3 3.1 Yleistä IlmastoinTIjärjestelmät Tuloilmajärjestelmän tarkoituksena voi olla joko ilmanvaihto tai ilmastointi. Ilmanvaihdolla tarkoitetaan yleisesti huoneilman laadun ylläpitämistä ja parantamista huoneen ilmaa vaihtamalla. Ilmaa vaihdetaan painovoimaisesti tai puhaltimen avulla. Ilmastoinnilla tarkoitetaan huoneilman puhtauden, lämpötilan, kosteuden ja ilman liikkeen hallintaa tulo- tai kierrätysilmaa käsittelemällä. Ilmastointi on yleensä Suomessa toteutettu puhaltimilla. Ilmastointi on yleensä teknisesti monipuolisempi prosessi kuin ilmanvaihto. Ilmastointijärjestelmä on kokonaisuus, jonka muodostavat tuloilmakone (ilmastointikone) tuloilmakanavisto huoneyksiköt poistoilmakanavisto ja poistoilmakone. Ilmastointijärjestelmät 55
Huoneyksiköillä tarkoitetaan yleensä tulo- ja poistoilmaventtiilejä. Kehittyneissä järjestelmissä huoneyksikkö voi tarkoittaa huonetiloihin sijoitettua suurempaa laitekokonaisuutta, joka osallistuu huonetilan olosuhteiden hallintaan muuttamalla tuloilman lämpötilaa tai määrää tarpeen mukaan tai tuomalla lämmitys- tai jäähdytystehoa suoraan huonetilaan. Näistä lisää tuonnempana. Ilmastoinnin tärkein tehtävä on ilman vaihtaminen. Lisäksi ilmastoinnin avulla voidaan hallita sisälämpötiloja. Etenkin toimisto- ja liikerakennuksissa muodostuu huomattava määrä lämpöä valaistuksesta, laitteista, ihmisistä ja auringon säteilystä (ikkunoiden kautta). Tämä ylilämpö poistetaan ilmastoinnin avulla. Ylilämmön poistaminen edellyttää ilmastointijärjestelmältä muun muassa seuraavia ominaisuuksia: Huonetiloihin puhallettavan tuloilman on oltava kylmempää kuin huoneilma. Ilmanjaon on oltava hyvä, ettei vetohaittoja synny. Lisäksi ilmastointijärjestelmän on pystyttävä jäähdyttämään tuloilmaa tarvittaessa (esim. kesäisin). Koska ilma pystyy sitomaan varsin vähän lämpöä (ilman ominaislämpö on pieni), tarvitaan ylilämmön poistamiseen verraten suuria ilmavirtoja. Niinpä lämpötilojen hallintaan tarkoitettujen tuloilmavirtojen on oltava huomattavasti suurempia kuin määräysten edellyttämä minimitaso (usein jopa 2 3-kertaisia). Tämä puolestaan lisää alttiutta vetoriskeihin. Jotta suurten tuloilmavirtojen lämmitysenergian kulutus pienenisi, ilmastointijärjestelmässä on yleensä palautusilman käyttöja/tai lämmöntalteenottolaitteet. Myös tuloilmavirran tilapäinen pienentäminen puhallinta ohjaamalla on mahdollinen ratkaisu. Näillä ratkaisuilla helpotetaan useimmiten myös kovien pakkasjaksojen kuivuusongelmia. 56 Ilmastointi hoito ja huolto
3.2 Toimisto- ja liiketilojen ilmastointijärjestelmät Toimisto- ja liiketilojen tärkeimpiä ilmastointijärjestelmiä ovat 30 yksivyöhykejärjestelmä (I) monivyöhykejärjestelmä (I) jälkilämmitysjärjestelmä (I) ilmamääräsäätöinen järjestelmä (I) kaksikanavajärjestelmä (I) suutinkonvektorijärjestelmä (V) puhallinkonvektorijärjestelmä (V) ja ilmastointipalkkijärjestelmä (V). Näistä (I):llä merkityt järjestelmät ovat niin sanottuja ilmajärjestelmiä, joissa ylilämmön poistamiseen tarvittava jäähdytysteho tuodaan tuloilmakoneelta huoneisiin kokonaisuudessaan tuloilman avulla. Tulo- ja poistoilmavirrat, siis myös koneet ja kanavat, ovat näissä järjestelmissä suuria. (V):llä merkityissä järjestelmissä suurin osa jäähdytystehosta tuodaan huoneisiin jäähdytysvesiputkiston kautta. Ilmavirrat, koneet ja kanavat ovat edellisiä pienempiä. Huoneissa liikuteltava ilmavirta on kuitenkin suuri, koska jäähdytysvedellä tuotu teho pitää sekoittaa huoneilmaan. Lisäksi vanhempaan kiinteistöön on voitu lisätä erillisiä huonetai tilakohtaisia jäähdytyksellä varustettuja kiertoilmakoneita, jotka on yleensä kytketty käyttäjän tai tilan sähkökeskukseen. Usein hoitovastuu kuuluu laitteen asennuttaneelle käyttäjäyritykselle. 30 Seppänen, O. Ilmastointitekniikka ja sisäilmasto. Suomen LVI-liitto SuLVI ry, Espoo 1996. 348 s. Ilmastointijärjestelmät 57
3.2.1 Yksivyöhykejärjestelmä Yksivyöhykejärjestelmä perustuu tuloilmakoneella tapahtuvaan keskitettyyn ilman käsittelyyn. Järjestelmässä johdetaan kaikkiin saman ilmastointialueen (= vyöhykkeen eli saman säätöalueen) huonetiloihin lämpötilaltaan ja kosteudeltaan samanlaista tuloilmaa vakiona pysyvä määrä. Tuloilman lämpötilaa säädetään yleensä tulo- tai poistokanavaan sijoitetulla anturilla, jolloin pyrkimyksenä voi olla joko tuloilman tai poistoilman lämpötilan pitäminen vakiona. Myös huonelämpötilasta tai ulkolämpötilasta riippuva säätö on mahdollinen. Yksivyöhykejärjestelmä ei huomioi yksittäisten huoneiden lämpötila- tai ilmavirtatarpeita, vaan toimii lähinnä koko vyöhykkeen keskiarvon mukaan. Ongelmaksi voikin muodostua sopivan lämpötilan ylläpitäminen kaikissa tiloissa. Yksivyöhykejärjestelmän rakenne on huollon kannalta varsin yksinkertainen. Valvontaa, tarkastuksia ja huoltoa vaativat tuloilmajärjestelmän osat sijaitsevat lähes kokonaan konehuoneessa (asuinkiinteistön vastaava järjestelmä, ks. kuva 19 sivulla 73). 3.2.2 Monivyöhykejärjestelmä Monivyöhykejärjestelmässä tuloilman käsittely tapahtuu niin ikään keskitetysti tuloilmakoneella. Toisin kuin yksivyöhykejärjestelmässä, tässä järjestelmässä kuitenkin johdetaan kullekin ilmastointialueelle eli vyöhykkeelle tuloilmakoneen niin sanotusta monivyöhykeosasta lämpötilaltaan yksilöllisesti säädetty tuloilma. Ilma johdetaan omaa tuloilmakanavaansa myöten. Monivyöhykeosan rakennetta ja toimintaa on esitelty tarkemmin luvussa 4.1.2.10 (Tuloilmakoneet, monivyöhykeosa). Monivyöhykejärjestelmällä saavutetaan vyöhykekohtainen yksilöllinen säätö. Jos samalla vyöhykkeellä on useita erilaisia huonetiloja, huonekohtainen säätö ei kuitenkaan toteudu. 58 Ilmastointi hoito ja huolto
Monivyöhykejärjestelmän valvontaa, tarkastuksia ja huoltoa vaativat laitteet sijaitsevat lähes kokonaan konehuoneessa, mikä helpottaa laitoksen hoitoa. 3.2.3 Jälkilämmitysjärjestelmä Jälkilämmitysjärjestelmässä tuloilma esikäsitellään (lämmitetään, jäähdytetään jne.) keskitetysti, kuten yksi- ja monivyöhykejärjestelmissäkin. Tuloilmakoneelta lähtevän ilman lämpötila säädetään sellaiseksi, että se riittää ylilämmön poistoon kaikissa huonetiloissa. Tuloilman lämpötila voi olla esimerkiksi +16 C. Yleensä lämpötila pidetään säätö laitteiden avulla vakiona. Pääkanavistosta kuhunkin huoneeseen tai vyöhykkeeseen johtava haarakanava on varustettu jälkilämmityspatterilla. Patterin avulla tuloilma lämmitetään tarvittaessa huoneanturin ohjaamana siten, että huonelämpötila pysyy haluttuna. Ilmamäärä pysyy vakiona. Jälkilämmitysjärjestelmällä voidaan hallita lämpötiloja huonekohtaisesti. Energiatalouden kannalta kesäaikana on tärkeää estää turha päällekkäinen jäähdytys ja lämmitys. Jos kaikki jälkilämmityspatterit joutuvat jatkuvasti lämmittämään tuloilmaa, on se merkki siitä, että tuloilma on jäähdytetty keskuskoneella liian kylmäksi. Jälkilämmitys on yleensä toteutettu vesipattereilla, mutta myös sähköpattereita voidaan käyttää. Jälkilämmitysjärjestelmässä on tulo ilmakoneen lisäksi huoltokohteita ympäri kiinteistöä. Lämmitysverkosto, patterit ja niiden automatiikka vaativat luonnollisesti tarkastuksia ja huoltoa. Mikäli päätulokanavissa on käytetty suurta nopeutta ja painetta, on patterin yhteyteen asennettu lisäksi paineenalennusyksikkö ja äänenvaimennin. Ilmastointijärjestelmät 59
Kuva 9. Jälkilämmitysjärjestelmän periaatekaavio. 31 3.2.4 Ilmamääräsäätöinen järjestelmä Myös ilmamääräsäätöisessä järjestelmässä tuloilma käsitellään keskitetysti tuloilmakoneella sellaiseen lämpötilaan, joka riittää huonetilojen viilentämiseen. Järjestelmässä tuloilman lämpötila pidetään vakiona tai sitä säädetään esimerkiksi ulkolämpötilasta riippuen. Tuloilma koneen puhaltimen ja vastaavan poistopuhaltimen ilmamääriä voidaan jatkuvasti säätää. Ilmamääräsäätöisessä järjestelmässä kunkin huoneen tai ilmastointivyöhykkeen tuloilmavirtaa säätää ilmavirran säätöyksikkö huonelämpötila-anturin ohjaamana. Kun huonelämpötila nousee, säätöyksikkö säätää ilmavirtaa suuremmaksi ja lämpötilan laskiessa se vastaavasti pienentää sitä. Näin hallitaan huonetilan lämpötilaa. Kullekin säätöyksikölle on esisäädetty ilmavirran maksimimäärä ilmamääräsäätimen ollessa täysin auki. Myös ilmavirran minimimäärä on esisäädetty, jotta huoneisiin turvataan kaikissa tilanteissa minimiilmanvaihto. Jos tämä minimi-ilmavirta jäähdyttää huoneita liikaa ylilämmön ollessa vähäistä, tulee selvittää seuraavat korjausvaihto ehdot: Tuloilman lämpötilaa nostetaan. Tuloilman minimivirtaamaa pienennetään (huom. määräykset). Hankitaan huoneisiin lisälämmittimet. 31 Seppänen, O. Ilmastointitekniikka ja sisäilmasto. Suomen LVI-liitto SuLVI ry, Espoo 1996. 348 s. 60 Ilmastointi hoito ja huolto
Kuva 10. Ilmamääräsäätöisen järjestelmän periaatekaavio. 32 Järjestelmän runkokanavissa vallitsee melko suuri paine, mikä aiheuttaa ääntä huoneiden ilmamääräsäätimissä. Siksi säätimiin on yleensä asennettu äänenvaimennin. Huonetilojen poistoilmavirtaa säädetään vastaavanlaisilla ilmamääräsäätimillä. Ne on voitu asentaa huonekohtaisesti tai suuremmille huoneryhmille yhteiseksi. Jotkut ilmanvaihtolaitokset on toteutettu siten, että poistopuolen ainoa ilmamäärän säätö tapahtuu poistopuhaltimella. Tulo- ja poistoilmapuhaltimen ilmavirran säädössä yleisimmät ratkaisut ovat keskipakoispuhaltimen johtosiipisäädin puhaltimen pyörimisnopeuden säätö sekä aksiaalipuhaltimen siipikulman säätö taajuusmuuttajasäätö. Johtosiipisäädin on keskipakoispuhaltimen imuaukkoon asennettava monisiipinen säätölaite, jonka asentoa muuttamalla voidaan säätää puhaltimen ilmavirtaa. Puhaltimen pyörimisnopeuden säädössä on yleistynyt taajuusmuuttajaan perustuva ratkaisu, jossa puhaltimen oikosulkumoottoriin tuleva sähkövirta kulkee sähkövirran taajuutta muuttavan laitteen läpi. 32 Seppänen, O. Ilmastointitekniikka ja sisäilmasto. Suomen LVI-liitto SuLVI ry, Espoo 1996. 348 s. Ilmastointijärjestelmät 61
Säätämällä sähkövirran taajuutta säädetään samalla myös oikosulkumoottorin pyörimisnopeutta. Taajuutta voidaan säätää portaattomasti. Pyörimisnopeuden säätöön löytyy myös muita ratkaisuja. Aksiaalipuhaltimissa voidaan säätää puhaltimen ilmavirtaa ja painetta siipien nousukulmaa muuttamalla. Siipien säätömekanismi sijaitsee puhaltimen navassa, johon johdetaan myös tarvittava ohjausviesti. Kuva 11. Johtosiipisäädin. Puhaltimen ilmavirtaa ohjataan yleensä kanavaan sijoitetun paineanturin avulla. Kanavassa paine pidetään vakiona. Kun huoneiden ilmamääräsäätimet avautuvat, pyrkii kanavapaine laskemaan. Paineanturin ohjaamana puhallin lisää ilmavirtaa siten, että paine pysyy asetusarvossaan. Ilmamääräsäätöisellä järjestelmällä lämpötiloja voidaan hallita huonekohtaisesti. Järjestelmä ei perusmuodossaan sisällä huonekohtaista lämmitysmahdollisuutta, mikä voi aiheuttaa kesäaikana viileyttä vähän lämpökuormitetuissa huoneissa. Talvella jälkilämmitys toteutetaan yleensä patterilämmityksellä. Ilmamääräsäätöisen järjestelmän huoltokohteita ovat tuloilmakoneen lisäksi ympäri kiinteistöä sijaitsevat ilmamääräsäätimet ja niiden automatiikka. 3.2.5 Kaksikanavajärjestelmä Kaksikanavajärjestelmässä keskuskoneelta lähtee kaksi kanavaa, kylmä ja lämmin kanava. Kylmän kanavan ilman lämpötila säädetään sellaiseksi, että se riittää viilentämään kaikkia huoneita. Lämpimän kanavan lämpö tila säädetään taas sellaiseksi, että se riittää mahdolliseen ilmalämmitykseen. Kanavien lämpötila pidetään yleensä vakiona, mutta lämpimän kanavan lämpötilaa voidaan säätää myös ulkolämpötilan mukaan. 62 Ilmastointi hoito ja huolto