W jaki sposób optymalizujemy systemy HVAC, aby reagowały na rzeczywiste użytkowanie, oszczędzały energię i zapewniały zdrowe i komfortowe środowisko dla użytkowników budynków?
Energia w budynkach
Oszczędzanie energii to jeden z najważniejszych tematów dla wielu firm z branży budowlanej.Ponieważ HVAC ma znaczny udział w zużyciu energii przez budynek przez cały okres jego eksploatacji, technologia określona i stosowana w budynkach powinna być na pierwszym planie w zakresie oszczędzania energii.Produkty do wentylacji, ogrzewania i chłodzenia stają się coraz bardziej wydajne, napędzane przez ustawodawstwo i rozwój nowych technologii w komponentach.Jednak idąc w kierunku nowych, wydajnych technologii, należy zapewnić, aby istniejąca technologia była wykorzystywana w najmądrzejszy i najbardziej efektywny sposób.
Zazwyczaj systemy HVAC są projektowane z myślą o najgorszym przypadku wykorzystania budynku.Systemy chłodzenia są projektowane z myślą o szczytowych temperaturach latem i jasnym świetle słonecznym, systemy ogrzewania są projektowane na najzimniejsze dni w roku, a systemy wentylacji są oparte na maksymalnym poziomie obłożenia.To świetnie nadaje się do projektowania wytrzymałych budynków, gotowych na każde warunki.Ale czy tak się ich używa?
Systemy zaprojektowane do obciążeń szczytowych będą bardzo rzadko używane na tych poziomach projektowych, jeśli w ogóle.Przez większość swojego życia będą działać przy ułamku obciążenia projektowego.Ta rozbieżność między szczytowymi obciążeniami projektowymi a rzeczywistymi obciążeniami eksploatacyjnymi jest bardzo duża i jak zobaczymy, staje się coraz większa.
Obecna i przyszła luka w wydajności
Dwa czynniki spowodują, że różnica między projektem piku a punktami pracy stanie się jeszcze bardziej ekstremalna.
Budynki są dziś wykorzystywane w bardziej elastyczny sposób, zwłaszcza w zastosowaniach biurowych i handlowych, ponieważ firmom i pracownikom oferuje się możliwości elastycznej pracy.System wentylacji i chłodzenia budynku biurowego zaprojektowany z myślą o pełnym obłożeniu w roku 2020 rzadko będzie miał takie samo obłożenie w roku 2023 i później.
Globalne ocieplenie już teraz ma wpływ na ekstremalne warunki pogodowe i nawet przy znacznych zmianach w czynnikach przyczyniających się do tego zjawiska, w przyszłości spodziewane są bardziej ekstremalne zjawiska pogodowe.Europa prawdopodobnie czeka gorętsze i bardziej suche lata.To w połączeniu z efektem miejskiej wyspy ciepła łączącym letnią temperaturę z wysokimi temperaturami na obszarach, gdzie znajduje się wiele biur i budynków komercyjnych, a także rozważenie, jak zaprojektować łagodzenie upałów na poziomie miasta i ulicy, prawdopodobnie oznacza, że obciążenia szczytowe, dla których projektowane są systemy budowlane, są jeszcze bardziej oddalone od codziennej eksploatacji budynków.
Projektanci budynków muszą uwzględniać nowy sposób użytkowania budynków, a także przyszłe zagrożenia związane z ekstremalnymi warunkami pogodowymi w bieżącym projekcie budowlanym, zarówno na etapie budowy, jak i remontu.
Znalezienie wydajności w luce wydajności
Gdy system HVAC działa przy częściowym obciążeniu, zwykle działa wydajniej.Centrale wentylacyjne (AHU) pracujące z połową prędkości wentylatora zużywają mniej niż jedną czwartą mocy wejściowej.Agregat chłodniczy lub pompa ciepła pracująca przy częściowym obciążeniu w pełni wykorzystuje wymiennik ciepła, aby umożliwić pracę z wyższą wydajnością.Czy jednak jest to możliwe dzięki dostępnej nam technologii?
Jeśli możemy sterować naszymi centralami wentylacyjnymi tak, aby dostarczały tylko tyle powietrza, ile potrzebujemy dla mieszkańców budynku, stosując wentylację sterowaną zapotrzebowaniem (DCV), wężownice chłodzące i grzewcze, które są zwymiarowane dla pełnej wydajności, mogą kontrolować temperaturę świeżego powietrza zużywając znacznie mniej energii.
Klimakonwektory w klimakonwektorach lub belkach chłodzących, które obsługują pomieszczenia wewnętrzne, również nie muszą działać przy pełnym obciążeniu, ponieważ jednostki te są zwykle wybierane do pełnego obłożenia oraz w szczytowych warunkach letnich lub zimowych.
Następnie musimy podjąć decyzję dotyczącą tych cewek, które nie potrzebują pełnej wydajności.Tradycyjna ścieżka polegałaby na zmniejszeniu przepływu cieczy chłodzącej lub grzewczej za pomocą zaworu.Jest to prosty sposób lokalnego sterowania i jest standardem w prawie wszystkich systemach.Ale jeśli mamy nieco więcej inteligencji w połączeniu między agregatem chłodniczym/pompą ciepła a wężownicą, możemy dodatkowo zoptymalizować temperaturę cieczy obsługującej wężownicę.Wężownica chłodząca zaprojektowana do używania wody o temperaturze 6 stopni Celsjusza przy 100% wydajności nie potrzebuje tej temperatury przy 50% wydajności.
Powodem zmiany temperatury wody w wężownicach jest zwiększenie wydajności agregatu/pompy ciepła.Zwiększenie temperatury wody wypływającej z agregatu o jeden stopień sprawia, że jest on o około 3% wydajniejszy.Obracając pompę ciepła o jeden stopień chłodniej, zwiększa się jej wydajność o podobne kwoty.
Kiedy więc analizujemy zapotrzebowanie na wężownice, które kontrolują komfort w pomieszczeniach, czy to w centrali, czy w pomieszczeniu, mogą one pracować przy zoptymalizowanej temperaturze wody przez zdecydowaną większość czasu.W rzeczywistości ostatnie obliczenia central podłączonych do pomp ciepła pokazują, że temperaturę wody można zoptymalizować przez ponad 95% czasu pracy, oszczędzając ponad 20% energii chłodzenia i ponad 30% energii ogrzewania.Dzieje się tak po prostu poprzez inteligentniejsze sterowanie systemem.
Ten rodzaj sterowania wydajnością nadal zapewnia wysoki komfort w pomieszczeniu, a także korzyści energetyczne, zmniejszając wahania temperatury i przeciągi w pomieszczeniu, jeśli jest odpowiednio kontrolowany.
Pasywne i swobodne chłodzenie
Jeśli w agregacie dostępne jest free-cooling, optymalizacja temperatury wody ma jeszcze większy wpływ na wydajność.Swobodne chłodzenie polega na tym, że obieg wody chłodzącej jest chłodzony bezpośrednio powietrzem zewnętrznym, a nie za pomocą obwodu chłodzenia DX agregatu chłodniczego.Zazwyczaj free-cooling jest dostępny, gdy temperatura powietrza otoczenia jest o jeden stopień Celsjusza niższa od temperatury wody powrotnej.Stopień free-coolingu jest tym większy, im większa jest różnica między temperaturą otoczenia a temperaturą wody, aż agregat będzie w stanie zapewnić całe wymagane chłodzenie przy użyciu funkcji free-coolingu.Z każdym stopniem wzrostu temperatury wody chłodzącej znacznie wzrasta liczba godzin, przez które możemy uzyskać free-cooling, oszczędzając ogromne ilości energii.
Możemy również wykorzystać naturalne chłodzenie dostępne z gruntu podczas korzystania z gruntowej pompy ciepła / agregatu chłodniczego.Systemy źródła gruntowego gromadzą ciepło niskiej jakości w ziemi za pomocą pętli płynu rurociągowego i powielają je za pomocą pompy ciepła, aby zapewnić skuteczne i wydajne ogrzewanie naszych pomieszczeń.Wiele pomp ciepła może również pracować w trybie chłodzenia, zapewniając wydajne chłodzenie poprzez oddawanie ciepła do gruntu przez pętlę płynu gruntowego.Ten typ systemu doskonale nadaje się do pasywnego chłodzenia przy częściowym obciążeniu, z pominięciem pompy ciepła i bezpośrednim chłodzeniem systemu przy użyciu niższej temperatury gruntu, co jest niezwykle wydajnym sposobem chłodzenia.Podobnie jak w przypadku free-coolingu, optymalizacja temperatury wody przy częściowym obciążeniu pozwala systemowi pracować w trybie chłodzenia pasywnego przez maksymalny czas, oszczędzając najwięcej energii.
Kontrola i inteligencja
Aby to osiągnąć, musimy mieć sterownik systemu, który może rozpoznać wymagane obciążenie na wężownicy (wężownicach) i wykorzystać te informacje do odpowiedniej optymalizacji temperatur agregatu chłodniczego/pompy ciepła.Wymagana jest inteligencja wbudowana w agregaty chłodnicze, pompy ciepła, centrale wentylacyjne i moduły pomieszczeniowe.Zrozumienie ograniczeń poszczególnych produktów jest niezbędne wraz z ich ograniczeniami roboczymi oraz wiedzą, kiedy nie należy optymalizować.Co więcej, sterowanie systemem wyższego poziomu musi skutecznie komunikować się między wszystkimi tymi częściami systemu.Poza tym oszczędności energii uzyskuje się stosując normalne części systemu, nie inwestując w szczególności w wydajniejszy sprzęt, ale kontrolując to, co mamy, w bardziej inteligentny sposób.
Niezależnie od tego, czy systemy, z którymi pracujemy, to istniejące systemy zainstalowane w projekcie renowacji, czy nowe rozwiązanie wykorzystujące najnowocześniejsze, wydajne nowe produkty, zasady dalszego oszczędzania energii w trybie pracy z częściowym obciążeniem nadal mają zastosowanie jako skuteczny i trwały sposób na obniżenie kosztów operacyjnych.
Czas postu: 26-04-2023