Klimatyzacja

Klimatyzacja – proces przetwarzania powietrza w pomieszczeniu, mający na celu utrzymywanie zadanych warunków klimatycznych, czyli odpowiedniego zakresu temperatur i wilgotności powietrza, zapewniających dogodne warunki do pracy i funkcjonowania człowieka (warunki komfortu) lub optymalne warunki dla określonego procesu przemysłowego (np. w przemyśle elektronicznym).

W języku potocznym mianem klimatyzacji określa się proces chłodzenia lub element/sprzęt wykonujący to zadanie (np. samochód osobowy z klimatyzacją).

Czynniki chłodzące edytuj

Początkowo jako czynnik chłodzący stosowano od XIX wieku do lat 20. XX wieku. dwutlenek węgla. Został on wyparty przez czynniki z grupy fluoryzowanych węglowodorów, które mogły być stosowane przy niższym ciśnieniu roboczym w układzie chłodzącym. Po wycofaniu fluorowęglowodorów stosowano czynnik R12 (dichlorodifluorometan), który miał dobre właściwości termodynamiczne i wolno ulatniał się z układu chłodzącego. Jako szkodliwy dla warstwy ozonowej został zgodnie z podpisanym w 1987 roku Protokołem Montrealskim wycofany z użytku. W następnych latach stosowany był czynnik R134a (tetrafluoroetan) o dobrych właściwościach termodynamicznych, jest on jednak gazem cieplarnianym o bardzo wysokim indeksie GWP (1300). W związku z tym w Stanach Zjednoczonych i Japonii producenci zostali zobowiązani do bardziej wydajnych układów chłodzących, co zmniejszy zużycie czynnika. W Europie samochody od 2011 roku miały być wyposażone w układy klimatyzacji, w których czynnik R134a miał zostać zastąpiony nowym, o indeksie GWP niższym niż 150. Koncerny motoryzacyjne zwlekały z wprowadzeniem nowych regulacji, ostatecznie weszły one w życie w 2014 roku. W Europie stosowane są czynniki HFO1234yf (tetrafluoropropen: zbliżona charakterystyka termodynamiczna, indeks GWP=4) lub R744 (dwutlenek węgla, indeks GWP=1)^[1].

Podstawowe zagadnienia edytuj

Warunki komfortu

Komfort cieplny – zespół cech mikroklimatu, który powoduje dobre samopoczucie człowieka.
Odczucia termiczne człowieka odnoszą się głównie do równowagi cieplnej całego ciała. Na równowagę tę wpływa: aktywność człowieka, odzież jaką ma na sobie, jak również parametry otoczenia: temperatura powietrza, średnia temperatura promieniowania, prędkość przepływu powietrza i wilgotność względna. Na podstawie badań prof. Ole Fangera opracowano normę ISO, według której wrażenia cieplne ciała ludzkiego przewiduje się za pomocą wskaźników PMV i PPD.

Z doświadczeń inżynierów klimatyzacji wynika, że optymalne warunki dla ludzi wykonujących lekką pracę (np. praca biurowa) występują przy jednoczesnym spełnieniu następujących parametrów powietrza wewnętrznego:

– temperatura: lato 23 – 26 °C; zima 20 – 24 °C

– wilgotność względna: 40 – 60% (max 35 – 65%)

– prędkość powietrza w strefie przebywania ludzi: 0,2 – 0,5 m/s

Nie zachowanie któregokolwiek z tych parametrów może powodować u ludzi odczucie duszności, parności lub przeciągu. W zależności jednak od aktywności i odzieży człowieka, przyjmuje się różne zakresy parametrów powietrza wewnętrznego.

Oprócz odczuć termicznych, równie istotnym elementem komfortu jest przebywanie w czystym powietrzu o odpowiedniej zawartości tlenu.

Mikroklimat technologiczny

Proces technologiczny może również wymagać zapewnienia odpowiedniego mikroklimatu. Oprócz jednak określenia optymalnych parametrów powietrza wewnętrznego, ważnym elementem jest tu utrzymanie założonych tolerancji wahań temperatury i wilgotności względnej czy prędkości powietrza.
Nierzadko również proces technologiczny wymaga utrzymania odpowiedniej czystości powietrza (mechanicznej, chemicznej, mikrobiologicznej).

Warunki zewnętrzne

Instalacja klimatyzacji musi być przygotowana do zapewnienia wymaganych przez użytkownika warunków wewnętrznych w każdych warunkach meteorologicznych. Na podstawie badań sporządzono tablice z obliczeniowymi parametrami zewnętrznymi takimi jak: temperatura, wilgotność powietrza, wietrzność i nasłonecznienie.

Dane takie publikuje m.in. US The Department of Energy na stronie weather data – są to informacje z 6 kontynentów i ponad 100 krajów na świecie.
Na terenie Polski parametry obliczeniowe powietrza zewnętrznego określa norma PN-76/B-03420. Została ona opracowana na podstawie danych meteorologicznych z lat 1920–1960, co nie jest adekwatne do obecnych warunków pogodowych. Przyjmowanie entalpii zewnętrznej (temperatura +wilgotność) wymaga obecnie zupełnie innego podejścia, opartego na określeniu czasu dotrzymania parametrów w pomieszczeniach przez 95% w skali roku lub 10 lat. Takie nowe podejście pokazuje nowa norma PN-EN15251 w załączniku G. Jednak nowe podejście wymaga stworzenia narzędzi komputerowych weryfikujących dane meteorologiczne z określonego okresu lat wstecz. Dodatkowo dla różnych obiektów wymagany poziom dotrzymywania warunków termiczni-wilgotnościowych jest różny. W przypadku mieszkań wystarczy 95%, natomiast dla strategicznej serwerowni potrzeba zagwarantować 100% i uwzględnić temperatury ekstremalne, co wiąże się z poniesieniem dużo wyższych nakładów inwestycyjnych.

Parametry techniczne – sprawność

Sprawność urządzeń chłodzących i grzewczych określają dwa podstawowe wskaźniki wyrażane w W / W

EER (ang. Energy Efficiency Ratio) – Współczynnik wydajności chłodniczej – wyrażający stosunek mocy chłodniczej do mocy pobranej przez sprężarkę urządzenia chłodniczego

COP (ang. Coefficient Of Performance) – Współczynnik wydajności energetycznej – wyrażający stosunek mocy grzewczej do mocy pobranej przez urządzenie grzewcze

Miejsce na czerpnie powietrza powinno znajdować się od strony północnej lub wschodniej budynku na wysokości minimum 3 m nad poziomem terenu.

Ilość powietrza wentylacyjnego

Procesy klimatyzacyjne

Urządzenia do obróbki powietrza

Akustyka

Obowiązujące w Polsce akty prawne edytuj

Prawo budowlane,
- Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. z 2022 r. poz. 1225)
  - PN-83/B-03430 – Wentylacja w budynkach mieszkalnych zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej. Wymagania – wraz ze zmianą PN-83/B-03430/Az3:2000 (całość normy),
  - PN-78/B-03421 – Wentylacja i klimatyzacja. Parametry obliczeniowe powietrza wewnętrznego w pomieszczeniach przeznaczonych do stałego przebywania ludzi (całość normy) - norma wycofana 07.09.2015,
  - PN-87/B-02151.02 – Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem pomieszczeń w budynkach. Dopuszczalne wartości poziomu dźwięku w pomieszczeniach (całość normy).

Pozostałe Polskie Normy dotyczące powyższej dziedziny są do dobrowolnego stosowania. Ich zestawienie można znaleźć na stronach Polskiego Komitetu Normalizacyjnego w dziale:

Wyróżnik ICS: 91.140.30 Systemy wentylacyjne i klimatyzacyjne.