W czasach, kiedy ceny energii są wysokie i niestety nadal rosną, kiedy istnieje rosnąca zależność od dostawców energii i w perspektywie pogarszających się warunków klimatycznych, potencjał oszczędzania energii w sektorze budowlanym musi być wykorzystywany bardziej rygory-stycznie. Prowadząc obliczenia i opracowania dotyczące zmniejszenia emisji CO2 firma Armacell udowodniła, że jest możliwe osiągnięcie olbrzymich oszczędności energii poprzez modernizację polegającą na właściwym doborze i zastosowaniu odpowiedniej izolacji na instalacjach grzewczych oraz ciepłej wody użytkowej w istniejących budynkach. Obecnie zgodnie z europejską dyrektywą 2002/91/WE na temat charakterystyki energetycznej budynków, po raz pierwszy podczas obliczania całościowej charakterystyki energetycznej budynku należy wziąć pod uwagę także chłodzenie, wentylację i oświetlenie. 

     Dawniej klimatyzacja w budynkach była względnie rzadkim luksusem, w dzisiejszych czasach natomiast sprzedaż klimatyzatorów w Europie wzrasta co roku o 10%. Nie tylko w Europie południowej, ale również w Europie środkowej i północnej montuje się coraz więcej instalacji klimatyzacyjnych, a przyczyną tego są częściowo zmiany klimatyczne, które skutkują gorętszymi sezonami letnimi w regionach europejskich o klimacie umiarkowanym.
     Konieczność zapewnienia niskiej temperatury medium potrzebnego do chłodnictwa i klimatyzacji implikuje wysokie koszty. W optymal izacj i tych kosztów ważną rolę odgrywa izolacja. Zapewnia ona utrzymywanie jak najdłużej wymaganej temperatury czynnika, redukując czas pracy agregatu chłodzącego. Jak udowodni niniejszy artykuł, poprzez optymalizację izolacji rur z wodą lodową, można uzyskać znaczny potencjał oszczędności. Do tej pory głównym celem izolowania rur z czynnikami chłodzącymi było zapobieganie kondensacji. W przyszłości, celem pierwszoplanowym powinno stać się zmniejszenie straty energii z instalacji.
     Celem przedstawionym w artykule jest zbadanie, czy można uzyskać oszczędność energii poprzez zastosowanie optymalnej izolacji rur w chłodnictwie i klimatyzacji, i jeśli tak jest, to jakiej wielkości jest to oszczędność i do jakiego stopnia opłacą się ewentualnie przeprowadzone inwestycje. Kwestia ta jest bardzo aktualna dzisiaj, ponieważ zgodnie z dyrektywą na temat charakterystyki energetycznej budynków, energia faktycznie zużyta przez instalacje chłodnicze i klimatyzacyjne jest włączona w ogólny bilans energetyczny budynku. W związku z powyższym, Armacell zainicjował projekt techniczny, w celu zbadania wyżej wymienionej kwestii.
     Punktem wyjścia jest typowe zastosowanie: instalacje wody lodowej w klimatyzowanych budynkach dostarczające wodę o nominalnej temperaturze +7^oC do klimakonwektorów wentylatorowych, usytuowanych w wielu miejscach w budynku.

Potencjał oszczędności energii w instalacjach klimatyzacyjnych bazujących na wodzie lodowej
     W zależności od struktury klimatyzowanego budynku, jego powierzchni, złożoności i liczby pięter, układ rurociągów z wodą lodową może być zaprojektowany i skonstruowany na różne sposoby. Jest on zazwyczaj dzielony na sekcje, dla każdej grupy klimakonwektorów. Regułą jest, że im większa liczba klimakonwektorów, do których ma być dostarczony czynnik chłodzący, tym większa średnica rury. Dlatego też w takiej instalacji są rury o różnych średnicach. W analizowanym przypadku zyski ciepła obliczane są w odniesieniu do metra bieżącego przewodu, dlatego długość rury w każdej sekcji jest nieistotna. Aspekty, które są istotne to przyjęta średnica rury, o wymiarach od DN 32 do DN 100, oraz grubość izolacji rur.
     Najlepszym sposobem na określenie potencjału poprawy wydajności energetycznej jest porównanie przynajmniej dwóch rozwiązań dla tego samego systemu. Jedno z nich pokazuje niższe całkowite zużycie energii w analizowanym przedziale czasu. Omawianym tu okresem może być jeden sezon klimatyzacyjny lub wiele lat. Na rzeczywistą oszczędność energii w przykładowej instalacji wody lodowej ma wpływ jakość (właściwości termoizolacyjne, materiał) oraz grubość izolacji. W obliczeniach wykorzystujemy aktualne parametry techniczne elastycznych izolacji kauczukowych AF/Armaflex, ostatnio poprawione w 2006 roku.
     Aby zapobiec kondensacji w warunkach opisanych w tabeli 1, wystarczy zaizolować instalacje izolacją AF/Armaflex AF-1 o narastającej grubości pomiędzy 7 a 11 mm. Istotna jest przy tym informacja, że otuliny AF/Armaflex są produkowane z technicznie uzasadnionymi grubościami ścianek, tzw. „narastająca grubość izolacji”. W celu zapewnienia jednakowej temperatury na powierzchni zewnętrznej izolacji dla wszystkich średnic rur, grubość izolacji będzie zwiększać się automatycznie w miarę, jak będzie wzrastać średnica rury. Średnice rury i grubości izolacji, które brane są pod uwagę, przedstawiono w tabeli 2.

    W obliczeniach tych autorzy nie porównują wszystkich możliwych grubości izolacji. W każdym przypadku, minimalna grubość izolacji potrzebnej, aby zapobiec kondensacji (AF/Armaflex AF-1) jest porównywana z większymi grubościami izolacji (szeregi od AF-2 do AF-6).
     Przy wilgotności względnej do 70%, przyjąwszy temperaturę otoczenia do 26^oC, zakres grubości izolacji AF-1 od 9,0 do 9,5 mm zapewnia kontrolę kondensacji dla przyjętych średnic rur. W omawianym przypadku, zakres AF-1 jest uważany za „izolację minimalną”, która spełnia swój podstawowy cel – zapobieganie kondensacji – jednakże, nie ma ona żadnego konkretnego znaczenia, jeśli wziąć pod uwagę kryterium oszczędności energii. W obliczeniach wydajności energetycznej i ekonomicznej dotyczących większych grubości izolacji, we wszystkich przypadkach porównuje się AF-1 do typoszeregów grubości od AF-2 do AF-6.

Kolejność obliczeń
(...)

Obliczenie wydajności ekonomicznej
(...)

Potencjał oszczędności energii w przykładowym zastosowaniu
     W kolejnej tabeli użyty jest konkretny przykład w celu ukazania potencjału oszczędzania energii, który może być uzyskany poprzez zoptymalizowanie grubości izolacji rur wody lodowej. Zostało tutaj wybrane typowe zastosowanie: supermarket o powierzchni 9000 m² oraz wymaganiu chłodniczym 70 W/m², chłodzony przez instalację klimatyzacyjną o mocy 505 kW, o nominalnej temperaturze zasilania 7^oC. Całkowita długość rur z wodą lodową, o różnych średnicach, to 608 m. W tabeli 4 zostały opisane szczegółowo odpowiednie odcinki instalacji.
     Dla temperatury powietrza 26ºC i wilgotności względnej φ ≤70%, izolacja AF/Armaflex AF-1 (7÷10 mm) jest wystarczająca, aby zapobiec kondensacji. Oszczędności dodatkowe, które mogą być uzyskane dzięki zastosowaniu izolacji o większej grubości ukazane są na rys. 5. W podanych warunkach, izolacja AF/Armaflex AF-4 (20,0÷23,5 mm) jest optymalna. Inwestycja o nieznacznie wyższych kosztach zacznie się opłacać już po 5 latach.
     Jak pokazuje tabela 5, w 15-letnim okresie użytkowania, poprzez zastosowanie izolacji AF-4, zużycie energii elektrycznej może być zredukowane o 153 MWh. Przyjmując roczny wzrost cen energii o 5%, można zaoszczędzić 23200 €. Pod względem emisji CO₂, następuje redukcja tego związku o około 105 ton, co jest mniej więcej równe rocznej emisji CO₂ z 20 średnich domów jednorodzinnych, o powierzchni 150 m² oraz zapotrzebowaniu na energię 100 kWh/m².
 
Wnioski
     W przeciwieństwie do powszechnie panującego przekonania, minimalna grubość izolacji potrzebna do zapobiegania kondensacji w rurach z wodą lodową nie jest optymalnym rozwiązaniem pod względem oszczędności energii.
     Dodatkowe oszczędności energii mogą być uzyskane po zastosowaniu większej grubości izolacji; w przedstawionych typowych warunkach, przez zastosowanie izolacj i AF/Armaflex o optymalnej grubości AF-4 (20,0÷23,5 mm). Nieznacznie wyższe koszty inwestycji zwrócą się już po 5-10 latach.
     Z ekonomicznego i ekologicznego punktu widzenia, istnieje górny limit grubości izolacji rur z wodą lodową. Przyjmując typowo europejskie warunki podstawowe, optymalna grubość izolacji to 20÷30 mm.
     W typowym zastosowaniu (9000 m² powierzchni, o wymaganiu chłodniczym 70 W/m²) stosując optymalną izolację, można zaoszczędzić 153 MWh energii elektrycznej lub 23200 Euro w 15-letnim okresie użytkowania. W zakresie ochrony środowiska, redukcja emisji CO₂ wynosi 105 ton.
     Zużycie energii w instalacjach chłodniczych i klimatyzacyjnych jest olbrzymie. Mimo to, użytkownicy i inwestorzy są często tego nieświadomi. Z uwagi na rosnące ceny energii, gospodarność staje się coraz ważniejsza. Stosując dobrze zaizolowane instalacje można zredukować koszty eksploatacji i jednocześnie wpłynąć na ochronę środowiska. W sektorze niemieszkaniowym na całym świecie istnieje duży potencjał oszczędności. Gdyby zrealizować wspomniany potencjał, zmalałoby zużycie energii oraz zwiększyłaby się wartość nieruchomości, bezpieczeństwo energetyczne i ochrona środowiska.