... χάρη στο βελτιωµένο έλεγχο της ποιότητας του αέρα σε συστήµατα εξαερισµού και κλιµατισµού (EN 13779) 1 κύριος Hannes Lütz Προϊστάµενος τµήµατος προϊόντων CentraLine c/o Honeywell GmbH 06 I 2008 Συχνά γίνεται συζήτηση για τον ακριβή έλεγχο της ποιότητας του αέρα, αλλά σπάνια υλοποιείται στην πράξη. Ωστόσο, µπορεί να συµβάλλει σηµαντικά στη µείωση του κόστους λειτουργίας των συστηµάτων εξαερισµού και κλιµατισµού. Παρ όλο που οι προτάσεις για τον έλεγχο του CO 2 κατατίθενται ήδη από το 1916, οι τεχνολογίες για την επίτευξη των αναφερόµενων στόχων ήταν πάντοτε πολύ ακριβές και οι τιµές της ενέργειας πολύ χαµηλές µε αποτέλεσµα οι κινήσεις προς αυτήν την κατεύθυνση να µην ήταν ελκυστικές. Λόγω των σηµερινών υψηλών τιµών της ενέργειας, ο έλεγχος του CO 2 αναδεικνύεται σε ρεαλιστική αναγκαιότητα, ενώ οι σύγχρονες τεχνολογίες εξασφαλίζουν την εξαιρετικά απλή υλοποίηση. Κατ αυτόν τον τρόπο παρέχεται η δυνατότητα αναβάθµισης τόσο νέων όσο και υφιστάµενων εγκαταστάσεων. Η οδηγία της ΕΕ για την ενεργειακή απόδοση των κτιρίων (EPBD) (2) και άλλα νέα πρότυπα στηρίζουν τη χρήση αυτών των συστηµάτων λόγω των τεράστιων δυνατοτήτων εξοικονόµησης. Το κόστος της παροχής καθαρού αέρα σε κτίρια είναι πολύ υψηλό λόγω του ενεργειακού περιεχοµένου του χρησιµοποιηµένου αέρα και της ενέργειας µεταφοράς του αέρα. 1 DIN EN 13779: Εξαερισµός κτιρίων που δεν προορίζονται για κατοίκηση Γενικές αρχές και απαιτήσεις για συστήµατα εξαερισµού και κλιµατισµού, 2005, DIN Deutsches Institut für Normung e. V. 2 Οδηγία της ΕΕ «Ενεργειακή απόδοση κτιρίων» (EPBD) της 16ης Δεκεµβρίου 2002
Μία παλιά ιστορία; Ο έλεγχος του CO 2 δεν αποτελεί νέο ζήτηµα. Ήδη στις αρχές του 20ου αιώνα, Αµερικανοί µηχανικοί γνώριζαν ήδη τις µεγάλες δυνατότητες δυναµικό εξοικονόµησης αυτής της µεθόδου: 1916 Engineers Handbook Εικόνα 1: Εγχειρίδιο µηχανικού του 1916 3 «Μέσω ελέγχων CO 2... θα πρέπει να ελέγχεται η ανανέωση της ατµόσφαιρας και η κατανοµή του αέρα στο χώρο. το ποσοστό του CO 2 ΔΕΝ πρέπει να υπερβαίνει τα 8 έως 10 µέρη ανά 10.000 µέρη.» «Παλαιά» πρότυπα και το νέο πρότυπο EN 13779 Τα πρότυπα κυριαρχούν κατά κανόνα στην ανάπτυξη συστηµάτων εξαερισµού. Ιδίως το ποσοστό «νωπού» αέρα αποτελεί ένα κριτήριο σχεδιασµού που καθορίζει το συνολικό µέγεθος του συστήµατος. Η οδηγία EN1946, µέρος 2 της ΕΕ και το πρότυπο ASHRAE 62-1989 των ΗΠΑ εξακολουθούν να προσδιορίζουν την ποσότητα καθαρού αέρα µε βάση το εµβαδόν και ένα σταθερό αριθµό ατόµων. Το νέο πρότυπο EN 13779 της ΕΕ που βασίζεται στην οδηγία EPBD, περιλαµβάνει ήδη την επιλογή της διαµόρφωσης της παροχής καθαρού αέρα ως µεταβλητή σε συνάρτηση µε την ποιότητα του αέρα και θεωρεί την ποιότητα του αέρα το σηµαντικότερο στοιχείο ενός οικονοµικά αποδοτικού συστήµατος κλιµατισµού. 3 General Electric: Πληροφορίες σχετικές µε τις τεχνικές µέτρησης του CO2
Τεχνική µέτρησης Στους σύγχρονους αισθητήρες CO 2 βρίσκονται τα ακόλουθα στοιχεία: µία πηγή υπέρυθρης ακτινοβολίας που εκπέµπει ακτινοβολία µέσω του πατενταρισµένου κυµατοδηγού, ένα οπτικό φίλτρο από το οποίο διέρχεται µόνο το επιθυµητό µήκος κύµατος, ένας ανιχνευτής που προσδιορίζει την ποσότητα της υπέρυθρης ακτινοβολίας. Όσο µεγαλύτερο είναι το ποσοστό CO 2 στο θάλαµο, τόσο µικρότερη είναι η ποσότητα της υπέρυθρης ακτινοβολίας που καταλήγει στον ανιχνευτή. διαφράγµατα διάχυσης ειδικό υπέρυθρο φίλτρο µικροεπεξεργαστής ανιχνευτή θερµοστοιχείου Λυχνία πυράκτωσης υπέρυθρης ακτινοβολίας 1.25" πατενταρισµένος κυµατοδηγός µικροεπεξεργαστής Εικόνα 2: Σύγχρονοι αισθητήρες CO2 3 Οι αισθητήρες µπορούν να περιλαµβάνουν επίσης έναν αναλογικό ρυθµιστή και/ή ένα απλό οριοδιακόπτη. Στην περίπτωση αυτή παρέχεται η δυνατότητα απευθείας διαχείρισης µικρών εφαρµογών µέσω του συστήµατος ελέγχου του αισθητήρα. Σε κάθε περίπτωση µεταδίδεται ένα γραµµικό σήµα εξόδου 0 10 V ή 4 20 ma, το οποίο αντιστοιχεί στη συγκέντρωση CO 2 σε ppm (µέρη ανά εκατοµµύριο). Ανάλογα µε την ακρίβεια του αισθητήρα και το προφίλ απαιτήσεων, αυτό το σήµα εξόδου µπορεί να κλιµακοποιείται για διάφορα πεδία µετρήσεων. Κατά κανόνα, οι αισθητήρες θα πρέπει να καλύπτουν ένα πεδίο µέτρησης 0 2000 ppm CO 2. Η µέτρηση βασίζεται στις ιδιότητες απορρόφησης του CO 2. Η δράση αυτού του αερίου µπορεί να φιλτραριστεί επιλεκτικά από όλες τις άλλες επιδράσεις, γεγονός που καθιστά δυνατή την επίτευξη αποτελεσµάτων µέτρησης εξαιρετικής ακρίβειας. 3 General Electric: Πληροφορίες σχετικές µε τις τεχνικές µέτρησης του CO2
Αυτό το φυσικό φαινόµενο περιγράφεται στο ακόλουθο διάγραµµα: Απορρόφηση υπέρυθρης ακτινοβολίας διαφόρων αερίων Μετάδοση Υδρατµός Υδρογονάνθρακας Διοξείδιο του άνθρακα Μονοξείδιο του άνθρακα NOx Υδρατµός Διοξείδιο του θείου Ψυκτικό µέσο Πτητικές οργανικές ενώσεις Όζον 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Εικόνα 3: Φυσικές ιδιότητες του CO2 3 Μήκος κύµατος (σε µικρόµετρα) Αυτή η µέθοδος µέτρησης έχει αποδειχθεί εξαιρετικά αξιόπιστη στο βαθµό που δεν απαιτείται πλέον βαθµονόµηση. Είναι η πλέον αξιόπιστη και ακριβής µεταξύ όλων των διαθέσιµων µεθόδων µέτρησης. Ανάλογα µε το είδος του συστήµατος, οι αισθητήρες µπορούν να εγκαθίστανται στον τοίχο µέσα στον αντίστοιχο χώρο ή µέσα στον αγωγό εξαγωγής χρησιµοποιηµένου αέρα. Εικόνα 4: Οι αισθητήρες CO2 και ποιότητας αέρα, όπως οι αισθητήρες Command της εταιρείας CentraLine, παρέχουν την ακριβή συγκέντρωση CO2 και άλλων ρύπων. 3 General Electric: Πληροφορίες σχετικές µε τις τεχνικές µέτρησης του CO2
Χαρακτηριστικά πεδία εφαρµογής Αυτή η τεχνολογία µπορεί να χρησιµοποιηθεί σε συστήµατα εξαερισµού όλων των κτιρίων επαγγελµατικής χρήσης µε διαρκώς υψηλή ή κυµαινόµενη πυκνότητα επισκεπτών. Ιδίως είναι σκόπιµη η χρήση σε κτίρια γραφείων, σχολεία, συνεδριακά κέντρα, θέατρα, σούπερ µάρκετ, κέντρα θεραπειών και κινηµατογράφους. Έλεγχος Ένα σύστηµα ελέγχου CO 2 προσαρµόζεται στο αντίστοιχο σύστηµα θέρµανσης, ψύξης και εξαερισµού. Στα νέα συστήµατα, ο εξαερισµός περιλαµβάνει επίσης τη θέρµανση και την ψύξη λόγω των απωλειών µετάδοσης (χωρίς στατική θέρµανση και ψύξη). Στην περίπτωση αυτή ισχύουν οι εξής προδιαγραφές: Για µεταβλητή παροχή καθαρού αέρα και λειτουργία κενού χώρου απαιτείται ένας θάλαµος ανάµειξης. Ο καθαρός αέρας παρέχεται µε τον ελάχιστο αριθµό στροφών ανεµιστήρα. Ο αριθµός στροφών του ανεµιστήρα πρέπει να αυξάνεται όταν ο ελάχιστος αριθµός στροφών δεν επαρκεί για την απαιτούµενη ποιότητα αέρα, θέρµανση ή ψύξη. Σε κτίρια ενιαίου χώρου, όπως κινηµατογράφους, αίθουσες θεάτρων και σούπερ µάρκετ, ο αισθητήρας πρέπει να βρίσκεται στον αγωγό εξαγωγής χρησιµοποιηµένου αέρα. Άλλα κτίρια πρέπει να διαθέτουν ανεξάρτητα συστήµατα ελέγχου για τους επιµέρους χώρους. Η γκάµα των διαθέσιµων συστηµάτων είναι µεγάλη. Για κάθε περίπτωση εφαρµογής πρέπει συνεπώς να επιλέγεται η εκάστοτε πλέον κατάλληλη λύση: Σε µικρές εγκαταστάσεις µπορεί να αρκεί ο ανεµιστήρας να ενεργοποιείται και να απενεργοποιείται ανάλογα µε τις πληροφορίες που µεταδίδει ο αισθητήρας. Ο αισθητήρας πρέπει να είναι εξοπλισµένος µε οριοδιακόπτη. Τα συστήµατα µε θάλαµο ανάµειξης µπορούν να επεκταθούν µε την προσθήκη ενός αναλογικού ρυθµιστή CO 2 και µίας ανάλογης διάταξης, η οποία επιλέγει το µέγιστο σήµα από το διενεργούµενο έλεγχο θερµοκρασίας και το νέο έλεγχο ποιότητας του αέρα. Αυτή η επέκταση είναι εποµένως ανεξάρτητη από το υφιστάµενο σύστηµα ελέγχου του κτιρίου. Τα συστήµατα παροχής καθαρού αέρα µπορούν να επεκταθούν µόνο µε την προσθήκη ενός ελέγχου ποιότητας του αέρα στο µετατροπέα συχνότητας του ανεµιστήρα. Σε ορισµένες περιπτώσεις απαιτείται αντικατάσταση του κινητήρα του ανεµιστήρα, όταν πρόκειται να χρησιµοποιηθεί µετατροπέας συχνότητας (λόγω της πολύ χαµηλής κατηγορίας µόνωσης). Το σύστηµα ελέγχου περιλαµβάνει έναν αισθητήρα CO 2, έναν αναλογικό ρυθµιστή και έναν ενισχυτή σήµατος. Θάλαµος ανάµειξης και µετατροπέας συχνότητας: η αντίστοιχη λειτουργία µπορεί να εξασφαλισθεί µόνο µέσω του συστήµατος ελέγχου του κτιρίου. Για το λόγο αυτό ενδεχοµένως να απαιτηθεί αναβάθµιση ολόκληρου του συστήµατος ποιότητας αέρα.
Δαπάνες θέρµανσης/ ψύξης ανά kwh Κόστος ηλεκτρικού ρεύµατος ανά kwh Δαπάνες συντήρησης Συνθήκες χώρου Οσµές ξένες προσµείξεις εξωτερικές ατµοσφαιρικές συνθήκες Σύστηµα θέρµανσης/ ψύξης Παροχή «νωπού» αέρα, σύστηµα ογκοµετρικής παροχής Ανάκτηση θερµότητας Σύστηµα ελέγχου κτιρίου Ενεργειακές απώλειες στο χρησιµοποιηµένο αέρα σε kwh Ενεργειακές απώλειες στο κτίριο σε kwh Ηχοστάθµη: η χαµηλότερη δυνατή Θερµοκρασία: 20 26 C Περιεκτικότητα σε CO2: 800 1200 ppm Υγρασία της ατµόσφαιρας: 30 70 % Εικόνα 5: Επιπτώσεις στον έλεγχο ποιότητας αέρα Πώς µπορεί να υπολογισθεί η εξοικονόµηση; Παρατίθενται δύο απλουστευµένοι ενδεικτικοί υπολογισµοί: 1. Εξοικονόµηση χάρη στη µειωµένη θερµαντική και ψυκτική ενέργεια Περιττές απώλειες ενέργειας εξαιτίας της υπερβολικής παροχής 10.000 m3/h καθαρού αέρα: π.χ. κατά τη θερινή περίοδο = 4 µήνες ψύξη από εξωτερική θερµοκρασία 30 C σε 26 C π.χ. κατά τη χειµερινή περίοδο = 4 µήνες θέρµανση από εξωτερική θερµοκρασία 4 C σε 22 C Εξοικονοµούµενη ψυκτική ενέργεια = 7100 kwh Οικονοµία: 2130 Εξοικονοµούµενη θερµαντική ενέργεια = 32000 kwh Οικονοµία: 2331 Συνολική οικονοµία = 4461 /έτος Βάση: 1 kg πετρέλαιο θέρµανσης = 0,85 1 kg πετρέλαιο θέρµανσης = 42000 kj 1 kwh ενέργεια θέρµανσης/ψύξης = 3600 kj 1 kwh ηλεκτρ. ενέργειας = 0,30 2. Εξοικονόµηση χάρη στη µειωµένη παροχή αέρα Περιττές απώλειες ενέργειας εξαιτίας της υπερβολικής παροχής 10.000 m3/h «νωπού» αέρα: Η λύση: µείωση της ογκοµετρικής παροχής αέρα από 20.000 m3/h στα 10.000 m3/h Π.χ. η µείωση από 20.000 m3/h µε 2000 Pa (11,1 kw) στα 10.000 m3/h (1,4 kw) µε 2000 h/a αποφέρει εξοικονόµηση 19400 kwh Συνολική οικονοµία = 5800 /έτος Βάση: απόδοση ανεµιστήρα 100%, 1 kwh ηλεκτ. ενέργειας = 0,30
Εναλλακτικές λύσεις Οι αισθητήρες ποιότητας αέρα µε βάση αέρια που οξειδώνονται, όπως π.χ. οσµές και µονοξείδιο του άνθρακα, µπορούν να χρησιµοποιηθούν ανάλογα, όταν το CO 2 δεν αποτελεί την κύρια µεταβλητή ελέγχου. Εν δυνάµει πεδία εφαρµογής είναι εστιατόρια και αποδυτήρια αθλητικών εγκαταστάσεων. Πρόσθετα πλεονεκτήµατα Επειδή ο έλεγχος ποιότητας αέρα οδηγεί σε κάθε περίπτωση σε συνθήκες φορτίου κάτω του ονοµαστικού εύρους, η φθορά όλων των εξαρτηµάτων περιορίζεται και η διάρκεια ζωής του συστήµατος παρατείνεται. Ένα ακόµη δευτερεύον πλεονέκτηµα για το άνετο περιβάλλον κατοικίας και εργασίας είναι ο µειωµένος θόρυβος. Σύνοψη Λόγω του αυξανόµενου κόστους της ενέργειας µεγαλώνει το ενδιαφέρον για συστήµατα ελέγχου του CO 2. Οι σχεδιαστές και οι εγκαταστάτες µπορούν να συµβάλλουν στη µείωση του κόστους, αξιοποιώντας αυτή τη δοκιµασµένη τεχνολογία και χρησιµοποιώντας αισθητήρες CO 2 ή αντίστοιχες εναλλακτικές λύσεις. Η ποσοστιαία εξοικονόµηση ενέργειας προσδιορίζεται σε διψήφιο αριθµό. Εκτός αυτού, ο έλεγχος ποιότητας του αέρα παρατείνει τη διάρκεια ζωής του συστήµατος εξαερισµού και εξασφαλίζει στους ενοίκους µεγαλύτερη άνεση. Οι συνεργάτες της εταιρείας CentraLine παρέχουν στους σχεδιαστές και στους χρήστες των κτιρίων άριστες συµβουλευτικές υπηρεσίες και υποστήριξη. Οι συνεργάτες είναι ειδικοί σε θέµατα ελέγχου ποιότητας αέρα, ενηµερώνονται τακτικά από την CentraLine σχετικά µε τις πλέον σύγχρονες τεχνολογίες και οδηγίες και ανταποκρίνονται στις υψηλότερες απαιτήσεις ποιότητας καθ όλα τα στάδια του έργου, από το σχεδιασµό έως την εγκατάσταση, τη θέση σε λειτουργία και την παροχή υποστήριξης καθ όλη τη διάρκεια ζωής. Συντάκτης: κύριος Hannes Lütz Προϊστάµενος τµήµατος προϊόντων CentraLine c/o Honeywell GmbH Βρείτε περισσότερες πληροφορίες και σχετικά άρθρα για την εξοικονόµιση ενέργειας, στην ιστοσελόδα της Centraline ή επικοινωνήστε απευθείας µε εµάς. www.centraline.com CentraLine Honeywell E.P.E 25 Politechniou Str Athens-Greece Tel +30 210 2848049