Chladiace trámy – komplexné riešenie na vytvorenie vnútornej klímy

Na vytvorenie kvalitnej vnútornej klímy sa dnes v severských oblastiach používajú najmä chladiace trámy, ktoré poskytujú vysoký komfort so správnou teplotou bez hluku a prievanu. Trámy pracujú na indukčnom princípe, chladiaca a vykurovacia voda udržuje správnu teplotu v miestnosti a prívod upraveného primárneho vzduchu zaisťuje prísun čerstvého vzduchu do priestoru. Výber typu chladiacich trámov závisí od typu budovy a charakteru miestnosti.

Pasívne a aktívne chladiace trámy
Keďže chladiace trámy nemajú žiadne pohyblivé časti (ako sú napr. ventilátory, pohony klapiek a čerpadlá kondenzátu) odpadajú problémy s odvodom kondenzátu, s hlukom a prievanom a  prevádzkové náklady sú vďaka veľmi ľahkej údržbe veľmi nízke, napr. v porovnaní s fancoilmi. Chladiace trámy rozdeľujeme do dvoch kategórií – pasívne a aktívne.

Pasívny chladiaci trám tvorí chladiaci výmenník s lamelami vnútri krytu s perforáciou na jednoduchú cirkuláciu vzduchu. Chladiaca voda prúdi výmenníkom, vzduch medzi lamelami sa stáva chladnejší než okolitý vzduch a klesá dolu do priestoru. Chladiaci výkon závisí od rozdielu teplôt medzi teplotou výmenníka a teplotou v miestnosti, preto treba pasívne trámy umiestniť so zreteľom na zdroje tepla a systémy prívodu čerstvého vzduchu. Chladiace trámy by mali fungovať v súlade so zdrojom tepla v miestnosti, preto treba určiť ich umiestnenie čo najvýhodnejšie. Výrobca pasívnych chladiacich trámov by mal dať správne odporučenie na ich umiestnenie v miestnosti vrátane určenia chladiaceho výkonu. Najlepší spôsob, ako podobné problémy riešiť, je postaviť model miestnosti v skúšobni, kde možno zmerať teploty a rýchlosti prúdenia vzduchu.

Aktívne chladiace trámy tiež tvorí výmenník s lamelami vnútri zakrytovania, ale navyše sa do nich privádza čerstvý upravený – tzv. primárny vzduch. V aktívnych chladiacich trámoch sa primárny vzduch vyfukuje cez množstvo trysiek a indukcií a uvádza do pohybu vzduch v miestnosti. Indukcia je výsledkom podtlaku okolo trysiek, z ktorých sa vzduch vyfukuje, deficit vzduchu okolo trysiek sa nahrádza vzduchom z miestnosti – t. j. vzduch z miestnosti je tzv. indukovaný. Umiestnenie aktívnych chladiacich trámov je tak menej citlivé na umiestnenie v miestnosti a zároveň je výsledný chladiaci výkon podstatne vyšší ako pri pasívnych chladiacich trámoch.

V princípe ide o vetranie zmiešavaním a existuje viac spôsobov inštalácie chladiacich trámov. Všetky majú svoje výhody a obmedzenia v závislosti od tvaru miestnosti, rozmiestnenia zdrojov tepla, umiestnenia chladiacich trámov, a tým vytvorený obrazec prúdenia distribuovaného vzduchu. Riešenie závisí od viacerých faktorov, z ktorých niektoré sa nachádzajú v tomto článku.

História chladiacich trámov
Správna inštalácia chladiacich trámov nie je o nič dôležitejšia ako správna inštalácia ostatných systémov, tieto systémy však rozhodne nie sú niečím novým. Už v roku 1958 si nórsky inžinier Gunnar Frenger nechal patentovať technické riešenie (tzv. Frengerov systém), ktoré predstavuje prvý krok smerom k chladiacim trámom, ako ich poznáme dnes. Išlo o rebrované rúrky na hliníkových profiloch, ktoré sa nainštalovali pod strop a využívali sa na vykurovanie a chladenie.

Koncom roku 1960 sa nainštaloval prvý pasívny radiačný chladiaci trám v továrni firmy Volvo v Göteborgu. V kancelárii Götabanken v Göteborgu nainštalovali v roku 1972 prvý aktívny chladiaci trám s prívodom upraveného primárneho vzduchu. V roku 1986 prišiel zlom, kedy SAS (Scandinavian Airlines) zvolila toto riešenie pre svoju centrálu Frösundavik v Stockholme. Viac než 5 000 pasívnych chladiacich trámov sa nainštalovalo v kanceláriách v tejto budove a spoľahlivo pracujú dodnes.

 Obr. 1: Systém prevádzky chladiaceho trámu

Umiestnenie a princíp fungovania chladiacich trámov
Chladiace trámy možno umiestniť:

• kolmo na fasádu,
• rovnobežne s fasádou,
• rovnobežne so zadnou stenou.

Umiestnenie kolmo na fasádu je alternatíva pre štandardnú kanceláriu 3 × 4 m alebo pre kancelárie bez stavebných priečok. Chladiaci trám sa nachádza v strede miestnosti alebo blízko k najbližšej deliacej stene (obr. 2). Najčastejšie sa nachádza v strede miestnosti, čo vyhovuje všetkým druhom výrobkov a jednak aktívnym, jednak pasívnym chladiacim trámom. Umiestnenie blízko k deliacim stenám je vhodné pre asymetrický obrazec distribuovaného vzduchu.

Umiestnenie rovnobežne s fasádou sa používa v miestnostiach, ako sú veľkoplošné kancelárie a obchody (obr. 3). Tento spôsob sa najčastejšie uplatňuje v severských oblastiach a má veľa výhod. Vzduch sa distribuuje smerom k stredu miestnosti, kde sa spája so stúpajúcimi konvektívnymi prúdmi, ktoré sú teplejšie ako okolitý vzduch. Správnou distribúciou vzduchu z chladiacich trámov možno dosiahnuť stálu komfortnú klímu.

Umiestnenie chladiacich trámov rovnobežne so zadnou stenou (ktorá susedí s chodbou) je vhodné do štandardných modulových kancelárií, veľkoplošných kancelárií a pod. (obr. 4). Distribúcia vzduchu je buď symetrická alebo asymetrická.

Obr. 2: Umiestnenie chladiaceho trámu kolmo na fasádu	Obr. 3: Umiestnenie chladiaceho trámu rovnobežne s fasádou
	Obr. 4: Umiestnenie chladiaceho trámu rovnobežne so zadnou stenou

Niektorí výrobcovia odporúčajú distribuovať celé množstvo vzduchu smerom od zadnej steny pod stropom miestnosti a nechať ho klesať smerom dolu k podlahe. To však znamená vysokú rýchlosť prúdenia vzduchu pri podlahe a môže viesť k pocitu prievanu v pobytovej zóne. Systém sa správa nestabilne, pretože zdroje tepla v miestnosti vytvárajú stúpajúce prúdy vzduchu a tie môžu zapríčiniť stlačenie distribuovaného vzduchu z chladiaceho trámu dolu do miestnosti. Vzduch klesá v malej vzdialenosti od chladiaceho trámu a nešíri sa do miestnosti.

V prípade štandardných modulových kancelárií je dôležité, aby chladený primárny vzduch distribuovaný z trámu prechádzal dlhou zmiešavacou zónou pred dosiahnutím pobytovej zóny. Po výstupe vzduchu z trámu môže vzduch priľnúť k stropu, stene alebo časti podlahy a zatiaľ čo prúdi pozdĺž týchto povrchov, mieša sa so vzduchom miestnosti a teplota cirkulujúceho vzduchu sa zvyšuje. Takto sa dosiahne komfortná vnútorná klíma bez rizika prievanu a chladiaca kapacita sa môže odovzdať bez akýchkoľvek problémov. V priestoroch s veľkými plochami, ako sú obchody a veľkoplošné kancelárie, je situácia týkajúca sa chladiacich trámov odlišná od bežných kancelárií. Obvykle tu nie sú blízke steny, pozdĺž ktorých by primárny vzduch mohol prúdiť, a tak najčastejším spôsobom inštalácie je umiestnenie dlhých paralelne inštalovaných chladiacich trámov kolmo na fasádu.

V zmiešavacích systémoch vetrania prebieha výmena tepla vertikálne medzi vzduchom v miestnosti a primárnym vzduchom. Dôležité je hneď od začiatku sa vyhnúť riziku prievanu. Riziko je väčšie vo veľkých miestnostiach a tam, kde sú požiadavky na flexibilitu miestnosti väčšie – t. j. častejšie premiestňovanie priečok a rozmiestňovanie nábytku. Najčastejší problém vzniká, keď sa chladiace trámy umiestnia príliš blízko k sebe. Inštalácia je tak síce flexibilnejšia, ale s rizikom protiprúdu vzduchu, ktorý môže vytvárať prúdenie pociťované ako prievan.

Jeden zo spôsobov, ako toto riziko odstrániť, je individuálne nastavenie  smeru prúdenia vzduchu z každého chladiaceho trámu. Vybavením každého chladiaceho trámu regulačným zariadením – tzv. ADC (z anglického: Air Diffusion Control) možno výstup vzduchu nastaviť individuálne, výsledkom je potom podstatné zvýšenie stupňa zmiešavania s primárnym vzduchom. Ďalšia výhoda ADC je, že umožňuje zmenu smeru prúdu vzduchu z chladiaceho trámu pri zmene interiéru. Jednou z možností je tiež inštalácia krátkych chladiacich trámov (1 200 až 1 300 mm), každý modul rovnobežne s fasádou. Toto riešenie sa v Európe čoraz viac používa. Uvedené riziká sa odstraňujú pomocou ADC a vytvára sa tak stabilný systém.
 
Ochrana proti kondenzácii
V teplých letných dňoch je vlhkosť vzduchu vysoká, a tým sa zvyšuje aj riziko kondenzácie, preto je nevyhnutné sa mu vyhnúť. Najjednoduchšie sa to dá urobiť chladením výlučne  primárneho vzduchu. Snímač vlhkosti umiestnený v potrubí odťahového vzduchu zaistí, že teplota primárneho vzduchu sa udrží nad teplotou rosného bodu. Tento snímač umožňuje, aby sa teplota vody v celej budove zvýšila naraz a chladiace trámy si udržali svoj chladiaci výkon. Ak dá snímač v miestnosti povel na uzavretie ventilu na prívode chladiacej vody do výmenníka chladiaceho trámu, chladiace trámy strácajú na nejaký čas svoj chladiaci výkon a môže nastať diskomfort vnútornej klímy.

Návrh chladiacich trámov
Pri návrhu je dôležité počítať s prevádzkovými parametrami a nie s maximálnymi hodnotami, ako býva občas zvykom. V súčasnosti možno s pomocou návrhových programov optimalizovať výkony chladiacich trámov, vypočítať dosah prúdu vzduchu a navrhnúť rozmiestnenie. Nie je dôležité, aká metóda návrhu sa použije, najlepšie výsledky možno získať pri modelovaní v skutočnej veľkosti. Treba vybrať referenčnú miestnosť a urobiť v nej meranie teplôt, rýchlostí prúdenia vzduchu a stupňov turbulencie.

Subjektívne stanovenie výsledkov sa môže získať výpočtom DR indexu podľa ISO 7730. V DR indexe sa uvádza, koľko ľudí vyskúša kvalitu vnútornej klímy z hľadiska prievanu. Návrhová metóda sa vytvorila na základe rozsiahlych meraní získaných z referenčných skupín.

Pri skúške funkčnosti miestnosti sa môže použiť aj počítačová simulácia funkčnosti systému, známa ako CFD. Robí sa najmä v prípade rozľahlých miestností, ktoré sú, navyše, členité, ako napr. športové haly alebo veľké konferenčné sály. Presnosť CFD simulácie závisí od presnosti vstupných údajov, získavanie týchto údajov je náročnou úlohou. 

V súčasnosti sa už nainštalovalo značné množstvo chladiacich trámov.  Ich výhody, akými sú energetická účinnosť, jednoduchosť inštalácie a údržby a schopnosť vytvoriť komfortnú vnútornú klímu, naznačujú jasný trend – popularita chladiacich trámov bude zrejme rásť i naďalej.

Gunnar Svensson
Obrázky: Swegon

Autor pôsobí v spoločnosti Swegon, ktorá je výrobcom vzduchotechnických zariadení.

Článok bol uverejnený v časopise TZB HAUSTECHNIK 6/2008.