Энергоэффективность и контроль качества воздуха

Г. Лютц

Прецизионный контроль качества воздуха часто обсуждается, но лишь в редких случаях реализуется. При этом он вносит важный вклад в снижение эксплуатационных затрат в системах вентиляции и кондиционирования

Несмотря на то, что для достижения названных целей уже с 1916 г. предлагались различные решения по контролю CO2, до последнего времени соответствующие технологии всегда оказывались слишком дорогостоящими и цены на энергию – слишком низкими для того, чтобы продвижение в этом направлении действительно было выгодным. В то время как высокая стоимость энергии в наши дни делает контроль CO2 реальной необходимостью, современные технологии обеспечивают особенно простое применение. Подобным образом могут быть оборудованы, как новые, так и уже существующие установки. Директива ЕС по Общей энергетической эффективности зданий (EPBD) и другие стандарты поддерживают применение этих систем ввиду их колоссального потенциала экономии.

Следует отметить, что в связи с потреблением энергии при вытяжке и транспортировке воздуха текущие затраты на снабжение свежим воздухом в зданиях весьма высоки.

Старая история?

Контроль CO2 является далеко не новой темой. Так, уже в начале ХХ столетия американские инженеры имели представление о большом потенциале экономии этого проекта. В одном из справочников 1916 г. (рис. 1) говорится: «На основании тестов с CO2 необходимо контролировать регенерацию и распределение воздуха в помещении… Доля CO2 не должна превышать 8–10 частей на 10 000».

Kond_Hon_1 Рис. 1. Инженерный справочник, выпущенный в 1916 г.

Стандарты

Как правило, стандарты регламентируют разработку систем вентиляции. Однако, прежде всего, доля свежего воздуха является тем критерием проектирования, который оказывает влияние на общую величину системы.

В директиве ЕС EN1946 (часть 2) и в стандарте США ASHRAE 62-1989 количество свежего воздуха рассчитывается также в зависимости от площади и фиксированной численности персонала. Придавая наибольшее значение качеству воздуха в рентабельно эксплуатируемой системe кондиционирования, стандарт ЕС EN 13779 на основе EPBD уже содержит опцию, представляющую подачу свежего воздуха установленного качества, как контролируемую переменную.

Технология измерения

Современные датчики CO2 (рис. 2) состоят из следующих компонентов:

  • инфракрасный источник с излучением через запатентованный волновод;
  • оптический фильтр, пропускающий излучение лишь с требуемой длиной волны;
  • детектор, измеряющий количество инфракрасного излучения; чем больше CO2 в помещении, тем меньше инфракрасных лучей попадает в детектор.

Kond_Hon_2

Рис. 2. Современные датчики CO2

Эти датчики могут содержать также пропорциональный регулятор и/или простой ограничительный выключатель с тем, чтобы небольшие применения могли обрабатываться непосредственно через сенсорное управление. В любом случае имеется линейный выходной сигнал 0…10 В или 4…20 мА, который представляет концентрацию CO2 в промилле (частей на миллион). В зависимости от точности датчика и от спецификации, этот выходной сигнал может быть отмасштабирован для различных областей измерения. Как правило, датчики должны перекрывать диапазон измерений от 0…2000 промилле CO2. Измерение основывается на поглощающей способности двуокиси углерода. Эффекты этого газа могут быть селективно отфильтрованы среди всех других влияний, чем может быть обеспечена высокая точность измерений.

Этот физический аспект иллюстрируется диаграммой (рис. 3).

Kond_Hon_3Рис. 3. Физические свойства CO2

Этот принцип измерения зарекомендовал себя, как весьма надежный, так что дополнительная калибровка при этом не требуется. Тем самым обеспечивается максимальная точность для всех возможных принципов измерения. В зависимости от типа системы, датчики (рис. 4) устанавливаются в соответствующем помещении на стене или в вытяжном канале.

Kond_Hon_4

Рис. 4. Датчики CO2 и качества воздуха (COMMAND, CentraLine)

Типичные области применения

Эти технологии могут быть использованы в системах вентиляции всех зданий промышленного назначения с постоянно высокой или переменной «плотностью» работающего в них персонала. Особенно рациональным является их применение в офисных зданиях, школах, в театрах, кинотеатрах, супермаркетах, в центрах для проведения конференций и активного отдыха.

Контроль

Система контроля CO2 приспосабливается к соответствующим системам отопления, охлаждения и вентиляции. В новых системах в связи с потерями при передаче энергии (нестационарное отопление и охлаждение) вентиляция охватывает также отопление и охлаждение, при этом действуют следующие нормы:

  • для переменной подачи свежего воздуха и режима пустого помещения требуется смесительная камера;
  • подача свежего воздуха происходит при минимальных оборотах вентилятора;
  • если для качества воздуха, отопления или охлаждения минимальных оборотов вентилятора оказывается недостаточно, то частота вращения должна быть увеличена;
  • в однообъемных зданиях, таких как кинотеатры, театральные залы и супермаркеты, датчик должен находиться в вытяжном канале;
  • в других зданиях контроль должен быть обеспечен в каждом отдельном помещении.

Существует широкий диапазон систем. Таким образом, для каждого случая применения должно быть выбрано соответственно лучшее решение.

Для небольших установок может быть вполне приемлемым включение и выключение вентилятора в зависимости от информации датчика. Датчик должен быть оснащен ограничительным выключателем.

Kond_Hon_5

Рис. 5. Факторы влияния на контроль качества воздуха

Системы со смесительной камерой могут расширяться за счет подключения пропорционального регулятора CO2 и соответствующего устройства, которое отбирает максимальный сигнал из существующей системы температурного контроля и новой системы контроля качества воздуха. Это также зависит от уже существующих систем управления зданием.

Системы свежего воздуха могут совершенствоваться за счет устройства контроля качества воздуха, установленного на частотном преобразователе двигателя вентилятора. В некоторых случаях, при необходимости использования частотного преобразователя двигатель вентилятора требует замены (если класс изоляции слишком низок). Система контроля состоит из датчика CO2, пропорционального регулятора и усилителя сигнала.

Смесительная камера и частотный преобразователь: соответствующие функции могут быть обеспечены только во взаимодействии с системой управления зданием, поэтому может потребоваться модернизация всей системы управления зданием.

Как определить экономию?

Здесь предлагаются два примера упрощенного расчета.

1) Экономия в результате уменьшения затрат энергии отопления и охлаждения

Излишние потери энергии в результате слишком большого расхода свежего воздуха 10 000 м3/ч:
– например, летом – 4 месяца с охлаждением до 26 °C при наружной температуре 30 °C;– например, зимой – 4 месяца с прогреванием до 22 °C при наружной температуре 4 °C.

Экономия энергии охлаждения = 7100 кВтч.
Экономия средств: 2130 евро.

Экономия энергии отопления = 32 000 кВтч.
Экономия средств: 2331 евро.

Общая экономия средств = 4461 евро/год.

Основа: 1 кг мазута = 0,85 евро
1 кг мазута = 42 000 кДж
1 кВтч энерг. отопл./охлажд. = 3600 кДж
1 кВтч электроэнергии = 0,30 евро

2) Экономия в результате уменьшения расхода воздуха

Излишние потери энергии в результате слишком большого расхода свежего воздуха 10 000 м3/ч.

Решение: уменьшение расхода воздуха с 20 000 до 10 000 м3/ч.

Например, 20 000 м3/ч при 2000 Па (11,1 кВт), уменьшение до 10 000 м3/ч (1,4 кВт) при 2000 ч/год дает экономию 19 400 кВтч. Общая экономия средств = 5800 евро/год.

Основа: 100% эфф. вентилятора, 1 кВтч электроэнергии = 0,30 евро

Альтернативы

Датчики качества воздуха на базе оксидируемых газов (как, например, запахи и угарный газ) могут соответственно применяться, когда CO2 не является основной переменной контроля. Возможными областями применения являются рестораны и раздевалки в спортивных сооружениях.

Дополнительные преимущества

Поскольку контроль качества воздуха в любом случае приводит к нагрузкам в пределах номинальных значений, то, таким образом, замедляется изнашивание всех компонентов и увеличивается срок службы системы. Другой положительный эффект заключается в уменьшении образования шумов, что важно для комфорта как в жилых, так и в рабочих помещениях.

Резюме

Растущая стоимость энергии способствует интересу к системам контроля CO2. Проектировщики и инсталляторы могут внести свой вклад в снижение затрат, используя эти опробованные технологии и датчики CO2 или применяя соответствующие альтернативы. Процентуально энергосбережение оценивается двузначными цифрами. Кроме того, контроль качества воздуха увеличивает срок службы системы вентиляции и обеспечивает более высокий комфорт для обитателей дома.

Больше важных статей и новостей в Telegram-канале AW-Therm. Подписывайтесь!

Просмотрено: 1 769


1 комментарий

  • Хорошая, актуальная и очень полезная статья.

5
5
5
Оставьте комментарий

Telegram