Air temperature control in an auditorium and its impact on energy demand – A case study
Sylwia Szczęśniak, Agnieszka Grabka
Wydział Inżynierii Środowiska. Politechnika Wrocławska
Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja, 57 (7-8), 14-20, DOI: https://doi.org/10.65545/COW.2026.07-08.02
Słowa kluczowe: odzysk ciepła, HVAC, gradient temperatury powietrza, zyski ciepła, nagrzewnica, chłodnica
Streszczenie
W artykule przeanalizowano wpływ różnicy temperatury powietrza nawiewanego Δtₚ oraz sposobu sterowania instalacją wentylacyjną na zapotrzebowanie na energię w pomieszczeniu. Rozważono dwa warianty regulacji temperatury powietrza w strefie pracy: sterowanie skokowe (21–24 °C) oraz płynne (komfortowe), przy zróżnicowanych strumieniach powietrza wentylacyjnego oraz poziomach frekwencji. Wyniki analiz wykazały, że zwiększenie Δtₚ z 8 °C do 10 °C prowadzi do wzrostu zużycia energii elektrycznej na transport powietrza o ok. 60%, przy jednoczesnym istotnym ograniczeniu zapotrzebowania na energię do ogrzewania (o 68–78%). Wpływ tej zmiany na zapotrzebowanie na energię chłodniczą jest bardziej złożony i zależny od warunków pracy układu. Największe ograniczenie zapotrzebowania na energię chłodniczą (ok. 40%) uzyskano dla maksymalnej frekwencji i płynnej regulacji temperatury, natomiast najmniejsze (ok. 12%) dla maksymalnego strumienia powietrza i sterowania skokowego. Wykazano również istotny wpływ strategii sterowania na zapotrzebowanie na energię chłodniczą. Przy większych strumieniach powietrza wentylacyjnego sterowanie skokowe charakteryzuje się niższym zapotrzebowaniem (o 25–41%) w porównaniu do regulacji płynnej, przy czym różnice te maleją wraz ze zmniejszeniem strumienia powietrza. Uzyskane wyniki wskazują, że dobór różnicy temperatury Δtₚ, strumienia powietrza wentylacyjnego oraz strategii sterowania ma kluczowe znaczenie dla efektywności energetycznej systemu wentylacyjnego i powinien być rozpatrywany w sposób kompleksowy.
Pobierz artykuł w formacie PDF
Pobierz cały numer w formacie PDF
Keywords: heat recovery, exchanger, air temperature gradient, heat gains, heater, cooler
Abstract
This paper presents an analysis of the impact of the supply air temperature difference Δtₚ and control strategy on the energy demand in a ventilated space. Two approaches to indoor temperature control in the occupied zone were considered: step control (21–24 °C) and continuous (comfort-based) control, under varying ventilation airflow rates and occupancy levels. The results indicate that increasing Δtₚ from 8 °C to 10 °C leads to an approximately 60% increase in electrical energy consumption for air transport, while simultaneously reducing the heating energy demand by 68–78%. The effect on cooling energy demand is more complex and depends on operating conditions. The greatest reduction (approximately 40%) was observed for maximum occupancy with continuous control, whereas the smallest reduction (approximately 12%) occurred at the maximum airflow rate under step control. The control strategy was also found to significantly influence cooling energy demand. At higher ventilation airflow rates, step control resulted in lower cooling demand (by approximately 25–41%) compared to continuous control, with the differences decreasing as the airflow rate was reduced. The findings demonstrate that the selection ofΔtₚ, ventilation airflow rate, and control strategy has a substantial impact on the overall energy performance of the ventilation system and should be considered in an integrated manner.
Download the article in PDF format
Download the entire issue in PDF format
Bibliografia / Bibliography
Ferencowicz, J. (1962). Wentylacja i Klimatyzacja (2. wyd.). Arkady.
Gil-Lopez, T., Galvez-Huerta, M. A., O’Donohoe, P. G., Castejon-Navas, J., & Dieguez-Elizondo, P. M. (2017). Analysis of the influence of the return position in the vertical temperature gradient in displacement ventilation systems for large halls. Energy and Buildings, 140, 371–379. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2017.02.017
Karpuk, M., Pełech, A., Przydróżny, E., Walaszczyk, J., & Szczęśniak, S. (2017). Air temperature gradient in large industrial hall. E3S Web of Conferences, 22.
Lastovets, N., Kosonen, R., Mustakallio, P., Kharkiv, in, & Oy, H. (2018). Comparison of simplified models to estimate vertical temperature gradient in rooms with displacement ventilation. 499–504. www.tcpdf.org
Overby, H. (1994). Measurement and Calculation of Vertical Temperature Gradients in Rooms with Convective Flows. W Indoor Environmental Technology Bind R9417 (T. 42). Indoor Environmental Technology Bind R9417.
Overby, H., & Steen-Thøde. (1990). Calculation of Vertical Temperature Gradients in Heated Rooms. Dept. of Building Technology and Structural Engineering. Indoor Environmental Technology, 9046(17).
Pełech, A. (2013). Wentylacja i klimatyzacja. Podstawy. (4. wyd.). Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej.
PKN. (2017). PN-EN ISO 16890-1:2017-01. Przeciwpyłowe filtry powietrza do wentylacji ogólnej — Część 1: Specyfikacje techniczne, wymagania i system klasyfikacji określony na podstawie skuteczności filtracji cząstek pyłu (ePM). Polski Komitet Normalizacyjny
PKN. (2019). PN-EN 16798-1:2019-06. Charakterystyka energetyczna budynków — Wentylacja budynków — Część 1: Parametry wejściowe środowiska wewnętrznego do projektowania i oceny charakterystyki energetycznej budynków w odniesieniu do jakości powietrza wewnętrznego, środowiska cieplnego, oświetlenia i akustyki — Moduł M1-6. Polski Komitet Normalizacyjny
PKN. (2025). PN-EN 16798-3:2025-10. Charakterystyka energetyczna budynków — Wentylacja budynków — Część 3: Wentylacja budynków niemieszkalnych — Wymagania dotyczące właściwości systemów wentylacji i klimatyzacji pomieszczeń (moduły M5-1, M5-4). Polski Komitet Normalizacyjny.
Przeciwpyłowe filtry powietrza do wentylacji ogólnej — Część 1: Specyfikacje techniczne, wymagania i system klasyfikacji określony na podstawie skuteczności filtracji cząstek pyłu (ePM), Legislation PN-EN ISO 16890-1:2017-01, 34 (2017).
Przeciwpyłowe filtry powietrza do wentylacji ogólnej — Określanie parametrów filtracyjnych, Legislation PN-EN 779:2012 (2012).
Przydróżny, E. (2004). Jednoprzewodowe wielostrefowe urządzenia wentylacyjne i klimatyzacyjne ze stałymi oraz zmiennymi strumieniami powietrza. Wentylacja, klimatyzacja, ogrzewnictwo, zdrowie. Materiały XV ogólnopolskiej konferencji naukowo-technicznej.
Przydróżny, E., & Szczęśniak, S. (2013). Wyznaczanie gradientu temperatury powietrza w pomieszczeniach wysokich. Rynek Instalacyjny, 21, 22-25.
Przydróżny, S., & Ferencowicz, J. (1988). Klimatyzacja. Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej.
Szczęśniak, S., Przydróżny, E., Pełech, A., & Walaszczyk, J. (2014). Rozkład temperatury powietrza w niewentylowanej hali technologicznej. W T. Traczewska & B. Każmierczak (Red.), Interdyscyplinarne zagadnienia w inżynierii i ochronie środowiska: praca zbiorowa. (T. 4). Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej.
Szczęśniak, S., & Sompoliński, M. (2011). Sposoby nawiewu powietrza do pomieszczeń o dużych wysokościach. In S. Anisimov (Ed.), Współczesne metody i techniki w badaniach systemów inżynieryjnych (pp. 187–189). Instytut Klimatyzacji i Ogrzewnictwa, Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Wrocławska
Szczęśniak, S., Stefaniak, Ł., Małyszko, M., Kanaś, P., & Michalak, W. (2023). Działanie wymienników do odzysku ciepła na tle zachodzących zmian klimatu. Instal 4(450). https://doi.org/https://doi.org/10.36119/15.2023.4.4