CC BY
138
Энергоресурсосбережение и энергоэффективность ^^ 19 =
УДК 620.9.004.18
Показатель потребления электроэнергии SFP для оценки затрат на работу системы вентиляции и климатизации
В. А. Павленко,
кандидат технических наук, профессор, Московский государственный строительный университет
Вентиляционные агрегаты являются частью вентиляционной сети, и их аэродинамическое сопротивление зачастую выше, чем сопротивление всех воздуховодов. Потребление энергии двигателем вентилятора в значительной степени зависит от величины аэродинамического сопротивления внутренних элементов установки. В настоящее время для оценки экономичности конкретной вентиляционной системы рекомендуется использовать показатель, определяющий затраты потребляемой мощности электродвигателем на перемещение 1 м3/ч воздуха в данной сети вентиляции.
Ключевые слова: вентиляция, расход электроэнергии, вентиляторная группа, скорость воздуха.
В России огромное количество энергии потребляется системами отопления и вентиляции. Это определяется в значительной степени особыми климатическими условиями, относительно низкими ценами на топливо и электроэнергию, а также запущенностью и отсталостью ЖКХ.
Улучшение конструкции систем вентиляции и климатизации, совершенствование их эксплуатации в значительной степени могут повлиять на снижение потребления различных форм энергии и тем самым уменьшить выбросы углекислого газа в атмосферу. Итак, снижение расходов на эксплуатацию напрямую влияет не только на экономическую эффективность функционирования объекта, но и улучшение экологической обстановки на Земле.
Расчеты показывают, что полная стоимость эксплуатации систем вентиляции и кондиционирования воздуха в большей степени зависит от расходов на все виды энергии, потребляемой зданием или сооружением для поддержания в нем внутреннего климата.
Снижения потребления энергии при формировании микроклимата можно добиться различными способами. Можно (и, конечно же, нужно) уточнять санитарно-гигиенические нормы расхода вентиляционного воздуха, подаваемого в единицу времени для «среднего» человека, находящегося в помещении. В России, по сравнению с другими странами, эти величины, по утверждению ряда специалистов, завышены. Очевидно, возможна оптимизация величины температуры внутреннего воздуха внутри объектов различного типа и назначения. Неоспоримо, что понижение зимней и повышение летней температуры внутреннего воздуха позволят значительно сократить расходы энергии на его подготовку, и во многих странах к этому вопросу подходят весьма внимательно.
Активно внедряются различные виды энергоутилизаторов, использующих теплоту (или «холод») удаляемого воздуха. Даже в таких относи-
тельно простых конструкциях (по сравнению с тепловыми насосами и тепловыми трубками), как вращающийся регенератор, можно получить в ряде случаев эффективность использования удаляемой теплоты с вытяжным воздухом до 85 %. Герметичность системы вентиляции, повышенные теплоизоляционные свойства вентиляционных агрегатов и воздуховодов также могут дать заметный эффект. Особое внимание в последнее время уделяется потреблению электрической энергии электродвигателями вентиляторов, перемещающих воздух и создающих определенное давление (и разрежение, требуемое для забора наружного воздуха) для перемещения потока в вентиляционной сети и ввода воздуха в помещение с заданными скоростями. Энергия, потребляемая двигателем вентилятора, зависит от воздухопроизводительности агрегата и сопротивления сети. Это сопротивление включает в себя величину сопротивления воздуховодов, заборных и распределительных устройств, что задается и рассчитывается проектировщиком. Полученная величина представляется производителю вентиляционного агрегата, который, подобрав соответствующие необходимые функциональные машины (нагреватели, охладители, фильтры, блоки энергоутилизации, камеру смешивания и т.д.), должен рассчитать аэродинамическое сопротивление машины для обработки и перемещения воздуха.
Ниже приводятся расчеты для реальных вентиляционных систем и агрегатов. Их цель - продемонстрировать важность тщательного подхода к конструированию, проектированию и сооружению новых систем и машин, обслуживающих систему механической подачи воздуха в различных объектах, тщательного подбора вентилятора и электродвигателя.
Известно, что важнейшим показателем оценки работы системы вентиляции является показатель SFP (от англ. «Specific Fan Power»), отражающий потребляемую электрическим двигателем мощность Р (кВт, Вт) для создания единичного расхода воздуха
шшшв«
= 20
Энергобезопасность и энергосбережение
(м3/с, м3/ч) в конкретной системе механической вентиляции.
При правильном проектировании системы, поддерживающей нормируемый уровень температуры и относительной влажности в помещениях в течение года и обеспечивающей нормальный химсостав воздуха (кислород, примеси и т.д.), трудно изыскивать пути экономии энергии на подготовку воздуха. А вот электрическая мощность, расходуемая на работу блока двигатель-вентилятор, может и должна быть контролируемой и минимально возможной. Очевидно, что для создания определенного потока воздуха требуемый расход энергии зависит от типа применяемого вентилятора, КПД элементов группы, способа передачи крутящего момента от вала двигателя на вал вентилятора (напомним, что клиноремен-ная передача снижает КПД вентгруппы на 4-6 %), наличия преобразователя частоты электрического тока, все чаще и чаще применяемого для повышения эффективности работы системы вентиляции и кон-диционирова ния.
Итак, показатель БЕР рассчитывается как отношение потребляемой электродвигателем вентилятора мощности к расходу воздуха, перемещаемого в данной системе вентиляции. При этом если агрегат приточно-вытяжной, то учитывается потребляемая мощность двух блоков, приточного Рприт и вытяжного Рвыт; полученная сумма делится на воздухопроизво-дительность Умакс:
БЕР=(Р +Р )/У , Вт/м3/ч.
Vх прит выт" макс ! /
На рис. 2 изображены кривые зависимости БЕР от скоростей движения воздуха в открытом сечении центральных кондиционеров VENTUS (приточная часть) для различной воздухопроизводитель-ности [2]. Снижение скорости воздуха, в квадрате влияющей на величину аэродинамического сопротивления, может произойти при увеличении поперечного сечения машины, что влечет за собой увеличение габаритов, повышение расхода металла и изменение теплообменных процессов на всех теплообменниках (нагревателях, охладителях и т. д.). Как видно из графика, оптимальной величиной является скорость воздуха 2 м/с.
5РР, Вт/м3/ч
0,75 0,65 0,55 0,45 0,35
3
1
1,0
1,5
2,0 2,5
Скорость воздуха, м/с
3,0
3,5
4,0
Рис. 2. Влияние скорости воздуха в «открытом» сечении агрегата на величину показателя SFP при различных расходах воздуха в агрегатах VS: 1 - 3600 м3/с; 2 - 7200 м3/с; 3 - 18000 м3/с; 4 - 36000 м3/с
При заданном расходе воздуха и сопротивлении сети рассчитанной проектировщиком системы вентиляции для данного здания или сооружения номинальная мощность электродвигателя зависит только от внутреннего аэродинамического сопротивления самого вениляционно-климатизационного агрегата (центрального кондиционера). Опять-таки, при фиксированных элементах, необходимых для доведения параметров наружного воздуха до требуемых кондиций, номинальная мощность устанавливаемого электродвигателя и потребляемая им мощность (эти величины в большинстве случаев не равны) зависят от скоростей движения воздуха внутри машины. Рис. 1 представляет величину показателя БЕР для различных по воздухопроизводительности агрегатов типа VENTUS [1] с водяными охладителем и нагревателем.
5РР, Вт/м3/ч
0,35 0,30
0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00
0,3 3 0,3 2 0,3
0,2 0,28 ,25 0,25
Понятно, что с усложнением процессов обработки воздуха и с увеличением функциональных элементов агрегата сопротивление потоку воздуха возрастает, расход электроэнергии на работу вентгруппы возрастает, а значит повышается показатель БЕР (рис. 3). Однако сечение агрегата может быть подобрано так, что снижение скорости также приведет к уменьшению этого параметра.
5РР, Вт/м3/ч 0,8
Рис. 1. Значение показателя SFP для различных приточных агрегатов типа VS с нагревателем и охладителем воздуха ^ЕЫТи VS-HC)
0,6
0,4
0,62
0,47
0,45
12000 15000 м3/ч
У$-65-ШС У$-75-ШС У$-100-ИНС Типоразмер
Рис. 3. Значение показателя SFP для различных типоразмеров приточно-вытяжных агрегатов с нагревателем, охладителем и вращающимся регенератором
В табл. 1 представлено сравнение двух систем вентиляции с одинаковой воздухопроизводитель-ностью и располагаемым напором вентиляционных установок.
2100
3000
4000
5500
75000
10000
гашшшш
Энергоресурсосбережение и энергоэффективность ^^ 21 =
Таблица 1
Сравнение двух систем вентиляции с одинаковой воздухопроизводительностью и располагаемым напором вентиляционных установок
Функционирование системы в течение года, ч 6000
Средняя цена 1 кВт.ч электрической энергии, евро «0,10
Тип установки CV-A4 VS-Р/ОН- 150-R-266В RHC
Приток / Вытяжка, м3/ч 15000/ 15000/ 15000 15000
Располагаемый напор приток / вытяжка, Па 300/ 300/ 300 300
Линейная скорость воздуха в сечении нагревателя, м/с 3,1 2,6
Линейная скорость воздуха в сечении охладителя, м/с 3,3 2,6
Потребляемая электрическая мощность приточного вентилятора, кВт 7,24 4,33
Потребляемая электрическая мощность вытяжного вентилятора, кВт 5,79 3,94
Показатель 8ЕР, Вт/м3/ч 0,87 0,55
Годовое потребление электрической энергии, кВт-ч 78 204 49 662
Годовая стоимость электрической энергии, евро 7 820 4 966
В приведенной таблице рассматриваются при-точно-вытяжные вентиляционные агрегаты, обрабатывающие и перемещающие воздух в системе различных конструкций: СУ-А4 и УБ-150 (оба производства компании УТБ). Каждый из этих центральных кондиционеров имеет одинаковые секции. Приточный блок включает в себя воздушный фильтр класса Е5, вращающийся регенератор, водяной нагреватель, водяной охладитель, вентиляторную группу; вытяжной блок - воздушный фильтр класса Е5, вентиляторную группу. Следует обратить внимание на различные скорости воздуш-
ного потока внутри установок, что, естественно, создает различные внутренние аэродинамические сопротивления. Увеличение скорости вызывает большую нагрузку на вентгруппу, растет потребляемая мощность электродвигателя. Возрастает и стоимость эксплуатации системы вентиляции. Применение более совершенных вентиляционных агрегатов дает возможность сэкономить только при эксплуатации одной приточно-вытяжной установки (воздухопроизводительность 15 000 м3/ч) до 36 % расходов на оплату электроэнергии, потребляемой двигателем вентилятора.
Литература
1. Агрегаты для вентиляции и кондиционирования воздуха // Каталог компании VTS, 2008.
2. Simon Law Beng AMIMechE, Steve Irving BSc (Eng) FREng Ceng FCIBSE MinstE MASHRAE «Improved Life Cycle Performance of Mechanical Ventilation Systems», 2003.
шзшшшш
