Как оптимизировать системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, чтобы они соответствовали реальным условиям эксплуатации, экономили энергию и обеспечивали здоровую и комфортную среду для жителей здания?
Энергия внутри зданий
Экономия энергии является одной из важнейших тем для многих компаний в строительной отрасли. Поскольку HVAC составляет значительную долю потребления энергии зданием на протяжении всего срока службы, технологии, указанные и используемые в зданиях, должны быть на переднем крае экономии энергии. Продукция для вентиляции, отопления и охлаждения постепенно становится более эффективной, что обусловлено законодательством и разработкой новых технологий в компонентах. Но при движении к новым эффективным технологиям необходимо гарантировать, что существующая технология используется самым разумным и эффективным способом.
Обычно системы HVAC проектируются для наихудшего варианта использования здания. Системы охлаждения проектируются для пиковых летних температур и яркого солнечного света, системы отопления проектируются для самых холодных дней в году, а системы вентиляции основаны на максимальном уровне заполняемости. Это отлично подходит для проектирования устойчивых зданий, готовых к любым условиям. Но так ли они используются?
Системы, рассчитанные на пиковые нагрузки, будут очень редко использоваться на этих проектных уровнях, если вообще будут. Большую часть своей жизни они будут работать с долей проектной нагрузки. Эта разница между пиковыми проектными нагрузками и реальными эксплуатационными нагрузками очень велика, и, как мы увидим, она только увеличивается.
Разрыв в нынешних и будущих показателях
Два фактора приведут к тому, что разница между пиковыми расчетными и рабочими точками станет еще более существенной.
Сегодня здания используются более гибко, особенно в офисных и коммерческих целях, поскольку предприятиям и сотрудникам предлагаются возможности гибкой работы. Система вентиляции и охлаждения офисного здания, рассчитанная на полную занятость в 2020 году, вряд ли будет иметь такую же занятость в 2023 году и далее.
Глобальное потепление уже оказывает влияние на экстремальную погоду, и даже при существенных изменениях в способствующих факторах в будущем ожидаются более экстремальные погодные явления. Европа, вероятно, столкнется с более жарким и сухим летом. Это в сочетании с эффектом городского острова тепла, усугубляющим летнюю температуру с высокими тепловыми условиями в районах, где расположено много офисов и коммерческих зданий, а также с учетом того, как проектировать смягчение тепла на уровне города и улицы, вероятно, будет означать, что пиковые нагрузки, на которые рассчитаны системы зданий, будут еще дальше от ежедневной эксплуатации зданий.
Проектировщикам зданий приходится учитывать новый способ использования зданий, а также будущие риски экстремальных погодных условий в текущем проекте здания, будь то на этапе строительства или реконструкции.
Поиск эффективности в разрыве производительности
Когда система HVAC работает при частичной нагрузке, она обычно работает более эффективно. Установки обработки воздуха (AHU), работающие на половинной скорости вентилятора, будут использовать менее четверти входной мощности. Чиллер или тепловой насос, работающие при частичной нагрузке, максимально используют свой теплообменник, чтобы обеспечить более высокую эффективность. Однако доступно ли это с доступной нам технологией?
Если мы можем управлять нашими центральными кондиционерами, чтобы подавать только тот объем воздуха, который необходим для находящихся внутри здания людей, используя адаптивную вентиляцию (DCV), охлаждающие и нагревательные змеевики, рассчитанные на полную мощность, могут контролировать температуру свежего воздуха, потребляя гораздо меньше энергии.
Змеевики в фанкойлах или охлаждающих балках, обслуживающих внутренние помещения, также не должны работать при полной нагрузке, поскольку эти блоки обычно выбираются для полной занятости и в пиковые летние или зимние условия.
Затем нам нужно принять решение относительно этих змеевиков, которым не нужна полная мощность. Традиционным путем было бы уменьшить поток охлаждающей или нагревающей жидкости с помощью клапана. Это простой способ локального управления, который является стандартным почти для всех систем. Но если у нас будет немного больше интеллекта в соединении между охладителем/тепловым насосом и змеевиком, мы можем, кроме того, оптимизировать температуру жидкости, обслуживающей змеевик. Охлаждающий змеевик, рассчитанный на использование воды температурой 6 градусов Цельсия при 100% мощности, не нуждается в этой температуре при 50% мощности.
Причина изменения температуры воды в змеевиках заключается в повышении эффективности охладителя/теплового насоса. Повышение температуры воды, выходящей из охладителя, на один градус повышает его эффективность примерно на 3%. Эксплуатация теплового насоса при температуре на один градус ниже повышает его эффективность на такую же величину.
Итак, когда мы анализируем спрос со стороны змеевиков, которые контролируют комфорт в помещениях, будь то в AHU или в пространстве, они могут работать при оптимизированной температуре воды большую часть времени. Фактически, недавние расчеты AHU, подключенных к тепловым насосам, показывают, что температура воды может быть оптимизирована для более чем 95% времени работы, экономя более 20% энергии охлаждения и более 30% энергии нагрева. Это просто путем более разумного управления системой.
Такой тип регулирования производительности при правильном управлении обеспечивает высокий уровень комфорта в помещении, а также экономит электроэнергию, уменьшая перепады температуры и сквозняки в помещении.
Пассивное и естественное охлаждение
Если в охладителе доступно свободное охлаждение, оптимизация температуры воды оказывает еще большее влияние на эффективность. При свободном охлаждении контур охлаждающей воды охлаждается непосредственно наружным воздухом, а не с помощью контура охлаждения DX охладителя. Обычно некоторое свободное охлаждение доступно, когда температура окружающего воздуха на один градус Цельсия ниже температуры возвратной воды. Количество свободного охлаждения увеличивается по мере увеличения разницы между температурой окружающей среды и воды, пока охладитель не сможет обеспечить все необходимое охлаждение с помощью своей функции свободного охлаждения. С каждым градусом, на который мы повышаем температуру охлаждающей воды, количество часов, в течение которых мы можем использовать свободное охлаждение, значительно увеличивается, что позволяет сэкономить огромное количество энергии.
Мы также можем использовать естественное охлаждение, доступное из земли, при использовании геотермального теплового насоса/охладителя. Геотермальные системы собирают низкопотенциальное тепло в земле с помощью контура трубопроводной жидкости и умножают его с помощью теплового насоса для производства эффективного и экономичного отопления для наших помещений. Многие тепловые насосы также могут работать в режиме охлаждения, обеспечивая эффективное охлаждение, отводя тепло в землю через контур грунтовой жидкости. Этот тип системы идеально подходит для пассивного охлаждения в ситуации частичной нагрузки, обход теплового насоса и охлаждение системы напрямую с использованием более низкой температуры земли является чрезвычайно эффективным способом охлаждения. Как и в случае с естественным охлаждением, оптимизация температур воды в режиме частичной нагрузки позволяет системе находиться в режиме пассивного охлаждения в течение максимального количества времени, экономя при этом больше всего энергии.
Контроль и разведка
Для этого нам необходимо иметь систему управления, которая может распознавать требуемую нагрузку на змеевик(и) и использовать эту информацию для соответствующей оптимизации температур охладителя/теплового насоса. Требуется интеллект, встроенный в охладители, тепловые насосы, вентиляционные установки и комнатные блоки. Важно понимать пределы отдельных продуктов, а также их рабочие пределы и знать, когда не следует оптимизировать. Более того, система управления более высокого уровня должна эффективно взаимодействовать между всеми этими частями системы. Помимо этого, экономия энергии достигается за счет использования обычных частей системы, не инвестируя в частности в более эффективное оборудование, а управляя тем, что у нас есть, более разумным способом.
Независимо от того, являются ли системы, с которыми мы работаем, существующими установленными системами в рамках проекта реконструкции или новыми разработками с использованием новейших эффективных новых продуктов, принципы дополнительной экономии энергии при работе с частичной нагрузкой по-прежнему применимы как эффективный и устойчивый способ снижения эксплуатационных расходов.
Время публикации: 26-апр.-2023
