλιματισμού. Η αντλία θερμότητας, επίσης, επιτρέπει την αναστροφή του κύκλου του ψυκτικού. Αυτό που κάνει είναι να αντλεί ενέργεια από το εξωτερικό περιβάλλον και μεταφέρει τη θερμότητα στο εσωτερικό. 38

41 Το κόστος λειτουργίας των αντλιών θερμότητας εξαρτάται μόνο από την κατανάλωση ηλεκτρικού ρεύματος. Στις περισσότερες περιπτώσεις το κόστος αυτό είναι αισθητά χαμηλότερο από το κόστος λειτουργίας και συντήρησης μικρής εγκατάστασης κλασσικού συστήματος κεντρικής θέρμανσης με ζεστό νερό και θερμαντικά σώματα. Η αντλία θερμότητας, εκμεταλλευόμενη ποσά θερμότητας του φυσικού περιβάλλοντος, δίδει συχνά την οικονομικότερη λύση για τον κλιματισμό μεμονωμένων χώρων ή μικρών κτιρίων. Ακόμη, δε συμβάλλει στη ρύπανση του περιβάλλοντος και η εγκατάσταση δεν απαιτεί μεγάλους χώρους. Έχει την ικανότητα να θερμαίνει ή να ψύχει ένα χώρο ανάλογα με τις απαιτήσεις του καταναλωτή, πράγμα, που βέβαια δεν προσφέρει το κοινό καλοριφέρ. Για ήπια κλίματα σαν της χώρας μας, η αντλία θερμότητας παρουσιάζει υψηλό συντελεστή απόδοσης. Σε μεγάλες εγκαταστάσεις αντλιών θερμότητας, η κίνηση δίνεται από μια μηχανή diesel. Στην περίπτωση αυτή ο βαθμός απόδοσης της λειτουργίας της αντλίας θερμότητας είναι σημαντικά μικρότερος σε σχέση με την άμεση καύση πετρελαίου. Αυτό συμβαίνει επειδή το κόστος εγκατάστασης μιας αντλίας θερμότητας είναι μεγαλύτερο από το αντίστοιχο κόστος ενός συμβατικού καλοριφέρ και ο συντελεστής απόδοσης της αντλίας θερμότητας, μειώνεται κατά πολύ σε περιόδους που οι θερμοκρασιακές διαφορές μεταξύ εσωτερικού και εξωτερικού περιβάλλοντος είναι μεγάλες. Η αντλία θερμότητας βρίσκει εφαρμογή στις κατοικίες και τα γραφεία προσφέροντας μείωση (μακροπρόθεσμα ή σε ειδικές περιπτώσεις) των απαιτήσεων σε οικιακά καύσιμα για θέρμανση από %. Για τον κλιματισμό, δροσισμό ή θέρμανση, ανεξάρτητων ή επιλεγμένων χώρων σε κατοικίες, γραφεία κ. α, οι αντλίες θερμότητας αποτελούν ιδανική λύση, τόσο με κριτήριο την αποτελεσματικότητα, όσο και το χαμηλό κόστος Αρχή Λειτουργίας της αντλίας θερμότητας[2] Γνωρίζουμε από το 2ο θερμοδυναμικό αξίωμα, ότι η θερμότητα μεταδίδεται μόνη της από ένα σώμα υψηλότερης θερμοκρασίας σε ένα σώμα χαμηλότερης και ποτέ προς την αντίθετη κατεύθυνση. Και εδώ όμως, η αντιστροφή της φυσικής αυτής κινήσεως είναι δυνατή με την κατανάλωση κάποιας μορφής ενέργειας, π.χ. ηλεκτρικής και την προσφορά αυτής μέσω της αντλίας θερμότητας. Έτσι, με τη βοήθεια μιας πηγής ηλεκτρικού ρεύματος και ενός ψυκτικού κύκλου συμπιέσεως ατμού επιτυγχάνεται η μεταφορά (προς ένα χώρο ή από ένα χώρο) ποσού ενέργειας διπλάσιου ή και τριπλάσιου της καταναλισκόμενης ηλεκτρικής ενέργειας. Το έργο που παράγεται (στον συμπιεστή) W προστίθεται στη θερμότητα που μεταφέρεται Q 1 και έτσι έχουμε: Q 1 + W = Q 2 39

42 Δηλαδή με την αντλία θερμότητας παίρνουμε μεγαλύτερο ποσό ενέργειας από το έργο που καταναλώνουμε και αυτό είναι φυσικό, αφού τη θερμότητα δεν την παράγουμε με το έργο που δαπανούμε, αλλά την αποσπούμε από το εξωτερικό περιβάλλον ή από τον χώρο και τη μεταφέρουμε αντίστοιχα στον χώρο (θέρμανση) ή το περιβάλλον (δροσισμός). Η αρχή λειτουργίας της αντλίας θερμότητας στηρίζεται στη θεωρητική αρχή της μηχανής του Carnot, με αντίθετη φορά. Για τη λειτουργία της μηχανής Carnot απαιτούνται δύο θερμοδοχεία. Ένα θερμοδοχείο υψηλής (Τ 1 ) και ένα χαμηλής θερμοκρασίας (Τ 2 ). Κατά τη λειτουργία της μηχανής αυτής έχουμε την παραγωγή έργου με πρόσδοση θερμότητας. Σε ιδανικές συνθήκες πλήρους αντιστρεψιμότητας και χωρίς απώλειες θερμότητας, ο συντελεστής αποδόσεως του κύκλου αυτού δίδεται από τη σχέση: η = (Τ 1 - Τ 2 )/Τ 1 Η αντιστροφή της λειτουργίας του παραπάνω κύκλου, αποδίδει τη λειτουργία της αντλίας θερμότητας. Εδώ έχουμε την παραγωγή ψυκτικής (θερμαντικής) ισχύος με κατανάλωση μηχανικού έργου. Ο συντελεστής, αποδόσεως της αντλίας θερμότητας σε ιδανικές συνθήκες, ο οποίος χαρακτηρίζει και την ποιότητα της, δίνεται από το αντίστροφο του συντελεστή, που αναφέρεται στη διεθνή βιβλιογραφία ως COP : COP = Τ 1 / (Τι - Τ 2 ) Ο ειδικός αυτός "βαθμός αποδόσεως" (Coefficient of Performance) στην Τ.Ο.ΤΕΕ 2423 χαρακτηρίζεται με τον όρο "συντελεστής λειτουργίας" και κυμαίνεται συνήθως μεταξύ 2,5 και 3, Θεωρητικός κύκλος της αντλίας θερμότητας Ο θερμοδυναμικός κύκλος που αναφέρεται στη διαδοχική ατμοποίηση και υγροποίηση ενός ρευστού, αποτελεί την αφετηρία μελέτης (και λειτουργίας) της αντλίας θερμότητας. Η διαδικασία λειτουργίας μοιάζει σημαντικά με την ανάδρομη μηχανή του Carnot. Η απλοποιημένη κατασκευαστική αρχή του κύκλου, φαίνεται στο σχήμα 2.2, ενώ οι θερμοδυναμικές μεταβολές σε διάγραμμα εντροπίας φαίνονται στο διάγραμμα του σχήματος 2.3. Σχήμα 2.6 Κατασκευαστική αρχή του κύκλου συμπίεσης ατμών[2] 40

43 Μεταβολή 1-2 Ο συμπιεσμένος και υπέρθερμος ατμός εισέρχεται στον συμπυκνωτή, ψύχεται μέχρι την κατάσταση κορεσμού και αποδίδει θερμότητα. Η πίεση παραμένει σταθερή, ενώ έχουμε μικρή πτώση της θερμοκρασίας του ατμού. Μεταβολή 2-3 Ο κορεσμένος ατμός που βρίσκεται μέσα στον συμπυκνωτή, αρχίζει να υγροποιείται υπό σταθερή πίεση, ενώ συγχρόνως αποδίδει τη μεγαλύτερη ποσότητα θερμότητας. Μεταβολή 3-4 Το υγροποιημένο ρευστό εγκαταλείπει τον συμπυκνωτή, περνάει από την εκτονωτική βαλβίδα και ελαττώνεται η πίεση του. Η μεταβολή, αυτή είναι ισενθαλπική, μη αντιστρεπτή και συνοδεύεται από μεγάλη πτώση της θερμοκρασίας. Μεταβολή 4-5 Το υγρό εισέρχεται στον εξατμιστή, παίρνει θερμότητα από την ψυχρή πηγή και ατμοποιείται με σταθερή πίεση και θερμοκρασία. Η αύξηση της ενθαλπίας είναι ισοβαρής. Μεταβολή 5 1 Ο ατμός, που βρίσκεται σε κατάσταση κορεσμού, εισέρχεται στον συμπιεστή. Με τη συμπίεση, η οποία θεωρητικά είναι ισεντροπική, ενώ στην πράξη περίπου ισεντροπική και αρκετά αδιαβατική, λόγω ταχύτητος, ανεβαίνει η θερμοκρασία, η ενθαλπία και η πίεση του ατμού. Διάγραμμα 2.1 Εντροπικό διάγραμμα του κύκλου συμπίεσης ατμών[2] Κατασκευαστικά στοιχεία της αντλίας θερμότητας Τα κύρια στοιχεία από τα οποία αποτελείται μια αντλία θερμότητας είναι: Ο εναλλάκτης θερμότητας (συμπυκνωτής, εξαεριστής) Ο συμπιεστής Ο κινητήρας Το εργαζόμενο (ψυκτικό) ρευστό Η στραγγαλιστική βαλβίδα Ο μηχανισμός αντιστροφής της λειτουργίας του κύκλου Οι αυτοματισμοί που είναι απαραίτητοι για τον έλεγχο και τη λειτουργία του συστήματος. 41

44 Κατηγοριοποίηση των αντλιών θερμότητας Οι αντλίες θερμότητας διακρίνονται σε πολλές κατηγορίες ανάλογα με : το υλικό μέσο που αντλείται και κυκλοφορεί το είδος της κινητήριας μηχανής τη θέση των διαφόρων μηχανισμών τον τρόπο αναστροφής της λειτουργίας τους το είδος του κύκλου που χρησιμοποιείται Ανάλογα με το υλικό μέσο που αντλείται και κυκλοφορεί, σε κλειστό κύκλωμα, και το υλικό μέσο που αποβάλλεται στο περιβάλλον, οι αντλίες θερμότητας χωρίζονται στις πέντε ακόλουθες κατηγορίες: Αέρα Αέρα : Είναι ο πιο συνηθισμένος τρόπος και ευρέως διαδεδομένος στο εμπόριο. Υπάρχουν δύο τρόποι κύκλου αέρα -αέρα. Έτσι διακρίνεται αυτός στον οποίο η εναλλαγή λειτουργίας από ψύξη σε θέρμανση γίνεται μέσω αλλαγής της ροής του ψυκτικού υγρού με τη βοήθεια τετράοδης βαλβίδας, οπότε εναλλάσσονται οι ρόλοι συμπυκνωτή και εξατμιστή. Υπάρχει όμως και αυτός ο τύπος στον οποίο εναλλάσσεται η διεύθυνση της ροής του κυκλοφορούντος εξωτερικού και εσωτερικού αέρα μέσω αεροδιαφραγμάτων (dampers). Στην περίπτωση αυτή η θέση του συμπυκνωτή και του εξατμιστή παραμένουν σταθερές, αλλά ο κλιματιζόμενος αέρας περνά από τον εξατμιστή το καλοκαίρι και από τον συμπυκνωτή τον χειμώνα. Αέρα Νερού : Μπορεί να χρησιμοποιείται μόνο για θέρμανση νερού σε οικιακή ή βιομηχανική εφαρμογή ή για θέρμανση και ψύξη νερού με τη χρήση τετράοδης βαλβίδας. Νερού Νερού : Συνήθως η αντιστροφή λειτουργίας γίνεται μέσω τετράοδης βαλβίδας στον κύκλο του ψυκτικού υγρού. Είναι όμως και εδώ πιο απλό και πρακτικό να γίνει η αντιστροφή αυτή με εναλλαγή του κύκλου του νερού. Νερού Αέρα : Η πηγή ή ο αποδέκτης θερμότητας είναι το νερό, ενώ ο αέρας είναι το μέσο μεταφοράς της θερμότητας, στον ή από τον κλιματιζόμενο χώρο. Εδάφους - Αέρα (και Εδάφους-Νερού) : Εδώ η επιτυχία του συστήματος εξαρτάται από την ποιότητα του εδάφους που περιβάλλει το θαμμένο στο έδαφος τμήμα της αντλίας θερμότητας, την υγρασία, τη σύνθεση, την πυκνότητα και ομοιομορφία του. Επίσης η διαβρωτικότητα του εδάφους και το υλικό των σωληνώσεων επηρεάζουν τόσο την ικανότητα στη μεταφορά θερμότητας, όσο και τον αριθμό των επισκευών που θα χρειαστούν κατά τη διάρκεια ζωής του μηχανήματος. Στην Ελλάδα, οι πιο συνηθισμένες κατηγορίες είναι : αέρα - αέρα και αέρα - νερού, αφενός γιατί αυτοί οι δύο τύποι έχουν το χαμηλότερο κόστος εγκατάστασης 42

45 και συντήρησης, αφετέρου λόγω έλλειψης ποτάμιων και νερών σε κατοικημένες περιοχές. Ανάλογα με το είδος της κινητήριας μηχανής, κατατάσσονται σε δύο είδη: αντλίες θερμότητας με ηλεκτροκινούμενους συμπιεστές αντλίες θερμότητας των οποίων οι συμπιεστές κινούνται από μηχανές εσωτερικής καύσεως (πετρέλαιο, ατμό, αέριο). Ανάλογα με τη θέση των διαφόρων μηχανισμών, οι αντλίες θερμότητας διακρίνονται σε: Ενιαίες ή αυτόνομες (compact or self-contained): Όλοι οι μηχανισμοί βρίσκονται σε κοινό κέλυφος. Διαιρούμενες (split): Όπου ο συμπυκνωτής είναι ανεξάρτητος του υπόλοιπου συστήματος. Ανάλογα με τον τρόπο αναστροφής της λειτουργίας τους (ψυκτικός - θερμικός κύκλος), οι αντλίες θερμότητας χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: Σταθερού κυκλώματος ψυκτικού μέσου: Η ροή του ψυκτικού μέσου διατηρείται σταθερή και αλλάζει η θέση των μέσων προσαγωγής ή απαγωγής της θερμότητας. Μεταβλητού κυκλώματος ψυκτικού μέσου: Γίνεται αναστροφή της ροής του ψυκτικού μέσου. Ανάλογα με το είδος του κύκλου που χρησιμοποιείται, οι αντλίες θερμότητας διακρίνονται σε: Κλειστού κύκλου συμπιεσμένου ατμού Κύκλου μηχανικής ανασυμπιέσεως ατμού με εναλλάκτη θερμότητας Ανοικτού κύκλου ανασυμπιέσεως ατμού Οδηγούμενης απορριπτόμενης θερμότητας από κύκλο Rankine Βιομηχανική εφαρμογή των αντλιών θερμότητας Σε αντίθεση με τις οικιακές αντλίες θερμότητας, όπου η θερμότητα εξάγεται από τον αέρα ή το έδαφος, η πηγή θερμότητας στις βιομηχανικές εφαρμογές είναι συνήθως η απορριπτόμενη θερμότητα. Με τις σύγχρονες αντλίες θερμότητας μπορεί να παραχθεί θερμότητα μέχρι 120 C. Οι πιο συνηθισμένες εφαρμογές στη βιομηχανία είναι οι εξής: Ξηραντήρια Άντληση θερμότητας από βιομηχανικά απόβλητα Άντληση θερμότητας κατά τη συμπύκνωση στις χημικές βιομηχανίες Εργοστάσια Πλαστικών 43

46 Ξηραντήρια. Εδώ το φορτίο θερμάνσεως απορροφάται κυρίως για την εξάτμιση του νερού που υπάρχει στο προϊόν. Ο αέρας υφίσταται αδιαβατική ψύξη κατά την εξάτμιση και η περίσσεια αέρα ίση με την ποσότητα του συνεχώς εισαγόμενου "νωπού" αέρα απορρίπτεται σε υψηλή θερμοκρασία και με μεγάλο ποσοστό υγρασίας στο περιβάλλον. Αν η θερμοκρασία του θερμού και υγρού απορριπτόμενου αέρα δεν υπερβαίνει τους 50 C, η χρησιμοποίηση της αντλίας θερμότητας δίνει εντυπωσιακά αποτελέσματα και αφού λειτουργεί όλο το χρόνο έχει εξαιρετικά σύντομο χρόνο απόσβεσης. Άντληση θερμότητας από βιομηχανικά απόβλητα. Η ευρεία και συνεχώς αυξανόμενη χρήση των εναλλακτών με επίπεδες πλάκες, οι οποίες κατασκευάζονται και από ανοξείδωτο μέταλλο, επιτρέπει τη μετάδοση της θερμότητας με πολύ μικρές διαφορές θερμοκρασίας, σε νερό που κυκλοφορεί σε κλειστό κύκλωμα και ψύχεται από την αντλία θερμότητας. Η θερμότητα που αποβάλλεται μπορεί να χρησιμοποιηθεί για θέρμανση χώρων και νερού χρήσεως ή άλλων θερμικών αναγκών του εργοστασίου. Άντληση θερμότητας κατά τη συμπύκνωση στις χημικές βιομηχανίες. Για παράδειγμα, η συμπύκνωση των απορριπτόμενων πτητικών αερίων, επιτρέπει την ανάκτηση σημαντικού ποσού θερμότητας και επιπλέον, σε συνδυασμό με άλλα μηχανήματα, την εξοικονόμηση όχι μόνο ενέργειας αλλά και πρώτης ύλης. Εργοστάσια Πλαστικών. Τα μηχανήματα πλαστικών ψύχονται και η θερμότητα συνήθως απορρίπτεται στο ύπαιθρο. Με τη βοήθεια αντλίας θερμότητας η απορριπτόμενη ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη θέρμανση ή την κάλυψη άλλων θερμικών αναγκών του εργοστασίου Κεντρικά Συστήματα Κλιματισμού[32] Τα συστήματα κλιματισμού που σχεδιάζονται για να κλιματίζουν τους διάφορους χώρους του κτιρίου από μια κεντρική θέση και αναγνωρίζονται από τις συνιστώσες που απαιτούνται για τη διανομή της ενέργειας κλιματισμού στους χώρους, είναι γνωστά ως κεντρικά συστήματα. Στα κεντρικά συστήματα κλιματισμού το κεντρικό μηχανοστάσιο (λεβητοστάσιο, ψυχροστάσιο, εναλλάκτης θερμότητας) βρίσκεται σχετικά μακριά από τους κλιματιζόμενους χώρους. Οι τερματικές μονάδες που βρίσκονται σε κάθε χώρο, συνδέονται με το κεντρικό μηχανοστάσιο με τη βοήθεια κατάλληλων αγωγών (αεραγωγών ή σωληνώσεων ζεστού - κρύου νερού ή ψυκτικού ρευστού). Μια κεντρική εγκατάσταση κλιματισμού περιλαμβάνει: Την κεντρική μονάδα θερμικής επεξεργασίας, η οποία μπορεί να επεξεργάζεται αέρα, νερό ή ψυκτικό ρευστό. Το δίκτυο αγωγών προσαγωγής ή και απαγωγής θερμότητας (σωληνώσεις ή αεραγωγούς). 44

47 Τα στοιχεία τοπικής επεξεργασίας ή προσαγωγής και διαχύσεως ή παραλαβής της θερμότητας στον (ή από τον) αέρα του χώρου, καθώς και τα στοιχεία παραλαβής και απομακρύνσεως του 'μολυσμένου' αέρα. Τους αυτοματισμούς και τα ανάλογα συστήματα ελέγχου, που είναι απαραίτητα για την προσαρμογή της μονάδας στις ανάγκες των χώρων. Μέχρι το τέλος της δεκαετίας του 50 τα πλέον διαδεδομένα κεντρικά συστήματα κλιματισμού ήταν: Το σύστημα μονής διανομής, μονού αγωγού, σταθερής παροχής Το πολυζωνικό σύστημα κλιματισμού Το σύστημα κλιματισμού με Fan-coils Το σύστημα μονής διανομής, μονού αγωγού, σταθερής παροχής Στο σύστημα αυτό ο αέρας παρασκευάζεται στην κεντρική μονάδα κλιματισμού και μεταφέρεται διαμέσου δικτύου αεραγωγών στους κλιματιζόμενους χώρους. Ο εξωτερικός αέρας αναρροφάται από το ύπαιθρο, αναμιγνύεται στο θάλαμο μίξης με ένα μέρος αέρα που απάγεται από το χώρο και φιλτράρεται. Στη συνέχεια ακολουθεί η επεξεργασία του αέρα και η οδήγηση του μέσω του ανεμιστήρα, των αεραγωγών διανομής και των στομίων στους διάφορους χώρους. Ανάλογα με την εποχή του έτους ο αέρας υφίσταται και διαφορετική επεξεργασία. Το καλοκαίρι συνήθως μετά την ανάμιξη, υφίσταται ψύξη και αφύγρανση και στη συνέχεια μεταθέρμανση. Το χειμώνα οι συνηθισμένες διεργασίες είναι ανάμιξη, θέρμανση, ύγρανση και μεταθέρμανση. Η επεξεργασία του αέρα γίνεται με ένα μέσο, συνήθως νερό, το οποίο αποκτά την αντίστοιχη θερμοκρασία σε μία ψυκτική μηχανή ή σε ένα λέβητα. Στο σύστημα μονής διανομής, μονού αγωγού, σταθερής παροχής η Σχήμα 2.7 Σύστημα μονής διανομής, μονού αγωγού, ρύθμιση της θερμοκρασίας σταθερής παροχής 45

48 των χώρων γίνεται με αντίστοιχη ρύθμιση της θερμοκρασίας του προσαγόμενου αέρα. Είναι το απλούστερο σύστημα κλιματισμού και μπορεί να εξυπηρετήσει μία μόνο ζώνη Το πολυζωνικό σύστημα κλιματισμού Η αρχή λειτουργίας του συστήματος αυτού δεν διαφέρει από αυτή του συστήματος μίας περιοχής. Το σύστημα είναι σταθερής παροχής αλλά σε κάθε ζώνη του κτιρίου (περιοχή με διαφορετική συμπεριφορά φορτίου) οδηγείται αέρας διαφορετικής κατάστασης. Αυτό επιτυγχάνεται με την ανάμιξη θερμού και ψυχρού αέρα σε πιεστικό θάλαμο όπου βρίσκεται ένα ψυκτικό στοιχείο, ένας μεταθερμαντήρας και κατάλληλα ρυθμιστικά διαφράγματα. Τα διαφράγματα ελέγχονται από από τον θερμοστάτη χώρου της αντίστοιχης ζώνης και καθορίζουν πόσος αέρας θα περάσει από το ψυκτικό και πόσος από το θερμαντικό στοιχείο. Σχήμα 2.8 Πολυζωνικό σύστημα κλιματισμού 46

49 Το σύστημα κλιματισμού με Fan-coils Στο σύστημα αυτό ο αέρας του χώρου ψύχεται η θερμαίνεται μέσα σε κατάλληλες τερματικές μονάδες (Fan-coils), στις οποίες κυκλοφορεί θερμό η ψυχρό νερό. Οι μονάδες περιλαμβάνουν θερμαντικό/ψυκτικό στοιχείο εξαναγκασμένης κυκλοφορίας του αέρα, φίλτρα και συνήθως και είσοδο νωπού αέρα από το περιβάλλον. Η παρασκευή και η διανομή ψυχρού/θερμού νερού γίνεται από μία κεντρική εγκατάσταση που περιλαμβάνει ψυκτική μηχανή και λέβητα. Παράλληλα με το δίκτυο νερού μπορεί να υπάρχει και ανεξάρτητο δίκτυο αεραγωγών με Κ.Κ.Μ. για την κάλυψη των αναγκών του κτιρίου σε νωπό αέρα. Σχήμα 2.9 Σύστημα κλιματισμού με τοπικές μονάδες ανεμιστήραστοιχείου και κεντρική παροχή πρωτεύοντα αέρα στις συσκευές Στο τέλος της δεκαετίας του 50 και στις αρχές της δεκαετίας του 60 αρχίζουν οι απαιτήσεις για κλιματισμό των κτιρίων σε περισσότερες ζώνες. Τέσσερα νέα συστήματα κλιματισμού εμφανίζονται: το σύστημα κλιματισμού διπλού αγωγού το σύστημα κλιματισμού μονού αγωγού με αναθέρμανση το σύστημα κλιματισμού με τοπικές μονάδες επαγωγής το σύστημα κλιματισμού μεταβλητής παροχής αέρα 47

50 Το σύστημα κλιματισμού διπλού αγωγού Στο σύστημα αυτό ο αέρας διανέμεται στους χώρους με δύο παράλληλους αεραγωγούς. Ο ένας αεραγωγός μεταφέρει τον ψυχρό και ο άλλος τον θερμό αέρα. Σε κάθε ζώνη ή κλιματιζόμενο χώρο οι κατάλληλες ποσότητες ψυχρού και θερμού αέρα αναμιγνύονται μέσα σε τερματικές συσκευές (κιβώτια) μίξης. Η ανάμιξη, ελέγχεται από τον θερμοστάτη χώρου της ζώνης. Το σύστημα είναι κατάλληλο για μεγάλο αριθμό ζωνών. Σχήμα 2.10 Σύστημα κλιματισμού διπλού αγωγού Το σύστημα κλιματισμού μονού αγωγού με αναθέρμανση Στο σύστημα αυτό, αέρας σταθερής παροχής στέλνεται σε κάθε ζώνη, όπου προστίθεται θερμότητα τοπικά είτε στον αγωγό προσαγωγής είτε σε κατάλληλη τερματική συσκευή διανομής. Η προσθήκη θερμότητας γίνεται σε κατάλληλο στοιχείο νερού, ατμού ή ηλεκτρικό, το οποίο τοποθετείται είτε στην αρχή κάθε ζώνης είτε σε κάθε χώρο ξεχωριστά. 48

51 Σχήμα 2.11 Σύστημα κλιματισμού μονού αγωγού με αναθέρμανση Το σύστημα κλιματισμού με τοπικές μονάδες επαγωγής Στο σύστημα αυτό, για την διαμόρφωση των επιθυμητών συνθηκών του αέρα στους κλιματιζόμενους χώρους παρέχεται από κεντρικές εγκαταστάσεις ταυτόχρονα νερό {θερμό ή ψυχρό) και επεξεργασμένος αέρας σε κατάλληλες τερματικές μονάδες, τις μονάδες επαγωγής (induction units). Ο επεξεργασμένος αέρας εισάγεται στις τερματικές μονάδες επαγωγής με δίκτυο αεραγωγών υψηλής πίεσης και μέσω ρυθμιστικών διαφραγμάτων και ηχοαποσβεστήρα περνάει μέσα από ειδικά ακροφύσια. Το ρεύμα του αέρα υψηλής ταχύτητας επάγει (παρασύρει) τετραπλάσιο περίπου όγκο του αέρα του χώρου, ο οποίος περνάει μέσα από το στοιχείο της μονάδας. Τα δύο ρεύματα αναμιγνύονται μετά το στοιχείο και προσάγονται στον χώρο. Εάν το δίκτυο προσαγωγής νερού είναι 3 η 4 σωλήνων μπορεί το σύστημα να εξυπηρετήσει συγχρόνως ανάγκες και θέρμανσης και ψύξης. 49

52 Σχήμα 2.12 Σύστημα κλιματισμού με τοπικές μονάδες επαγωγής Το σύστημα κλιματισμού μεταβλητής παροχής αέρα Το χαρακτηριστικό του συστήματος αυτού είναι ότι ο αέρας εισέρχεται στους κλιματιζόμενους χώρους με σταθερή θερμοκρασία αλλά η παροχή του αυξομειώνεται ανάλογα με τις διακυμάνσεις του φορτίου των χώρων. Η μεταβολή της παροχής του αέρα γίνεται με κατάλληλες τερματικές συσκευές ρύθμισης-διανομής του αέρα, οι οποίες ελέγχονται από ένα θερμοστάτη. Η μεταβολή της παροχής συνδυάζεται συνήθως με ανεμιστήρα μεταβλητής παροχής ή τοποθετείται ένας ανεμιστήρας παράκαμψης. Η παροχή των ανεμιστήρων ρυθμίζεται από συστήματα ελέγχου της στατικής πίεσης. Σχήμα 2.13 Σύστημα κλιματισμού μεταβλητής παροχής αέρα 50

53 Από τα συστήματα αυτά τα δύο πρώτα συνάντησαν τη μεγαλύτερη αποδοχή. Τα πρώτα συστήματα μεταβλητής παροχής αέρα δεν είχαν μεγάλη επιτυχία λόγω της ατελούς κατασκευής των στομίων του αέρα και των δυσκολιών στην ρύθμιση των ανεμιστήρων. Παράλληλα με τα κεντρικά συστήματα κλιματισμού αρχίζει πλέον και η ευρεία διάδοση των αυτόνομων κλιματιστικών μονάδων. Στην δεκαετία του 60 εμφανίζονται και οι πρώτες αυτόνομες κλιματιστικές μονάδες οροφής. Η ενεργειακή κρίση του 1973 έφερε σημαντικές αλλαγές στη βιομηχανία του κλιματισμού. Η ενέργεια στα πέντε χρόνια που ακολούθησαν αυξήθηκε κατά 500%. Οι καιροί απαιτούσαν πιο αποδοτικά συστήματα κλιματισμού με χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας. Ο όρος "βαθμός απόδοσης" μπήκε πλέον στο λεξιλόγιο του μηχανικού. Συστήματα με ταυτόχρονη θέρμανση και ψύξη όπως το σύστημα διπλού αγωγού και το σύστημα μονού αγωγού με αναθέρμανση παραμερίστηκαν Παραλλαγές του συστήματος μεταβλητής παροχής αέρα (ΜΠΑ ή VAV) 1)Το σύστημα ΜΠΑ με διπλό αγωγό και δυνατότητα εναλλαγής από ψύξη σε θέρμανση και αντιστρόφως Στο σύστημα αυτό στις τερματικές συσκευές ρύθμισης και διανομής του αέρα συνδέονται δύο συστήματα αγωγών, από τα οποία το ένα παρέχει ψυχρό και το άλλο θερμό αέρα. Ανάλογα με τις απαιτήσεις παρέχεται θέρμανση ή ψύξη. Η κεντρική εγκατάσταση είναι ίδια όπως στο κλασσικό σύστημα ΜΠΑ. 2)Το σύστημα ΜΠΑ με τερματικές μονάδες που έχουν κιβώτιο μίξης και ενσωματωμένο ανεμιστήρα εν σειρά ή εν παραλλήλω Το σύστημα αυτό μπορεί να συνδυαστεί και με μεταθέρμανση. Είναι κατάλληλο για να εξασφαλίζει καλή κυκλοφορία του αέρα σε περιόδους ελάττωσης του φορτίου. Οι τερματικές μονάδες είναι εγκατεστημένες στην ψευδοροφή των χώρων. Σε περιόδους απαίτησης θέρμανσης, ο ανεμιστήρας αναρροφά αέρα από το χώρο ή περνά μέσα από το θερμαντικό στοιχείο, όπου προστίθεται θερμότητα εάν απαιτείται. Η τελική ρύθμιση της κατάστασης του αέρα γίνεται με ανάμιξη θερμού και ψυχρού αέρα. Σε περιόδους απαίτησης ψύξης, ψυχρός αέρας διοχετεύεται στις τερματικές μονάδες, όπως στο κλασσικό σύστημα ΜΠΑ. Η κεντρική εγκατάσταση είναι ίδια όπως στο κλασσικό σύστημα ΜΠΑ. 3)Το σύστημα κλιματισμού ψυκτικού ρευστού-αέρα (VRV) Στο σύστημα αυτό στις τερματικές μονάδες των χώρων οδηγείται ψυκτικό ρευστό, αντί του θερμού ή κρύου νερού. Δηλαδή οι τερματικές μονάδες είναι εναλλάκτες "ψυκτικού ρευστού-αέρα". Κάθε εξωτερική μονάδα μπορεί να συνδεθεί με ένα αριθμό εσωτερικών μονάδων τύπου δαπέδου, οροφής, τοίχου κλπ οι οποίες μπορούν να δεχθούν και νωπό εξωτερικό αέρα. Η εξωτερική μονάδα, ανάλογα με τον τύπο της, μπορεί να παρέχει μόνο θέρμανση ή μόνο ψύξη ή και τα δύο ταυτοχρόνως. 51

54 Σε περιπτώσεις μερικού φορτίου, η ισχύς της εξωτερικής μονάδας ρυθμίζεται με τη βοήθεια ενός μετατροπέα συχνότητας (inverter) και έτσι εξοικονομείται ενέργεια. Σχήμα 2.14 Σύστημα κλιματισμού ψυκτικού ρευστού-αέρα (VRV) Το νέο αυτό σύστημα αποτέλεσε την απαρχή μίας νέας γενιάς πολυδιαιρούμενων - πολυζωνικών συστημάτων VRV (Variable Refrigerant Volume) μεταβλητού όγκου ψυκτικού μέσου, όπου η εξωτερική μονάδα - αντλία θερμότητας μπορεί να συνδεθεί με πολλαπλές εσωτερικές μονάδες μέσω ενός κεντρικού δικτύου ψυκτικών σωληνώσεων. Τα πιο εξελιγμένα συστήματα VRV σημερινής γενιάς έχουν την δυνατότητα σύνδεσης έως και 16 εσωτερικών μονάδων σε 1 εξωτερική μονάδα, γραμμικό έλεγχο απόδοσης μέσω συμπιεστών Inverter % και δυνατότητα ανάπτυξης του κεντρικού δικτύου σωληνώσεων μέχρι και 100 μέτρα ανά εσωτερική μονάδα, με μέγιστη υψομετρική διαφορά εξωτερικής - εσωτερικής μονάδας 50 μέτρα και μεταξύ εσωτερικών μονάδων 15 μέτρα. Επίσης μπορούν να λειτουργούν σε ακραίες εξωτερικές συνθήκες περιβάλλοντος, από -15 C στην θέρμανση έως + 45 C στην ψύξη Συστήματα κλιματισμού με αντλίες θερμότητας Το σύστημα αυτό λειτουργεί με αντλίες θερμότητας νερού-αέρα και συνδυάζει ταυτόχρονη θέρμανση και ψύξη σε όλους τους χώρους ενός κτιρίου ενώ παράλληλα αξιοποιεί ενέργεια, η οποία σε συνηθισμένες περιπτώσεις θα απορριπτόταν στο περιβάλλον. Σε κάθε χώρο υπάρχει μία ή περισσότερες αντλίες θερμότητας νερού-αέρα. Όλες οι αντλίες θερμότητας 52

55 συνδέονται μεταξύ τους με ένα δισωλήνιο σύστημα νερού, το οποίο δέχεται την απορριπτόμενη θερμότητα από τις μονάδες που λειτουργούν σε ψύξη ή παρέχει την απαραίτητα θερμότητα στις μονάδες που λειτουργούν σε θέρμανση. 1) Θερινή λειτουργία. Όταν ο καιρός είναι ζεστός όλες οι μονάδες λειτουργούν σε ψύξη. Η θερμότητα που αφαιρείται από τους χώρους μεταφέρεται στο δίκτυο του νερού. Η θερμότητα αυτή απορρίπτεται στο περιβάλλον μέσω ενός πύργου ψύξης. Η θερμοκρασία εξόδου του νερού από τον πύργο ψύξης είναι περίπου 32 C. 2) Λειτουργία άνοιξης-φθινοπώρου. Στις ενδιάμεσες εποχές, οι μονάδες που βρίσκονται στη σκιερή πλευρά ενός κτιρίου μπορούν να λειτουργούν σε θέρμανση ενώ οι μονάδες της ηλιαζόμενης πλευράς σε ψύξη. Όταν η αναλογία της λειτουργίας των Α.Θ. είναι περίπου 40% ψύξη με 60% θέρμανση, τότε η απόρριψη και η απαίτηση θερμότητας στο δίκτυο του νερού βρίσκεται σχεδόν σε ισορροπία. Οι θερμοκρασίες του νερού κυμαίνονται μεταξύ 13 και 32 C, επομένως δεν απαιτείται λειτουργία του λέβητα ή του πύργου ψύξης. 3) Χειμερινή λειτουργία. Στη διάρκεια του χειμώνα και σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες όλες οι μονάδες συνήθως λειτουργούν σε θέρμανση. Τότε χρειάζεται να προστεθεί θερμότητα στο δίκτυο από ένα λέβητα θερμού νερού. Ο λέβητας μπαίνει σε λειτουργία όταν η θερμοκρασία του νερού πέσει κάτω από ένα ορισμένο όριο (συνήθως 15 C). 4) Χειμερινή λειτουργία με απαίτηση σε ψύξη και θέρμανση. Σε κτίρια με υψηλά εσωτερικά φορτία από φώτα, ανθρώπους και συσκευές είναι πολλές φορές πιθανόν ορισμένοι χώροι το χειμώνα να έχουν ανάγκη από ψύξη. Οι μονάδες που λειτουργούν σε ψύξη απορρίπτουν θερμότητα στο κύκλωμα του νερού και υποβοηθούν τη λειτουργία του λέβητα. Σχήμα 2.15 Σύστημα ανάκτησης θερμότητας με Α.Θ. νερού-αέρα σε θερινή λειτουργία 53

56 Σχήμα 2.16 Σύστημα ανάκτησης θερμότητας με Α.Θ. νερού-αέρα σε χειμερινή λειτουργία Κατασκευαστικά στοιχεία μονάδων κεντρικής επεξεργασίας του αέρα Κάθε κεντρική μονάδα επεξεργασίας αέρα, αποτελείται από τα ακόλουθα τμήματα, στα οποία είναι τοποθετημένα τα διάφορα εξαρτήματα επεξεργασίας του αέρα : Τμήμα καθαρισμού του αέρα Τμήμα αναμίξεως του αέρα Τμήμα μετωπικών και παρακαμπτηρίων διαφραγμάτων Τμήμα θερμικής επεξεργασίας Τμήμα υγράνσεως του αέρα Τμήμα ανεμιστήρων Τμήμα καθαρισμού του αέρα Ο καθαρισμός του αέρα επιτυγχάνεται με φίλτρα επίπεδης ή γωνιακής μορφής, καθοριζόμενου ή απορριπτόμενου τύπου, και κατάλληλους οδηγούς για την εύκολη τοποθέτηση και εξαγωγή τους. Η ποιότητα και το είδος των φίλτρων, η στεγανότητα στη διέλευση αφιλτράριστου αέρα μεταξύ των φίλτρων ή μεταξύ φίλτρων και κελύφους, πρέπει να καθορίζονται από τον μελετητή, ανάλογα με τη χρήση της κλιματιστικής συσκευής. Τα κυρίως χρησιμοποιούμενα φίλτρα στις κεντρικές μονάδες κλιματισμού είναι τα κολλοειδή, τα ξηρά και τα ηλεκτροστατικά φίλτρα. Τμήμα αναμίξεως του αέρα Στις περισσότερες περιπτώσεις, ένα ποσοστό του αέρα επιστροφής, επαναχρησιμοποιείται αναμειγνυόμενος με νωπό αέρα. Στο τμήμα αυτό συνδέονται οι αεραγωγοί προσαγωγής νωπού αέρα και αέρα ανακυκλοφορίας, άμεσα ή έμμεσα. 54

57 Έμμεση είναι η σύνδεση όταν προηγούνται τμήματα προεργασίας, καθαρισμού ή θερμικής, των ποσοτήτων αέρα των οποίων θα γίνει η ανάμιξη. Στα σημεία προσαγωγής υπάρχουν πολύφυλλα διαφράγματα για τη ρύθμιση της παροχής. Τα διαφράγματα αυτά είναι συνήθως διασυνδεδεμένα και κινούμενα αντίθετα, έτσι ώστε όσο ανοίγει το διάφραγμα του ανακυκλοφορούντος αέρα, τόσο κλείνει αντίστοιχα το διάφραγμα του νωπού. Τμήμα μετωπικών και παρακαμπτηρίων διαφραγμάτων Το τμήμα αυτό συνήθως παραλείπεται στις μικρές εγκαταστάσεις κλιματισμού. Χρησιμοποιείται όταν είναι επιθυμητό ένα μέρος του αέρα να μην υποβληθεί σε θερμική επεξεργασία δηλ. να παρακάμψει ('by pass') το τμήμα της επεξεργασίας και να οδηγηθεί κατ' ευθείαν στο τμήμα του ανεμιστήρα προσαγωγής. Εσωτερικά αποτελείται από δύο αντίθετα κινούμενα διαφράγματα, ένα πίσω από το τμήμα επεξεργασίας και ένα από επάνω. Με τη βοήθεια χειρομοχλού ή σερβοκινητήρα, ρυθμίζεται η ποσότητα του αέρα που θα περάσει από την παράκαμψη (by pass). Τμήμα θερμικής επεξεργασίας Αποτελεί το βασικότερο τμήμα μιας κεντρικής μονάδας επεξεργασίας του αέρα κλιματισμού. Εδώ γίνεται η μετάδοση της θερμότητας από το νερό (ή ατμό ή ψυκτικό ρευστό) στον αέρα. Εσωτερικά του τμήματος υπάρχουν τα στοιχεία, ψυκτικό και θερμαντικό ή μόνο ένα κοινό. Η ικανοποιητική μεταφορά ('εναλλαγή') θερμότητας από το νερό στο στοιχείο, εξαρτάται από τον τρόπο κατασκευής του στοιχείου. Τα συνήθως χρησιμοποιούμενα στοιχεία κατασκευάζονται από σωλήνες χαλκού 3/8" ή 5/8" με πτερύγια από αλουμίνιο, μηχανικά εκτονωμένα στους σωλήνες χαλκού και με διάφορες πυκνότητες πτερυγίων, ανά μονάδα μήκους σωλήνα. Η ποιότητα της εκτόνωσης και η διαμόρφωση των πτερυγίων καθορίζουν την απόδοση του στοιχείου ανά μονάδα επιφάνειας, για δεδομένη ταχύτητα και θερμοκρασία εισόδου του αέρα. Τμήμα υγράνσεως του αέρα Το τμήμα αυτό συνήθως είναι ενσωματωμένο ή βρίσκεται σε άμεση επαφή (και διαδοχή) με το τμήμα θερμικής επεξεργασίας. Αποτελείται εσωτερικά από ένα σωλήνα με ακροφύσια (μπεκ). Είναι τοποθετημένος επάνω από μία λεκάνη και καταλήγει εξωτερικά της μονάδας όπου και συνδέεται μέσω μιας ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας με δίκτυο νερού. Στο πρόσθιο μέρος του τμήματος τοποθετούνται οι σταγονοσυλλέκτες, για τη συγκράτηση των σταγονιδίων που παρασύρονται από τον αέρα. Όταν οι απαιτήσεις υγράνσεως είναι αυξημένες, μπορεί να τοποθετηθεί και αντλία ανακυκλοφορίας του νερού της υγράνσεως (για μικρότερη κατανάλωση νερού), καθώς επίσης και υγραντήρας ατμού. Τμήμα ανεμιστήρων Η κεντρική μονάδα επεξεργασίας του αέρα, περιλαμβάνει ανεμιστήρα ή ανεμιστήρες οι οποίοι δημιουργούν την απαραίτητη υποπίεση ή υπερπίεση για τη ροή του αέρα, τόσο στην κλιματιστική μονάδα, όσο, και τους αεραγωγούς. Η σωστή επιλογή του ανεμιστήρα είναι καθοριστικός παράγοντας για τον θόρυβο της μονάδας, 55

58 τους κραδασμούς και την οικονομία στη λειτουργία. Χρησιμοποιούνται συνήθως δύο τύποι ανεμιστήρων: 1. Ανεμιστήρες εμπρός κεκλιμένων πτερυγίων (Forward) 2. Ανεμιστήρες πίσω κεκλιμένων πτερυγίων (Backward) Για χαμηλές στατικές πιέσεις δικτύου χρησιμοποιούνται ανεμιστήρες με εμπρός κεκλιμένα πτερύγια, λόγω των πλεονεκτημάτων των πτερωτών του τύπου αυτού στις χαμηλές πιέσεις, για να εξασφαλιστεί χαμηλή στάθμη θορύβου. Για υψηλότερες στατικές πιέσεις προτιμώνται οι ανεμιστήρες με πτερωτές πίσω κεκλιμένων πτερυγίων, γιατί παρουσιάζουν καλύτερη λειτουργία σε αυτές τις συνθήκες, καλύτερο βαθμό απόδοσης και μικρότερο θόρυβο. Διάγραμμα 2.2 Διάγραμμα διάχυσης θορύβου για διαφορετικές στατικές πιέσεις 56