Энергоэффективные системы ОВК

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Системы теплогазоснабжения и вентиляции в настоящее время являются непременными элементами жилых, общественных и производственных зданий. Эти системы прошли долгий путь развития от костра, который первобытные люди применяли для обогрева жилищ и приготовление пищи, до современных систем кондиционирования, которые автоматически поддерживают заданный микроклимат (температуру, влажность, чистоту воздуха) в помещениях различного назначения.

В помещениях любого назначения, в которых находятся люди, а также в помещениях, где ведутся технологические процессы, необходимо обеспечить необходимые метеорологические условия. Наружные ограждающие конструкции зданий защищают помещения от непосредственного воздействия атмосферных условий. Однако зачастую этого оказывается недостаточно. Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха поддерживают в помещениях в течении всего года определённые параметры внутренней среды.

Комплекс инженерных средств и устройств по обеспечению требуемых метеоусловий в помещениях называется системой кондиционирования микроклимата (СКМ) здания. Этот комплекс инженерных средств должен обеспечивать требуемый тепловой режим здания. Тепловым режимом здания называют совокупность факторов и процессов, которые под влиянием внешних, внутренних воздействий инженерных устройств формируют тепловую обстановку в его помещениях.

Здоровье, самочувствие и работоспособность человека в значительной степени зависит от санитарно- гигиенической обстановки в помещении, которая должна удовлетворять его физиологическим требованиям. Санитарно- гигиеническая обстановка в помещении определяется её микроклиматом. Микроклимат помещения создаётся совокупностью теплового, воздушного и влажностного режимов в их взаимодействии и должен обеспечивать благоприятные условия для людей, находящихся в помещении, и требования технологического процесса. В процессе жизнедеятельности в организме человека вырабатывается теплота, которая путём конвекции, излучения, теплопроводности и испарения пота с поверхности тела должна быть передана окружающей среде. Организм человека обладает системой терморегуляции. Эта система стремится поддерживать постоянную температуру (36,6 ?С) тела человека. Для нормальной жизнедеятельности и хорошего самочувствия человека должен сохраняться баланс между теплотой, вырабатываемой организмом. И теплотой, отдаваемой в окружающую среду. В противном случае происходит переохлаждение или перегрев тела человека, ведущие к ухудшению самочувствия, потере работоспособности. При продолжительном тепловом дисбалансе в организме человека возникают различные заболевания.

В спокойном состоянии человек отдаёт окружающей среде до 120 Вт, при лёгкой работе до 250 Вт, при тяжёлой до 500 Вт, а при максимальных кратковременных нагрузках до 1000 Вт. Отдача теплоты вырабатываемой взрослым человеком в спокойном состоянии при обычных условиях- более 90% (приблизительно половина- излучением, по четверти- конвекцией и испарением пота и менее 10%- в результате естественного обмена веществ). При тяжёлой работе основная доля теряемой теплоты приходится на испарение пота. Способность организма к терморегуляции ограничена, а интенсивность теплоотдачи человеком зависит от тепловой обстановки в помещении, поэтому микроклимат помещения должен поддерживаться на заданном уровне.

Микроклимат помещения характеризуется температурой воздуха tint, осреднённой радиационной температурой поверхностей tR (внутренних поверхностей наружных ограждений, пола, потолка, перегородок и поверхностей мебели, технологического оборудования и др. предметов), скоростью (подвижностью) ?int и относительной влажностью воздуха ?int. Так как значения фn для различных поверхностей неодинаковы, то

tR=?(фn* fn)/ ?fn

где fn- площадь этой поверхностей, мІ, фn- их температура, ?С.

Совокупность этих показателей микроклимата, при которых сохраняется тепловое равновесие в организме человека и отсутствует напряжение в его системе терморегуляции, называют зонами комфорта. Они могут быть оптимальными и допустимыми. Допустимыми являются такие метеоусловия, при которых возникает некоторая напряжённость в системе терморегуляции и имеет место допустимая дискомфортность в помещении человека. энергопотребность отопление вентиляция кондиционирование

В настоящее время для поддержания всех необходимых комфортных условий содержания помещений зданий используются различные технологии и оборудование, включающее в себя автоматизированные системы, позволяющие эффективно и менее затратно использовать ресурсы.

В соответствии с СНиП 2.04.05-91 составлены Территориальные строительные нормы ТСН, где также разработаны требования к энергоэффективности систем отопления, вентиляции и кондиционирования для каждого региона страны.

В технически развитых странах взят устойчивый курс на строительство зданий высокой экологической и энергетической эффективности. Именно сочетание экологии и энергосбережения характеризует понятие устойчивости среды обитания человека. Прогресс за последние годы в этом направлении столь значителен, что строительство зданий с нулевым годовым энергетическим балансом стало реальностью, а многие страны приняли дорожные карты энергоэффективности, которые предусматривают переход на строительство зданий с нулевым энергопотреблением уже к 2020-2030 годам.

Энергоэффективное здание - это продукт совместного творчества архитекторов, конструкторов и инженеров, сочетающий оптимальную форму и ориентацию постройки с высоким уровнем теплозащиты наружных ограждений и энергосберегающими системами инженерного обеспечения с элементами генерации энергии. В свою очередь, инженерные системы базируются на энергоэффективном инженерном оборудовании: насосах, вентустановках, кондиционерах, средствах автоматизации, контроля и управления. [1]



1. Энергосбережение в системах отопления

1.1 Снижение энергопотребности на отопление здания

Основным путём экономии энергии в строительстве является возведение зданий с эффективным использованием энергии (ЗЭИЭ). ЗЭИЭ- это такое здание, в котором предусмотрены оптимальные на перспективу инженерные методы и средства по эффективному использованию и экономии энергии, применению нетрадиционных теплоисточников.

Рассмотрим кратко алгоритм повышения экономии теплоты на отопление здания:

- улучшение его теплозащитных свойств, хорошая герметизация;

- выбор формы и компактности застройки, а также рациональное размещение потребителей теплоты;

- рациональная аэродинамика застройки;

- метеоусловия (ветра, осадки, затенение солнечной стороны);

- регулирование тепловых потоков через ограждения и многое другое…

Существенное снижение энергопотребности на отопление зданий может быть достигнуто при использовании автоматической системы управления (АСУ) работой инженерного оборудования здания. Структурная схема АСУ работой инженерного оборудования здания состоит из нескольких взаимосвязанных блоков:

- измерительного, включающего датчики регулируемых и нерегулируемых параметров;

- устройства преобразования сигналов и сигнализаторы их значений;

- пульта управления, ЭВМ и коммутаторов, служащих для сбора, обработки данных наблюдений и подачи команд;

- исполнительного блока, управляющего работой, в том числе системы отопления.

Работа АСУ тепловым режимом на ряде объектов общественного и промышленного назначения в Москве показала их высокую эффективность, обеспечивающую экономию энергии до 20% при окупаемости дополнительных капитальных вложений в течении около одного года.

1.2 Повышение эффективности отопления здания

Заключительным этапом алгоритма разработки здания с эффективным использованием энергии является оценка эффективности принятого способа отопления как составной части системы кондиционирования микроклимата (СКМ) здания.

Комплексное свойство СКМ здания эффективно выполнять свои функции является обычно вероятностной характеристикой. Эффективность системы отопления определяется тремя основными свойствами:

Надёжность- вероятностное обеспечение безотказной работы механической части системы отопления, её конструктивных узлов и элементов при эксплуатации в пределах расчётных сроков и условий.

Управляемость - вероятностное выдерживание заданных отклонений в работе отдельных частей и зон системы отопления в процессе управления и при эксплуатации в течении отопительного сезона.

Обеспеченность - принятое в проекте выдерживание с допустимой вероятностью отклонений расчётных внутренних условий в здании.



2. Энергоэффективные системы вентиляции

К сожалению, сформировать типовой набор решений энергоэффективного здания - задача нереальная, так как на сочетание энергоэффективных элементов влияют многие факторы:

* климатические условия;

* функциональное назначение здания;

* режим эксплуатации;

* доступность и стоимость энергетических ресурсов, в том числе возобновляемых;

* технологический уровень производства материалов и оборудования;

* располагаемые инвестиции;

* менталитет жителей и работников.

Вместе с тем можно выделить достаточно определенные тренды энергоэффективности, характерные для данного уровня технологического развития в конкретных климатических условиях. Так, в Европейском союзе действует маркировка и стандарты энергоэффективности по 7-балльной шкале (A-G). В США установлен рейтинг EnergyStar, который определяет 25 % лучших по энергоэффективности изделий, систем, зданий. За рубежом и в нашей стране выпускается большое количество справочников и каталогов энергосберегающего оборудования и технологий. Нередко даже профессионалам затруднительно ориентироваться в огромном потоке информации. В США для облегчения этой задачи предложили ежегодно издавать Top-10 - каталог, содержащий 10 лучших по энергоэффективности инженерных технологий, которые рекомендуется рассматривать в приоритетном порядке при проектировании и строительстве зданий [1].

ООО «НПО ТЕРМЭК» по заказу Минобрнауки РФ, ПРООН, ГЭФ «Стандарты и маркировка для продвижения энергоэффективности в Российской Федерации» на основе экспертных оценок разработаны разделы лучших практик «Топ-10»:

* энергоэффективное инженерное оборудование;

* энергоэффективные инженерные системы.

Для выбора лучших практик в области энергоэффективности в строительстве был применен метод экспертных оценок по следующему алгоритму:

1. Были проанализированы примеры зданий высокой экологической и энергетической эффективности, включая энергопассивные и здания с нулевым энергопотреблением, в части применяемых инженерных систем и оборудования. Были рассмотрены объекты, реализованные как в нашей стране, так и за рубежом.

2. Были определены критерии оценки значимости энергоэффективности инженерных систем:

* энергоэффективность как совокупный критерий энергосбережения, цены жизненного цикла, сроков окупаемости;

* масштабность области применения;

* технологическое совершенство и надежность;

* экологичность.

3. Были определены критерии оценки значимости энергоэффективности инженерного оборудования:

* класс энергоэффективности;

* соответствие рекомендациям Минрегионразвития РФ (проекты приказов о повышении энергоэффективности);

* масштабность области применения;

* представительство на рынке страны;

* сроки окупаемости;

* надежность.

На основе экспертных оценок рассмотрения массива источников информации (Интернет, библиотека научных статей и коммерческой информации журналов «АВОК», «Энергосбережение», «Сантехника», «Мир климата», «Водоснабжение и санитарная техника», REHVA, ASHRAE, бюллетеней EUROVENT и EUROPUMP) специалисты ООО «НПО ТЕРМЭК» составили «Топ-20» примеров лучшей практики энергоэффективности в области инженерного оборудования и систем.

* циркуляционные насосы со встроенным частотным приводом;

* канальные вентиляторы ЕС с частотным приводом;

* абсорбционные чиллеры;

* балансовые вентустановки с утилизаторам теплоты вытяжного воздуха;

* тепловые насосы;

* конвекторы отопительные;

* фэнкойлы (вентиляторные доводчики);

* водосчетчики и теплосчетчики;

* системы кондиционирования VRF;

* солнечные коллекторы.

* горизонтальные и поквартирные системы отопления;

* адаптивные системы вентиляции;

* системы кондиционирования воздуха с аккумуляторами холода;

* системы вытесняющей вентиляции;

* системы отопления и обогрева с газовыми инфракрасными излучателями;

* система водяного напольного отопления и охлаждения;

* система персональной вентиляции и локального кондиционирования воздуха;

* системы горячего водоснабжения с регулируемым циркуляционным контуром;

* адиабатные системы кондиционирования воздуха;

* система утилизации теплоты наружных блоков VRF и конденсаторов холодильных машин для нагрева воды ГВС.

Следует обратить внимание, что этот перечень - не догма, и в дальнейшем он должен обновляться по мере совершенствования технологий с привлечением более широкого круга специалистов. В рамках небольшой статьи более подробно рассмотрим энергоэффективные системы вентиляции.

2.1 Системы вытесняющей вентиляции

Это системы вентиляции с вертикальными воздухораспределителями, работающими по принципу «затапливания» зоны обслуживания (рабочей зоны) свежим приточным воздухом с малыми скоростями и вытеснения загрязненного воздуха с конвективными потоками от людей и оборудования в верхнюю зону для его удаления вытяжными системами. Основным элементом системы являются низкоскоростные воздухораспределители, представляющие собой цилиндрические или полуцилиндрические панели с перфорированной поверхностью высотой до 2 м.

Системы вытесняющей вентиляции применяются для зданий, помещения которых характеризуются избыточными конвективными тепловыделениями (от людей и оборудования):

* концертных залов;

* офисных помещений;

* производственных цехов точного машиностроения;

* сборочных производств.

При устройстве систем вытесняющей вентиляции достигается сокращение воздухообмена посравнению с традиционной перемешивающей вентиляцией на 30-50 % за счет повышения эффективности воздухораспределения (при этом загрязнения не перемешиваются с приточным свежим воздухом, а с конвективными потоками вытесняются в верхнюю зону), экономия тепловой энергии (холода) 25-40 %, электрической энергии на привод вентиляторов 20-25 %.

Системы вытесняющей вентиляции применены на следующих объектах:

* головной офис Министерства энергетики Малайзии (здание «Бриллиант»), Путраджайя (Малайзия);

* комплекс «Прибрежные сады» (Gardens by the Bay) на берегу Сингапурского пролива, Республика Сингапур;

* энергоэффективное офисное здание корпорации Manitoba Hydro, Виннипег, Канада;

* Большой зал Московской государственной консерватории им. П. И. Чайковского;

* торговый центр строительных материалов в Новосибирске;

* космопорт компании Virgin Galactic Gateway to Space, США;

* здание аэропорта, Бангкок.

2.2 Адаптивные системы вентиляции

Эти системы предназначены для вентиляции помещений с переменным воздухообменом и индикацией степени загрязнения воздуха по концентрации углекислого газа в воздухе помещений. Система включает вентустановку, сеть воздуховодов, регулирующие клапаны, воздухораспределители, датчики концентрации углекислого газа, блоки автоматики.

В зависимости от концентрации углекислого газа, замеряемой, как правило, в вытяжном воздуховоде или представительной точке помещения, регулируется величина воздухообмена на соответствие нормативным значениям концентрации

[2]. Необходимо отметить, что дополнительные капиталовложения для организации адаптивной системы вентиляции незначительны; для повышения энергетической эффективности существующей системы вентиляции в помещениях с переменным количеством людей в течение периода эксплуатации необходимо приобрести датчик углекислого газа (расположить его в вытяжном канале), заменить вытяжной и приточный вентилятор на аналогичные с частотным приводом и включить в существующую систему автоматизации контроллер, позволяющий регулировать частоту вращения вентиляторов в зависимости от измеряемой концентрации СО2.

Рис. 1. Принципиальная схема адаптивной системы вентиляции с датчиком концентрации СО2 в вытяжном воздуховоде:

1 - приточный вентилятор; 2 - вытяжной вентилятор; 3 - роторный теплоутилизатор; 4 - водяной нагреватель; 5 - водяной охладитель; 6 - фильтры; 7 - заслонки; 8 - шумоглушители; Н - наружный воздух; П - приточный воздух; В - вытяжной воздух; У - удаляемый воздух; Д - датчик концентрации СО2; К - контроллер; ЧП - частотный преобразователь.

Адаптивные системы вентиляции особенно эффективны при применении в зданиях с переменным количеством персонала (посетителей):

* залах ожидания вокзалов и аэропортов;

* конференц-залах;

* переговорных комнатах;

* зрительных залах кинотеатров, театров, спортивных комплексов;

* торговых комплексах.

При устройстве адаптивных систем вентиляции достигается снижение среднегодовой величины воздухообмена на 40-60 %, экономия тепловой энергии до 60-80 кВт•ч/м2 в год и электрической энергии до 10-15 кВт•ч/м2 в год. Данные системы были запроектированы ООО «НПО ТЕРМЭК» в экоофисе в Сколково, на остановочных пунктах Московской кольцевой железной дороги.

2.3 Система персональной вентиляции и локального кондиционирования воздуха

В такой системе приточный воздух подается непосредственно в зону дыхания человека на рабочем месте от приточно-вытяжной установки с рекуперацией теплоты вытяжного воздуха в объеме, обеспечивающем заданное качество воздуха на рабочем месте. Приточный воздухораспределитель располагается непосредственно над экраном компьютера. Также система персональной вентиляции может быть скомбинирована с системой локального кондиционирования воздуха. При этом рециркуляционный воздух охлаждается или нагревается в канальном фэнкойле и подается через рециркуляционные воздухораспределители в пространство под столом. Таким образом формируется «воздушный оазис» вокруг тела человека нарабочем месте с поддержанием в нем оптимальных значений микроклимата; за пределами фиксированного рабочего места достаточно поддерживать допустимые параметры микроклимата [3].

Рис. 3. Принципиальная схема системы персональной вентиляции

Данные системы могут применяться в административных и офисных зданиях с фиксированными рабочими местами.

За счет эффективности воздухораспределения системы персональной вентиляции расчетный воздухообмен, обеспечивающий заданное качество воздуха, может быть снижен в 2-3 раза по сравнению с традиционной перемешивающей вентиляцией. [2]. Система персональной вентиляции может быть оснащена датчиками присутствия на рабочих местах, что приведет к расходу приточного воздуха по фактической заполненности работниками помещений и экономии тепловой энергии на систему вентиляции до 80 %. При сочетании с локальным кондиционированием воз-духа оптимальные параметры поддерживаются только на рабочих местах (15-20 % от всего объема офисных помещений) , в остальном объеме - допустимые; снижение энергопотребления системой кондиционирования воздуха может составить 15-25 %.

Системы персональной вентиляции установлены в офисных зданиях в Дании, например в банках SAXO BANK и JYSKE BANK A/S, организациях Energimidt A/S; Exo Draft A/S и King+King Architects.

Каждый из рассмотренных трех видов систем вентиляции имеет свою область применения и ориентирован на достижение высокой энергетической эффективности.



Список используемой литературы

1. Штокман Е. А., Карагодин Ю. Н.. Теплогазоснабжение и вентиляция: Учебное пособие.- М., 2011.- 176 с.

2. www.energystar.gov.

3. ГОСТ 30494-2011. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях.

4. Наумов А. Л., Капко Д. В. Локальные системы кондиционирования воздуха в офисных зданиях //АВОК. - 2012. - № 2.

5. Скистад Х., Мундт Э., Нильен П., Хагстрем К., Райлио Й. Вытесняющая вентиляция в непроизводственных зданиях / Пер. с англ. - 2-е изд., испр. - М. : АВОК-ПРЕСС, 2006.

Размещено на Allbest.ru

...