Jak optimalizujeme systémy HVAC, aby odpovídaly skutečnému používání, šetřily energii a poskytovaly zdravé a pohodlné prostředí pro obyvatele budovy?
Energie v budovách
Úspora energie je pro mnoho společností ve stavebnictví jedním z nejdůležitějších témat.Vzhledem k tomu, že HVAC představuje značný podíl na spotřebě energie budovy během své životnosti, technologie specifikovaná a používaná v budovách by měla být v popředí toho, jak šetřit energii.Produkty pro ventilaci, vytápění a chlazení se postupně stávají účinnějšími, řízeny legislativou a vývojem nových technologií v komponentech.Při posunu směrem k nové účinné technologii je však třeba zajistit, aby byla stávající technologie využívána tím nejchytřejším a nejefektivnějším způsobem.
Systémy HVAC jsou obvykle navrženy pro nejhorší případ použití budovy.Chladicí systémy jsou navrženy pro nejvyšší letní teploty a jasné sluneční světlo, topné systémy jsou navrženy pro nejchladnější dny v roce a ventilační systémy jsou založeny na maximálních úrovních obsazenosti.To je skvělé pro navrhování odolných budov připravených na všechny podmínky.Ale, používají se takto?
Systémy navržené pro špičkové zatížení budou na těchto konstrukčních úrovních používány velmi zřídka, pokud vůbec.Většinu své životnosti budou pracovat se zlomkem projektovaného zatížení.Tento rozdíl mezi špičkovým návrhovým zatížením a skutečným provozním zatížením je velmi velký a jak uvidíme, stále se zvětšuje.
Současná a budoucí výkonnostní mezera
Dva faktory způsobí, že rozdíl mezi špičkovým designem a provozními body bude ještě extrémnější.
Budovy jsou dnes využívány flexibilněji, zejména kancelářské a komerční aplikace, protože podnikům a zaměstnancům se nabízejí možnosti flexibilní práce.Ventilační a chladicí systém kancelářské budovy navržený pro plnou obsazenost v roce 2020 bude jen zřídka zaznamenat stejnou obsazenost v roce 2023 a dále.
Globální oteplování má vliv na extrémní počasí již nyní ai přes podstatné změny přispívajících faktorů se v budoucnu očekávají ještě extrémnější jevy počasí.Evropu pravděpodobně čekají teplejší a sušší léta.To v kombinaci s efektem Urban Heat Island, který spojuje letní teploty s vysokými tepelnými podmínkami v oblastech, kde se nachází mnoho kancelářských a komerčních budov, a také úvaha o tom, jak navrhnout zmírnění tepla na úrovni města a ulice, bude pravděpodobně znamenat, že špičkové zatížení, pro které jsou systémy budov navrženy, jsou ještě dále od každodenního provozu budov.
Stavební projektanti musí začlenit nový způsob používání budov i budoucí rizika extrémního počasí do současného návrhu budovy, ať už ve fázi vývoje nebo rekonstrukce.
Nalezení efektivnosti ve výkonnostní mezeře
Když systém HVAC pracuje při částečném zatížení, obvykle funguje efektivněji.Vzduchotechnické jednotky (AHU) běžící na poloviční otáčky ventilátoru spotřebují méně než čtvrtinu příkonu.Chladič nebo tepelné čerpadlo běžící při částečném zatížení maximálně využívá svůj tepelný výměník, aby mohl pracovat s vyšší účinností.Je to však to, co je dostupné s technologií, kterou máme k dispozici?
Pokud dokážeme ovládat naše VZT tak, aby poskytovaly pouze takové množství vzduchu, které potřebujeme pro obyvatele uvnitř budovy, pomocí ventilace s řízenou potřebou (DCV), chladicí a topné spirály, které jsou dimenzovány na plnou kapacitu, mohou řídit teplotu čerstvého vzduchu. spotřebovává mnohem méně energie.
Cívky uvnitř fan-coilů nebo chladicích trámů, které obsluhují vnitřní prostory, také nemusí pracovat při plném zatížení, protože tyto jednotky jsou obvykle vybírány pro plné obsazení a ve špičkách letních nebo zimních podmínek.
Pak musíme učinit rozhodnutí ohledně těchto cívek, které nepotřebují plnou kapacitu.Tradiční cestou by bylo snížit průtok chladicí nebo ohřívací kapaliny pomocí ventilu.Jedná se o jednoduchý způsob místního ovládání a je standardní u téměř všech systémů.Ale pokud máme trochu více inteligence ve spojení mezi chladičem/tepelným čerpadlem a výměníkem, můžeme navíc optimalizovat teplotu kapaliny obsluhující výměník.Chladicí spirála navržená pro použití vody o teplotě 6 stupňů Celsia při 100% výkonu tuto teplotu při 50% výkonu nepotřebuje.
Důvodem změny teploty vody ve výměnících je zvýšení účinnosti chladiče/tepelného čerpadla.Zvýšením teploty vody proudící z chladiče o jeden stupeň je asi o 3 % účinnější.Provoz tepelného čerpadla o jeden stupeň chladnějšího zvyšuje jeho účinnost o podobné hodnoty.
Když tedy analyzujeme poptávku od výměníků, které řídí komfort v místnostech, ať už v AHU nebo v prostoru, lze je po drtivou většinu času provozovat při optimalizované teplotě vody.Nedávné výpočty jednotek AHU připojených k tepelným čerpadlům ve skutečnosti ukazují, že teploty vody lze optimalizovat na více než 95 % provozní doby, čímž se ušetří více než 20 % energie na chlazení a více než 30 % energie na vytápění.A to pouhým inteligentnějším ovládáním systému.
Tento typ regulace výkonu stále poskytuje skvělý pokojový komfort i energetické výhody, snižuje teplotní výkyvy a průvan v místnosti, je-li správně řízen.
Pasivní a volné chlazení
Pokud máme v chladiči k dispozici volné chlazení, optimalizace teplot vody má ještě větší vliv na účinnost.Volné chlazení je místo, kde je okruh chladicí vody chlazen přímo venkovním vzduchem spíše než pomocí DX chladicího okruhu chladiče.Obvykle je k dispozici volné chlazení, když je teplota okolního vzduchu o jeden stupeň Celsia nižší než teplota vratné vody.Množství volného chlazení se zvyšuje, čím větší je rozdíl mezi teplotou okolí a teplotou vody, dokud chladič nemůže zajistit veškeré požadované chlazení pomocí funkce volného chlazení.S každým stupněm, kdy zvýšíme teplotu chladicí vody, se značně prodlužuje počet hodin, kdy můžeme získat volné chlazení, čímž se ušetří obrovské množství energie.
Při použití zemního tepelného čerpadla/chladiče můžeme také využít přirozené chlazení dostupné ze země.Systémy zemního zdroje shromažďují teplo nízké kvality v zemi pomocí smyčky tekutiny z potrubí a násobí jej pomocí tepelného čerpadla, aby produkovaly účinné a efektivní vytápění našich prostor.Mnoho tepelných čerpadel může také pracovat v režimu chlazení, které zajišťuje účinné chlazení odváděním tepla do země přes smyčku zemní tekutiny.Tento typ systému je ideální pro pasivní chlazení v situaci částečného zatížení, obcházení tepelného čerpadla a chlazení systému přímo pomocí nižší teploty země je extrémně účinný způsob chlazení.Stejně jako u volného chlazení, optimalizace teplot vody v provozu s částečnou zátěží umožňuje systému, aby byl v pasivním chlazení po maximální dobu, což šetří nejvíce energie.
Ovládání a inteligence
Abychom toho dosáhli, potřebujeme mít systém řízení, který dokáže rozpoznat požadovanou zátěž na výměníku(ech) a použít tyto informace k odpovídající optimalizaci teplot chladiče/tepelného čerpadla.Je vyžadována inteligence zabudovaná do chladičů, tepelných čerpadel, vzduchotechnických jednotek a pokojových jednotek.Pochopení limitů jednotlivých produktů je zásadní spolu s jejich pracovními limity a znalostmi, kdy neoptimalizovat.Kromě toho musí řízení systému vyšší úrovně efektivně komunikovat mezi všemi těmito částmi systému.Kromě toho se úspory energie dosahují používáním normálních částí systému, neinvestováním konkrétně do efektivnějších zařízení, ale inteligentnějším řízením toho, co máme.
Ať už se jedná o systémy, se kterými pracujeme, stávající instalovaný systém v rámci projektu renovace nebo nový vývoj využívající nejmodernější účinné nové produkty, principy další úspory energie při provozu s částečným zatížením stále platí jako efektivní a udržitelný způsob snižování provozních nákladů.
Čas odeslání: 26. dubna 2023