Энергосберегающие технологии систем вентиляции и кондиционирования воздуха

ТАБЛ. ПОТЕР� ЭНЕРГ�� НА ДОГРЕВ � ОХЛАЖДЕН�Е ПР�ТОЧНОГО ВОЗДУХА, КВТ/Ч (ГОД) СРОК ОКУПАЕМОСТ� РЕКУПЕРАТОРА ПР�ТОЧНО-ВЫТЯЖНОЙ УСТАНОВК� GAZELLE ПРО�ЗВОД�ТЕЛЬНОСТЬЮ 100 000 КУБ. М/Ч (В МЕСЯЦ) Оптимизация теплоэнергетического воздействия наружного климата на тепловой баланс дает следующие результаты: •для наиболее холодной пятидневки — снижение затрат тепловой и электрической энергии на подогрев и увлажнение приточного воздуха; •для самого жаркого месяца — снижение установочной мощности систем кондиционирования воздуха; •для периода охлаждения — снижение затрат энергии на охлаждение приточного воздуха; •для расчетного года — снижение затрат энергии на обработку и распределение приточного воздуха. В общем случае, специалисту ясно, что задачей проектирования и расчета СКВ является определение количества энергии и способа ее распределения при высоком уровне экономии энергоресурсов. Одним из наиболее эффективных способов снижения энергоресурсов при эксплуатации СКВ является внедрение технологии утилизации вторичных потоков — в частности, по системам вентиляции, утилизации тепла вытяжного воздуха. Удаляемый из помещений воздух — самый энергоемкий вторичный поток. Так, из квартиры общей площадью 100 кв. м с удаляемым воздухом (около 300 куб. м/ч) выбрасывается на улицу в холодный период года 5040 Вт тепла, в теплый период года — 400 Вт холода. В современных домах системы с теплоутилизацией позволяют сэкономить до 50% тепла по сравнению с конвективными системами отопления. Мощность системы отопления в квартире 100 кв. м снижается на 10%, годовое потребление тепла снижается примерно с 40 до 15 кВт/(кв. м в год). В Германии успешно работают в 5-, 10- и 11-этажных домах децентрализованные поквартирные приточно-вытяжные системы вентиляции с утилизацией тепла. Эти системы, несмотря на достаточно высокую стоимость, позволяют постоянное вентилирование всего жилого пространства, экономия тепла составляет около 20%. Теоретические и экспериментальные исследования, выполненные специалистами СЗН��МЭСХ для систем обеспечения микроклимата животноводческих помещений, показали, что величина экономии энергоза­трат в системах с утилизацией тепла зависит от климатических условий и может достигать 80%. При этом устойчивая работа теплоутилизаторов обеспечивается при температуре наружного воздуха выше –28оС и эффективности 30% и при температуре выше –11оС и эффективности 70%. �сследования показали, что нецелесообразно стремиться к высокой эффективности теплоутилизации. Оптимальная тепловая эффективность соответствует порядка 50%, при этом система устойчиво работает до температур выше –20оС, практически исключая режим обмерзания. В настоящее время известны четыре типа утилизаторов тепла вытяжного воздуха: пластинчатые и роторные теплообменники, тепловые трубы и утилизаторы на основе промежуточного энергоносителя (как правило, этиленгликоля). В пластинчатых и роторных теплообменниках передача тепла осуществляется через стенку. В тепловых трубах тепло переносится изменением агрегатного состояния теплоносителя. В теплообменниках с промежуточным теплоносителем тепло переносится потоком мелкодисперсного материала или жидкости. Фактически такой теплообменник состоит из двух, они могут располагаться на значительном расстоянии друг от друга. �спользование того или иного типа теплообменника в каждом конкретном случае должно быть обосновано технико-экономическим расчетом, поскольку каждый из них имеет свои достоинства и недостатки. Наибольшее распространение в системах вентиляции получили рекуперативные пластинчатые и роторные теплообменники и теплообменники с промежуточным теплоносителем. Роторный рекуператор имеет очень высокую эффективность регенерации тепла. Он изготовлен из гофрированного алюминия. Эффективность достигает 85% и зависит от рабочего режима. Ротор смонтирован на выдвижных «салазках», и для осмотра его можно выдвинуть из агрегата со стороны обслуживания. Рекуператор оснащен эффективным уплотнением вокруг ротора и между потоками воздуха. Плавное регулирование скорости производится встроенным в агрегат электронным регулятором VARIMATIC. Рекуператор поставляется с двумя типами приводов: •с нерегулируемой скоростью — привод осуществляется от 3-фазного редукторного электродвигателя, рекуператор работает всегда с максимальной утилизацией тепла; •с регулируемой скоростью — регулятор имеет средства отображения работы ротора и в случае непреднамеренной остановки включает аварийную сигнализацию; для реализации этой функции подключается датчик скорости и внешний аварийный индикатор. Роторные рекуператоры применяются в тех случаях, когда в системах вентиляции допускается перетекание вытяжного воздуха в приточную систему (не более 5%). При низких температурах наружного воздуха ротор передает также влагу, конденсирующуюся из удаляемого воздуха. Пластинчатый рекуператор применяется в тех случаях, когда потоки воздуха должны оставаться разделенными, например, для предотвращения попадания запахов в подаваемый воздух, а также когда нежелательна передача влаги, например, в системах осушения. Эффективность пластинчатого рекуператора достигает 60–70%. Рекуператор выполняется из алюминиевых листов со специальным покрытием поверхности, которая оптимизирует характеристики рекуператора, обеспечивая высокий КПД и низкое аэродинамическое сопротивление. Рекуператор имеет встроенный байпас, который можно использовать для регулирования и прекращения рекуперации при угрозе замерзания. Такая система имеет два клапана: один в рекуператоре, другой — в байпасе. Управлять обоими клапанами можно с помощью одного электродвигателя. Под рекуператором устанавливается поддон для сбора конденсата. В линии отвода конденсата должен быть установлен водяной сифон с достаточной высотой затвора. Наиболее популярными моделями установок с рекуператорами являются установки компаний SYSTEMAIR (Швеция, Дания), PM-LUFT (Швеция), WESPER и CARRIER (Франция), TRANE (Англия), «КЛ�МАТ» и «ВЕЗА» (Россия). Эффективность рекуператоров зависит от условий эксплуатации и режима работы. Оптимальную эффективность можно рассчитать по номограммам, приведенным в справочном руководстве. С понижением температуры наружного воздуха эффективность утилизации возрастает. Максимальная эффективность пластинчатого рекуператора достигается при температуре ~ –15оС, при более низких температурах эффективность падает и возникает угроза обмерзания. Для защиты от обмерзания часть вытяжного воздуха пропускается через байпас мимо теплообменника. Роторный теплообменник имеет высокую эффективность до температуры –50оС. Этим, кстати, объясняется широкое применение приточно-вытяжных установок с роторным рекуператором в странах Скандинавского полуострова (более 70% всех продаж таких установок приходится на Швецию, Норвегию, Финляндию и Данию). Наибольшей популярностью пользуются установки небольшой мощности, поскольку рациональнее установить на объект несколько систем обработки воздуха, чтобы объект можно было разделить на зоны обслуживания и обеспечить оптимальный режим работы оборудования и условия технического обслуживания. Расчеты показывают, что применение теплоутилизаторов — выгодное и просто необходимое мероприятие. По нашим расчетам (усредненным по всем регионам), экономия от внедрения утилизатором может быть до 75%, по расчетам г-на Сотникова, для Санкт-Петербурга экономия составит 60%. Расчет окупаемости установки выполнялся согласно формуле: где Kдоп. — стоимость рекуператора; СТгод — годовая экономия средств; СД год — дополнительный расход энергии, возникающий из-за использования рекуператора; 0,18хKдоп. — отчисления из капитальных затрат на амортизацию, ремонт, общественные расходы. Если не учитывать затраты энергии, производимые вентилятором рекуператора, получим 1,344 года, или на 1,6% меньше. Нетрудно подсчитать, что разница составляет 8 дней, что пренебрежимо мало и заведомо меньше корректив, которые вносит погода. Даже если заложить стоимость ежегодного обслуживания рекуператора в $100 (что заведомо превышает все разумные пределы), срок окупаемости вырастет менее чем на 1 месяц тепла, передаваемого утилизатором в управляемом режиме, и мы получим в результате число 2,86. То есть ожидаемые сроки окупаемости составят около трех лет. С учетом всех замечаний получим срок окупаемости рекуператора: Существует предубеждение, что рекуперация — очень дорогое удовольствие, которое может окупиться только при очень высоких затратах на энергоносители. Стало быть, в России использовать их пока невыгодно. Это ошибочное мнение. В России цены на энергоносители пока существенно ниже европейских, однако и климат у нас резко континентальный: при одинаковых среднегодовых температурах зима холоднее, а лето — жарче. Поэтому системы приточно-вытяжной вентиляции с рекуператорами окупаются довольно быстро. Так, для установки GAZELLE-10 производительностью 10 000 куб. м/ч при температуре в помещении 20оС, температуре наружного воздуха –2оС и продолжительно­сти рабочего дня 8 часов затраты на догрев приточного воздуха в электрокалорифере составляют (при стоимости электроэнергии 80 коп. за 1 кВт/ч) 40,32 руб. в сутки. При этом затраты на подогрев приточного воздуха в простых приточных установках составляют 107,52 руб. в сутки, т. е. экономия при применении рекуператора составляет 62%. Срок окупаемости для различных регионов приведен в таблице. Таким образом, в установках Systemair нашли применение перспективные решения энергосберегающих технологий, характеризующиеся применением высокоэффективных рекуператоров тепла; применением усовершенствованной системы микропроцессорного управления скоростью ротора; возможностью конструирования более 100 вариантов установок.