Jak zaprojektować elastyczny system wentylacji dla hal magazynowych?

Stały rozwój rynku konsumenckiego i e-commerce sprawia, że coraz więcej firm odczuwa potrzebę zwiększenia przestrzeni magazynowej, która wpływa na rozwój prowadzonego biznesu. Zdecentralizowany system wentylacji jest użyteczny dla dużych przestrzeni, które idealnie nadają się do magazynowania wymagających towarów, takich jak: żywność, leki, komponenty elektroniczne oraz gotowe produkty (żywnośc w puszkach, produkty mrożone), etc.

Eksperci w sektorze hal magazynowych zachowują większą ostrożność w temacie ogrzewania podłogowego dla dużych powierzchni. Podgrzewanie podłogowe ogranicza przestrzeń, w której urządzenia i systemy regałowe mogą być ustwione. Może okazać się problemem w przyszłości, jeśli hale zmienią swoje przeznaczenie użtkowe lub pojazdy transportowe będą wywierały zbyt duży nacisk na podłogę.

Ze względu na aktualne trendy w sektorze hal logistycznych i ich regulacje prawne, Hoval uważa, że najlepszym rozwiązaniem dla inwestorów jest rozwiązanie średnio i długoterminowe. Właściciele i operatorzy hal magazynowcyh łączą centralne źródło ciepła oraz zdecentralizowane ogrzewanie recyrkulacyjne. W odpowiedzi na te potrzeby zostało opracowane modułowe rozwiązanie pod klucz, które składa się ze: źródła ciepła, nagrzewnic recyrkulacyjnych oraz modułów, które sterują poszczególymi strefami. 

Dzięki modułowej konstrukcji, skalowalny system może zostać dostosowany do niemal każdej wielkości hali. Jego struktura nie tylko upraszcza planowanie i proces przetargowy, ale również skraca czas realizacji projektu, ponieważ praktycznie wszystkie etapy produktów są ujednolicone, a całe rozwiązanie pochodzi z jednego źródła.

Rozwiązanie systemowe dla hal składa się z następujących modułów:

• gazowy kocioł kondensacyjny UltraGas^® w kaskadzie,
• moduł sterowania,
• urządzenie recyrkulacyjne TopVent z nawiewnikiem Air-Injector, który zapewnia równomierne rozprowadzenie ciepła na całym obiekcie. Stratyfikacja (temperatura każdej warstwy w pomieszczeniu) wynosi 0.15 K/metr, wartość ta jest nieosiągalna przez inne systemy wentylacji i ogrzewania dla hal.

Zaletą rozwiązania modułowego (złożonego z centralnej jednostki źródła ciepła i zdecentralizowanych jednostek recyrkulacyjnych) jest to, że klienci mogą wybierać pomiędzy kilkoma różnymi źródłami energii. Alternatywami dla gazu ziemnego, który jest zdecydowanie najczęstszym źródłem ciepła w dużych obiektach, są pompy ciepła, kotły na pelet, zrębki drewna, kolektory słoneczne lub integracja wymienionych źródeł energii z konwencjonalnymi systemami. Ponadto, funkcja Smart Grid umożliwia sprzężenie połączeń źródeł energii (gazu ziemnego, energii elektrycznej, ciepła sieciowego) z odnawialnymi źródłami energii za pomocą podwójnej energii cieplnej. W rezultacie użytkownicy mogą lepiej wykorzystać wahania dostaw energii (wiatr, energia fotowoltaiczna). Ze względu na ekspansję energii odnawialnej i zmienny charakter tych dostaw, Hoval dostrzega wzrost znaczenia połączeń różnych źródeł energii.

Hurtownik produktów spożywczych oraz mrożonek chciał poszerzyć swoją sieć logistyczną. Wyzwaniem było usystematyzowanie modułów ciepła, wentylacji oraz systemu kontroli. Tak by gotowe rozwiązanie było możliwe do zaprojektowania oraz dostarczenia w bardzo krótkim czasie. W omawianym przypadku centrum logistyczne (o wymiarach: 145 m długości x 125m szerokości x 12m wysokości) jest przeznaczone dla krótkiego czasu magazynowania. Konstrukcyjne straty ciepła to 910 kW lub 4.2 W/m³. Wymogiem było podzielenie hali na cztery strefy, w których można oddzielnie regulować temperaturę oraz obsługiwać je na podstawie ilości czasu magazynowania oraz czasu realizacji. Doświadczenie pokazało, że oszczędności na poziomie 10-20 % można osiagnąć poprzez kontrolowanie potrzeb w strefach - w zależności od czasu przetwarzania i przechowywania.

Jako źródło ciepła w magazynie wykorzystano gazowe kotły kondensacyjne w kaskadzie UltraGas^® 900D o nominalnej mocy cieplnej 2x 450 kW. Kotły o standardowej wydajności 109% każdy, działają modułowo. W kotłach kondensacyjnych sprawność kotła pod częściowym obciążeniem jest wyższa niż przy pełnym obciążeniu; w związku z tym ogólna wydajność wzrasta o ok. 2% gdy kotły działają równolegle w kaskadzie w sposób modułowy. Dalsze zwiększenie wydajności uzyskuje się za pomocą kaskadowych powrotów do kotła, w którym obydwie linie powrotne od nagrzewnic recyrkulacyjnych (niskie) oraz do ogrzewania wody pitnej (wysokie) - są kolejno podawane do wymiennika ciepła spalin. Czynność ta dodaje 9 kolejnych punktów procentowych do sprawności kotła.
Alternatywą w systemie rozwiązań dla hal dla kotła UltraGas jest pompa ciepła Belaria lub Thermalia, kocioł na biomasę BioLyt oraz kolektory słoneczne.

Podstawą rozwiązania systemowego dla hal są zdecentralizowane recyrkulacyjne jednostki TopVent DHV-9/C stworzone dla hal o wysokości od 4 do 25m. Ten bezkanałowy system wentylacji znacznie upraszcza instalację, bez wpływu na infrastrukturę hali (dźwigi, systemy regałowe i przenośniki, przeowody zasilające itp.). 
Brak kanałów powietrznych również zapewnia wymagania higieniczne dyrektywy VDI 6022, zmniejszają się również wymagania energetyczne dla dopływu powietrza.

W opisywanym centrum logistycznym zainstalowano 29 jednostek TopVent, by skutecznie wentylować przestrzeń. Natężenie przepływu powietrza w każdej jednostce wynosi 8,700 m³/h, a maksymalna moc cieplna to 137 kW. Ze względu na zintegrowany, automatycznie regulowany nawiewnik "Air-Injector" zasięg strumienia powietrza może być precyzyjnie dostosowany do wysokości montażu i konstrukcji infrastruktury.

W porównaniu do produktów z konwencjonalnymi nagrzewnicami recyrkulacyjnymi, rozwiązanie Hoval z powodu bardziej efektywnej dystrybucji powietrza wymaga stosowania mniejszej liczby jednostek oraz mniejszej ilosci powietrza dla takiej samej powierzchni hal magazynowych. Obniża to zarówno koszty inwestycji jak i instalacji.

Funkcjonalnie, opatentowany nawiewnik Air-Injector składa się z deflektora i dyszy strumieniowej, która jest odpowiedzialna za tworzenie się strumienia powietrza zasilającego z maksymalnie możliwym zakresem pokrycia. Dochodzi do tego tak zwane urządzenie wirowe, które obraca strumień powietrza tym samym zwiększając jego kąt rozproszenia (indukcja). Kształt przepływu powietrza jest podobny do odwróconego grzyba - cienka łodyga oraz duża nasadka. Taka geometria osiąga optymalne warunki przepływu, oferując wysoki komfort w obłożonych obszarach do maksymalnej wysokości 25m. Przy tego rodzaju nawiewanym powietrzu stratyfikacja temperatury jest redukowana do ok. 0.15 Kelvina na metr wysokości.

Konwencjonalne systemy dystrybucji powietrza działają ze stratyfikacją do 1.0 K/m. Nawiewnik Air-Injector równomiernie rozkłada powietrze w hali unikając tworzenia się energochłonnych mostków cieplnych pod połacią dachu, które są typowym zjawiskiem dla dużych przestrzeni. 
 

Magazyny i centra logistyczne muszą być bardziej elastyczne i zróżnicowane w użyciu. Dotyczy to również dzierżawionych hal, których wykorzystanie jest kształtowane w jeszcze większym stopniu poprzez strategie logistyczne i wpływy gospodarcze. W związaku z tym Hoval opracował układ sterowania oparty na strefach dla zdecentralizowanego systemu wentylacji i ogrzewania dużych przestrzeni. Takie rozwiązanie umożliwa dostosowanie się do: wyznaczonej temperatury ogrzewania, potrzeb, czasu, wentylacji i chłodzenia w różnych obszarach hali, a  tym samym pomaga obniżyć koszty energii. 
Niezależnie od kontrolowania strefy, każde urządzenie wyposażone jest w nawiewnik Air-Injecotor, który można indywidualnie i autonomicznie uruchamiać za pomocą sterownika, który wykorzystuje algorytm logiki rozmytej. Funkcja sterowania, która oblicza zasięg strumienia powietrza uwzględnia różnicę temperatur pomiędzy powietrzem nawiewanym, a powietrzem znajdującym się wewnątrz hali zmieniając natężenie przepływu powietrza nawiewanego i odpowiedniego kąta nawiewu powietrza.  
Dzięki systemowi, który jest modułowy i skalowany, rozwiązanie Hoval dla dużych obiektów jest elastyczne dla każdego rodzaju hal. Omówione studium przypadku opisuje opracowane rozwiązanie, które może być dostosowane do aktualnych i przyszłych potrzeb logistycznych klienta. System modułowy jest łatwy do zaprojektowania i montażu.