CC BY
70Вестник магистратуры. 2020. № 1-4 (100)
ISSN 2223-4047
УДК 697.912
А.В. Матигорова
ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА
В настоящее время становится более актуальной тема снижения энергопотребления систем вентиляции и кондиционирования воздуха, в связи с повышением стоимости топлива, а также возникновением разного рода экологических проблем. Поэтому, главной исследовательской задачей является поиск новых способов уменьшения потребления энергии в зданиях без ущерба для комфорта и качества воздуха в помещениях. Одним из наиболее доступных способов достижения энергоэффективности в системах вентиляции и кондиционирования является разработка систем, использующих новые формы существующих компонентов системы. В данной статье исследуются различные методы улучшения производительности систем ОВК для снижения потребления энергии.
Ключевые слова: испарительное охлаждение, воздушное охлаждение, рекуперация тепла, геотермальная система вентиляции.
Системы вентиляции и кондиционирования воздуха являются крупнейшими энергопотребителями, что заставляет исследователей и инженеров сосредоточиться на проблеме использования энергии в зданиях. Около 50% потребности в энергии используется для поддержания условий теплового комфорта в помещениях [1, с. 15]. Разработка энергоэффективных систем ОВК играет важную роль не только в уменьшении затрат на электроэнергию, но и решает задачу защиты окружающей среды от неблагоприятного воздействия выбросов парниковых газов. На сегодняшний день существует несколько методов, которые используются для достижения энергоэффективности систем ОВК. Для разработки эффективных систем необходимо четкое понимание условий комфорта. Комфортными называются такие сочетания показателей, при которых сохраняется тепловое равновесие в организме человека и отсутствует напряжение в его системе терморегуляции. Тепловой комфорт определяется шестью тепловыми переменными: температура воздуха, влажность воздуха, скорость воздуха, средняя радиационная температура, теплоизоляция одежды и активность человека. В последние годы для повышения энергопотребления этих систем использовались различные стратегии управления и оптимизации. Однако эти подходы являются либо дорогостоящими, либо очень сложными для реализации, и требуют постоянного мониторинга. Для решения данной проблемы предлагается объединить различные компоненты ОВК для создания энергосберегающей конфигурации системы, которые должны обеспечивать разные режимы работы. Хотя оптимизация проектирования традиционной системы ОВК приводит к большим предварительным затратам, эти модификации могут фактически обеспечить значительную экономию в долгосрочной перспективе за счет сокращения текущих затрат на техническое обслуживание, связанных с методами контроля и оптимизации. В данной статье обсуждаются различные технологии, в которых комбинации компонентов и механические конструкции используются для повышения энергоэффективности систем ОВК.
Системы испарительного охлаждения.
Данный вид охлаждения используется уже более века [2, с. 84]. Испарительное охлаждение - это понижение температуры воздуха, газа или воды за счет испарения воды. Понижение температуры воздуха происходит не за счет работы холодильной машины, а в результате испарения, сопровождающегося поглощением энергии из окружающей среды. Системы прямого испарительного охлаждения имеют низкие затраты на установку и эксплуатацию и значительно улучшают эффективность охлаждения здания при минимальном потреблении энергии. Используя воду в качестве рабочей жидкости, можно избежать выделения озоноразрушающих веществ. Одним из преимуществ этой системы служит легкая установка и простота эксплуатации, а также устранение выбросов CO2 и других выбросов. Создание комфортных климатических условий системой испарительного охлаждения заключается в снижении уровня ощущаемого тепла, даже при незначительном снижении температуры. Минимальное значение температуры, которого можно достичь за счет испарения называется температурой мокрого термометра. Поэтому температура приточного воздуха после охлаждения будет только на границе комфорта и может подняться на несколько градусов при прохождении через ограждение, устанавливая температуру за пределами зоны комфорта [3]. Поэтому задачей использования испарительной системы охлаждения является возможность увеличения потенциала общей системы, за счет сочетания различных компонентов, так и возможность повышения производительности других систем ОВК при интеграции с системой испарительного охлаждения.
© Матигорова А.В., 2020.
ISSN 2223-4047
Вестник магистратуры. 2020. № 1-4 (100)
Система кондиционирования воздуха с воздушным охлаждением. Недавние исследования показывают, что системы кондиционирования воздуха, основанные на механическом сжатии пара, потребляют значительное количество электроэнергии. В отличие от кондиционера, воздушный охладитель не имеет компрессора в системе. Он состоит из вентилятора, который принимает воздух из окружающей среды и пропускает его через слой влажных прокладок, прежде чем подавать его в помещение. Прокладки увлажняются с помощью водяного насоса, который непрерывно циркулирует воду внутри этого оборудования. Охлаждающая способность возрастает, когда спрос и потребление энергии снижаются [4]. По мере снижения температуры конденсации давление уменьшается, что позволяет компрессору работать меньше и это приводит к экономии энергии.
Геотермальные системы вентиляции и кондиционирования воздуха.
Геотермальные системы основаны на том факте, что на глубине земля имеет относительно постоянную температуру, которая холоднее, чем температура воздуха летом и теплее, чем температура воздуха зимой. В летний период наружный воздух через воздухозаборное устройство поступает в систему тепло-обменных трубопроводов, помещенных под землю. Проходя по подземным воздуховодам, за счет энергии почвы воздух охлаждается и попадает в приточную установку, которая с помощью дополнительных воз-духоводных каналов распределяет обработанный воздух по помещениям. Как и обычную систему вентиляции, геотермальную установку можно автоматизировать, запрограммировав на поддержание требуемых параметров воздуха (температуры, влажности и т.д. Во время зимних работ вентиляция имеет прямо противоположное назначение. Она должна обеспечивать помещение свежим, но теплым воздухом. При этом классическая тепловая вентиляция является слишком энергоемкой, поскольку потребляет много энергии на подогрев воздушного потока. А так как нормальный воздухообмен в помещении должен осуществляться несколько раз в час, энергозатраты становятся слишком ощутимыми. Геотермальная схема системы отопления позволяет значительно оптимизировать теплообменные процессы.
Система с рекуперацией тепла.
Рекуперация тепла в вентиляции - это способ передачи тепловой энергии от потока отработанного воздуха, к потоку приточного. Рекуперация применяется при наличии разности температур между удаляемым и приточным воздухом, для повышения температуры свежего воздуха. Данный процесс не подразумевает смешения воздушных потоков, процесс передачи теплоты происходит через какой-либо материал. Система приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией является наиболее распространенным способом использования рекуперации теплоты. Основным элементом данной системы является приточно-вытяжная установка, в составе которой установлен рекуператор. Устройство приточной установки с рекуператором, позволяет передать нагреваемому воздуху до 80-90% теплоты, что значительно снижает мощность калорифера, в котором происходит подогрев приточного воздуха, в случае нехватки теплового потока от рекуператора, что позволяет уменьшить энергозатраты [5].
Стандартные системы вентиляции и кондиционирования потребляют большое количество энергии, выделяемой из ископаемых видов топлива, которые быстро истощаются. Потребовалось внедрение новых установок и капитальные ремонты в построенных зданиях для достижения энергоэффективности и экологической устойчивости. Поэтому поиск новых методов строительства экологически чистых зданий без ущерба для комфорта и качества воздуха в помещениях остается проблемой для исследований и разработок. Снижение общего потребления энергии и повышение комфортности пребывания человека в зданиях зависит от эффективности систем ОВК. В данной статье были рассмотрены различные методы энергосбережения для систем ОВК и выявлено их положительное влияние на повышение производительности системы.
Библиографический список:
1. Enteria N, Mizutani K. The role of the thermally activated desiccant cooling technologies in the issue of energy and environment. Renew Sustain Energy Rev 2011;
2.Jiang Y, Xie X. Theoretical and testing performance of an innovative indirect evaporative chiller. Sol Energy 2010;
3.Сайт- Комфортная архитектура с низким энергопотреблением, https://www.new-learn.info/packages/clear/ther-mal/buildings/passive_system/ evaporating_cooling.html
4.Сайт- Руководство по системам кондиционирования воздуха, https://www.airconditioning-systems.com/evaporative-air-cooler.html
5.Сайт- Возобновляемая энергия, Великобритания, https://www. renewableenergyhub.co.uk/heat-recovery-sys-tems-information/how-do-heat-recovery-and-ventilation-systems-work.html
МАТИГОРОВА АЛИНА ВИТАЛЬЕВНА - магистрант, Тюменский индустриальный университет, Россия.
