Εισαγωγή
Εάν δεν υπάρχει συμπύκνωση κατά την ψύξη με κλιματιστικό ή σύστημα HVAC, το σημείο δρόσου του αέρα δωματίου δεν πρέπει να είναι χαμηλότερο. Αυτό θα εξοικονομήσει ενέργεια. Έχει όμως νόημα και είναι η συνεχής μέτρηση της θερμοκρασίας και της σχετικής υγρασίας στα δωμάτια μια κατάλληλη μεταβλητή αναφοράς; Ανάλογα με την τοποθεσία, την εποχή και την εφαρμογή, ο τροφοδοσία αέρα σε δωμάτια, εγκαταστάσεις παραγωγής ή αποθήκευσης πρέπει να υγραίνεται ή να αφυγραίνεται με διαφορετικούς τρόπους. Για παράδειγμα, μια τιμή σχετικής υγρασίας 40% στον εσωτερικό αέρα που είναι όσο το δυνατόν πιο σταθερή είναι ιδανική για τους ανθρώπους. Το χαρτί, από την άλλη πλευρά, αποθηκεύεται καλύτερα σε σχετική υγρασία 50 έως 55% και σε θερμοκρασία περιβάλλοντος μεταξύ 20 και 23 °C. Η τεχνική ύγρανση πραγματοποιείται ισοθερμικά με ατμό ή αδιαβατικά με εξάτμιση, ομίχλωση και ψεκασμό νερού. Η αφύγρανση επιτυγχάνεται μέσω διαδικασιών προσρόφησης και συμπύκνωσης. Αυτό απαιτεί σχεδόν πάντα πρόσθετη ενέργεια, συνήθως ηλεκτρική, αλλά περιστασιακά και με αέριο.
Ωστόσο, η υγρασία του αέρα στα δωμάτια είναι στην πραγματικότητα σπάνια η σημαντική μεταβλητή αναφοράς κατά τον σχεδιασμό ενός συστήματος εξαερισμού ή κλιματισμού. Αλλά θα ήταν ίσως καλύτερο να συνεργαστείτε με τον υπεύθυνο για να καθορίσετε ποιες θα είναι οι απαιτήσεις και πώς μπορεί να διασφαλιστεί η υγρασία του αέρα στα δωμάτια σε αυτή τη βάση πριν από το σχεδιασμό συστημάτων κλιματισμού και εξαερισμού. Μπορεί μάλιστα να έχει νόημα η ανάκτηση της υγρασίας. Και, εάν η σχετική υγρασία λαμβάνεται υπόψη μέσω πρόβλεψης και μετράται συνεχώς, μπορεί η ενέργεια, το κόστος και κυρίως οι εκπομπές CO₂ να εξοικονομηθούν σε σημαντικό βαθμό, εάν η σχετική υγρασία στα δωμάτια εισάγεται ως μεταβλητή αναφοράς για την τεχνολογία κλιματισμού και εξαερισμού;
Εικ. 1: Ένα απλό κύκλωμα ελέγχου
Τι είναι μια μεταβλητή αναφοράς;
Ο όρος «μεταβλητή αναφοράς» ανήκει στα βασικά της τεχνολογίας ελέγχου, μια τεχνική πειθαρχία πολλών μηχανολογικών επιστημών. Το DIN IEC 60050-351 «Διεθνές Ηλεκτροτεχνικό Λεξικό» παρέχει τον ακόλουθο ορισμό:
“Ο έλεγχος κλειστού βρόχου είναι μια διαδικασία κατά την οποία μία μεταβλητή ποσότητα, δηλαδή η ελεγχόμενη μεταβλητή μετράται συνεχώς ή διαδοχικά, σε σύγκριση με μια άλλη μεταβλητή, τη μεταβλητή αναφοράς, και επηρεάζεται με τέτοιο τρόπο ώστε να προσαρμόζεται στη μεταβλητή αναφοράς. Χαρακτηριστικό για τον έλεγχο κλειστού βρόχου είναι η κλειστή δράση στην οποία η ελεγχόμενη μεταβλητή επηρεάζεται συνεχώς ή διαδοχικά στη διαδρομή δράσης του κλειστού βρόχου.”
Ο έλεγχος μιας μόνο τιμής (για παράδειγμα, της θερμοκρασίας, της περιεκτικότητας σε CO2 ή της σχετικής υγρασίας στα δωμάτια) είναι πολύ συνηθισμένη πρακτική. Εάν εμφανιστούν μεταβλητές διαταραχής στα δωμάτια, ο ελεγκτής αποκρίνεται. Με τη μεταβλητή αναφοράς Υγρασία αέρα στα δωμάτια, οι μεταβλητές διαταραχής μπορεί να είναι άτομα, φυτά, ενυδρεία, κουζίνες, μπάνια ή ο ξηρός αέρας μέσω ενός ανοιχτού παραθύρου. Εάν η «διαταραχή» αντισταθμιστεί, θα λειτουργήσει ένα κύκλωμα ελέγχου. Παρεμπιπτόντως, ο έλεγχος θερμοκρασίας χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά τον 17ο αιώνα. Τότε, ο Ολλανδός επιστήμονας Cornelis Jacobszoon Drebbel εφηύρε έναν αυτορυθμιζόμενο θερμοστάτη, τον οποίο χρησιμοποιούσε για έναν επωαστήρα για νεοσσούς.
Υπάρχουν προδιαγραφές για ένα σύστημα ελέγχου;
Παρακάτω θα βρείτε προτεινομενα άρθρα, τα οποία παρέχουν ολοκληρωμένες πληροφορίες σχετικά με τη σημασία της υγρασίας εσωτερικών χώρων στους διεθνείς κανονισμούς.
Τι γίνεται όμως με τον έλεγχο της υγρασίας του αέρα;
Είναι μια καθορισμένη μεταβλητή αναφοράς σε ένα σύστημα HVAC ή η παρακολούθηση της παίζει δευτερεύοντα ρόλο; Οι προκαταρκτικές πληροφορίες παρέχονται με σημείωση στο Μέρος 6 του DIN 1946-6 «Εξαερισμός κατοικημένων κτιρίων - Γενικές απαιτήσεις, απαιτήσεις για σχεδιασμό, κατασκευή, θέση σε λειτουργία και παράδοση καθώς και συντήρηση». Η διατύπωση αυτής της διάταξης αναφέρει ότι οι ροές όγκου αέρα μπορούν επίσης να προσαρμοστούν σε ένα δωμάτιο μέσω μιας κατάλληλης μεταβλητής αναφοράς (π.χ. υγρασία αέρα δωματίου, διοξείδιο του άνθρακα ή περιεκτικότητα μικτού αερίου του αέρα δωματίου), δηλαδή ανεξάρτητα από το χρήστη ή ανάλογα με τις συνήθειες του χρήστη ή την παρουσία ανθρώπων. Η διατύπωση αποκαλύπτει ότι ο έλεγχος είναι ένα εθελοντικό μέτρο. Στο DIN δεν υπάρχουν περαιτέρω πληροφορίες σχετικά με τον συγκεκριμένο σχεδιασμό μιας έννοιας εξαερισμού σύμφωνα με μία από αυτές τις επιλεγμένες μεταβλητές αναφοράς.
Εικ. 2: Ο πίνακας παρέχει πληροφορίες σχετικά με τις κατάλληλες συνθήκες του αέρα για ύγρανση. Αυτές υπόκεινται σε συνεχή αλλαγή καθώς οι ουσίες αλλάζουν στη σύνθεσή τους. Τα μηχανήματα και οι συσκευές αλλάζουν με τον ίδιο τρόπο. Είναι επομένως σημαντικό να το συζητήσετε λεπτομερώς με τους ειδικούς του χειριστή πριν προχωρήσετε στον σχεδιασμό
Μια άλλη πηγή πληροφοριών είναι το Γερμανικό Διάταγμα Εξοικονόμησης Ενέργειας (EnEV), το οποίο εξακολουθεί να ισχύει. Αυτό συμβαίνει επειδή η ενσωμάτωσή του στο γερμανικό νόμο «Εξοικονόμηση ενέργειας και χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας για θέρμανση και ψύξη στα κτίρια» (GEG) είναι επικείμενη (το Ομοσπονδιακό Υπουργικό Συμβούλιο ενέκρινε το σχέδιό του στα τέλη Οκτωβρίου 2019 και η έγκρισή του στο Bundesrat είναι θεωρείται τυπική) και θα ολοκληρωθεί το 2020. Ωστόσο, ανεξάρτητα από το EnEV ή το GEG, ισχύουν τα ακόλουθα για τη ρύθμιση της υγρασίας του εσωτερικού αέρα και στις δύο διατάξεις: Εάν η υγρασία σε ένα δωμάτιο αλλάξει από τον αέρα παροχής ενός συστήματος εξαερισμού και κλιματισμού, το σύστημα πρέπει να είναι εξοπλισμένο με αυτόματη συσκευή ελέγχου όταν είναι εγκατεστημένη σε κτίριο και επίσης σε περίπτωση ανακαίνισης. Ο στόχος του είναι να ορίσει ξεχωριστά σημεία για την ύγρανση και την αφύγρανση.
Στο ελάχιστο, η άμεσα μετρημένη υγρασία αέρα εισαγωγής ή εξαγωγής χρησιμεύει ως μεταβλητή αναφοράς. Εάν τέτοιες συσκευές ελέγχου δεν είναι διαθέσιμες σε ένα υπάρχον σύστημα, ο χειριστής πρέπει να τις μετασκευάσει εντός έξι μηνών.
Σύμφωνα με αυτόν τον ορισμό, η υγρασία του αέρα των δωματίων γίνεται πάντα μεταβλητή αναφοράς όταν ειδικοί σχεδιαστές ή χειριστές αποφασίζουν να εγκαταστήσουν εξοπλισμό που υγραίνει ή αφυγραίνει στον αέρα εισαγωγής ή εξαγωγής. Η πρακτική δείχνει ότι υπάρχουν ουσιαστικά τρεις λόγοι για να γίνει αυτό:
Εάν το επίκεντρο εστιάζεται στις διαδικασίες ή στα αγαθά, υπάρχουν ακριβείς συστάσεις για βέλτιστες τιμές σχετικής υγρασίας αέρα δωματίου όλο το χρόνο. Για το λόγο αυτό, τα συστήματα ύγρανσης και αφύγρανσης χρησιμοποιούνται πολύ συχνά σε μεγάλα συστήματα εξαερισμού και κλιματισμού. Η σχετική υγρασία σε εγκαταστάσεις παραγωγής, clean rooms, πισίνες, κέντρα υπολογιστών, μουσεία, βιβλιοθήκες, εργαστήρια ή εγκαταστάσεις αποθήκευσης, μαζί με τη θερμοκρασία, είναι συνεπώς η πιο σημαντική μεταβλητή αναφοράς, σύμφωνα με την οποία η υγρασία του αέρα παροχής ελέγχεται σε επακριβές σημείο αναφοράς. Στον ιδιωτικό τομέα, το ίδιο συμβαίνει σε μικρότερη κλίμακα, για παράδειγμα, όταν πολυτελείς κατοικίες ή βίλες και τα περιουσιακά στοιχεία που περιέχουν (έπιπλα, πίνακες ζωγραφικής, αντίκες ή ξύλινα πατώματα) πρέπει να προστατεύονται. Ίσως αυτές οι κατοικίες να έχουν πισίνα. Σε όλες αυτές τις περιπτώσεις, η εστίαση είναι στη διατήρηση σταθερής εσωτερικής υγρασίας όλο το χρόνο. Αυτό ακολουθείται από τη λειτουργία βελτιστοποιημένης ενέργειας στη δεύτερη θέση.
Εάν το επίκεντρο είναι στους ανθρώπους, είναι κυρίως θέμα υγείας και ασφάλειας στην εργασία. Ωστόσο, η ενεργή ρύθμιση της υγρασίας του αέρα δωματίου ήταν μέχρι στιγμής ένας προαιρετικός κανονισμός. Επομένως, εναπόκειται στον εργοδότη να ακολουθήσει τις υπάρχουσες συστάσεις - συνήθως από ασφαλιστικές εταιρείες ή από πλευράς εργαζομένων. Στον ιδιωτικό τομέα ή στις ενοικιαζόμενες κατοικίες, οι συστάσεις απλώς δηλώνουν ότι η σχετική υγρασία του εσωτερικού αέρα πρέπει να διατηρείται σε τιμές περίπου 40% όλο το χρόνο. Για αυτόν τον λόγο, οι αρχιτέκτονες ή οι σχεδιαστές εξακολουθούν να δίνουν πολύ λίγη προσοχή στο σωστό επίπεδο υγρασίας στα δωμάτια. Ως αποτέλεσμα, τα αεροστεγή κτίρια συχνά οδηγούν σε προβλήματα υγείας, ειδικά στον ιδιωτικό τομέα το χειμώνα, επειδή δημιουργούν ένα ιδανικό περιβάλλον για την ευημερία ιών και βακτηρίων στον ξηρό εσωτερικό αέρα. Χρησιμοποιούνται σιγά-σιγά συστήματα οικιακού εξαερισμού με ενσωματωμένη ανάκτηση υγρασίας ή αποκεντρωμένες ατομικές λύσεις δωματίου με έλεγχο υγρασίας, αν και μέχρι στιγμής αποτελούν την εξαίρεση παρά τον κανόνα.
Τα μέτρα εξοικονόμησης ενέργειας οδηγούν σε ολοένα και πιο σφιχτούς φακέλους κατοικιών σε νέα κτίρια και ανακαινίσεις. Εάν οι θερμοκρασίες πέσουν κάτω από το σημείο συμπύκνωσης, η υγρασία στο δωμάτιο θα συμπυκνωθεί σε κρύες επιφάνειες εάν δεν υπάρχει μηχανικός εξαερισμός. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε σπόρια, μούχλα και δομικές βλάβες, που συνήθως προκαλούνται τους χειμερινούς μήνες. Για αυτόν τον λόγο, είναι απαραίτητο τα κτίρια να κατασκευάζονται σύμφωνα με την Ευρωπαϊκή Οδηγία για την Οικοδόμηση 2010/31 ΕΕ με απαιτήσεις για συνολική παρακολούθηση της ενεργειακής απόδοσης και, εάν είναι απαραίτητο, να ρυθμίζουν τη σχετική υγρασία του αέρα τροφοδοσίας και των δωματίων.
Παρεμπιπτόντως, μία σχετικά άγνωστη χρήση της μεταβλητής αναφοράς «υγρασία αέρα εσωτερικού χώρου» είναι για συστήματα κλιματισμού εσωτερικού χώρου που «αφυδατώνουν απαλά». Σε λειτουργία ψύξης ανακυκλοφορίας, αυτή η λειτουργία διασφαλίζει ότι ο αέρας περιβάλλοντος δεν στεγνώνει πάρα πολύ. Αυτό επιτυγχάνεται με τον έλεγχο της δυνατότητας ψύξης τόσο σε θερμοκρασία όσο και σε υγρασία μέσω της ταχύτητας του συμπιεστή. Αυτό έχει σχεδιαστεί για να μειώνει τη συμπύκνωση στην ψυχρή επιφάνεια του εξατμιστή σε μια σταθερή θερμοκρασία και να αυξάνει τη σχετική υγρασία έως και 10% σε σύγκριση με τη μη ελεγχόμενη λειτουργία ψύξης. Ταυτόχρονα, ο συμπιεστής απαιτεί λιγότερη ενέργεια συμπύκνωσης, η οποία εξοικονομεί τελικά ηλεκτρισμό.
Εικ. 3: Πηγή: “Hygiene Criteria – Planning Guidelines for Humidification”, Condair GmbH
Μεταβλητές αναφοράς για έλεγχο
Εάν ο αέρας τροφοδοσίας ελέγχεται, το περιεχόμενο CO₂ και η υγρασία αέρα δωματίου μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως μεταβλητές αναφοράς επιπλέον της θερμοκρασίας. Ωστόσο, το CO₂ έχει το μειονέκτημα να παράγεται μόνο όταν υπάρχουν άνθρωποι σε ένα δωμάτιο. Εάν δεν υπάρχει κανείς στο χώρο, ο εξαερισμός μειώνεται γρήγορα και η λανθασμένη υγρασία ή θερμοκρασία αγνοείται. Ανάλογα με την εποχή, αυτό μπορεί να οδηγήσει σε οσμές ή υγρασία, εάν τα δωμάτια δεν χρησιμοποιούνται για μεγάλο χρονικό διάστημα. Αυτό συμβαίνει επειδή πηγές υγρασίας όπως είναι τα φυτά, τα ενυδρεία και τα μπάνια υπάρχουν πάντα σε διαμερίσματα ή σπίτια. Ως εκ τούτου, η υγρασία του εσωτερικού αέρα έχει νόημα ως μεταβλητή αναφοράς. Είναι ένα μέσο αποτροπής τυχόν αρνητικών επιπτώσεων στο υλικό ενός κτιρίου ή προώθησης των ατμοσφαιρικών ρύπων που θέτουν σε κίνδυνο την υγεία.
Τις κρύες μέρες του χειμώνα, μπορεί ακόμη και να έχει θετική επίδραση στις απώλειες θερμότητας μέσω του εξαερισμού και συνεπώς στην κατανάλωση ενέργειας, επειδή ο ξηρός εξωτερικός αέρας ενσωματώνεται στη διαδικασία ελέγχου. Αυτό ενεργοποιεί μια είσοδο για ελάχιστους όγκους ροής, οι οποιοι όχι μόνο εξοικονομούν ενέργεια θέρμανσης και ηλεκτρικής κίνησης, αλλά επίσης μειώνουν τις εκπομπές CO₂ χωρίς αυτό να πέσει κάτω από την ελάχιστη τιμή ανταλλαγής αέρα. Κατά συνέπεια, τα οικιακά συστήματα εξαερισμού με ελεγχόμενη ανάκτηση υγρασίας επωφελούνται από ένα πλεονέκτημα στη βαθμολογία αποδοτικότητας τους. Η ίδια αρχή επιδιώκεται επί του παρόντος στον ευρωπαϊκό νόμο για τα συστήματα HVAC, ως ένας νέος παράγοντας διόρθωσης που μπορεί να υποστηρίξει την προβλεπόμενη ανάκτηση θερμότητας μέσω της ανάκτησης υγρασίας.
Εντωμεταξύ, υπάρχουν επίσης διαθέσιμοι ανεμιστήρες με ενσωματωμένους αισθητήρες υγρασίας. Σε μικρά, αποκεντρωμένα συστήματα εξαερισμού, καθώς και σε μεγάλα με αρκετούς όγκους παράδοσης 1.000 m³ / h, μπορούν να έχουν άμεση επίδραση στη σχετική υγρασία αέρα εσωτερικού χώρου στη ροή αέρα τροφοδοσίας αυξάνοντας ή μειώνοντας την ταχύτητα του ανεμιστήρα μέχρι να επιτευχθεί το επιθυμητό σημείο στο σπίτι, στο δωμάτιο ή στον αγωγό παροχής αέρα. Αυτό σημαίνει ότι η συμπύκνωση ή η ζημιά λόγω υπερβολικής υγρασίας μπορεί να αποφευχθεί, αλλά χωρίς η υγρασία του αέρα να πέσει κάτω από το ελάχιστο επίπεδο. Αυτό απαιτεί ένα επιπλέον σύστημα ύγρανσης στη μονάδα HVAC ή απευθείας στο δωμάτιο. Ιδανικά, τα δύο συστήματα συνδέονται και ελέγχονται μεταξύ τους.
Η σωστή στρατηγική ελέγχου
Η ύγρανση και η αφύγρανση του αέρα αλλάζουν τη φυσική κατάσταση του νερού - ένα αποτέλεσμα που μπορεί να αξιοποιηθεί με μια κατάλληλη στρατηγική ελέγχου. Ισοθερμικές και αδιαβατικές λύσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ύγρανση του αέρα. Η ισοθερμική υγρασία σημαίνει ότι ο αέρας τροφοδοσίας υγραίνεται σε μεγάλο βαθμό με ατμό, έτσι ώστε να μην παρατηρείται σημαντική αύξηση της θερμοκρασίας στη ζώνη άνεσης.
Επομένως, μόνο οι τιμές υγρασίας συνήθως λαμβάνονται υπόψη ως μεταβλητές αναφοράς σε ένα σύστημα ελέγχου. Τα αδιαβατικά συστήματα, από την άλλη πλευρά, υγραίνονται με κρύο νερό, το οποίο προστίθεται στον αέρα είτε με εξάτμιση είτε με ψεκασμό. Αυτό δροσίζει τον αέρα που θα υγρανθεί. Αυτό σημαίνει ότι, εκτός από την τιμή υγρασίας, η θερμοκρασία του αέρα πρέπει επίσης να μετράται από έναν αισθητήρα και να παρακολουθείται από έναν ελεγκτή για να αποφευχθεί η συμπύκνωση.
Αδιαβατικοί υγραντήρες μπορούν επίσης να εγκατασταθούν στον αέρα εξαγωγής για ψύξη με εξάτμιση. Μέσω ανάκτησης θερμότητας, ο προ-ψυγμένος αέρας εξαγωγής με υψηλή σχετική υγρασία (έως 96%) εισέρχεται στον θερμό αέρα εισαγωγής, εξάγει θερμότητα από αυτόν και τον ψύχει. Στην καλύτερη περίπτωση, μπορούν να επιτευχθούν διαφορές θερμοκρασίας μεταξύ 8 και 10 K. Το καλοκαίρι, αυτό ανακουφίζει το φορτίο σε μια μονάδα ψύξης ή, ανάλογα με τη θέση εγκατάστασης και την εφαρμογή, το καθιστά ακόμη και περιττό. Αυτό όχι μόνο εξοικονομεί ενέργεια και μειώνει τις εκπομπές CO₂ για μηχανήματα ψύξης, αλλά και το μειώνει κόστος επένδυσης. Ο πίνακας δείχνει τις διαθέσιμες στρατηγικές ελέγχου για τις διάφορες επιλογές ύγρανσης και αφύγρανσης.
Ο αέρας που καταναλώνουμε
Οι άνθρωποι αισθάνονται άνετα με όσο το δυνατόν λιγότερη κίνηση αέρα, ευχάριστη θερμική ακτινοβολία, θερμοκρασίες δωματίου μεταξύ 20 και 24 °C και σχετική υγρασία μεταξύ 40 και 60%. Αυτές οι παράμετροι είναι φυσικά αλληλεξαρτώμενες και διαφέρουν ανάλογα με την εποχή και την τοποθεσία σε σχέση με την πίεση του αέρα. Για σκοπούς δοκιμών και τεκμηρίωσης, το όργανο μέτρησης πολλών παραγόντων testo 400 μετρά τη θερμοκρασία, την υγρασία, την πίεση, το φως, το βαθμό στροβιλισμού, το CO₂ και το CO.
Προσφέρει σε εξειδικευμένους σχεδιαστές και μηχανικούς εγκαταστάσεων έξυπνα μενού μέτρησης με έξυπνη βαθμονόμηση χρησιμοποιώντας οθόνες αφής. Τα αποτελέσματα της μέτρησης μπορούν να χρησιμοποιηθούν στο σχεδιασμό για να προσδιοριστεί εάν και πώς η υγρασία στα δωμάτια πρέπει να επηρεάζεται ενεργά, να ελέγχεται και να ρυθμίζεται στο επόμενο έργο. Το όργανο μέτρησης χρησιμοποιείται επίσης για τη συνεχή παρακολούθηση και έλεγχο του αποθέματος της εγκατάστασης, καθώς και προκαθορισμένων μεταβλητών αναφοράς και ελέγχου.
Ταυτόχρονα, πρέπει να ληφθεί υπόψη το επίπεδο άνεσης και η υγεία των ανθρώπων - σε ίση βάση με τα αγαθά, τις διαδικασίες παραγωγής ή το υλικό ενός κτηρίου, το οποίο πολύ συχνά απαιτεί η υγρασία στα δωμάτια να διατηρείται σε σταθερό επίπεδο για να διασφαλιστεί η προστασία και η ασφάλεια. Μια επένδυση στη μεταβλητή αναφοράς υγρασία αέρα εσωτερικού χώρου δεν είναι μόνο επένδυση στην τεχνολογία. Ρυθμίζει επίσης την ποιότητα των επιπέδων άνεσής μας, την υγεία μας και τον αέρα που καταναλώνουμε, δηλαδή, περίπου, 10.000 λίτρα ή 14 κιλά την ημέρα.