Udostępnij Udostępnij Udostępnij Udostępnij Print

Łagodzenie skutków skrajnie wysokich temperatur

-- poniedziałek, 14 sierpień 2017

Poniższy tekst pokazuje jak projektanci branżowi instalacji elektrycznych, sanitarnych czy HVAC starają się ograniczyć negatywne skutki występowania wysokich temperatur.

W ostatnich latach fale upałów są zjawiskiem coraz częstszym i coraz bardziej dotkliwym - zagrażają zdrowiu, ograniczają zasoby wody oraz zwiększają zapotrzebowanie na energię. Miasta, takie jak Nowy Jork są szczególnie narażone na negatywne skutki upałów ze względu na gęstą zabudowę miejską, która wręcz pochłania i podtrzymuje wysoką temperaturę. Długotrwałe oddziaływanie wysokiej temperatury, do spółki z wysoką wilgotnością powietrza jest szczególnie niebezpieczne - w tym okresie miejska infrastruktura i usługi pracują „na pełnych obrotach”.

W kwietniu 2016 nowojorskie instytucje odpowiedzialne za zdrowie, planowanie czy zarządzanie w sytuacjach awaryjnych wraz z architektami, urbanistami i architektami krajobrazu zasiedli w Centrum Architektury Amerykańskiego Instytutu Architektury w Nowym Jorku (ang. AIANY - American Institute of Architects New York Chapter), aby omówić skutki nagrzewania się budynków podczas ekstremalnych upałów i opracowania programów łagodzących ich skutki. W AIANY opracowano program o nazwie "Heat Waves: Preparing for and Managing the Effects of Extreme Heat on Health, Populations, Emergency Housing, and Hospitals” (ang. przygotowanie i zarządzanie skutkami wysokiej temperatury - zdrowie mieszkańców, przygotowanie zakładów opieki zdrowotnej i szpitali). Za przygotowanie programu odpowiedzialny był Komitet ds. zarządzania ryzykiem i rozwoju, Komitet ds. instytucji zdrowotnych jak również Towarzystwo Planowania w Służbie Zdrowia miasta Nowy Jork.

Prezentacja koncentrowała się na skutkach upałów na pracę instalacji HVAC, elektrycznych i sanitarnych w budynkach zakładów opieki zdrowotnej. Jeden z prelegentów wyjaśnił, że tamtejsze normy i prawo budowlane określają kryteria „na dzień projektowania” - zarówno w przypadku budowy nowych obiektów jak również modernizacji istniejących budynków. 

Projektowanie systemów HVAC

Kryteria dotyczące projektowania zewnętrznych instalacji HVAC opierają się na normach z 2014 roku są następujące: 1% standardów opracowanych przez ASHRAE (Amerykańskie Stowarzyszenie Inżynierów Ogrzewnictwa, Chłodnictwa i Klimatyzacji, ang. American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) lub temperatura suchego termometru 31,67 *C i temperatura mokrego termometru 22,78*C. Gdy zewnętrzna temperatura jest wyższa niż podane wcześniej wartości, następuje praktycznie efekt domina w działaniu infrastruktury obiektu - wentylacja i klimatyzacja mechaniczna jest nie dość wydajna, więc następuje pogorszenie pracy kolejnych układów i urządzeń:

•    chłodnie chłodzone powietrzem

•    centrale wentylacyjne

•    chłodziarki

•    panele sterowania

•    wieże chłodnicze

•    windy i maszyneria klimatyzacji

•    generatory prądu

•    zewnętrzne nawiewy i wloty powietrza

•    mechaniczna wentylacja pomieszczeń 

W samym 2015 roku w Nowym Jorku odnotowano 20 dni, w których temperatura przekroczyła barierę 31,67*C. Takie wzrosty temperatury są szczególnie niebezpieczne dla placówek opieki zdrowotnej, gdzie działanie układów HVAC zostaje zaburzone przez fale gorąca, skutkując potencjalnie niebezpiecznym wzrostem temperatury i wilgotności w pomieszczeniach. Systemy redundantne często nie wystarczają - jako że były zaprojektowane dawno, ich wymiary i wydajność jest obecnie niewystarczająca. Zarządzający obiektami próbują czasem zmniejszać współczynnik napływu powietrza z zewnątrz aby odciążyć jednostki klimatyzacji, jednak często narusza to ustalone wcześniej normy. 

Projektanci mają do wyboru kilka metod łagodzenia negatywnych skutków fal gorąca, jak:

•    Ocena wymaganego sprzętu nieco „nad wyrost” - projektowanie instalacji o wydajności większej niż jest to wymagane na dany moment, wykorzystując doświadczenie z innych krajów, jak Brazylia czy Indie - tam stosuje się podwyższone kryteria projektowe. Dodatkowo, warto rozważyć urządzenia klimatyzacyjne przystosowane do pobierania powietrza o podwyższonej temperaturze.

•    Trzeba rozważyć dodatkowe systemy w celu wyeliminowania spadku wydajności podczas upałów.

•    Trzeba się upewnić, że istnieje redundancja systemów i że są one zaprojektowane z odpowiednim zapasem do pracy w temperaturach roboczych.

•    Należy przygotować przyłącza dla zewnętrznych urządzeń, jak chociażby przenośne klimatyzatory. 

Mimo powyższych rozwiązań ważne jest, aby projektant zdał sobie sprawę, że czasochłonność projektowania i koszty urządzeń są wysokie, dlatego niezbędne jest jasne określenie założeń i wymagań projektowych oraz późniejsza sprawna koordynacja międzybranżowa. Przewymiarowanie wydajności instalacji HVAC dodatkowo jest sprzeczne z normami obowiązującymi w Nowym Jorku, dlatego należy je wykorzystywać tylko dla newralgicznych budynków.

Projektowanie instalacji elektrycznych

Skrajnie wysokie temperatury powodują podwyższone zużycie energii - chociażby przez pracę klimatyzatorów. Kiedy pobór przekracza parametry sieci, dostawcy energii starają się możliwie odciążyć system. Dodatkowo, nadmierne ciepło może wprost uszkodzić całą infrastrukturę - urządzenia wytwórcze, linie przesyłowe i infrastrukturę dystrybucji energii. 

Lokalny, nowojorski dystrybutor energii elektrycznej, firma Con Edison określa utrzymującą się przez 3 dni temperaturę wyższą niż 32.2*C jako ekstremalnie wysoką. W takich warunkach, zapotrzebowanie na energie elektryczną znacznie wzrasta, co lokalnie prowadzi do częstych usterek. Operator reaguje na utrzymujące się upały redukując napięcie - w niektórych przypadkach obniżając je nawet o 13%. Ponieważ większość urządzeń nie będzie pracować na 87% napięcia nominalnego, większość z nich zostaje wyłączona. Typowe generatory rezerwowe są w stanie „potrzymać” napięcie, jednak nie przez długi okres czasu - użytkowanie ich w trybie ciągłym przez tydzień lub dłużej jest niemożliwe. 

Systemy zasilania kogeneracyjnego są przystosowane do ciągłej pracy przez dłuższy czas. Rozwiązania zastosowane w tych systemach pozwalają chociażby na wymianę filtrów podczas pracy napędu, a przewymiarowane układy chłodzenia zapewniają ciągłość pracy. Karty katalogowe dla większości silników/napędów określają dwie wartości - podstawową moc znamionową oraz tryb czuwania. Zazwyczaj generator jest przeznaczony do pracy w temperaturze otoczenia o maksymalnej wartości 40*C. Jeżeli temperatura zbliża się do tej wartości, możemy oczekiwać, że wydajność generatora ulegnie pogorszeniu - temperatura powietrza obiegającego generator przekroczy granicę 40*. Kluczowa jest także dostępność paliwa do ciągłej eksploatacji - chociażby szpitale, które wymagają nieprzerwanego zasilania przez 96 godzin. Budynki muszą dysponować środkami umożliwiającymi awaryjną dostawę paliwa do generatorów. Samo paliwo również musi być odpowiednie - jako, że generatory wykorzystują turbosprężarki, te potrzebują cyrkulacji oleju do regulacji swojej temperatury. Zatem, w przypadku wysokiej temperatury na zewnątrz, paliwo jest na tyle rozgrzane, że nie zapewnia prawidłowego zapłonu i odpowiedniego chłodzenia, co może zredukować wydajność generatora, a nawet doprowadzić do stanu alarmowego i zatrzymania jego pracy.  

Dla porównania - aparatura elektryczna jest przystosowana do pracy w temperaturze maksymalnie 40*C, przewody wytrzymują temperatury do 90*C - w zależności od zastosowanego kabla.

Dla specyficznych lokalizacji, warunki zewnętrzne mogą być jeszcze bardziej wymagające - nasłonecznienie znacznie podwyższa temperaturę (okablowanie czy urządzenia zainstalowane bezpośrednio na dachach). Normy elektryczne wykorzystywane w Stanach Zjednoczonych (NFPA 70: National Electrical Code oraz odpowiednie normy dla miasta Nowy Jork) wprowadzają poprawki wytycznych dotyczących odpowiedniego wymiarowania instalacji dla szczególnych warunków. 

Urządzenia, takie jak skrzynki kablowe czy tablice rozdzielcze dodatkowo się nagrzewają, ze względu na ograniczony ruch powietrza - dla temperatury powyżej 37,78*C nie wystarcza sama wentylacja grawitacyjna, a często nawet wymuszona klimatyzacja nie działa równomiernie i powietrze nie dociera do każdej części systemu. 

Awarie mogą wystąpić wtedy, gdy systemy przesyłowe pracują na skraju granicy eksploatacji, we względu właśnie na wysokie temperatury i spowodowane nimi obciążenia. Dodatkowo ryzyko awarii jest potęgowane przez niewłaściwe użytkowanie i utrzymanie instalacji, oraz długotrwałą pracę niezgodnie z jej przeznaczeniem. 

Aby zminimalizować efekty wysokiej temperatury, warto rozważyć:

•    Ograniczenie projektowanej wydajności systemu - zmiany w normach energetycznych wykorzystywanych w Nowym Jorku dopuszczają taką możliwość.

•    Przeprojektowanie (przewymiarowanie) systemów chłodzenia generatorów i mocy generatorów. Warto, tak jak w przypadku HVAC odnieść się do parametrów projektowych jakie są stosowane w innych, "gorących" częściach świata - Brazylia czy Indie. 

Instalacje sanitarne 

Wysoka temperatura może spowodować spadek ciśnienia wody w miejskiej sieci wodociągowej, z uwagi na wysokie zużycie wody (nie tylko w godzinach szczytu - ale także w godzinach porannych i wieczornych). Ponadto, woda ulega podgrzaniu w zbiornikach dachowych oraz miejskich hydrantach. Powyższe wpływa na dostępność wody, ciśnienie w urządzeniach przesyłowych a także temperaturę i ciśnienie w pompach i zbiornikach. 

Jak zatem walczyć ze negatywnym wpływem upałów na instalacje wodne? Poniżej kilka metod:

•    chłodzenie zbiorników 

•    systemy podtrzymywania ciśnienia

•    wstępne chłodzenie zimnymi skroplinami

Ostatecznie, już na etapie projektowania przez architekta, można rozważyć poniższe metody "zabezpieczania" budynku przed upałami:

•    minimalizowanie wpływu energii słonecznej w budynku

•    odpowiednia orientacja budynku (mniej okien na wschód)

•    odpowiednie oszklenie (podwójne a nawet potrójne szyby w oknach)

•    projektowanie budynków wykonanych z materiałów budowlanych o dużej masie - jak np. beton

•    niskie obciążenie dachów (dachy zielone)

•    zasłony przeciwsłoneczne, zacienienie południowej elewacji

•    odpowiednie barwy wykończenia wewnętrznego

•    skuteczne oświetlenie wewnętrzne

•    bariery między ścianami zewnętrznymi a wewnętrznymi

•    określanie, które systemy są najbardziej narażone na wpływ wysokiej temperatury

•    projektowanie "do przodu" - wykorzystanie doświadczenia z innych, bardziej "gorących" części świata do projektowania instalacji budynkowych

•    koordynacja projektów branżowych

•    dodatkowe, awaryjne systemy w razie wystąpienia problemów spowodowanych upałami

•    sprawdzenie redundancji projektowanych systemów, oraz odpowiednie zwymiarowanie

•    możliwość podłączenia zewnętrznych klimatyzatorów

•    przeprowadzanie analizy usterek i awarii w celu wykrycia "słabych punktów" instalacji 

Warto też skorzystać z zasobów, na przykład AIA Post-Sandy Initiative czy odnieść do Urban Green Building Resiliency Task Force Report.

Autor: Christopher McHugh jest partnerem grupy AKF, odpowiedzialnym za projekty budownictwa komercyjnego i instalacje, budynki użyteczności publicznej, budownictwo energetyczne oraz aranżację powierzchni dla najemców.


Przeczytaj także

Certyfikacja budynków w przemyśle
Popularność certyfikacji budynków rośnie z roku na rok. W przypadku powierzchni biurowych staje się wręcz standardem. Przemysł powoli zaczyna zmniejszać dystans do wiodącego sektora. Powstają już nawet pierwsze hale z... więcej »
LAUREACI ECO-MIASTO 2017 WYBRANI 
GDYNIA WYGRAŁA W 3 KATEGORIACH
W tegorocznej edycji ECO-MIASTO przyznano 12 nagród oraz 16 wyróżnień. Gdynia została laureatem aż w trzech kategoriach. Jury doceniło działania miasta na rzecz mobilności zrównoważonej, efektywności energetycznej budynków i... więcej »
TAMI – zmieniające się oblicze sektora technologii
Firmy z sektora TAMI (technologii, reklam, mediów i usług informatycznych) od dawna wiodą prym w tworzeniu nowoczesnych i innowacyjnych biur. Jako pierwsze wprowadziły koncepcję activity based working, czyli możliwości... więcej »
Słupsk i Danfoss Poland działają na rzecz 
rozwoju inteligentnego miasta
Robert Biedroń, Prezydent Miasta Słupska oraz Adam Jędrzejczak, prezes Danfoss Poland podpisali dzisiaj porozumienie na rzecz budowania potencjału inteligentnego miasta. Deklaracja współpracy przewiduje wolę współdziałania na... więcej »
Olivia Six z certyfikatem BREEAM Excellent
Olivia Six gdańskiego centrum biznesowego Olivia Business Centre z prestiżowym certyfikatem BREEAM na poziomie Excellent. To kolejny biurowiec kompleksu Olivia sklasyfikowany jako odpowiadający najwyższym standardom i praktykom w... więcej »
Styropian nie wyjdzie z użycia w izolacjach
Parę razy już wieszczono, że nadchodzi kres stosowania styropianu w izolacjach termicznych budynków. Za każdym razem te zapowiedzi były zdecydowanie przedwczesne, aczkolwiek trzeba przyznać, że klasyczny „biały” styropian dziś... więcej »
 
Aktualne wydanie

Zobacz także

  •   Wydarzenia  
  •   Katalog  

Wydarzenia

Katalog

"SAR PW Sp. z o.o." Sp. k.
Zwoleńska 97
04-761 Warszawa
tel. 022 615 70 74

Plandex INC Sp. z o.o. Sp. kom
Plandex INC Sp. z o.o. Sp. kom
Bukowska 3
62-060 Stęszew
tel. 618135494

zobacz wszystkie

SONDA

Jaką część budżetu inwestycyjnego jesteś skłonny przeznaczyć na BMS?

mniej niż 5%
5%
10%
15%
więcej niż 15%


Wydania specjalne

O wydawnictwie   |   Reklama   |   Mapa strony   |   Kontakt   |   Darmowa prenumerata   |   RSS   |   Partnerzy   |   
Copyright © 2003-2017 Trade Media International
zobacz nasze pozostałe strony
Trade Media International Inżynieria & Utrzymanie Ruchu Control Engineering Polska MSI Polska Inteligentny Budynek Design News Polska Almanach Produkcji w Polsce