Rys 4. Układ klimatyzacyjny z recyrkulacyjnymi szafami klimatyzacyjnymi firmy Weiss Klimatechnik [2]

Transkrypt

1 Rozwizania energooszczdne klimatyzacji dla sal operacyjnych 1. Wprowadzenie Systemy klimatyzacyjne sal operacyjnych szpitali nale do najbardziej energochłonnych. Wpływa na to szereg czynników, w szczególnoci trójstopniowa filtracja powietrza, konieczno cigłej pracy instalacji, relatywnie due iloci powietrza wentylacyjnego, brak moliwoci odzysku wilgoci z powietrza wywiewanego i due zuycie energii na nawilanie powietrza. Realne moliwoci ograniczenia zuycia energii dla klimatyzacji sal operacyjnych sprowadzaj si aktualnie do dwóch kierunków działania. Pierwszy kierunek zwizany jest zastosowaniem czciowej recyrkulacji powietrza. Drugi kierunek zwizany jest ze sterowaniem energooptymalnym obróbk termodynamiczn powietrza w szczególnoci z rozszerzeniem dopuszczalnych przedziałów tolerancji regulowanych parametrów - głównie wilgotnoci wzgldnej powietrza. 2. Struktury układów klimatyzacyjnych W strukturze kadego układu klimatyzacyjnego mona wyszczególni nastpujce elementy: central klimatyzacyjn, instalacj kanałow oraz system rozdziału powietrza w pomieszczeniu. Struktury central klimatyzacyjnych dla sal operacyjnych, stanowi pewien standard obejmujcy: dwa stopnie filtracji (trzeci w elemencie nawiewnym), nawilanie parowe, moduły inspekcyjne, specjalne wykonanie higieniczne, a róni si praktycznie systemem odzysku ciepła (wymiennik krzyowy, system poredni glikolowy, rurka ciepła). Rozwizania konstrukcyjne obejmuj przy tym zarówno klasyczne centrale modułowe jak i szafy klimatyzacyjne. Podstawowe struktury układów klimatyzacyjnych dla bloków operacyjnych z odzyskiem ciepła porednim glikolowym (stosowanym najczciej) przedstawiono na rys. 1 a) b) Rys 1. Schemat układu klimatyzacyjnego bez recyrkulacji dla sali operacyjnej: a) z nawiewnikiem skonym, b) ze stropem nawiewnym

2 System z nawiewnikiem skonym stosuje si dla sal zabiegowo-operacyjnych, dla pozostałych sal operacyjnych klasycznym rozwizaniem jest system ze stropem nawiewnym. Powietrze nawiewane do sali operacyjnej po przejciu przez trzy stopnie filtracji jest praktycznie sterylne, zatem o czystoci mikrobiologicznej w strefie chronionej decyduje głównie powierzchnia objta przepływem wyporowym, który ogranicza niebezpieczestwo mieszania powietrza. Eliminuje to moliwo przedostania si mikroorganizmów do pola operacyjnego. Współczenie dla sal wysokoaseptycznych strefa chroniona stanowi około 25% powierzchni sali operacyjnej (~9 m 2 ) i obejmuje stół operacyjny, stół z instrumentami oraz zespół operacyjny. Implikuje to bardzo due iloci powietrza wentylacyjnego. Rozwizaniem ograniczajcym koszty obróbki termodynamicznej i przetłaczania powietrza s tutaj układy klimatyzacyjne z czciow recyrkulacj powietrza - rys. 2, 3, 4. Rys 2. Schemat układu klimatyzacyjnego dla sali operacyjnej ze stropem nawiewnym recyrkulacyjnym Rys 3. Układ klimatyzacyjny z modułami ciennymi recyrkulacyjnymi firmy Weiss Klimatechnik [2]

3 Rys 4. Układ klimatyzacyjny z recyrkulacyjnymi szafami klimatyzacyjnymi firmy Weiss Klimatechnik [2] 3. Model symulacyjny, zuycie energii W celu wykazania moliwych do uzyskania oszczdnoci energetycznych w wyniku wprowadzenia czciowej recyrkulacji powietrza lub rozszerzenia dopuszczalnych przedziałów regulacji parametrów wyznaczono roczne zuycie energii dla analizowanych układów. Roczne zuycie energii na obróbk i przetłaczanie powietrza wyznaczono w oparciu o model symulacyjny działania układu w cigu całego roku. Punktem wyjcia analizy było tutaj wyznaczenie algorytmów optymalnej obróbki powietrza uwzgldniajcej moliwoci układu sterowania i automatycznej regulacji dla analizowanych struktur układów klimatyzacyjnych. Jako parametry klimatu zewntrznego przyjto dane tzw. roku porównawczego [1] stanowicego zbór 8760 par parametrów (co godzin w cigu roku): temperatury i wilgotnoci wzgldnej powietrza, otrzymanych w oparciu o wieloletnie dane klimatyczne dla okrelonej strefy klimatycznej. W analizie porównawczej nakładów energetycznych przeprowadzono obliczenia rocznego zuycia energii dla dwóch układów klimatyzacyjnych sali operacyjnej: wariant 1 - wielkopowierzchniowy strop nawiewny bez recyrkulacji (rys. 1b), strumie powietrza nawiewanego 7200 m 3 /h, strumie powietrza wywiewanego 6720 m 3 /h wariant 2 - wielkopowierzchniowy strop nawiewny z recyrkulacj (rys. 2), strumie powietrza nawiewanego 7200 m 3 /h -w tym 2400 m 3 /h powietrza zewntrznego, strumie powietrza wywiewanego 6720 m 3 /h Szczegółowy algorytm oblicze zawarty jest w pracach [5, 6]. Wyniki oblicze, w tym jednostkowe roczne zuycie energii (w przeliczeniu na m 3 /h powietrza nawiewanego przez strop nawiewny pola operacyjnego) przedstawiono na rys. 5, natomiast struktur rocznego zuycia energii pierwotnej - na rys. 6. Wyniki oblicze pozwalaj na wycigniecie nastpujcych wniosków: zastosowanie układu klimatyzacyjnego z recyrkulacj (wariant 2) pozwala na ograniczenie zuycia energii w stosunku do układu bez recyrkulacji (wariant 1), przy czym zmniejszenie zuycia energii jest tutaj nastpujce: nagrzewnice - 5-krotne, chłodnica - 2,7-krotne, nawilacz parowy - 3,2-krotne, wentylatory - 2,5-krotne, łcznie dla energii pierwotnej - 3,3-krotne. w strukturze zuycia energii pierwotnej na obróbk termodynamiczn i przetłaczanie powietrza dominuje nawilanie parowe (~57%), nastpnie nagrzewnice (~13 20%) przetłaczanie (~14 19%) i

4 chłodzenie (~8%), przy czym struktura ta pozostaje praktycznie taka sama dla obydwu analizowanych wariantów układów klimatyzacyjnych, dominujcy udział nawilania w strukturze zuycia energii na obróbk powietrza wynika z braku moliwoci odzysku ciepła utajonego z powietrza wywiewanego dla układów klimatyzacyjnych sal operacyjnych, jedyna moliwo ograniczenia tych nakładów energetycznych polega na wyborze układu z mniejsz iloci powietrza zewntrznego (wariant 2), zmian nonika energii np. wytwornica gazowa zamiast elektrycznej lub rozszerzeniu dopuszczalnego przedziału wilgotnoci wzgldnej powietrza w sali operacyjnej EP 100 nagrzewnice (N) chłodnica (CH) nawilacz parowy (NP) wentylatory (W) energia pierwotna (EP) /h EP 20 N NP 0 CH W Wariant 1 (bez recyrkulacji) N CH NP Wariant 2 (z recyrkulacj) W Rys 5. Jednostkowe roczne zuycie energii dla układu klimatyzacyjnego sali operacyjnej ze stropem nawiewnym 2,9x2,9 m (7200 m 3 /h, w N = 0,24 m/s) VN=7200 m 3 /h, VW=6720 m 3 /h, Vr=0 VN=7200 m 3 /h, VW=6720 m 3 /h, Vr=4800 m 3 /h 14,4% 20,7% 19,0% 13,5% 9,5% 7,9% 57,0% 58,0% (bez recyrkulacji) (z recyrkulacj) Rys 6. Struktura rocznego zuycia energii pierwotnej dla układu klimatyzacyjnego sali operacyjnej

5 Według polskich wytycznych [3] wilgotno wzgldna powietrza w salach operacyjnych powinna wynosi 55% ±5%, natomiast normy zagraniczne dopuszczaj zdecydowanie szersze przedziały: % (Niemcy), % (Wielka Brytania). Badania symulacyjne [6] wykazały, i rozszerzenie dopuszczalnego przedziału wilgotnoci wzgldnej w sali operacyjnej z 55% - regulacja na punkt do % dla obróbki energooptymalnej pozwala zaoszczdzi około 45% energii pierwotnej na obróbk termodynamiczn powietrza. 4. Podsumowanie Rozwizania energooszczdne współczesnych systemów klimatyzacyjnych sal operacyjnych sprowadzaj si do zastosowania czciowej recyrkulacji powietrza oraz algorytmów sterowania energooptymalnego. W efekcie uzyskuje si minimalizacj nakładów energetycznych na obróbk i przetłaczanie powietrza, a tym samym minimalizacj kosztów eksploatacyjnych. Zastosowanie czciowej recyrkulacji powietrza - kontrowersyjne w wietle polskich przepisów formalnych [7, 8] - dla sal wysokoaseptycznych praktycznie nie ma alternatywy. Unormowania zagraniczne (Niemcy, Szwajcaria, USA) dopuszczaj stosowanie czciowej recyrkulacji powietrza. Oczywicie musz by spełnionej dodatkowe warunki, m.in. zastosowanie szczelnych odsysaczy gazów anestetycznych oraz odpowiedni rozdział powietrza. Weryfikacji musz ulec równie polskie przepisy dotyczce wymaganej wilgotnoci wzgldnej powietrza w salach operacyjnych, gdy utrzymanie wysokiej wilgotnoci wzgldnej równej 55% generuje bardzo due koszty eksploatacyjne. dr in. Mieczysław POROWSKI Politechnika Poznaska Instytut Inynierii rodowiska 5. Literatura [1] Basiska M., Wpływ czynników zewntrznych i wewntrznych na zuycie energii na potrzeby ogrzewania budynków, Rozprawa doktorska, Politechnika Poznaska 2000, [2] Katalog firmy WEISS Klimatechnik GmbH, Geräte-und Anlagebau (Niemcy), [3] Kruczkowski P., Wytyczne projektowania szpitali ogólnych. Instalacje sanitarne. Z.5 Wentylacja i klimatyzacja, Biuro Projektów Słuby Zdrowia, Warszawa 1984, [4] Porowski M., Szczechowiak E., Klimatyzacja pomieszcze czystych, Termedia Pozna 1999, [5] Porowski M., Kryterium energetyczne wyboru układu klimatyzacyjnego dla sal operacyjnych wysokoaseptycznych. Chłodnictwo & Klimatyzacja. 1-2, 2004, [6] Porowski M., Wpływ strategii sterowania na zuycie energii w układach klimatyzacyjnych sal operacyjnych szpitali. XI International Conference Air Conditioning, Protection & District Heating 2005, Politechnika Wrocławska, Szklarska Porba , [7] Rozporzdzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiada budynki i ich usytuowanie. Dz. U. Nr 75, poz. 690, [8] Rozporzdzenie Ministra Zdrowia z dnia w sprawie wymaga jakim powinny odpowiada pod wzgldem fachowym i sanitarnym pomieszczenia i urzdzenia zakładu opieki zdrowotnej Dz. U. Nr 116 poz. 985.