Chladicí trámy – komplexní řešení

V severských zemích vytvářejí kvalitní vnitřní klima chladicí trámy, které poskytují vysoký komfort se správnou teplotou bez hluku a průvanu. Trámy pracují na indukčním principu, chladicí a topná voda udržuje správnou teplotu v místnosti a přívod upraveného primárního vzduchu zajišťuje přísun čerstvého vzduchu do prostoru. Výběr typu chladicích trámů závisí na typu budovy a charakteru místnosti.

Pasivní a aktivní chladicí trámy
Protože chladicí trámy nemají žádné pohyblivé části, jako jsou ventilátory, pohony klapek a čerpadla kondenzátu, odpadají problémy s odvodem kondenzátu, hlukem a průvanem. Také díky velmi snadné údržbě jsou provozní náklady v porovnání například s fan-coily velmi nízké. Chladicí trámy rozdělujeme do dvou kategorií – na pasivní a aktivní.

Pasivní chladicí trám tvoří chladicí výměník s lamelami uvnitř krytu s perforací pro snadnou cirkulaci vzduchu. Chladicí voda proudí výměníkem a vzduch mezi lamelami se ochlazuje na teplotu nižší, než je okolní vzduch, a klesá dolů do prostoru. Chladicí výkon je závislý na rozdílu teplot mezi teplotou výměníku a teplotou v místnosti, proto je potřeba pasivní trámy umístit vzhledem ke zdrojům tepla a k systémům přívodu čerstvého vzduchu. Chladicí trámy by měly fungovat v souladu se zdroji tepla v místnosti – tj. určit jejich umístění co nejvýhodněji. Výrobce pasivních chladicích trámů by měl dát správné doporučení ohledně jejich umístění v místnosti, včetně chladicího výkonu. Nejlepší způsob jak podobné problémy řešit, je postavit model místnosti ve zkušebně, kde je možné změřit teploty a rychlosti proudění vzduchu.

Obr. 1: Systém provozu chladicího trámu

Aktivní chladicí trámy tvoří také výměník s lamelami uvnitř zakrytování, ale navíc je do nich přiváděn čerstvý upravený, tzv. primární vzduch. V aktivních chladicích trámech je primární vzduch vyfukován přes množství trysek a indukcí uvádí do pohybu vzduch v místnosti. Indukce je výsledkem podtlaku kolem trysek, ze kterých je vzduch vyfukován, deficit vzduchu kolem trysek je nahrazován vzduchem z místnosti – to znamená, že vzduch z místnosti je tzv. indukován.

Umístění aktivních chladicích trámů je tak méně citlivé na umístění v místnosti a zároveň výsledný chladicí výkon je podstatně vyšší než u pasivních chladicích trámů. Mluvíme o větrání směšováním – způsobů instalace chladicích trámů je několik variant. Všechny mají své výhody a omezení v závislosti na tvaru místnosti, jak jsou rozmístěny zdroje tepla, jaké je umístění chladicích trámů, a tím vytvořený obrazec proudění distribuovaného vzduchu. Řešení bude záviset na řadě faktorů a některá jsou popsána níže.

Minulost a budoucnost chladicích trámů
Správná instalace chladicích trámů není o nic důležitější než správná instalace ostatních systémů, rozhodně však tyto systémy nejsou něčím novým.

Již v roce 1958 si norský inženýr Gunnar Frenger nechal patentovat technické řešení – tzv. Frengerův systém, tento systém představuje první krok směrem k chladicím trámům, jak je známe dnes. Jednalo se o žebrované trubky na hliníkových profilech, které se v podstropní instalaci používaly pro vytápění a chlazení. Koncem roku 1960 byl instalován první pasivní radiační chladicí trám v továrně firmy Volvo. V roce 1972 byl první aktivní chladicí trám s přívodem upraveného primárního vzduchem instalován v kanceláři Götabanken v Göteborgu.

V roce 1986 přišel zlom; letecká společnost SAS zvolila toto řešení pro svou centrálu Frösundavik ve Stockholmu. Více než 5 000 pasivních chladicích trámů firmy Swegon bylo nainstalováno v kancelářích v této budově a spolehlivě pracují dodnes.
 
Umístění a princip fungování chladicích trámů
Existují tři základní způsoby instalace:

• kolmo k fasádě,
• rovnoběžně s fasádou,
• rovnoběžně se zadní stěnou.

Umístění kolmo k fasádě představuje alternativu pro standardní kancelář 3 × 4 m nebo pro kanceláře bez stavebních příček. Chladicí trám je umístěný ve středu místnosti nebo blízko k nejbližší dělicí zdi (obr. 2). Nejčastější je umístění ve středu místnosti, vyhovuje to všem druhům výrobků a jak aktivním, tak pasivním chladicím trámům. Umístění blízko k dělicím zdím je vhodné pro asymetrický obrazec distribuovaného vzduchu.

Umístění rovnoběžně s fasádou – podél venkovní zdi je vhodné jak pro malé tak pro velké místnosti, jako velkoplošné kanceláře a obchody (obr. 3). Tento způsob má řadu výhod a je v severských zemích užíván nejčastěji. Vzduch je distribuován směrem ke středu místnosti, kde se spojuje se stoupavými konvektivními proudy, které jsou teplejší než okolní vzduch. Se správnou distribucí vzduchu z chladicích trámů je dosaženo stálého komfortního klimatu. Umístění rovnoběžně se zadní stěnou představuje řešení s chladicími trámy umístěnými podél zdi sousedící s chodbou – řešení vhodné pro standardní modulové kanceláře, velkoplošné kanceláře apod. (obr. 4). Distribuce vzduchu je buď symetrická, nebo asymetrická.

Obr. 2: Umístění chladicího trámu kolmo k fasádě		Obr. 3: Umístění chladicího trámu rovnoběžně s fasádou
		Obr. 4: Umístění chladicího trámu rovnoběžně se zadní stěnou

Někteří výrobci doporučují distribuci celého množství vzduchu směrem od zadní zdi pod stropem místnosti a nechat jej klesat dolů k podlaze. V tom případě však vzduch u podlahy proudí příliš rychle, což v pobytové zóně snadno vyvolá průvan. Systém se chová nestabilně, protože zdroje tepla v místnosti vytvářejí stoupavé proudy vzduchu a ty mohou zapříčinit stlačení distribuovaného vzduchu z chladicího trámu dolů do místnosti.
U standardní modulové kanceláře je důležité, aby chlazený primární vzduch distribuovaný z trámu procházel dlouhou směšovací zónou před dosažením pobytové zóny. Po výstupu vzduchu z trámu může vzduch přilnout ke stropu, zdi nebo části podlahy, a zatímco proudí podél těchto povrchů, směšuje se se vzduchem místnosti a teplota cirkulujícího vzduchu stou­pá.

Takto je komfortní vnitřní klima dosaženo bez rizika průvanu a chladicí kapacita může být předána bez jakýchkoli problémů. V prostorech s velkými plochami, jako jsou obchody a velkoplošné kanceláře, jsou podmínky na umístění chladicích trámů odlišné od umístění v běžných kancelářích. Obvykle zde nejsou blízké zdi, podél kterých by primární vzduch mohl proudit, a tak nejčastějším způsobem instalace je osazení dlouhých, paralelně instalovaných chladicích trámů kolmo k fasádě, které dosahují až do místnosti.

Ve směšovacích systémech větrání probíhá výměna tepla vertikálně mezi vzduchem v místnosti a primárním vzduchem. Je důležité vyhnout se riziku průvanu hned od začátku. Riziko je větší ve velkých místnostech, kde jsou větší požadavky na flexibilitu místnosti – tj. častější přemísťování příček a rozmístění nábytku. Relativně nejčastější problém nastává, když jsou chladicí trámy umístěny příliš blízko sebe. Instalace je sice flexibilnější, ale s rizikem protiproudu vzduchu, který může vytvářet proudění snadno pociťované jako průvan.

Jedním ze způsobů jak toto riziko odstranit je individuální nastavení směru proudění vzduchu z každého chladicího trámu. Vybavením každého chladicího trámu regulačním zařízením označovaným jako ADC (Air Diffusion Control) lze výstup vzduchu nastavit individuálně. Výsledkem je pak podstatné zvýšení stupně směšování s primárním vzduchem. Další výhoda ADC je, že umožňuje změnu směru proudu vzduchu z chladicího trámu při změně interiéru.

Jednou z možností je také instalace krátkých chladicích trámů 1 200 až 1 300 mm, každý modul rovnoběžně s fasádou. Toto řešení je v Evropě čím dále tím populárnější. Uvedená rizika jsou odstraněna pomocí ADC, takže systém je stabilní.
 
Ochrana proti kondenzaci
V teplých letních dnech s vysokou vlhkostí vzduchu stoupá míra kondenzace vlhkosti; to je nežádoucí, a proto je nutné kondenzaci předcházet. Nejsnadněji toho dosáhneme chlazením pouze primárního vzduchu. Čidlo vlhkosti umístěné v potrubí odtahového vzduchu zajistí, že teplota primárního vzduchu se drží nad teplotou rosného bodu. Toto čidlo umožňuje, aby teplota vody v celé budově byla zvýšena naráz a chladicí trámy si udržely svůj chladicí výkon. Pokud čidlo v místnosti dá povel k uzavření ventilu na přívodu chladicí vody do výměníku chladicího trámu, pak chladicí trámy ztrácejí po nějakou dobu svůj chladicí výkon. Tak může nastat diskomfort vnitřního klimatu.

Návrh chladicích trámů
Při návrhu je důležité počítat s provozními parametry a ne s maximálními hodnotami, jak je někdy obvyklé. V dnešní době lze s pomocí návrhových programů optimalizovat výkony chladicích trámů, vypočítat dosah proudu vzduchu a navrhnout rozmístění. Není důležité, jaká metoda je v návrhu použita, ale nejlepší výsledky lze získat modelováním ve skutečné velikosti – to znamená vybrat referenční místnost a provést v ní měření teplot, rychlostí vzduchu a stupňů turbulence. Subjektivní stanovení výsledků lze také získat výpočtem DR indexu podle ISO 7730. DR index uvádí, kolik osob vyz­kouší kvalitu vnitřního klimatu z hlediska průvanu. Návrhová metoda je užita na základě rozsáhlých měření získaných z referenčních skupin.

Počítačová simulace, často známá jako CFD, může být provedena ke zkoušce funkčnosti systému, zejména v případě rozsáhlých místností, které jsou navíc členité, jako jsou sportovní haly nebo velké konferenční sály. CFD simulace je tak přesná, jak přesné jsou získané vstupní údaje. Získávání těchto údajů je náročný úkol. 

V současnosti už řešení pomocí chladicích trámů není neobvyklé, přesto jejich rozšíření ještě není ani zdaleka u konce. Nicméně jejich klady, jako je energetická účinnost, jednoduchost instalace a údržby a jejich schopnost vytvořit komfortní vnitřní klima, naznačují, že chladicí trámy budou stále více získávat na popularitě.

Gunnar Svensson
Foto: Swegon

Autor působí ve společnosti Swegon