AUTOMATIZACIJA - VENTILACIJA

AUTOMATIZACIJA NISKOENERGETSKOG OBJEKTA

                Ulazimo u vrlo škakljivo područje. Naime, automatizaciju grijanja uzimamo zdravo za gotovo: plinska peć, termostat u dnevnom boravku, i to je to. Međutim, kad želimo ispuniti uvjete potpune automatizacije, a uz to zadovoljiti i stroge niskoenergetske standarde, automatizacija grijanja postaje velik problem. Zašto?

                Prvi razlog je – ventilacija. Odlučili smo naš objekt opremiti sustavom kontinuirane ventilacije koja održava optimalnu kvalitetu (temperaturu, čistoću, vlagu i postotak CO2) zraka i dostatna je za učinkovito zadovoljavanje naših potreba. Za pogon ventilacije služi rekuperatorska jedinica (izmjenjivač topline sa ugrađenim višebrzinskim ventilatorima) koji za pogon koristi električnu energiju. Kao takav iznimno je upravljiv, i uz uvjet da ga kvalitetno opremimo senzorima u mogućnosti smo vrlo preciznog održavanja željene mikroklime u našem domu.

                Ventilacija i grijanje putem nje većini ljudi predstavlja nepoznanicu. Malo je primjera manjih stambenih objekata koji su na ovaj način riješili problem zagrijavanja i prozračivanja. Stoga je i teško objasniti integrirani sustav grijanja i ventilacije, a još teže drugu nepoznanicu – rad sustava bez potrebe za upravljanjem. Naime, kvalitetne upravljačke jedinice (sustav upravljanja) bez problema mogu zadovoljiti sve uvjete automatizacije; iako je projektiranje i uhodavanje navedenih sustava iznimno komplicirano, rukovanje istim svedeno je na najmanju moguću mjeru, dok je rad sustava približen idealnom – temperatura i kvaliteta zraka uvijek se nalaze u granici optimalnog!

UTROŠAK ENERGIJE

Slika 1 – instalirana snaga obzirom na opremu objekta

                Kod niskoenergetskih objekata utrošak energije proporcionalan je – uloženom! Na slici 1 uočavamo osjetnu razliku u potrošnji energenata; prikazana je potrebna instalirana snaga izvora topline. Pri standardnom niskoenergetskom objektu (kvalitetna gradnja, izolacija i stolarija, te odabir najekonomičnijeg sustava grijanja) uočavamo da je potrošnja energenata znatno veća nego kod istog tipa objekta sa  ugrađenim sustavom kvalitetne automatizacije. Velika ušteda energije prisutna je naročito pri pripremi tople sanitarne vode, dok se kod zagrijavanja prostora uštede ostvaruju odabirom režima grijanja što umjesto nas obavlja upravljačka jedinica. Kod potpune automatizacije i ugradnje zračno – zemnog kolektora ušteda energenata postaje još izraženija – za potrebe grijanja i hlađenja koristi se zračno – zemni kolektor, koji je u biti obnovljivi izvor energije i troškovi njegovog rada svedeni su na minimum. Dogradnjom solarnih kolektora za pripremu tople vode i fotonaponskih panela za pogon rekuperatora potrošnja energenata još se umanjuje – u prijelaznom razdoblju grijanja (početkom jeseni i u proljeće) potrošnja energenata svodi se na utrošenu električnu energiju za pogon upravljačkih jedinica danju i rad ventilatora rekuperatorske jedinice noću!

                Što se pak tiče utroška energije obzirom na godišnje doba, moramo prvenstveno prikazati način zagrijavanja objekta u prijelaznom razdoblju i tijekom zime. Na slici 2 vidimo da potrebe zagrijavanja na početku i kraju sezone velikim dijelom zadovoljava zagrijavanje putem ventilacije. Sredinom zime situacija se mijenja – zagrijavanje ventilacijom i dalje je prisutno (zbog kontinuiranog ventiliranja prostora), ali za postizanje optimalne i konstantne temperature sve više se koristi i podno grijanje. Iako se grijanje plinskom grijalicom obavlja putem podnog grijanja, odvojili smo udio plinskog grijanja koje se koristi kao vršno grijanje za vrijeme najvećih hladnoća i najizraženije potrebe za zagrijavanjem prostora (vikend, praznici i sl.).

                Što se pak tiče energenata, iz slike 2 razabiremo da se početkom (izraženije) i pri kraju (umjerenije zbog zasićenja zemljišta radom kolektora) sezone grijanja kao osnovni energent koristi toplina zemlje putem zračno – zemnog kolektora! Navedeni izvor topline gotovo je besplatan, jer se električna energija koristi samo za pogon rekuperatora i za pripremu tople sanitarne vode. Sredinom zime pak dolazi do laganog zasićenja zemnog kolektora te se kao osnovni energent koristi električna energija za pogon toplinske pumpe. U vršnim razdobljima za vrijeme najvećih hladnoća za zagrijavanje se koristi i plin.

Slika 2 – prikaz odnosa metoda grijanja i utroška energenata

Slika 3 – prikaz zagrijavanja objekta

                Slika 3 nam prikazuje izvore topline (metode zagrijavanja prostora) tijekom zime (lijevo) i tijekom najhladnijeg dana u godini.  Na slici 4 prikazani su periodi rada ventilacije i grijanja tijekom radnog dana između 7 i 11 sati.

Slika 4 – prikaz rada ventilacije i grijanja radnim danom sredinom zime

                Iz svega do sad opisanog zaključujemo da se uz ugradnju kvalitetnih sustava i napredne automatizacije mogu ostvariti značajne uštede na energentima, koje mogu biti i nekoliko puta veće od utroška u klasičnim objektima. Uz to ne smijemo zaboraviti i optimalne životne uvjete – u kvalitetno izvedenom objektu temperatura unutarnjeg prostora može imati odstupanja manja od 1 °C!

AUTOMATIZACIJA U PRAKSI

                Automatizacija grijanja, pripreme tople sanitarne vode i hlađenja (klimatizacije) usko je povezana sa automatizacijom ventilacije u integrirani sustav. No, da bi dobili potpunu sliku automatizacije svih sustava predlažem da priču započnemo sa zagrijavanjem sanitarne pitke vode. Iako se ovdje radi o energetskom sustavu, da ne bi bilo zabune i miješanja pojmova sa elektroenergetskim sustavom od sada ćemo sve navedene sustave ventiliranja prostora, grijanja i hlađenja razmatrati kao jedinstveni sustav – sustav održavanja optimalnih životnih uvjeta.

                Pošto smo odabrali zrakotijesan objekt u kome ne postoji potreba za prirodnim ventiliranjem prostora već se kompletna ventilacija vrši putem ventilacijskog sustava, opisat ćemo više tipova (stupnjeva) automatizacije – od onih najjednostavnijih pa sve do najzahtjevnije – potpune automatizacije.

Slika 1 – prikaz opreme kotlovnice

                Za početak – krenimo od opreme kotlovnice. Vidljivo sa crteža (slika 1) u kotlovnicu smo „natrpali“ kombinirani plinski bojler, bivalentni spremnik za pripremu tople sanitarne vode, akumulacijski spremnik za grijanje, toplinsku pumpu i elemente za pogon ventilacije: rekuperator sa ventilatorima, ulazni antialergijski filtar, bypass za ljetni režim rada, registar i sustav ventilacijskih cijevi. Na slici nisu prikazane crpke, ventili, cjevovodi, upravljačke kutije, sustav vodoopskrbe, ventilacija kotlovnice, energetski vodovi… Kotlovnica je opremljena vatrootpornim (protupožarnim) vratima, a ventilacijske cijevi koje iz kotlovnice vode prema prostorijama bilo bi poželjno opremiti protupožarnim zaklopkama. U kotlovnicu možemo smjestiti i uređaj za neprekidno napajanje (UPS).

                Kotlovnica, uz to što je energetski centar našeg objekta, predstavlja i centar za upravljanje (automatizaciju) sustavima. Stoga smo, da bi stekli uvid u problem koji je pred nama, krenuli od „najkompliciranije“ i najtajnovitije prostorije. Da bi razjasnili kako ona funkcionira, krenimo sa opisom rada pojedinih sustava.

VENTILACIJA

                Ventilacija je proces izmjene zraka u stambenom prostoru. Našim aktivnostima (disanje, priprema hrane i sl.) koristimo zrak i na taj način mu konstantno smanjujemo kvalitetu (povećanje vlage, CO2, različitih mirisa…). Radi toga se zrak u prostorijama konstantno mora izmjenjivati dovođenjem svježeg i odvođenjem iskorištenog zraka iz objekta.
Slika 1 – princip prirodne ventilacije

                Ventilacija može biti prirodna ili prisilna (umjetna). Prirodna ventilacija ostvaruje se provjetravanjem, ugradnjom (pasivnih) ventilacionih otvora (slika 1) i slično. Problem kod prirodnog načina ventiliranja su višestruki: otežana kontrola dinamike izmjene zraka (potreba za konstantnim otvaranjem i zatvaranjem prozora), energetska neučinkovitost naglašena kroz veliki gubitak energije (zbog ulaska zraka s vanjskom temperaturom  kog moramo stalno dogrijavati ili hladiti kako bi temperaturu prilagodili optimumu, te odvođenja zagrijanog ili ohlađenog zraka iz prostorije) i slično. U načelu, prirodna ventilacija radi na principu razlike u tlaku zraka; zračna masa kreće se od područja s većim tlakom zraka (hladniji zrak) prema područjima s nižim tlakom zraka (topliji zrak). U praksi se smjer zračne cirkulacije kreće od tla prema gore, što se pri pasivnoj ventilaciji iskorištava postavljanjem ulaznih otvora na tlu ili nisko na zidovima, a izlaznih otvora visoko u prostorijama, čim bliže stropu.

                Iz opisanog naslućujemo da prirodan način ventilacije ne zadovoljava stroge kriterije automatizacije i energetske učinkovitosti. Iako postoje napredna rješenja za ostvarenje ventilacije prirodnim putem, ona su ovisna o godišnjem dobu, vremenskim prilikama i položajem objekta i stoga nisu pogodni za krajeve s velikim oscilacijama temperature, brzine vjetra itd.
Slika 2 – prisilna ventilacija stambenog objekta

                Drugi način ventilacije je prisilna ili prinudna ventilacija (slika 2). Naziva se još i umjetnom i upravljivom ventilacijom. Značajka ovog tipa ventilacije je u tome što za pokretanje zračne mase služe ventilatori. Regulacijom brzine rada ventilatora reguliramo i protok zraka, a ventilacionim vodovima možemo usmjeriti zračnu masu u prostorije u kojima je potrebna izmjena zraka. I kod prisilne ventilacije postoje nedostaci: moguća je pojava zračnih džepova – dijelova prostorija koje ne obuhvaća zračno strujanje, a i dalje je prisutan problem energetske učinkovitosti zbog potrebe za zagrijavanjem ili hlađenjem ulaznog zraka, a isto tako iskorišteni zrak na optimalnoj temperaturi prostora neekonomično se odvodi van objekta. U svakom slučaju, prisilna ventilacija pogodnija je za ostvarenje zahtjeva energetske učinkovitosti i automatizacije, uz uslov da riješimo problem neekonomičnog utroška energije za prilagođavanja temperature ulaznog zraka optimumu stambenog prostora.

VENTILACIJA NISKOENERGETSKOG OBJEKTA

                Vidjeli smo da je ventilacija dovođenje svježeg zraka u stambeni prostor a odvođenje iskorištenog zraka iz objekta. U najidealnijem slučaju količina svježeg zraka trebala bi biti jednaka količini iskorištenog; na taj način bi u prostorijama vladao uvijek isti tlak zraka koji bi bio približno jednak vanjskom. Međutim, ugradnjom ventilatora koji usisava zrak u prostor stvara se nadtlak – povišeni tlak koji pak gura zračnu masu prema izlaznim ventilacionim otvorima i manjem zračnom pritisku izvan prostorija. U suprotnom slučaju pri ugradnji ventilatora koji vuče zrak iz prostorije u prostoru se stvara podtlak (tlak niži od vanjskog) i na taj način u prostor ulazi svjež zrak iz okoline koji je pod većim tlakom od tlaka u prostorijama.
Slika 3 – dvosmjerna ventilacija

                Da bi riješili problem razlike u tlaku zraka ventilacija se izvodi pomoću dva ventilatora: ulazni (za usis svježeg zraka u prostoriju) i izlazni (za odvođenje iskorištenog zraka van objekta – slika 3). Na taj način ostvarili smo ujednačeni tlak zraka u stambenom prostoru, ali i kretanje zračne mase od ulazne grane prema izlaznoj. U načelu, ventilacija stambenog objekta svodi se na princip dovoda svježeg zraka u prostorije u kojima najčešće boravimo (dnevni boravak, spavaća soba), njegovo strujanje prema prostorijama u kojima se zrak znatnije onečišćuje (kuhinja, kupaona, zahod) i na kraju odvođenje iskorištenog zraka van iz objekta. Navedeni sustav može se ostvariti putem jedne ili više ulaznih i izlaznih grana (ulaza i izlaza svježeg zraka), a za gibanje zraka između prostorija unutar objekta koriste se zazori (otvori) ispod vrata ili sustav pasivnih ventilacijskih cijevi. Kvalitetno projektiran i postavljen ventilacijski sustav zadovoljit će sve naše potrebe za održavanjem konstantne kvalitete zraka u prostoru.

                Međutim, navedeni proces ima nekoliko mana, a najveća je – energetska učinkovitost. Naime, ulazni (usisni) zrak s temperaturom okoline moramo prilagoditi (zagrijati ili ohladiti) optimalnoj temperaturi životnog prostora. Po drugoj strani iskorišteni zrak optimalne temperature neekonomično izbacujemo u okolinu. Da bi riješili taj problem, ugrađuje se rekuperator.

               

REKUPERATOR

                Rekuperatori (slika 4) su izmjenjivači topline koji toplinu iskorištenog (izlaznog) zraka prenose na ulazni (svjež) zrak. To su uređaji opremljeni ventilatorima koji iskorištavaju i do 90% topline izlaznog (iskorištenog) zraka i kao takvi zadovoljavaju stroge zahtjeve energetske učinkovitosti. Ugradnjom rekuperatora, koji na najefikasniji način vrši izmjenu zraka u prostorijama, naš stambeni prostor možemo pretvoriti u zrakonepropusnu građevinu bez potrebe za ostalim načinima ventilacije (otvaranje prozora i slično). Rekuperator će izvršiti ventilacioni proces na najoptimalniji način, naročito ako ga uključimo u sustav kućne automatizacije. Rad rekuperatora može biti potpuno automatiziran, ili automatiziran sa ručnim odabirom režima rada (noćni rad, normalan rad, pojačan rad, odsustvo od kuće i slično).

Slika 4 – princip rada i izgled rekuperatora

                Velika prednost rekuperatora je u tome što se radi o sustavu ventilacije sa ulaznom i izlaznom granom; na ulaznu granu mogu se ugraditi filtri, od mehaničkih preko antialergijskih pa sve do filtera sa UV svjetiljkama. U sustav ventilacije također se mogu ugraditi i ionizatori, osvježivači i ovlaživači zraka i slično.

                Rekuperator se može koristiti samo za ventilaciju prostora tijekom zime (hladnoće), ili za kontinuiranu ventilaciju tijekom cijele godine. Po ljeti se izmjenjivač topline stavlja van funkcije, kako ne bi dolazilo do pregrijavanja ulaznog zraka.

REGISTAR ZA GRIJANJE I HLAĐENJE

                Registar za grijanje (i hlađenje) je izmjenjivač topline ugrađen na grani ventilacije za ulazni zrak, iza rekuperatora. Naime, u sustav ventilacije moguće je integrirati i sustav zagrijavanja prostora odnosno sustav hlađenja (klimatizacije). U tom slučaju ulazni zrak se grije (ili hladi) putem registra za grijanje – izmjenjivača topline koji je povezan sa izvorom topline. Na taj način izbjegnuta je potreba za ostalim izvorima topline u objektu, no maleni nedostatak predstavlja složeno planiranje, proračun i projektiranje navedenog sustava. Zagrijavanje ili hlađenje na navedeni način obavlja se putem zraka iz ventilacionog sustava. Registar topline može biti priključen na plinsku peć ili toplinsku pumpu. U slučaju toplinske pumpe sa mogućnošću hlađenja na opisani način može se vršiti i zagrijavanje i hlađenje prostora. U protivnom se za hlađenje prostora u sustav ventilacije ugrađuje uređaj za aktivno (kompresorsko) hlađenje (chiller).

ZEMNI IZMJENJIVAČ TOPLINE

                Zemni izmjenjivač topline (zračno – zemni kolektor) služi za predgrijavanje ili hlađenje zraka potrebnog za kontinuiranu (aktivnu) ventilaciju stambenog prostora. Radi osiguravanja optimalne kvalitete zraka, zrak u stambenom prostoru mora biti konstantne temperature (od 20 do 22°C) i konstantne vlažnosti (od 40 do 60% relativne vlažnosti zraka). Međutim, tijekom godine temperatura svježeg zraka može varirati od -20°C pa sve do 35°C  i više. Radi postizanja idealnih uvjeta, odnosno konstantne temperature zraka u stambenom prostoru, potreban je znatan utrošak energije. Prirodna cirkulacija zraka (pasivna ventilacija, otvaranje prozora) relativno je ekonomična tek pri temperaturi vanjskog zraka između 15°C i 25°C; u ostalim slučajevima potrebno je zagrijavanje ili hlađenje prostorija ili svježeg zraka, odnosno izvedba ventilacije putem rekuperatora. Unatoč efikasnosti rekuperatora, pri velikim razlikama temperature izvan i unutar objekta potrebna je znatna količina energije kako bi se temperatura ulaznog zraka svela na optimum. Radi navedenog problema, a i same energetske učinkovitosti moramo pronaći rješenje za jeftinom ali učinkovitom promjenom temperature ulaznog zraka.

                Najefikasniji i najekonomičniji način za to je provođenje ulaznog zraka kroz zračno – zemni kolektor (slika 6). To je sustav cijevi ukopan na određenu dubinu koji geotermički iskorištava površinske slojeve tla. Naime, sustav cijevi predaje određeni dio topline tla zraku koji prolazi kroz njih; u prosjeku se pri pravilno dimenzioniranom cjevovodu temperatura ulaznog zraka može zimi podići i do 20°C, dok se po ljeti može spustiti i više od 10°C. Na taj način ostvaruju se znatne uštede pri potrošnji energenata i samim tim povećava se energetska učinkovitost stambenog objekta.

Slika 6 – princip rada zemnog izmjenjivača topline – zračno zemnog kolektora

                Zračno – zemni kolektor je sustav od jedne, dvije ili više paralelnih cijevi (kod višecijevnog sustava problem je osiguravanje jednoličnog i ravnomjernog protoka zraka kroz sve cijevi). Najidealniji promjer cijevi je 200 mm. Ukopava se na dubinu od 1,5 do 2 metra, jer bi ukopavanje na veću dubinu bilo ekonomski neprihvatljivo. Cijevi se ukopavaju sa padom od otprilike 2° od usisa prema ulazu u objekt, zbog otjecanja kondenzata koji se može stvoriti na stjenkama cijevi. Kondenzat se odvodi u posude postavljene na nižoj razini od cjevovoda i opremljene crpkama za pražnjenje kondenzata.

                Princip rada je jednostavan: zrak ulazi kroz usisnu granu (usisni filtar) i prolazi sistemom cijevi, pri čemu izmjenjuje toplinu sa okolnim tlom. Izlazna grana cjevovoda spojena je na rekuperator; ventilacija putem izmjenjivača topline mora biti izvedena kao prisilna ventilacija.

                Duljina ukopane cijevi ovisi o količini zraka koji se izmjenjuje, vrsti i karakteristikama tla i o broju izmjena po satu. Uz to, uzima se u obzir i jednosmjerna izmjena zraka putem ventilacije – ulaz zraka kroz ventilacioni sustav a izlaz kroz kuhinjsku napu; pošto kuhinjske nape imaju deklariranu protočnost zraka od oko 500 m³, kvalitetan sustav zemnog izmjenjivača ne bi smio biti dimenzioniran za manji protok od navedenog. Protok (utrošak) zraka koji ovisi o maksimalnom broju broju osoba koje borave u prostoru, a samim tim i dimenzije zemnog izmjenjivača odredit će stručnjak. Za naš objekt odredit ćemo potrebnu izmjenu zraka od 600 m³ po satu, a u prosječnom tlu kontinentalne Hrvatske to bi zahtijevalo 60 - 80 metara ukopanih cijevi promjera 200 mm. Pošto se za protoke zraka iznad 300 m³ preporučuje postavljanje dviju paralelnih cijevi, ispada da bi potrebe našeg objekta zadovoljavale dvije paralelno ukopane cijevi promjera 150 mm sa razmakom od 1 – 1,5 metara. (Postoji, naravno, i mogućnost ostavljanja tri cijevi promjera 100 mm).

                Napomena: pošto u cjevovodu dolazi do pada tlaka uslijed trenja predimenzioniranje potrebne duljine cijevi nije poželjno; u našem slučaju pad tlaka iznosio bi oko 130 Pa.

                Princip rada zemnog kolektora može se odvijati na dva načina: konstantno ili ovisno o temperaturi vanjskog zraka. U slučaju konstantnog rada ulazni zrak uvijek prolazi kroz kolektor; u nekim slučajevima to ne bi bilo korisno (npr. pri temperaturi vanjskog zraka od 20 °C i temperaturi zraka koji dolazi iz kolektora od 17 °C, što se vrlo lako može dogoditi u vremenu velikih proljetnih i jesenskih oscilacija). U tom slučaju sustav bi radio neekonomično, jer bi se zrak čija vanjska temperatura zadovoljava kriterije ekonomičnosti morao nakon prolaska kroz kolektor nepotrebno zagrijavati. U tom slučaju primjereniji je aktivan rad sustava; pri optimalnoj temperaturi vanjskog zraka (npr. 17 °C - 25°C), odnosno pri temperaturi vanjskog zraka koja je prihvatljivija od temperature zraka pri prolasku kroz kolektor, sustav upravljanja bi pomoću elektromotornih zaklopki preklopio usis svježeg zraka sa kolektora na direktan usis neposredno prije rekuperatora. Na taj način bi u sustav ventilacije ulazio zrak neposredno iz okoline, s čime bi se ostvarile dodatne uštede a sam sustav radio bi uravnoteženo. Opisana investicija nije skupa i jednostavna je za ugradnju.

 KUHINJSKA NAPA

                Još uvijek smo u području „upoznavanja“ i ne zadiremo u procese automatizacije. Međutim, kuhinjska napa predstavlja problem za optimalan rad ventilacijskog sustava. Uključenjem kuhinjska napa izvlači iskorišten zrak iz prostorije (kuhinje) i u njoj stvara podtlak. Kapacitet protoka zraka kod kuhinjske nape iznosi oko 500 m³, što može narušiti pravilan rad ventilacije. Kako riješiti problem?

                Kao što smo spomenuli, kuhinjska napa je veliki „potrošač“ zraka. Stvaranjem podtlaka može pokrenuti povratnu cirkulaciju iz ulazne i izlazne grane ventilacijskog sustava. Navedena cirkulacija nije štetna, ali za vrijeme rada kuhinjske nape u prostoriju nam ulazi zrak koji nije predgrijan (ili ohlađen, ovisno o godišnjem dobu). Na taj način gubimo stabilnost temperature prostorija, i može doći do smetnji u automatskom režimu rada ventilacijskog sustava.

                Problem se rješava na dva načina: integracijom rukovanja kuhinjskom napom u sustav automatizacije – upravljanja ventilacijom, i ugradnjom diferencijalne tlačne sklopke. U prvom slučaju prilikom uključenja kuhinjske nape upravljačka jedinica prima podatak o njenom radu i uključuje rekuperator, ali samo granu za ulaz svježeg zraka; u tom slučaju svjež zrak prolazi kroz zemni izmjenjivač topline, rekuperator (ali se u njemu ne predgrijava) i kroz registar. Izlazna grana rekuperatora za vrijeme rada nape ostaje isključena (osim u slučaju napredne regulacije ventilacije gdje rekuperator određuje količinu ulaznog i izlaznog zraka ovisno o potrošnji kuhinjske nape). Na taj način tlak zraka u prostorijama ostaje stabilan, a ulaz zraka i dalje zadovoljava zahtjeve ekonomičnosti (umanjene za izmjenu topline u rekuperatoru).

Slika 1 – diferencijalna tlačna sklopka i način ugradnje

                Drugi način je ugradnja diferencijalne tlačne sklopke Njena funkcija je mjerenje tlaka zraka u dvije različite prostorije (u slučaju slike 1 mjerenje tlaka u prostoriji P.1 i vanjskog tlaka P.2) i davanje upravljačkog impulsa u slučaju razlike u tlaku veće od podešene. Na taj način bi, nakon pada tlaka zraka uslijed uključenja nape, diferencijalna tlačna sklopka dala informaciju o padu tlaka u prostoriji i upravljačka jedinica bi, bez obzira na pretprogramirani automatski režim rada ventilacije, uključila rekuperator. Istini za volju, pri „normalnom“ radu rekuperatora protok zraka bio bi neujednačen – ulazilo bi više zraka nego što izlazi, jer bi velik dio zraka izvukla napa. Problem se može riješiti uključenjem rada samo ulazne grane ventilacije, ili različitim režimom rada (različitim protokom zraka) ulazne i izlazne grane. U opisanom slučaju jedan senzor diferencijalne sklopke postavio bi se u prostoriju, dok bi se drugi postavio izvan objekta. Prednost kontrole rada ventilacijskog sustava putem diferencijalne tlačne sklopke je u stalnom nadzoru i regulaciji tlaka unutar i izvan objekta.

                Pri izvedbi odvodne grane kuhinjske nape postavlja se pitanje: da li odvodnu granu nape možemo spojiti na izlaznu granu rekuperatora, kako bi iskoristili toplinu nastalu kuhanjem i toplinu koja neiskorištena izlazi iz prostorije? Sigurnog odgovora nema. Naime, zrak kojeg uvlači napa prezasićen je vlagom (parom) i moglo bi doći do kondenzacije u rekuperatoru. Iako su nape opremljene rešetkama za kondenzaciju, nakon dugotrajne upotrebe njihova funkcija postaje upitna. Iz iskustva znamo da se na stjenkama ventilacijskih vodova kuhinjske nape taloži masnoća i nečistoća. Problem bi nastao zbog stalnog čišćenja rekuperatora, stoga se o ovom problemu detaljno posavjetujte sa stručnjakom. Moje osobno mišljenje: izvedba neovisnog ventilacijskog voda za kuhinjsku napu, ugradnja nape sa odvojenim ventilatorom (kog bi ugradili na udaljeno mjesto jer su kuhinjske nape poznate kao veliki izvori buke), a ventilacioni vod opremio bi zaklopkom (slika 2) radi sprječavanja povratnog strujanja zraka.

Slika 2 – izgled zrakotijesne zaklopke

PRIORITETNA SKLOPKA

                Za vrijeme rada plinskih protočnih ili kombiniranih bojlera ili plinskih peći za centralno grijanje (u tu kategoriju spadaju sva grijaća tijela koja koriste fosilna goriva ili drva) stvaraju se otpadni plinovi (produkti sagorijevanja) koji se dimovodnim kanalima odvode izvan objekta. Međutim, za vrijeme rada ventilacijskog sustava, a naročito pri radu kuhinjske nape, u prostorijama postoji mogućnost stvaranja podtlaka. Ako su prostorije u kojima se stvara podtlak i prostorije sa plinskim trošilima povezane, moglo bi doći do povratnog strujanja otpadnih plinova u prostoriju uslijed podtlaka u njoj; radi štetnosti tih plinova navedeni scenarij mogao bi biti iznimno opasan!

                Da bi se izbjegli mogući problemi, u plinski potrošač ugrađuje se prioritetna sklopka (slika 3). Ona se uključuje istodobno kad i plinsko trošilo (bojler ili peć) i putem nje moguće je isključenje rada ventilacije ili kuhinjske nape. Prestankom rada plinskog trošila rad ventilacije ili nape vraća se u normalu.

                Međutim, opisani postupak nije tako jednostavan kako izgleda. Ugradnja prioritetne sklopke i te kako je poželjna (u nekim zemljama je njena ugradnja obavezna). Može se integrirati direktno na trošila (ventilatore i napu) ili u sustav automatizacije. U drugom slučaju ne mora se nužno isključivati kuhinjska napa, samo što će za vrijeme rada plinskog trošila upravljačka jedinica prilagoditi rad ventilacijskog sustava kako ne bi došlo do stvaranja podtlaka u prostoriji.

                U slučaju kotlovnice za smještaj plinskih trošila koja je odvojena od ostatka objekta nepropusnim (vatrootpornim) vratima, prioritetna sklopka se također mora ugraditi! No, u tom slučaju njena funkcija dolazi do izražaja tek prilikom otvaranja vrata od kotlovnice (vidi sliku 3). Iako kotlovnica ima riješen sustav ventilacije, navedeni način daje nam dodatnu sigurnost i služi za sprječavanje neželjenih situacija.

Slika 3 – princip upravljanja ventilacijom putem prioritetne sklopke (osnovno stanje – plinsko trošilo ne radi a vrata i prozori su zatvoreni)

                Paralelno prioritetnoj sklopki može se spojiti i mikroprekidač ugrađen na prozor prostorije sa izvorom podtlaka; pri otvaranju prozora prioritetna sklopka gubi svoju funkciju jer se izjednačavanje tlaka vrši kroz otvoren prozor. Međutim, pri otvaranja prozora dolazi do poremećaja rada ventilacije, te bi u navedenom slučaju centralna jedinica morala isključiti ventilaciju (vidi VRATA I PROZORI).

KAMIN

                Otvoreni kamin – trn u oku ventilacijskog sustava! Kamini sa otvorenim plamenom, uz to što su veliki potrošači zraka, predstavljaju problem zbog stvaranja štetnih plinova – produkata izgaranja! Problem otvorenog plamena u zatvorenom prostoru mnogo je veći od problema plinskih grijalica; plinska trošila imaju riješeno kvalitetno (prirodno ili prisilno) odvođenje produkata gorenja. Uz ugradnju prioritetne sklopke mogu se vrlo jednostavno uklopiti u najnaprednije sustave ventilacije.

                Kamini pak, unatoč mogućnosti kvalitetnog odvođenja produkata gorenja, predstavljaju velik problem radu ventilacijskih sustava zbog nemogućnosti ugradnje prioritetne sklopke radi sprječavanja povratnih strujanja, a i zbog mogućih gubitaka i poremećaja u cirkulaciji zraka radi otvorenog dimovodnog kanala u vrijeme dok se kamin ne koristi. Naravno, tu je i spomenuta velika potrošnja zraka, a i mogućnost zadimljavanja prostorija pri nepovoljnim atmosferskim prilikama. Kako riješiti problem?

                Kao prvo, u sustav dimovoda obavezno bi trebali ugraditi elektromotornu zaklopku (slika 4), kojom bi u slučaju potrebe mogli otvarati ili zatvarati dimovodni kanal (dimnjak). Nadalje, u kamin bi morali ugraditi nadomjestak za prioritetnu sklopku – toplinski senzor ili termostat. I treće, sustav ventilacije (rekuperator) bi morao podržavati (omogućiti) jednosmjerni načina rada pri kojem bi bila u funkciji samo ulazna grana, dok bi izlazna grana ostala isključena.

Slika 4 – prikaz ugradnje zaklopke i temperaturnog senzora u otvoreni kamin

                Jedini manipulativni problem u opisanom scenariju bila bi naznaka upravljačkoj jedinici da želimo zapaliti vatru u kaminu; pritiskom na tipku (scenarij – kamin) centralna jedinica otvorila bi zaklopku u dimovodnom kanalu, a sustav ventilacije preusmjerila na potrebe optimalnog rada kamina – stvaranje blagog nadtlaka u prostoriji. Nakon paljenja vate u ognjištu funkciju kontrole rada preuzeo bi ugrađeni termostat (koji se mora nalaziti na mjestu blizu ognjištu na kom sigurno dolazi do zagrijavanja kroz čitavo vrijeme postojanja topline u kaminu i morao bi biti podešen da reagira već na 40-ak °C). Nakon porasta temperature u kaminu centralna jedinica mora nadzirati dotok dovoljne količine zraka kroz ventilacijski sustav (u ovom slučaju predgrijavanje zraka u rekuperatoru ne bi bilo u funkciji) i osiguravati stalni blagi nadtlak, kako ne bi došlo do povrata otpadnih plinova u prostoriju. Nakon gašenja vatre u kaminu i hlađenja istog (što nadzire navedeni termostat) centralna jedinica zatvorila bi zaklopku u dimovodnom kanalu i funkciju ventilacije vratila u normalu.

                Iz opisanog vidimo da se u napredne sustave kućne automatizacije mogu priključiti i uređaji koji u svojoj osnovnoj namjeni nisu predviđeni za djelovanje i ovisnosti sa upravljačkim sustavima.

PRIORITETNA VENTILACIJA

                Prioritetna ventilacija je ventilacija prostorija u kojima trebamo izvršiti periodičko prozračivanje (kupaona, zahod). Takve prostorije opremaju se ventilatorima (bilo bi poželjno ugraditi ventilatore sa elektromotornim zaklopkama) koji se uključuju ručno putem vremenske sklopke. Naime, nakon upotrebe zahoda ili kupaone poželjno je odstraniti neugodne mirise ili višak vlage. Uključenje sustava ventilacije moglo bi biti neekonomično, stoga se u navedene prostorije ugrađuje neovisni ventilacioni sustav (bez obzira da li u prostorijama postoji sustav centralne ventilacije). Nakon upotrebe ručno uključujemo ventilaciju, a vrijeme rada iste određeno je vremenskom sklopkom.

                Ventilacijski sustav navedenih prostorija izvodi se odvojeno od centralnog ventilacijskog sustava. U slučaju ugradnje ventilatora sa zaklopkama sve prostorije mogu se spojiti na jednu izlaznu granu bez bojazni za neželjenim strujanjem zraka iz prostorije u prostoriju. Iako se pri radu spomenutih ventilatora javlja podtlak, njegov utjecaj je minimalan zbog malog kapaciteta protoka zraka spomenutih ventilatora. Problem podtlaka i u ovom slučaju može riješiti diferencijalna tlačna sklopka.

VRATA I PROZORI

                Stabilnosti rada naprednog ventilacionog sustava problem predstavljaju – otvoren prozor ili vrata. Naime, otvaranjem prozora ili ulaznih vrata može doći do poremećaja u cirkulaciji zraka unutar prostorija ulaskom svježeg ili izlaskom obrađenog zraka kroz otvore. Tako, na primjer, otvaranjem prozora zimi ventilacioni sustav može prouzročiti ulazak velike količine hladnog zraka iz okoline i gubitak zagrijanog zraka iz prostora. Da bi se to spriječilo, možemo odabrati jedno od rješenja:

                Napredni kućni sustavi podrazumijevaju i napredne protuprovalne sustave; svi prozori i ulazna vrata opremljeni su mikroprekidačima za kontrolu otvaranja. Navedeni mikroprekidači mogu se iskoristiti i kao „prioritetni“ prekidači za upravljanje ventilacijom (vidi sliku 3). Na primjer, pri otvaranju ulaznih vrata mikroprekidač šalje informaciju upravljačkoj jedinici i ona isključuje sustav ventilacije kako ne bi dolazilo do nepotrebnih gubitaka. Naravno, spomenuta akcija mora imati vremensko kašnjenje, što znači da kratkotrajno otvaranje vrata ili prozora neće utjecati na rad ventilacije.

                Po drugoj strani, spomenuta akcija može biti ograničena samo na sezonu grijanja. Na primjer, u vremenu kada razlike u temperaturi prostora i okoline nisu velike, otvaranje vrata ili prozora ne bi smjelo imati velikog utjecaja na rad ventilacije. Doduše, i u ovom slučaju bi moglo doći do isključenja ventilacijskog sustava kako ne bi nepotrebno trošio energiju, samo bi vrijeme kašnjenja moglo biti puno veće nego za vrijeme rada grijanja.

                Pošto se stambeni objekt oprema naprednim sustavom ventilacije koji u potpunosti zadovoljava potrebe za održavanjem optimalne kvalitete zraka, upitna je potreba za ugradnjom prozora; umjesto njih mogu se ugraditi kvalitetne staklene stijene. Međutim, u nekim prostorijama (više zbog tradicije nego zbog potrebe) ugrađujemo prozore koji se mogu otvarati bez obzira na napredne sustave ventilacije. Takvi prozori (i npr. vrata prema terasama) mogu se opremiti elektromotornim pogonima za otvaranje i zatvaranje. U tom slučaju automatizacija poprima potpuno novo značenje.

                Naime, u slučaju cikličkog rada ventilacije i „zaboravljenog“ prozora, prije uključenja ventilacijskog sustava kontrolna jedinica može zatvoriti otvorene prozore. Zatim, u slučaju kad je vanjska temperatura približno jednaka optimalnoj, centralna jedinica može uključiti pretprogramirani scenarij za takve slučajeve – gašenje ventilacije i otvaranje prozora. Nadalje, u slučaju zonske ventilacije pri otvaranju vrata prema terasi centralna jedinica može uključiti samo pretprogramirani proces ventilacije za zonu koja nije u fizičkoj vezi sa prostorijama sa otvorenim vratima.

                Iz opisanog je vidljivo da napredan sustav ventilacije može biti puno više od pukog prozračivanja prostorija. U kombinaciji sa grijanjem, hlađenjem i održavanjem vlažnosti zraka sustav ventilacije može postati sustav za održavanje idealnih i konstantnih uslova za zdrav boravak u zatvorenom prostoru.

VENTILACIJA SPOREDNIH PROSTORIJA

                Sporedne prostorije, u našem slučaju smočnica u prizemlju i prostorija za pohranu garderobe na katu prostorije su sa minimalnim zahtjevima za ventilacijom. Međutim, zbog nepostojanja prozora, rijetkog korištenja spomenutih prostorija i pohrane različite robe, i navedenim prostorijama moglo bi doći do pojave ustajalog zraka, vlage, plijesni i sl.

                Po drugoj strani, ne želimo da nam zrak iz kuhinje ili kupaone ulazi u navedene prostorije, niti želimo da zrak iz navedenih prostorija (naročito smočnice) ulazi u prostorije u kojima boravimo. Stoga smočnicu i ostavu tretiramo kao zasebne ventilacijske sustave. Iz ulazne grane ventilacijskog sustava dovodimo svjež zrak u navedene prostorije, ali cijevima minimalnog presjeka kao bi osigurali minimalnu ali zadovoljavajuću cirkulaciju zraka. Na isti način odvodimo zrak iz prostorija direktno u izlaznu granu ventilacijskog sustava. Pošto se radi o cijevima malog presjeka, utrošak zraka za navedene prostorije je minimalan (ali se, dakako, mora uzeti u obzir pri proračunu ventilacije). Navedeni postupak funkcionalan je samo u slučaju kontinuirane ventilacije tijekom cijele godine. U protivnom, ventilacija prostorija vrši se neovisnim ventilacijskim vodovima.

VENTILACIJA KOTLOVNICE

                Ventilacija kotlovnice (prostorije u koju su smješteni energetski uređaji) mora biti izvedena po normama i standardima ovisno o tipu grijanja; u slučaju toplinske pumpe dovoljno je kotlovnicu tretirati kao krajnju prostoriju koja se spaja na izlaznu granu ventilacijskog sustava. U slučaju plinskih trošila ventilacija kotlovnice se izvodi prema važećim tehničkim propisima.

                Svaku kotlovnicu, bez obzira na tip energenta, bilo bi poželjno opremiti vatrootpornim vratima i sustavom za vatrodojavu. Ako je kotlovnica priključena na centralni ventilacijski sustav, ulaznu i izlaznu granu bilo bi poželjno opremiti protupožarnim zaklopkama, koje bi automatski zatvorile ventilacijske vodove u slučaju požara i tako spriječile širenje istog putem ventilacijskog sustava.

AUTOMATIZACIJA VENTILACIJE

DINAMIKA VENTILACIJE

                Dinamiku ventilacije određuju dnevne potrebe za svježim zrakom: disanje, priprema hrane, odmor, odsutnost… Nadalje, potreba za ventiliranjem prostora povećava se i sa brojem osoba koje borave u njemu. Kako prilagoditi ventilaciju našim potrebama?

                Radi lakšeg razumijevanja na slici 1 prikazana je dnevna dinamika ventilacije tijekom radnog dana u zimskim mjesecima. To podrazumijeva da je u sustav ventilacije integriran i registar – izmjenjivač topline. Širina stupca označava vrijeme trajanja ventilacije, visina plavog stupca označava snagu ventilacije (protok zraka), dok visina crvenog stupca označava snagu zagrijavanja putem registra. Na slici je prikazan jednostavniji dnevni rad ventilacije koji ne uzima u obzir broj osoba u prostoru, kao ni potrebu pojačane ventilacije u posebnim slučajevima (dugotrajno i opsežno kuhanje i sl.)

Slika 1 – dnevna dinamika ventilacije u zimskim mjesecima

                Iz slike je vidljivo da se za vrijeme spavanja u noćnim satima izmjena zraka obavlja rjeđe nego kad smo aktivni; to je zbog smanjene potrebe za svježim zrakom tijekom noći u odnosu na dnevne aktivnosti. S druge strane pak, za vrijeme odsutnosti (8 – 17 sati) sustav ventilacije održava prostorije u „hladnom pogonu“ – vrši se minimalna izmjena zraka i minimalno zagrijavanje prostora. Naime, uvijek postoji mogućnost ranijeg povratka s posla ili iz škole; povratak u ledeno hladan stan bio bi i te kako neugodan.

                Nadalje, od 17 do 22 sata vrijeme je najvećih i najizraženijih aktivnosti – priprema hrane, održavanje higijene…, pa je u to vrijeme najizraženija potreba za svježim zrakom i zagrijavanjem. Nakon 22 sata pa do ponoći i dalje je prisutna potreba za ventiliranjem prostora, ali ne u tolikoj mjeri kao kad smo u punoj aktivnosti.

                Iz opisanog zaključujemo da dinamika ventilacije ima dvojaku svrhu: optimalno zadovoljenje naših potreba za svježim zrakom, kao i maksimalna učinkovitost bez suvišnog rasipanja energije u vrijeme kada to nije potrebno. Dakako, dinamika se mijenja vikendom, ljeti, u proljeće… Napredni ventilacijski sustav upravljan iz centralne jedinice bez problema će zadovoljiti sve naše potrebe u bilo kojoj situaciji ili u bilo koje doba godine.

ZONE

                Što su zone? Zone su dijelovi objekta (skupine prostorija) sa zasebnim nadzorom i upravljanjem sustava. U načelu funkcija sustava dijeli stambeni prostor na zone, pa tako zone grijanja ne moraju se poklapati sa zonama ventilacije i sl.

Slika 2 – zona 1

Slika 3 – zona 2

                U slučaju našeg objekta ventilacija je podijeljena na dvije zone. Prvu zonu (slika 2) sačinjavaju sve prostorije u prizemlju izuzev kotlovnice i smočnice. Ulaz svježeg zraka smješten je u dnevnom boravku i radnoj sobi, dok je izlaz smješten u kupaoni, zahodu, ali i na krajevima hodnika na prvom katu (koji su također sastavni dio prve zone). Drugu zonu (slika 3) predstavljaju spavaća i gostinjska soba, te predhodnik, kupaona i zahod. Smočnica u prizemlju i spremište na katu predstavljaju zasebnu granu ventilacije sporednog prostora. U slučaju prenamjene gostinjske sobe u dječju mijenja se i njena zona pripadnosti od 2 na 1.

                Zašto smo izvršili podjelu na zone? Zone se određuju prema našim životnim navikama i potrebama. Tako se dinamika ventiliranja spavaće sobe određuje vremenom boravka u njoj; nema potrebe za ventiliranjem iste tijekom dana ili tijekom našeg izbivanja iz objekta. S druge strane, za vrijeme spavanja tijekom noći  ventilacija dnevnog boravka nije potrebna. Podjelom na zone vršimo ekonomičniju raspodjelu rada ventilacije zato jer je ona aktivna samo u onim prostorijama u kojima se većinom zadržavamo. Radi toga smo objekt podijelili na dvije zone: zona 1 (zona dnevnog boravka) i zona 2 (zona noćnog boravka).

                Ugrubo rečeno, zona 1 ventilira se preko dana, dok se zona 2 ventilira preko noći. Dinamiku ventiliranja zone 1 određuju naše aktivnosti i broj osoba koje borave u njoj (u blagovaoni i dnevnom boravku). Zbog svakojakih dnevnih aktivnosti i veće potrebe za svježim zrakom ventiliranje zone 1 je naglašenije (veći protok zraka) od ventiliranja zone 2; odmorom i spavanjem naše potrebe za svježim zrakom su manje, stoga se ventiliranje zone 2  vrši manjim protokom zraka nego ventiliranje zone 1.

                Iz opisanog zaključujemo da je podjela na zone ekonomičniji i optimalniji način upravljanja sustavom ventilacije od jedinstvene ventilacije čitavog objekta. Zbog ventilacije samo onih prostorija u kojima boravimo moguće je postizanje precizne kvalitete zraka i temperature kao i njihovo održavanje u području optimuma. Prostorije u kojima ne boravimo, kao i za vrijeme naše odsutnosti, na opisani se način jednostavnije održavaju u „hladnom pogonu“, tj. na minimalnim uvjetima koji zadovoljavaju uslove održavanja prostorija u podnošljivim uvjetima; kvaliteta zraka nikad ne postaje loša, a temperatura prostora zadovoljava i uvjete iznenadne potrebe boravka u navedenim prostorijama.

Slika 4 – dnevna dinamika ventilacije zone 1

Slika 5 – dnevna dinamika ventilacije zone 2

                Važno je spomenuti i ovo: osnovnu dinamiku (vrijeme i trajanje) ventilacije određuje program koji je unesen u centralnu upravljačku jedinicu. Osnovnu dinamiku zagrijavanja pak određuju termostati raspoređeni po zonama. Složeniji (efikasniji) načini upravljanja ventilacijom i grijanjem (automatizacija) biti će opisani kasnije.

                Na koliko zona možemo podijeliti naš objekt? Teoretski, svaka prostorija mogla bi predstavljati jednu zonu sa neovisnom ventilacijom i grijanjem/hlađenjem. No tu se javlja pitanje isplativosti i kompliciranih tehničkih rješenja za izvedbu navedenog zahtjeva ali i upravljanje takvim sustavom. Naš objekt je podijeljen na dvije zone – zonu dnevnog boravka (1) i zonu noćnog boravka (2). Neovisne prostorije su sporedni prostori, kojih je proces ventilacije ranije opisan, i kotlovnica (prostorija za smještaj energetskih uređaja) koje pak ventilacija ovisi o vrsti grijanja (električna energija, plin…).

UPRAVLJANJE ZONAMA

                Kako tehnički izvesti opisani način podjele na zone? Na pamet nam pada ugradnja dva rekuperatora, za svaku zonu po jedan, ali to bi bilo krajnje neekonomično i neisplativo. Najpraktičniji način je razdvajanje ventilacionih kanala prema zonama i ugradnja zrakotjesnih elektromotornih zaklopki. Na slici 4 prikazana je šema spomenute izvedbe: na izlazne grane rekuperatora spojena je izlazna i ulazna grana ventilacije; svaka od njih dijeli se na dvije grane – ulaznu i izlaznu granu za svaku zonu. Međutim, za upravljanje protokom zraka koriste se zaklopke; njihovim otvaranjem i zatvaranjem na jednostavan način se preusmjeruje zračna struja prema zonama koje želimo ventilirati. Na slici je prikazan slučaj ventilacije zone 2 (zaklopke su otvorene i omogućuju cirkulaciju zraka, dok su zaklopke zone 1 zatvorene). Funkcioniranje ventilacije zamišljeno je na način da samo jedna zona može biti ventilirana; druga zona je za to vrijeme u stanju mirovanja. Na taj način postiže se osjetno brže postizanje optimalnih uvjeta (kraće vrijeme ventilacije) u pojedinoj zoni; iako nam se čini da rekuperator mora biti dulje vrijeme u funkciji radi zasebnog ventiliranja pojedinih zona, praksa će pokazati da nije tako; zbog različitih vremena potrebe za svježim zrakom rad ventilacije, a samim tim i rekuperatora, optimalno je raspoređen tijekom dana.  Vremena ventiliranja zona u rijetkim se slučajevima preklapaju. Doduše, u slučaju „hladnog pogona“ moguće je izvesti istovremeno ventiliranje obje zone, no upitno je koliko je to isplativo zbog različitih količina potrebnog zraka za ventilaciju svake zone; u svakom slučaju, ventilacija zona može biti istodobna, ali način upravljanja zaklopkama mora biti samostalan – u ovisnosti prema zahtjevima svake zone zasebno.

Slika 6 – šema upravljanja ventilacijom pomoću zaklopki

                Na slici 6 vidljiv je odvojak za ventilaciju sporednih prostorija (spremišta i smočnice). Prilikom svakog uključenja putem spomenutih odvojaka dio zraka se odvaja za ventilaciju sporednih prostorija, bez obzira na zonu u kojoj se vrši ventilacija. Količina zraka za spomenutu radnju je minimalna i ne utječe na rad ventilacijskog sustava.

                Također, na slici vidimo odvojke (bypass) kraj svake zaklopke; njihova je uloga da omoguće minimalnu ventilaciju zone u kojoj je ventilacija isključena. Na taj se način, bez obzira na zonu koja se ventilira, vrši izmjena zraka u čitavom objektu; potpuna ventilacija u zoni koja se ventilira i minimalna u zoni koja je na čekanju. Raspodjela svježeg zraka prilikom ventiliranja zone 1 prikazana je na slici 7. Uočavamo da se većina zraka koristi za ventilaciju zone 1, mali dio za ventilaciju zone 2 (putem bypassa), a još manji dio za ventilaciju sporednih prostorija. Kod ventilacije zone 2 raspodjela zraka je, naravno, drugačija. Važno je napomenuti da se mora omogućiti regulacija protoka zraka kroz bypass za svaku zonu, kao i regulacija protoka zraka za sporedne prostorije.

Slika 7 – optimalan raspored zraka pri ventilaciji zone 1

Slika 8 – optimalan raspored zraka pri ventilaciji zone 2

AUTOMATIZACIJA VENTILACIJE – PROTOK ZRAKA I POSJEDNUTOST

                Osnovni pojam vezan uz ventilaciju je protok zraka. Protok zraka ovisi prvenstveno o ventilatorima ugrađenim u sustav ventilacije (rekuperator), te o našim potrebama za svježim zrakom:  brojem osoba koje borave u objektu, dnevnom dinamikom kućanskih radova (kuhanje, održavanje higijene, spavanje i slično). Različite aktivnosti zahtijevaju različitu potrebu za količinom izmjene zraka u prostoru.

                Rekuperatori su opremljeni višebrzinskim ventilatorima koji mogu vršiti izmjenu zraka od nekoliko stotina pa sve do desetak tisuća m³ po satu. U slučaju konstantne potrebe za ventilacijom (npr. rad kuhinjske nape, kamina i sl.) informaciju o radu spomenutih potrošača zraka možemo vrlo jednostavno proslijediti centralnoj upravljačkoj jedinici, koja će na osnovu primljenih podataka i programa izvršiti najoptimalniju izmjenu zraka. Međutim, u normalnom režimu rada problem predstavlja broj osoba koje se nalaze u objektu, radi količine svježeg zraka koja ovisi o broju osoba.

                Radi se o posjednutosti – brojnom stanju ljudi u objektu. Kako izvršiti nadzor posjednutosti? U visokointeligentnom sustavu apsolutne automatizacije („superinteligentnoj kući“) taj problem ne postoji jer upravljačka jedinica čitavo vrijeme nadzire kretanje ukućana i njihov boravak u prostorijama. Na osnovu toga može odrediti dinamiku ventilacije, grijanja i tome slično. Pošto je navedeni sustav izuzetno skup, o njemu ćemo povremeno reći tek nekoliko riječi.

                U našem slučaju broj osoba u objektu možemo odrediti na više načina; prvi način je  sustav za kontrolu pristupa („smart kartice“ za otvaranje ulaznih vrata i upravljanje protuprovalnim sustavom). Sustav je pouzdan ali iznimno nepraktičan – prilikom izlaska ili ulaska u objekt svaki stanar morao bi „provući“ smart – karticu po čitaču.

                Drugi način je ugradnja modularnih prekidača u hodniku u blizini ulaznih vrata; svaki stanar morao bi pritiskom na prekidač dati do znanja da li izlazi ili ulazi u objekt (npr. prekidač na položaju 1 – osoba je u objektu; prekidač u položaju 0 – osoba je napustila objekt). I taj način je nepouzdan i nepraktičan – radi zaboravnosti. Naime, ništa nas ne prisiljava da pritisnemo na prekidač prilikom izlaska iz objekta, i vrlo često bi dolazilo do slučaja „lažne posjednutosti“ – na osnovu podataka s prekidača sustav bi smatrao da se osobe nalaze u objektu iako bi objekt bio prazan.

                Većini na pamet padaju toplinski senzori (pogrešno „senzori pokreta“). Oni vrše svoju funkciju kad se zagrijani objekt kreće kroz prostor. Međutim, kad bi se uvečer primirili u naslonjaču, IC senzor više ne bi primao informacije o promjeni temperature u prostoru, te bi na osnovu toga stvorio lažan dojam o praznom objektu.

Slika 1 – nadzor posjednutosti pomoću ključeva

                Jedno od praktičnih rješenja prikazano je na slici 1: svežanj ključeva od ulaznih ili garažnih vrata sa malim dodatkom – ključićem modularnog prekidača s bravom. Na slici je prikazana grupa od četiri modularna prekidača – za svakog člana obitelji po jedan. U vrijeme boravka kod kuće ključevi „vise“ na ključiću koji je umetnut i okrenut u bravici u položaj I. Prilikom izlaska dovoljno je okrenuti ključić i izvući ga iz bravice; na taj način mijenjamo stanje kontakta u prekidaču i dajemo centralnoj jedinici informaciju o našem boravku ili odsustvu. Jedini uvjet je da svaki član kućanstva uzme svoj ključ prilikom izlaska. Umjesto svežnja ključeva na prstenu s ključićem može biti transponderski ključ za upravljanje protuprovalnim sustavom, ključ od automobila…

                Rješenja, dakako, ima još, ali ovaj je lako izvediv, sastoji se od modula koji su lako dostupni i jednostavno ih je uklopiti u sustav upravljanja ventilacijom. Navedenim načinom upravljačka jedinica će na najpraktičniji način „znati“ brojno stanje osoba koje se nalaze u objektu, i na osnovu toga će odrediti količinu zraka potrebnog za ventilaciju.

                Upravljanje ventilacijskim sustavom paralelno se vrši i upravljanjem protuprovalnim sustavom.   Naime, uključenjem protuprovalnog sustava upravljačka jedinica dobiva informaciju da se u objektu nitko ne nalazi, i samim tim određuje dinamiku ventiliranja. Pri zonskoj raspodjeli protuprovalnog sustava (npr. pri odlasku na spavanje uključujemo zonu zaštite u prizemlju) upravljačka jedinica također može primiti informaciju o mjestu našeg boravka u objektu; u opisanom slučaju spavamo u zoni 2, dok je zona 1 neposjednuta. Upravljačka jedinica i na ovaj način određuje zonu i dinamiku ventilacije.

USLOVNOSTI I PRIORITETI

Slika 2 – uslovljena dinamika ventilacije

                Pošto je sustav ventilacije i grijanja integriran sustav, u ovom poglavlju opisat ću isključivo rad ventilacije, bez potrebe za grijanjem ili hlađenjem (npr. u kasno proljeće ili ranu jesen). Pogledajmo sliku 2; prikazana je dinamika ventilacije zone 1 i zone 2 tijekom radnog dana u razdoblju od 7 – 24 sata. U retku „KUHINJSKA NAPA“ prikazano je vrijeme rada nape (priprema doručka i ručka…). Pogledamo li ventilaciju zone 1 uviđamo da ventilacija radi za čitavo vrijeme rada kuhinjske nape. Naravno, u ovom slučaju radi samo ulazna grana ventilacije kako bi nadoknadila gubitke (podtlak) koji stvara ventilator kuhinjske nape. Iz toga možemo zaključiti da rad nape ima najveći prioritet ventilacije.  

                Drugi stupanj prioriteta je zona. Naime, spavaće sobe nalaze se u zoni 2, dok se prostorije za dnevne aktivnosti nalaze u zoni 1. Upravljanjem protuprovalnim zonama možemo vrlo lako određivati prioritet po zonama – noću je potrebna ventilacija zone 2, a danju zone 1.

                Slijedeći stupanj prioriteta određuje POSJEDNUTOST – broj osoba u objektu. Međutim, paralelno tome prioritet se određuje i satnicom naših aktivnosti (spavanje i sl.) koje zahtijevaju različite potrebe za ventilacijom, što je vidljivo u retku „Zona 1“ i „Zona 2“ – dinamika ventilacije. Uočavamo da se ventilacija u smanjenom obujmu vrši u zoni 2 za vrijeme spavanja, dok je ventilacija zone 1 ovisna o aktivnostima i broju osoba u objektu („Posjednutost“).

                Redak „Ljetni bypass“ prikazuje funkcionalnost rekuperatora (sistemski prioritet), što će biti opisano kasnije.

                Iako se radi tek o ventilaciji bez grijanja ili hlađenja, prikazan rad ventilacijskog sustava izgleda nam vrlo kompliciran. Međutim, sve opisane funkcije potpuno su automatizirane, osim kontrole posjednutosti. Na slici 2 vidimo i mogućnost automatskog otvaranja prozora sa elektromotornim pogonom u zoni 2 (spavaća soba) radi prirodne ventilacije. Navedena metoda je  upitna jer je ventilacija putem ventilacijskog sustava mnogo kvalitetnija zbog filtriranja i obogaćivanja ulaznog zraka.

                Naravno, apsolutni prioritet u radu ventilacije ima sustav tehničke zaštite (protupožarni sustav, sustav nadzora istjecanja plina…) koji će biti objašnjeni u poglavlju „Sustav tehničke zaštite“.

VENTILACIJSKI SUSTAV – ZAKLJUČAK

Slika 3 – sustav ventilacije

                Iako će o sustavu ventilacije još biti riječi, vrijeme je da objedinimo do sad opisano. Pogledajmo sliku 3. Prikazan je ventilacijski sustav bez ulaznog filtera, ventilacijskih vodova i registra za grijanje i hlađenje. Stanje na slici prikazuje nam ventilaciju zone 2 (položaj zaklopki) sa uzimanjem zraka direktno iz okoline (ulaz 2). Naime, zaklopke na lijevoj strani slike prikazuju stanje u kom je ulaz zraka preko zračno – zemnog kolektora zatvoren, te se uzima direktno iz okoline (naravno, preko filtera koji nije prikazan). To se zbiva u slučaju kad bi temperatura zraka iz zemnog izmjenjivača bila niža od temperature zraka iz okoline, čime bi zemni izmjenjivač stvarao gubitke. Ugradnjom dviju prikazanih zaklopki riješen je i taj problem i sustav može raditi optimalno.

                Na slici je prikazan i LJETNI BYPASS – zaklopka koja preusmjerava struju izlaznog zraka sa izmjenjivača u rekuperatoru na obilazni kanal; u slučaju prekomjernog zagrijavanja zraka unutar objekta rekuperator bi dio neželjene topline prenio na ulazni zrak. U tom slučaju zaklopka prelazi u okomit položaj i omogućuje izlaznom zraku obilazni put bez kontakta sa izmjenjivačem u rekuperatoru.

                Radom samog sustava upravlja centralna upravljačka jedinica na osnovu do sada opisanog, ali i na osnovu podataka temperaturnih senzora prikazanih na slici 3. Opisani postupak ne treba nas zabrinjavati; vjerovali ili ne, ali za optimalan rad ventilacijskog sustava dovoljno je samo – uzimati ključeve pri izlasku iz objekta i upravljati protuprovalnim alarmom. Ostatak brige o ventilaciji prepušten je upravljačkoj jedinici!