Как мы оптимизируем системы HVAC, чтобы они реагировали на реальное использование, экономили энергию и обеспечивали здоровую и комфортную среду для жителей здания?
Энергия внутри зданий
Энергосбережение является одной из важнейших тем для многих компаний строительной отрасли.Поскольку ОВиК составляет значительную долю энергопотребления здания на протяжении всего срока его службы, технологии, указанные и используемые в зданиях, должны быть в центре внимания в области энергосбережения.Продукты для вентиляции, отопления и охлаждения постепенно становятся все более эффективными благодаря законодательству и развитию новых технологий в компонентах.Но при переходе к новой эффективной технологии необходимо обеспечить, чтобы существующая технология использовалась самым разумным и эффективным способом.
Обычно системы HVAC проектируются для наихудшего случая использования здания.Системы охлаждения рассчитаны на пиковые летние температуры и яркий солнечный свет, системы отопления рассчитаны на самые холодные дни в году, а системы вентиляции рассчитаны на максимальное количество людей.Это отлично подходит для проектирования устойчивых зданий, готовых к любым условиям.Но так ли они используются?
Системы, рассчитанные на пиковые нагрузки, очень редко будут использоваться на таких проектных уровнях, если вообще будут использоваться.Большую часть своей жизни они будут работать с нагрузкой, составляющей часть расчетной.Это несоответствие между пиковыми расчетными нагрузками и реальными эксплуатационными нагрузками очень велико, и, как мы увидим, оно только увеличивается.
Текущий и будущий разрыв в производительности
Два фактора приведут к тому, что разница между расчетной пиковой нагрузкой и рабочими точками станет еще более резкой.
Здания сегодня используются более гибко, особенно офисные и коммерческие помещения, поскольку предприятиям и сотрудникам предлагаются возможности гибкой работы.Система вентиляции и охлаждения офисного здания, рассчитанная на полную загрузку в 2020 году, редко увидит такую же загрузку в 2023 году и далее.
Глобальное потепление уже оказывает влияние на экстремальные погодные условия, и даже при существенных изменениях способствующих факторов в будущем ожидаются более экстремальные погодные явления.Европа, вероятно, столкнется с более жарким и сухим летом.Это в сочетании с эффектом городского острова тепла, сочетающим летнюю температуру с условиями высокой температуры в районах, где расположено много офисов и коммерческих зданий, а также рассмотрением того, как спроектировать смягчение тепла на уровне города и улицы, вероятно, будет означать, что пиковые нагрузки, на которые рассчитаны строительные системы, еще более далеки от повседневной эксплуатации зданий.
Проектировщики зданий должны интегрировать новый способ использования зданий, а также будущие риски экстремальных погодных условий в текущий проект здания, будь то на этапе разработки или реконструкции.
Поиск эффективности в разрыве производительности
Когда система HVAC работает с частичной нагрузкой, обычно она работает более эффективно.Установки обработки воздуха (AHU), работающие на половинной скорости вращения вентилятора, потребляют менее четверти входной мощности.Чиллер или тепловой насос, работающий с частичной нагрузкой, максимально использует свой теплообменник, чтобы обеспечить более высокую эффективность.Однако, это то, что доступно с технологиями, которые у нас есть?
Если мы можем контролировать наши кондиционеры, чтобы обеспечить только то количество воздуха, которое нам нужно для жителей внутри здания, используя вентиляцию с регулируемой потребностью (DCV), охлаждающие и нагревательные змеевики, рассчитанные на полную мощность, могут контролировать температуру свежего воздуха. используя гораздо меньше энергии.
Змеевики в фанкойлах или охлаждающих балках, которые обслуживают внутренние помещения, также не должны работать при полной нагрузке, поскольку эти блоки обычно выбираются для полной занятости и в пиковых летних или зимних условиях.
Затем мы должны принять решение относительно этих катушек, которым не требуется полная мощность.Традиционным путем было бы уменьшение потока охлаждающей или нагревающей жидкости с помощью клапана.Это простой способ локального управления, который является стандартным практически для всех систем.Но, если у нас есть немного больше разума в соединении между чиллером/тепловым насосом и змеевиком, мы можем, кроме того, оптимизировать температуру жидкости, обслуживающей змеевик.Охлаждающему змеевику, предназначенному для использования воды с температурой 6 градусов Цельсия при 100% мощности, не требуется такая температура при 50% мощности.
Причиной изменения температуры воды в змеевиках является повышение эффективности чиллера/теплового насоса.Повышение температуры воды, вытекающей из чиллера, на один градус повышает его эффективность примерно на 3%.Эксплуатация теплового насоса на один градус ниже, повышает его эффективность на аналогичную величину.
Таким образом, когда мы анализируем потребность в змеевиках, которые контролируют комфорт в помещениях, будь то в кондиционере или в помещении, они могут работать при оптимизированной температуре воды в течение большей части времени.Фактически, недавние расчеты кондиционеров, подключенных к тепловым насосам, показывают, что температуру воды можно оптимизировать в течение более 95% времени работы, экономя более 20% энергии охлаждения и более 30% энергии нагрева.Это достигается за счет более разумного управления системой.
Этот тип управления производительностью по-прежнему обеспечивает высокий комфорт в помещении, а также экономию энергии, уменьшая колебания температуры и сквозняки в помещении при правильном управлении.
Пассивное и естественное охлаждение
Если у нас есть естественное охлаждение в чиллере, оптимизация температуры воды оказывает еще большее влияние на эффективность.При естественном охлаждении контур охлаждающей воды охлаждается непосредственно наружным воздухом, а не с помощью контура прямого охлаждения чиллера.Обычно естественное охлаждение доступно, когда температура окружающего воздуха на один градус Цельсия ниже температуры возвратной воды.Объем естественного охлаждения увеличивается по мере увеличения разницы между температурой окружающей среды и температурой воды, пока чиллер не сможет обеспечить все необходимое охлаждение, используя функцию естественного охлаждения.С каждым градусом, когда мы повышаем температуру охлаждающей воды, количество часов, которые мы можем получить в режиме фрикулинга, значительно увеличивается, что позволяет экономить огромное количество энергии.
Мы также можем использовать естественное охлаждение, доступное из земли, при использовании теплового насоса / чиллера, работающего на земле.Системы с наземным источником собирают низкопотенциальное тепло в земле, используя контур трубопроводной жидкости, и умножают его с помощью теплового насоса для обеспечения эффективного и экономичного обогрева наших помещений.Многие тепловые насосы также могут работать в режиме охлаждения, обеспечивая эффективное охлаждение за счет отвода тепла в землю через контур грунтовой жидкости.Этот тип системы идеально подходит для пассивного охлаждения в ситуации с частичной нагрузкой, минуя тепловой насос и охлаждая систему напрямую, используя более низкую температуру земли, что является чрезвычайно эффективным способом охлаждения.Как и в случае с естественным охлаждением, оптимизация температуры воды в режиме частичной нагрузки позволяет системе максимально долго находиться в режиме пассивного охлаждения, экономя при этом больше всего энергии.
Контроль и интеллект
Для этого нам необходимо иметь систему управления, которая может распознавать требуемую нагрузку на змеевик(и) и использовать эту информацию для соответствующей оптимизации температуры чиллера/теплового насоса.Интеллектуальные функции, встроенные в чиллеры, тепловые насосы, кондиционеры и комнатные блоки, необходимы.Понимание ограничений отдельных продуктов необходимо наряду с их рабочими ограничениями и знанием того, когда не следует оптимизировать.Более того, система управления более высокого уровня должна эффективно взаимодействовать между всеми этими частями системы.Помимо этого, экономия энергии достигается за счет использования обычных частей системы, а не инвестиций в более эффективное оборудование, а более разумного управления тем, что у нас есть.
Независимо от того, являются ли системы, с которыми мы работаем, существующей установленной системой в рамках проекта реконструкции или новой разработкой с использованием передовых эффективных новых продуктов, принципы дополнительной экономии энергии при работе с частичной нагрузкой по-прежнему применяются как эффективный и устойчивый способ снижения эксплуатационных расходов.
Время публикации: 26 апреля 2023 г.