Меню

Энергосбережение при кондиционировании воздуха



Стандарт АВОК
«Рекомендации по повышению энергетической эффективности систем вентиляции и кондиционирования воздуха»

Поддержание оптимальных параметров теплового комфорта и оптимального качества воздуха в помещениях жилых и общественных зданий обеспечивается с помощью систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, которые являются самыми энергоемкими инженерными системами жизнеобеспечения зданий. Повышение энергетической эффективности и, соответственно, снижение энергопотребления этих систем возможно при применении энергосберегающего оборудования и эффективных технических решений как при проектировании и монтаже, так и при эксплуатации систем.

Анализ современных систем вентиляции и кондиционирования воздуха показывает, что по сравнению с традиционными техническими решениями потенциал энергосбережения может достигать 50–80 % [1]. Это относится к применению утилизаторов теплоты вытяжного воздуха для нагрева приточного, к системам с переменным расходом воздуха, к оптимизации аэродинамических и гидравлических режимов систем, к применению инженерного оборудования высоких классов энергетической эффективности.

Маркировка энергетической эффективности инженерного оборудования широко развита в Европейском союзе. В ЕС разработан ряд нормативных документов, поддерживающих Директиву EPBD/2010/31/EU [2], в которых приведена классификация по энергетической эффективности, а также методология и стандартные условия для определения энергопотребления инженерного оборудования.

Примером реализации маркировки энергетической эффективности инженерного оборудования является программа сертификации Eurovent Certification [3]. В частности, в настоящее время определена методология и проводится сертификация энергетической эффективности следующих видов инженерного оборудования систем вентиляции и кондиционирования воздуха: теплоутилизаторов, кондиционеров, вентиляционных установкок, воздушных фильтров, фэнкойлов, чиллеров и тепловых насосов.

Безусловно, при проектировании систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха следует проводить технико-экономическую оценку целесообразности применения инженерного оборудования с высокими классами энергетической эффективности. Например, применение высокоэффективных насосов с частотным регулированием в системах с постоянным расходом тепло/холодоносителя не приведет к снижению энергопотребления системы, а только увеличит первоначальные капитальные вложения, а в системах циркуляции горячего водоснабжения за счет переменных режимов может быть обеспечена экономия электроэнергии более 50 % [4].

С целью обеспечения информационной поддержки специалистов при проектировании, монтаже и эксплуатации систем вентиляции и кондиционирования воздуха специалистами ООО «НПО ТЕРМЭК», НП «АВОК» и ООО «ИННОВЕНТ» при поддержке проекта Минобрнауки РФ, ПРООН, ГЭФ «Стандарты и маркировка для продвижения энергоэффективности в Российской Федерации» был разработан стандарт АВОК «Рекомендации по повышению энергетической эффективности систем вентиляции и кондиционирования воздуха».

Разделы стандарта содержат требования энергетической эффективности как к системам вентиляции и кондиционирования воздуха, так и к инженерному оборудованию: чиллерам, тепловым насосам, вентиляторам, воздушным фильтрам, теплоутилизаторам и насосам. Стандарт включает рекомендации по выбору энергоэффективных схем вентиляции и кондиционирования воздуха. В приложении приведены рекомендуемые скорости движения рабочей среды в сетях инженерных систем зданий.

Энергоэффективные технические решения систем вентиляции и кондиционирования воздуха

Большое внимание в стандарте уделяется вопросам снижения потребления инженерными системами вентиляции и кондиционирования воздуха не только тепловой, но и электрической энергии. В стандарте приведены базовые уровни удельного расхода электрической энергии системами кондиционирования воздуха в зависимости от градусо-суток охладительного периода и средних тепловыделений, поступлений теплоты от инсоляции за период охлаждения (см. таблицу).

Таблица
Базовый уровень удельного расхода электрической энергии системами кондиционирования воздуха, кВт•ч/м 2 в год
Градусо-сутки
охладительного
периода
Средние тепловыделения и теплопоступления
от инсоляции за период охлаждения, Вт/м 2
10 15 20 25 30 35
20 3,6 4,7 5,8 6,9 8,0 9,1
50 6,7 8,1 9,4 10,8 12,1 13,5
100 10,5 12,3 14,0 15,8 17,5 21,0
150 15,0 17,0 19,0 21,0 23,0 27,0
200 19,6 21,9 24,2 26,5 28,8 33,4
250 24,2 26,8 29,4 32,0 34,6 39,8
300 27,8 30,7 33,6 36,5 39,4 45,2
350 32,1 35,2 38,2 41,5 44,3 50,4
400 36,4 39,6 42,8 48,0 52,4 58,8

В стандарте приведены методы расчета удельных годовых расходов тепловой и электрической энергии на системы вентиляции и кондиционирования воздуха.

Одним из важных направлений повышения энергетической эффективности является снижение потребления электрической энергии на привод вентиляторов и насосов. Результаты оптимизации трубопроводных сетей приведены в Приложении А «Рекомендуемые скорости движения рабочей среды в сетях систем энергопотребления зданий». В приложении приведены результаты расчетов по определению следующих оптимальных скоростей движения:

  • воздуха в системах вентиляции в зависимости от типа (назначения и производительности) и числа часов работы в году систем;
  • холодоносителя (40 %-ного раствора этиленгликоля) в системах центрального холодоснабжения в зависимости от мощности хладоцентра и числа часов его работы в году;
  • теплоносителя в системах теплоснабжения в зависимости от диаметра трубопровода.

Оптимальные скорости были определены из условия минимизации стоимости жизненного цикла всей системы с учетом капитальных (включая стоимость занимаемого инженерными коммуникациями полезного объема здания) и эксплуатационных затрат.

Большое внимание в стандарте уделено повышению качества воздуха при уменьшении энергопотребления систем вентиляции, что возможно при применении адаптивных систем вентиляции. В качестве индикатора качества воздуха в помещении принята концентрация углекислого газа, в соответствии с ГОСТ 30494–2011 [5]. В стандарте приведены значения базового минимального расхода наружного воздуха на 1 человека для обеспечения оптимальных и допустимых условий качества воздуха в помещении в зависимости от концентрации углекислого газа в наружном воздухе и уровня физической активности человека.

В разделе 10 «Рекомендации по выбору схем вентиляции и кондиционирования воздуха» представлен перечень исходных данных, которые проектировщик должен учитывать при анализе и выборе тех или иных технических решений. В разделе указаны рекомендуемые схемы вентиляции и кондиционирования воздуха, схемы воздухораспределения, способы охлаждения воздуха, источники холодоснабжения, которые следует рассматривать для достижения высокой энергетической эффективности систем.

Маркировка энергетической эффективности инженерного оборудования систем вентиляции и кондиционирования воздуха

В стандарте приведена классификация энергетической эффективности следующего инженерного оборудования:

  • вентиляторов;
  • насосов;
  • чиллеров и тепловых насосов (в частности, приведены стандартные условия при проведении сертификационных испытаний);
  • воздушных фильтров.

В стандарте приводятся осредненные значения коэффициентов эффективности теплоутилизаторов (роторных, пластинчатых и с промежуточным теплоносителем); показатели эффективности теплоутилизаторов приводятся для стандартных условий при проведении сертификационных испытаний [6].

Заключение

Стандарт ориентирован на инженеров-проектировщиков систем вентиляции и кондиционирования воздуха, специалистов в области наладки и эксплуатации инженерных систем, студентов профильных вузов. Стандарт позволит определить удельные годовые расходы как тепловой, так и электрической энергии в системах вентиляции и кондиционирования воздуха.

Литература

  1. Научно-технический отчет «Разработка справочного пособия по лучшим отечественным и зарубежным практикам энергоэффективности инженерного оборудования, инженерных систем, зданий и сооружений с использованием маркировки энергетической эффективности». www.label-ee.ru.
  2. Directive 2010/31/EU of the European Parliament and the Council of 19 May 2010 on the energy performance of buildings.
  3. www.eurovent-certification.com.
  4. Научно-технический отчет «Разработка методического руководства по определению и оптимизации цены жизненного цикла (Life Cycle Cost) для маркировки энергоэффективности инженерного оборудования, инженерных систем, зданий и сооружений». www.label-ee.ru.
  5. ГОСТ 30494–2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях».
  6. EN 308 «Heat exchangers – Test procedures for establishing performance of air to air and flue gases heat recovery devices».

Поделиться статьей в социальных сетях:

Источник

Пути повышения энергоэффективности способов воздухораспределения

Л. Я. Баландина, директор по научной работе ООО «Арктос», канд. техн. наук, bal@arktos.ru

В.Э. Шкарпет, генеральный директор ООО «Арктос», канд. техн. наук

В статье рассмотрены пути повышения энергоэффективности систем вентиляции и кондиционирования воздуха за счет совершенствования способов воздухораспределения. Это позволяет поддерживать оптимальные параметры микроклимата в помещении и обеспечивать экономию энергоресурсов.

Одним из путей повышения энергоэффективности систем вентиляции и кондиционирования является совершенствование способов и средств воздухораспределения. Подсистема воздухораспределения – это единственная подсистема, которая одновременно влияет на все технико-экономические (расходы теплоты, холода, воздуха, воды на увлажнение) и эксплуатационно-энергетические показатели (расходы электроэнергии, материалов).

Опыт показывает, что при неправильном выборе способов воздухораспределения энергоэффективность систем вентиляции и кондиционирования (СКВ) может оказаться низкой даже при передовых энергосберегающих схемах обработки воздуха, заложенных в проекте. Например, при воздушном отоплении и неудачно организованном выпуске нагретого воздуха могут образовываться застойные зоны с повышенными температурами и концентрациями газовых вредностей или при подаче холодного воздуха – зоны с повышенными подвижностями воздуха, что вызывает нежелательное ощущение сквозняка. Может наблюдаться значительное расслоение воздуха по высоте помещения.

Существуют различные пути повышения энергоэффективности при организации воздухообмена в помещении: традиционно и широко используются воздухораспределители, формирующие закрученные струи, для систем перемешивающей вентиляции и низкоскоростные воздухораспределители – для систем вытесняющей вентиляции.

Известно, что закрученные струи в связи с высокой интенсивностью затухания температуры и скорости в струях позволяют реально уменьшить расчетный расход приточного воздуха за счет увеличения избыточной температуры воздуха на притоке. Для здания с теплоизбытками 300 кВт повышение ∆t на 5 °C позволяет сократить энергоресурсы на 11% при одновременном снижении капитальных затрат на 13%, строительных площадей на 10,5% [1].

Наибольшее распространение в 80-е годы получили воздухораспределители (типа ВЭС, ВЭП) с плосколопаточными закручивателями. Именно такой тип конструкции воздухораспределителей признавался наиболее эффективным для раздачи больших объемов воздуха (нагретого или охлажденного) в производственных помещениях. Появилась возможность получить значительный экономический эффект от сокращения расхода приточного воздуха при строительстве больших промышленных гигантов-новостроек (таких как ВАЗ, КамАЗ, «Сардизель», «Атоммаш», Костомукшский ГОК, Чебоксарский тракторный завод и др.).

В настоящее время разработаны и успешно применяются новые типы воздухораспределителей, формирующих закрученные приточные потоки (рис. 1):

  • панельные воздухораспределители турбулизирующие типа ВКТ с поворотными пластиковыми ячейками, расположенными в круглых отверстиях по концентрическим окружностям на панели;
  • воздухораспределители панельные вихревые типа ВПВ с поворотными направляющими ячейками, расположенными в прямоугольных отверстиях по радиальной схеме на панели.

Воздухораспределители, формирующие закрученные потоки

В помещениях при наличии теплоизбытков и загрязнений в рабочей зоне рациональнее подать охлажденный воздух с низкой скоростью непосредственно в рабочую зону с тепловыделениями по принципу вытесняющей вентиляции через ВР типа ВНП, ВНК, ВНВ, ВНЛ, ВНУ (рис. 2). Тогда теплый воздух с различными вредными примесями в конвективных потоках поднимется в верхнюю, необитаемую зону помещения, откуда удалится через вытяжные устройства, расположенные у потолка. Таким образом поддерживается расчетная температура воздуха не по всей высоте помещения, как это происходит в перемешивающих системах, а только в нижней, рабочей зоне.

Воздухораспределители для систем вытесняющей вентиляции

По внешнему виду все известные зарубежные и отечественные аналоги для вытесняющей вентиляции очень схожи и как бы просты в исполнении. Это цилиндрический или прямоугольный перфорированный короб, куда, как правило, сверху подается охлажденный воздух и через перфорацию направляется в рабочую зону. Сложности заключены в «начинке» изделия.

Вытесняющая вентиляция в ряде случаев позволяет сократить расход энергии на охлаждение воздуха СКВ до 40% [2].

Поддержание заданного микроклимата при минимуме энергозатрат обеспечивается также за счет применения систем вентиляции и СКВ с переменным расходом воздуха и максимальным использованием потенциала наружного воздуха. С ростом теплоизбытков в помещении для поддержания заданных параметров воздушной среды в рабочей зоне с переменным расходом средства автоматического регулирования должны увеличить подачу приточного воздуха, а при снижении – уменьшить. Современный уровень диспетчеризации и систем автоматики серьезно вырос и позволяет успешно решать вопросы автоматического регулирования расхода воздуха по потребности для поддержания необходимых температуры, концентрации СО2, влажности и других параметров. Поэтому в последние годы как у нас в стране, так и за рубежом возобновился интерес к системам с переменным расходом воздуха (количественное регулирование). За рубежом эти системы называются VAV, это аббревиатура английского словосочетания Variable Air Volume.

Однако одной из причин, препятствующих широкому распространению метода количественного регулирования, до сих пор является отсутствие специальных воздухораспределителей для этих систем. Изменение расхода воздуха, т. е. скорости выпуска воздуха из ВР в системах VAV приводит к изменению соотношения гравитационных и инерционных сил в приточных неизотермических струях. При изменении соотношения гравитационных и инерционных сил может меняться траектория струи, место отрыва настилающейся струи от поверхности потолка или пола, увеличиваться или уменьшаться интенсивность затухания скоростей или избыточных температур в приточных струях. Важно обеспечить постоянство параметров в месте внедрения струи в рабочую зону, вне зависимости от колебаний тепловой нагрузки в объеме помещения. Это можно реализовать только с помощью регулируемых ВР специального конструктивного исполнения, например ВР типа ПРМЗ (рис. 3).

Воздухораспределители для системы VAV (системы с переменным расходом воздуха)

Охлажденный воздух рационально подавать горизонтальной веерной струей, а теплый – вертикальной прямоточной. В таких системах удается снизить годовые эксплуатационные расходы на 15–20% и более по сравнению с системами качественного регулирования [3].

За последние годы появились новые пути повышения энергоэффективности систем вентиляции и кондиционирования воздуха за счет совершенствования способов воздухораспределения. Среди них заслуживают внимания два новых направления:

  • повышение качества комфортной среды обитания человека за счет использования пульсирующих приточных потоков при более высоких значениях температуры («динамический микроклимат»);
  • локальная вентиляция и кондиционирование воздуха персонального рабочего места.

«Динамический микроклимат» – понятие, определяющее такое состояние воздушной среды, при котором ее основные физические параметры (температура, скорость и направление приточного воздуха) изменяются в оптимальных-комфортных для человека диапазонах. При переменном характере подвижности воздуха по величине и направлению человек способен чувствовать комфорт при более высоких значениях температуры, в чем и кроется возможность экономии затрат на потребление холода при «динамическом микроклимате».

Идея создания «динамического микроклимата» давно зрела в среде зарубежных и отечественных исследователей. Но, как правило, предлагалось механическим способом создавать пульсации в струях (Н.С. Зерцалов, А.А. Рымкевич, В.В. Ловцов, Ю.Н. Хомутецкий и другие), что отличается большими энергетическими затратами, трудностями при эксплуатации и повышенным уровнем генерируемого шума.

Создание «динамического микроклимата» при более высокой комфортной температуре позволяет получить экономию затрат на потребление холода. Известно, что при повышении комфортной температуры на 1 ˚С можно уменьшить потребление холода примерно на 20% и снизить расход приточного воздуха [4].

Использование микротурбулентных пульсирующих воздушных вихрей в воздухораспределении без механического побуждения впервые было предложено Б.Н. Юрмановым и Т.П. Авдеевой, а затем развито, апробировано исследованиями и доведено до практической реализации в новых воздухораспределителях специалистами завода «Арктос» и ЗАО «Бюро техники». Новизна, оригинальность, существенные отличия и положительный эффект конструктивных решений защищены патентами по совместной заявке.

Создана серия формирующих «динамический микроклимат» инновационных воздухораспределителей (рис. 4), имеющих различное исполнение в зависимости от задач воздухораспределения и обеспечивающих снижение энергозатрат не менее чем на 20% [4].

Воздухораспределители, формирующие «динамический микроклимат»

Разработанные ВР, названные «генераторами комфорта» – ВГК, – обладают принципиально новым свойством – автоколебательным движением приточных струй, циклически повторяющихся с частотой 5–20 Гц без движущихся деталей.

Серия воздухораспределителей ВГК состоит из 3 исполнений: настенные, потолочные, панельные.

По результатам численного моделирования (СFD) с помощью программного пакета Coolit и физических экспериментов на аэродинамическом и акустическом стендах получен большой комплекс новой информации:

  • наличие пульсирующего воздушного потока без движущихся деталей;
  • увеличенный угол полного раскрытия струи до 120 °;
  • повышенная интенсивность затухания скорости и избыточной температуры приточной струи;
  • уменьшенная дальнобойность воздушной струи (

в 3 раза по сравнению с прямоточной струей);

  • уменьшенная площадь застойных зон в помещении;
  • повышенное заглушение шума от вентилятора, особенно в низкочастотной области;
  • возможное повышение температуры воздуха в помещении на 1÷2 °C с сохранением ощущения комфорта и, как следствие, уменьшение потребления холода на систему кондиционирования.
  • В последние годы большой интерес, особенно за рубежом, вызвала локальная система кондиционирования воздуха в офисных зданиях из-за возможности существенной экономии энергоресурсов. Например, для климатических условий Москвы в расчете на одно офисное место (10 м 2 ) экономия тепла может составлять до 70 кВт·ч/м 2 в год, а электроэнергии – 18 кВт·ч/м 2 в год. Пиковые нагрузки на тепловую и электрическую энергию в системах ОВК могут быть снижены на 40% [5].

    На 12-й международной конференции ROOMVENT 2011 по вопросам воздухораспределения в Норвегии (Тронхейм, июнь 2011 года) было рассмотрено много примеров реализации локальной системы кондиционирования и вентиляции на объектах гражданского назначения. Отмечалась высокая эффективность использования свежего наружного воздуха с возможностью его существенного сокращения для комфортного пребывания человека на рабочем месте в офисе.

    Интересные данные по вопросу локальной вентиляции и кондиционирования воздуха приводит А.Л. Наумов в [5]. В статье даны конструктивные решения систем локального кондиционирования воздуха и вентиляции, позволяющие организовать подачу свежего воздуха на рабочее место при минимальных энергетических затратах и сохранении оптимальных условий комфорта. Приводится сравнение такой системы с традиционной централизованной системой в административных зданиях.

    В дополнение к этой информации можно отметить еще один положительный аспект. Локальная система вентиляции и кондиционирования может рассматриваться как решение по предотвращению распространения воздушных инфекций, особенно если оснастить систему вентиляции индивидуальной вытяжкой в верхней части, прямо позади человека (рис. 5). Тогда не только улучшится качество вдыхаемого воздуха, но и выдыхаемый загрязненный не будет распространяться по помещению.

    Локальная система кондиционирования воздуха

    В зарубежных странах (Дания, Германия, Норвегия, Румыния, Франция и др.) широко изучается влияние локальной вентиляции и кондиционирования воздуха на комфортное состояние человека с помощью СFD-моделирования и инструментальных измерений на людях и манекенах.

    Подача локального притока воздуха в зону пребывания человека в зависимости от назначения помещения и вида загрязнений позволяет, как утверждают специалисты, снизить расход наружного воздуха до 50%.

    Заключение

    Творческая работа над проектом, использование численного моделирования на стадии предпроектного проектирования и реализация прогрессивных решений по воздухораспределению позволяют повысить энергоэффективность систем вентиляции и кондиционирования воздуха.

    Источник

    Читайте также:  Сплит система кондиционирования обслуживание

    Вентилиция и кондиционирование © 2021
    Внимание! Информация, опубликованная на сайте, носит исключительно ознакомительный характер и не является рекомендацией к применению.

    Adblock
    detector