Od koncepcji do realizacji – projektowanie instalacji HVAC. Jak dobrze zaprojektować system HVAC?

Spis treści

1. Projektowanie instalacji HVAC – najczęściej popełniane błędy
2. Wpływ błędów projektowych na wydajność i koszty eksploatacji HVAC
3. Poprawne projektowanie instalacji HVAC – kluczowe aspekty 
4. Znaczenie analizy obciążeń cieplnych i wentylacyjnych
5. Technologie wspierające projektowanie instalacji HVAC

Projektowanie instalacji HVAC – najczęściej popełniane błędy

Błędy popełnione na etapie projektowania instalacja HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning) mogą prowadzić do poważnych konsekwencji – od dyskomfortu termicznego i złej jakości powietrza w budynku, po wysokie rachunki za energię i kosztowne awarie. Które błędy są najpoważniejsze i zdarzają się najczęściej?

Niedokładna analiza i kalkulacja obciążeń cieplnych, chłodniczych i wentylacyjnych

Używanie uproszczonych metod obliczeniowych, nieuwzględnianie wszystkich źródeł zysków i strat ciepła, błędne dane wyjściowe dotyczące konstrukcji budynku czy warunków klimatycznych mogą prowadzić do przewymiarowania lub niedowymiarowania instalacji HVAC. Przeszacowanie obciążeń cieplnych i chłodniczych skutkuje zakupem zbyt dużych, droższych urządzeń, które pracują nieefektywnie, pobierają więcej energii i szybciej się zużywają. Z kolei ich niedoszacowanie prowadzi do sytuacji, w której system nie jest w stanie zapewnić odpowiedniego komfortu (zimą jest za zimno, latem za gorąco).

Nieoptymalny dobór typu systemu HVAC i jego komponentów w stosunku do specyfiki obiektu i wymagań inwestora

Nawet przy poprawnych obliczeniach obciążeń można popełnić błąd przy doborze urządzeń i pozostałych elementów systemu HVAC polegający na nieuwzględnieniu specyfiki danego budynku i jego funkcji, skali, lokalnych warunków, a także budżetu inwestycyjnego i eksploatacyjnego. Źle dobrane centrale wentylacyjne, klimatyzatory czy pompy ciepła, na przykład bez uwzględnienia strat ciśnienia, akustyki czy specyfikacji miejsca montażu, mogą pracować głośno, z nieodpowiednią wydajnością czy przy zwiększonym zużyciu energii. Niewłaściwe zwymiarowanie kanałów wentylacyjnych lub rurociągów, zły dobór i rozmieszczenie nawiewników/wywiewników lub emiterów ciepła/chłodu prowadzi do problemów z hałasem, nierównomiernym rozprowadzeniem powietrza/ciepła i powstawaniem stref dyskomfortu (przeciągi, martwe strefy).

Błędy mogą wynikać z niewystarczającej analizy potrzeb użytkowników i charakterystyki konkretnego budynku, kierowania się wyłącznie kryterium najniższej ceny, forsowanie rozwiązań modnych, ale nieefektywnych w danym przypadku.

Brak kompleksowego podejścia do jakości powietrza wewnętrznego (IAQ) i kontroli wilgotności

Problemem przy projektowaniu HVAC może też być skupianie się wyłącznie na kontroli temperatury w pomieszczeniach przy jednoczesnym zaniedbaniu kwestii wentylacji i odpowiedniej filtracji powietrza, kontroli poziomu CO₂, usuwania zanieczyszczeń lotnych czy utrzymania optymalnej wilgotności względnej. Z oszczędności na etapie projektowania i wykonawstwa mogą być pominięte rozwiązania poprawiające akustykę lub jakość powietrza.

Może to prowadzić do niedostatecznej wymiany powietrza w pomieszczeniach, co skutkuje złą jakością powietrza wewnętrznego, problemami z wilgocią, rozwojem pleśni i grzybów, a nawet syndromem chorego budynku.

Brak koordynacji międzybranżowej systemów HVAC

Projektowanie systemu HVAC w oderwaniu od projektu architektonicznego, konstrukcyjnego czy instalacji elektrycznych oraz wodno-kanalizacyjnych skutkuje kolizjami na etapie wykonawstwa, koniecznością wprowadzania kompromisowych i często nieoptymalnych rozwiązań, problemami z estetyką oraz brakiem możliwości wykorzystania synergii między systemami.

Przyczynami tego typu błędów może być brak komunikacji między projektantami poszczególnych branż, a także pośpiech na etapie projektowania.

• Polecamy: Wilgoć w piwnicy budynku wielorodzinnego. Co zrobić, by w piwnicy nie pojawił się grzyb na ścianie?

Zbagatelizowanie kwestii sterowania i automatyzacji HVAC

Chęć obniżenia kosztów początkowych instalacji HVAC prowadzi do pominięcia kwestii sterowania i automatyzacji dostarczania ciepła, chłodzenia i wymiany powietrza. Zastosowanie zbyt prostych lub nadmiernie skomplikowanych systemów sterowania, które nie odpowiadają rzeczywistym potrzebom użytkowników lub są trudne w obsłudze, powodują, że system nie działa efektywnie, użytkownicy nie potrafią go obsługiwać, brak możliwości osiągnięcia zakładanych oszczędności energetycznych.

Nieuwzględnienie aspektów serwisowych, dostępności komponentów i możliwości przyszłej modernizacji systemu

Ważne jest również, aby projekt uwzględniał możliwość przyszłej rozbudowy lub modernizacji, na przykład dodania nowych stref czy wymiany urządzeń na nowocześniejsze, bez konieczności gruntownej przebudowy całej instalacji. Dużym utrudnieniem podczas eksploatacji będzie brak łatwego dostępu do urządzeń i komponentów wymagających regularnego serwisowania.

• Polecamy: Przeglądy i konserwacja instalacji HVAC – jak ograniczyć awarie i wydłużyć żywotność systemów?

Wpływ błędów projektowych na wydajność i koszty eksploatacji HVAC

Niewłaściwe decyzje projektowe mogą znacząco obniżyć efektywność systemu HVAC, prowadząc do niepotrzebnie wysokich kosztów eksploatacyjnych przez cały okres użytkowania budynku. Gdy system jest przewymiarowany, wymaga zwykle większych nakładów inwestycyjnych, a urządzenia grzewcze lub chłodnicze pracują nieefektywnie, co skutkuje zwiększonym zużyciem energii, szybszym zużyciem elementów mechanicznych (częste uruchamianie i zatrzymywanie), brakiem optymalnego punktu pracy, szczególnie w pompach ciepła i centralach wentylacyjnych.

Z kolei niedoszacowanie wydajności urządzeń może prowadzić do ich przeciążenia, co skutkuje nadmiernym poborem mocy przy jednoczesnym braku komfortu użytkowników. Źle zaprojektowana instalacja często wymaga ciągłej korekty ustawień, a także częstszych serwisów awaryjnych.

Dobór niestandardowych rozwiązań może podnieść koszty inwestycyjne inwestycji. Również stosowanie urządzeń od niesprawdzonych producentów, bez sieci serwisowej generuje problemy z konserwacją i naprawami, może sprawiać trudności w zapewnieniu ciągłości pracy systemu, gdy w razie awarii trzeba szukać fachowca, który ją usunie.

• Polecamy: Hałas i wibracje emitowane przez systemy HVAC – przyczyny, normy, metody redukcji

Poprawne projektowanie instalacji HVAC – kluczowe aspekty 

Fundamentem każdego udanego projektu jest dokładne zrozumienie specyfiki konkretnego budynku i potrzeb jego użytkowników. Nadrzędnym i bardzo ważnym aspektem jest bezbłędna analiza i kalkulacja rzeczywistych obciążeń cieplnych, chłodniczych i wentylacyjnych dla danego obiektu. To na tej podstawie podejmowane są dalsze decyzje – dobór systemu HVAC i jego kluczowych komponentów, który musi być ściśle powiązany z wynikami analizy obciążeń, specyfiką budynku, oczekiwaniami inwestora oraz analizą kosztów cyklu życia (LCCA).

W obliczu rosnących kosztów energii i globalnych wyzwań klimatycznych, projektowanie systemów HVAC z priorytetem dla efektywności energetycznej i zrównoważonego rozwoju jest nie tylko dobrą praktyką, ale wręcz obowiązkiem projektanta. Obejmuje wybór urządzeń o najwyższych dostępnych klasach energetycznych, implementację systemów odzysku energii (takich jak rekuperacja, odzysk ciepła z procesów technologicznych), optymalizację strategii sterowania, minimalizację strat dystrybucyjnych oraz promowanie rozwiązań opartych na odnawialnych źródłach energii. Niezbędna jest przy tym wiedza o najnowszych technologiach i regulacjach dotyczących efektywności energetycznej, aby móc proponować rozwiązania najbardziej korzystne zarówno ekonomicznie, jak i ekologicznie.

• Polecamy: Ocena cyklu życia i podejście cyrkularne w projektowaniu fasad

System HVAC ma bezpośredni wpływ na zdrowie, samopoczucie i produktywność użytkowników budynku. Profesjonalny projekt musi uwzględniać odpowiednią filtrację powietrza, kontrolę wilgotności, skuteczne usuwanie zanieczyszczeń (w tym CO₂ i LZO), a także precyzyjną regulację temperatury i minimalizację hałasu generowanego przez instalację. Projektant musi rozumieć złożone interakcje między systemem HVAC a środowiskiem wewnętrznym, aby stworzyć warunki sprzyjające zdrowiu i dobremu samopoczuciu.

Nowoczesne systemy HVAC nie funkcjonują w odosobnieniu, dlatego ważna jest ścisła koordynacja międzybranżowa na każdym etapie projektu – od koncepcji po realizację – z architektami, konstruktorami i projektantami innych instalacji.

• Polecamy: Wentylacja fasad podwójnych – jak zapewnić odpowiednią cyrkulację powietrza?

Znaczenie analizy obciążeń cieplnych i wentylacyjnych

Precyzyjne wykonanie obliczeń obciążeń cieplnych i wentylacyjnych dla budynku jest niezbędne w procesie projektowym. Na ich podstawie dobiera się technologie, urządzenia i elementy systemu HVAC. Wybór ten powinien być podyktowany nie tylko mocą urządzeń i ich efektywnością energetyczną (na przykład współczynniki SCOP dla pomp ciepła, sprawność kotła), ale także niezawodnością, poziomem hałasu, możliwościami regulacji oraz kosztami inwestycyjnymi i eksploatacyjnymi.

Ważne jest, aby rozważyć różne warianty systemowe (na przykład pompy ciepła, kotły kondensacyjne, systemy VRF, rekuperacja) i wybrać rozwiązanie najlepiej dopasowane do specyfiki projektu, uwzględniając również dostępność serwisu i części zamiennych.

Błędy popełnione na tym etapie są trudne do naprawienia, prowadzą do problemów z wydajnością, komfortem i nadmiernym zużyciem energii. Projektant musi tu wykazać się nie tylko biegłością w stosowaniu narzędzi obliczeniowych, ale także głębokim zrozumieniem fizyki budowli i zasad działania różnych technologii HVAC.

Polecamy: 

• Dobór pompy ciepła: ważne parametry przy jej zakupie. COP, SCOP – co to jest? Jak dobrać pompę ciepła?
• Obiekty kubaturowe. Projektowanie w istniejących budynkach – wyzwania i optymalne rozwiązania

Technologie wspierające projektowanie instalacji HVAC

Projektowanie systemów HVAC jest obecnie silnie wspierane przez szereg zaawansowanych technologii, które usprawniają proces projektowy, zwiększają precyzję i pozwalają na tworzenie bardziej zoptymalizowanych i efektywnych rozwiązań.

Technologie wspierające projektowanie HVAC to:

• Oprogramowanie CAD (Computer-Aided Design) to podstawowe narzędzie do tworzenia rysunków technicznych instalacji HVAC. tworzenie schematów oraz generowanie dokumentacji projektowej.
• Oprogramowanie BIM (Building Information Modeling) jest bardziej zaawansowane niż tradycyjny CAD. BIM pozwala na tworzenie trójwymiarowych modeli budynku, które zawierają nie tylko geometrię, ale także informacje o właściwościach poszczególnych komponentów (na przykład parametry techniczne urządzeń HVAC, materiały, koszty). Umożliwia lepszą koordynację międzybranżową, wykrywanie kolizji na wczesnym etapie projektu, analizy energetyczne oraz zarządzanie informacją przez cały cykl życia budynku.
• Oprogramowanie do obliczeń i symulacji energetycznych budynków (BPS - Building Performance Simulation) pozwala sprawdzić budynek w różnych warunkach klimatycznych i przy różnych scenariuszach użytkowania. Umożliwia precyzyjne obliczanie obciążeń cieplnych i chłodniczych, analizę zużycia energii przez systemy HVAC, ocenę wpływu różnych rozwiązań projektowych (na przykład izolacji, typu okien, systemów HVAC) na całkowite zapotrzebowanie na energię.
• Oprogramowanie do obliczeń hydraulicznych i przepływowych (CFD - Computational Fluid Dynamics) umożliwia tworzenie symulacji obliczeniowych mechaniki płynów, które służą do inteligentnego przewidywania zachowania cieczy i gazów. Jest to przydatne przy projektowaniu wentylacji w dużych lub skomplikowanych przestrzeniach, optymalizacji rozmieszczenia nawiewników i wywiewników, analizie komfortu termicznego oraz wykrywaniu potencjalnych problemów z dystrybucją powietrza.
• Specjalistyczne oprogramowanie do doboru urządzeń HVAC jest oferowane przez wielu producentów urządzeń HVAC. Dostarczają własne oprogramowanie lub wtyczki do programów CAD/BIM, które ułatwiają dobór konkretnych modeli urządzeń (kotłów, pomp ciepła, central wentylacyjnych, klimatyzatorów) na podstawie obliczonych obciążeń i wymagań projektowych. Często zawiera aktualne katalogi produktów i dane techniczne.
• Chmura obliczeniowa (Cloud Computing) umożliwia zdalny dostęp do zaawansowanych narzędzi obliczeniowych i symulacyjnych. Dzięki temu użytkownicy nie muszą inwestować w drogi sprzęt lokalny, a dostęp do potrzebnych zasobów uzyskują przez internet, płacąc tylko za faktyczne wykorzystanie. Rozwiązanie to ułatwia również współpracę w czasie rzeczywistym nad projektami, współdzielenie danych i zarządzanie dokumentacją.

Wykorzystanie tych technologii pozwala projektantom HVAC na tworzenie bardziej precyzyjnych, zoptymalizowanych i efektywnych energetycznie systemów, co przekłada się na wyższy komfort użytkowników, niższe koszty eksploatacji budynków oraz mniejszy wpływ na środowisko.

• Przejdź do galerii: Projektowanie instalacji HVAC – najczęściej popełniane błędy

Źródło: Projektowanie instalacji HVAC – jak uniknąć błędów?