Главная >  Энергосбережение 

 

ЭКОНОМИЧНЫЕ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ. На создание комфортабельных условий обитания во многих общественных и промышленных зданиях (отопление и охлаждение) расходуется до 50% всей используемой в них энергии. Многие из используемых систем отопления, вентиляции и кондиционирования могут быть существенно улучшены, при этом потребление энергии может быть снижено на 10—50%.
В настоящей главе рассматриваются потенциальные возможности повышения эффективности потребления энергии системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (СОВК), а также отдельные параметры окружающей среды (температура воздуха, приток инсоляционного тепла), от которых зависит рабочие характеристики СОВК.
Комфортные условия в помещениях, где находятся люди, занятые различными видами деятельности, оцениваются в соответствии со строительными нормами и правилами.
Чтобы дать более полное представление о процессах, происходящих при отоплении, кондиционировании и вентиляции, здесь изложены основные понятия о психрометрии (измерении параметров воздуха).
Рекомендуемые методы повышения эффективности и экономичности СОВК можно разделить на три основные категории:
изменение режима эксплуатации — мероприятия, которые могут быть произведены без сколько-нибудь значительных капитальных затрат, обеспечивая при этом экономию энергии и денежных средств;
усовершенствование конструкции оборудования мероприятия, приводящие к повышению эффективнос и существующих систем и агрегатов;
новые конструктивные решения — новые методы проектирования систем отопления, вентиляции и кондиционирования, а также выбор более эффективного и экономичного оборудования.
Эффективность использования отдельных элементов в активной системе будет зависеть от того, как они скомбинированы между собой и в каком режиме работают. Этот вопрос освещен в одном из разделов данной главы.
Анализируются также и другие методы повышения производительности СОВК. К ним относятся: управление с помощью ЭВМ, аккумулирование тепловой энергии, утилизация сбросного тепла, использование солнечной энергии для отопления и кондиционирования. Упомянуты правила строительства и эксплуатации зданий, поскольку они в ряде случаев накладывают известные ограничения на выбор того или иного варианта СОВК и влияют на эффективность этих систем.
При решении вопроса о том, действительно ли нужна модификация СОВК, следует исходить прежде всего из периода окупаемости средств, которые придется затратить на эту модификацию, и из того, дадут ли прибыль сделанные капиталовложения.
В данной главе описаны разнообразные методы более эффективного использования энергии для отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в существующих и новых зданиях. Приводятся также справочные сведения общего характера. Практически невозможно перечислить все методы повышения экономичности сов к, поэтому настоящая глава содержит лишь изложение основных принципов, которые представляются наиболее подходящими для практического осуществления.
Каждое здание обладает соответствующими теплофизическими характеристиками и имеет особое назначение, что делает режим его эксплуатации единственным в своем роде. Подход, пригодный в одном конкретном случае, может оказаться абсолютно непригодным в других случаях, поэтому каждое здание следует рассматривать как отдельный случай.
Информация, содержащаяся в этой главе, послужит отправной точкой и основой для анализа.
Рассматриваются различные СОВК — от средних до крупных, которые можно встретить почти во всех общественных и промышленных зданиях.
В рамках этой главы рассмотрены процессы активного обогрева зданий или, напротив, удаления из них излишнего тепла.

 

Введение

 

Природная среда

 

Некоторые сведения общего характера

 

Искусственный микроклимат

 

Природная окружающая среда представляет собой комплекс физических условий, которые в той или иной степени воздействуют на здание. Изменения параметров среды — температуры воздуха и его относительной влажности, солнечной радиации, скорости ветра — приводят к изменениям количества энергии, потребляемой в здании.
Упрощенный метод оценки влияния внешней температуры на режим эксплуатации здания основан на использовании понятия «градусо-день». «Градусо-день отопления» определяется как разница между базовой температурой воздуха (+ 19°С) и среднесуточной температурой, если она ниже + 19°С. Температура + 19°С выбрана в качестве базовой потому, что при этой температуре количество тепла, выделяемого внутри типичного здания, приблизительно равно его потере в наружном воздухе. При этой температуре теоретически не требуется никакого обогрева или охлаждения здания. Например, средняя температура 16°С за какие-то определенные сутки будет соответствовать 3 градусо-дням, а средняя суточная температура 13°С будет соответствовать 6 градусо-дням; при этом нагрузка на систему отопления возрастает вдвое по сравнению с первым случаем. Отдельные градусо-дни, когда средняя суточная температура падает ниже +19°С, суммируются за весь год, и полученное число градусо-дней отопления используется при расчете потребности в тепловой энергии. Количество градусо-дней отопления в условиях США колеблется от нескольких сотен в штате Флорида до более чем 5500 в штате Миннесота.
Количество градусо-дней охлаждения определяется подобным же образом для средних суточных температур, превышающих 19°С. Такая оценка может быть использована при определении величины теплопритока в здание вместе с воздухом, поступающим снаружи через систему вентиляции, но это ничего не говорит нам о нагрузке, приходящейся на систему кондиционирования, которая обусловлена солнечной радиацией, нагревом осветительных приборов и теплом, выделяемым людьми. Чтобы определить общее количество энергии, требуемой для охлаждения помещений, необходимы более детальные расчеты.
Климатические условия в летнее время обычно характеризуются количеством часов в году, в течение которых требуется кондиционирование.
Для более точных расчетов воздействия климатических условий на потребление энергии в зданиях можно применить ЭВМ; чтобы повысить точность расчетов, в некоторых машинных программах используются почасовые метеорологические сводки за целый год. Ветровой режим существенно влияет на приток и потери тепла через наружные ограждающие конструкции здания. Эффективная теплопроводность слоя воздуха, окружающего здание, возрастает с увеличением скорости ветра. Обычно при расчетах берется средняя скорость ветра летом или зимой.
Солнечная радиация является еще одним важным климатическим параметром, влияющим на потребление энергии в зданиях. Инсоляционное тепло может использоваться в активных СОВК (об этом говорится в настоящей главе) и в пассивных системах, которые могут быть предусмотрены в виде архитектурных элементов здания.

 

Измерения влажности

 

До тех пор пока потребление энергии не стало решающим фактором, СОВК в зданиях проектировались с целью поддержания температуры и влажности на точно определенном уровне; это приводило к увеличенному расходу энергии по сравнению с системами прежних выпусков, которые позволяли регулировать температуру и влажность воздуха в более широких пределах. Диапазон комфортных условий, принятый в настоящее время, расширился.
Наиболее полно учтены эти изменения в новом стандарте АSНRАЕ 90-7 Стандарт рекомендует принять за расчетные значения при проектировании зданий температуру в помещении, равную 22°С зимой и 25,5°С летом, и требует, чтобы максимальная относительная влажность воздуха не превышала 30%. Если в здании установлены осушители воздуха, они должны быть отрегулированы так, чтобы не расходовалась дополнительная энергия для поддержания влажности ниже уровня 60%.
В стандарте АSНRАЕ 62-73 требования к вентиляции были определены как «минимальные» и «рекомендуемы для проектирования». Стандартом АSНRАЕ 90-75 предусматриваются только «минимальные» требования.
Объем воздуха, подаваемого извне, должен составлять 33 % общего объема вентилируемого воздуха или 15% там, где установлено оборудование для удаления вредных газов либо неприятных запахов, но он ни в коем случае не должен превышать 8,5 м3/ (ч.чел).

 

Оборудование

 

Психрометрия — это методика количественного определения термодинамических параметров воздуха. Основным средством для расчета является психрометрическая диаграмма (номограмма). По осям координат отложены значения температуры, измеренной сухим термометром, и удельной влажности (в 1 кг воды на 1 кг сухого воздуха). Диагональные прямые представляют собой температуру, измеренную смоченным термометром, и теплосодержание воздуха (с небольшими отклонениями). Кривые линии показывают относительную влажность. при этом ипользовались следующие термины и определения:
температура по сухому термометру температура воздуха, измеренная стандартным термометром;
температура по смоченному терометру — температура воздуха, измеренная термометром, шарик которого покрыт влажным батистом и омывается быстрым потоком воздуха;
температура точки росы — температура, при которой начинается конденсация влаги в процессе охлаждения воздуха;
относительная влажность — отношение фактической упругости водяного пара, содержащего в воздухе, к упругости насыщенного водяного пара при той же температуре;
удельная влажность (содержание влаги) — масса водяного пара, кг, приходящаяся на 1 кг сухого воздуха;
энтальпия (теплосодержание) — термическое свойство, обозначающее количество тепла, которое содержится в воздухе сверх произвольно заданной величины, в кДж/кг сухого воздуха;
масса сухого воздуха — основа всех психрометрических расчетов. Остается на неизменном уровне при любых психрометрических процессах.
Температуры сухого и смоченного термометров и точки росы и относительная влажность связаны между собой, так что если две величины известны, можно определить третью. Когда воздух насыщен влагой, температуры сухого и смоченного термометра, а также точки росы равны и относительная влажность составляет 100%.
Четыре основных психрометрических процесса, происходящие при работе систем отопления, вентиляции и кондиционирования, — это нагрев и охлаждение воздуха, осушение воздуха, его увлажнение и перемешивание.
Следует отметить, что с изменением температуры сухого термометра изменяются температура смоченного термометра и энтальпия, а температура точки росы остается неизменной.
Осушение воздуха производится путем его охлаждения до тех пор, пока не будет достигнута 100%-ая относительная влажность.
Если продолжать охлаждение воздуха, то влага, содержащаяся в нем, начнет конденсироваться.
Увлажнение, которое происходит в камере для промывки воздуха, является постоянным изоэнтальпическим процессом, контролируемым с помощью смоченного термометра. По мере испарения воды в воздух температура, определяемая по сухому термометру, падает, относительная влажность возрастает, а энтальпия остается прежней. В этом и заключается основной принцип действия испарительного охладителя.
При работе СОВК часто происходит смешивание воздуха (подаваемого и возвратного).

 

Вентиляторы

 

В этом разделе рассмотрены вкратце некоторые методы усовершенствования оборудования, применяемого в СОВК. Эти методы позволяют повысить эффективность наиболее распространенных видов оборудования.
Усовершенствования могут быть разделены на три основные категории: изменение режима эксплуатации; усовершенствование конструкции; внедрение новой конструкции.

 

Изменения режима эксплуатации.

 

Работа любой СОВК в определенной степени связана с движением воздуха. Энергия, необходимая для принудительного перемещения воздуха, может составлять значительную часть всей потребляемой энергии. Это наблюдается главным образом при наступлении умеренно теплой погоды, когда нагрузка на отопительные и кондиционирующие устройства падает, а распределительные системы продолжают работать с прежней производительностью.

 

Усовершенствование конструкции.

 

Внесение незначительных изменений в режим работы вентиляторов может дать экономию электроэнергии. Примеры подобных изменений — отключение мощных вентиляторов на периоды, когда в здании находится относительно немного людей, или остановка вентилятора за полчаса до того, как будет закрыто помещение. Способы регулирования рабочего режима зависят от конструктивных особенностей вентиляторов. Иногда для этого приходится применять довольно сложные устройства.

 

Q2 = N2/N1 Q1.

 

Производительность вентиляционной системы здания зависит обычно от максимальной нагрузки на отопительные и кондиционирующие системы. Эта нагрузка за последнее время уменьшается благодаря снизившимся требованиям к допустимой температуре воздуха, менее яркому искусственному освещению, пересмотру понятий о приемлемом уровне комфорта. В результате появилась возможность уменьшить интенсивность вентиляции во многих общественных зданиях.
Работа системы вентиляции протекает в соответствии с определенными закономерностями, которые мы здесь вкратце опишем.
При исследовании режима работы вентилятора предполагается, что плотность воздуха, мощность вентилятора и параметры распределительной системы — постоянные величины. Частота вращения крыльчатки N является важнейшей переменной величиной для всех типов вентиляторов.
Скорость потока воздуха через вентилятор Q прямо пропорциональна скорости вращения крыльчатки. Для вентилятора, частота вращения которого изменяется от значения N1 до значения N2, эту зависимость можно выразить следующим образом:

 

Внедрение новой конструкции

 

Давление воздуха Р, создаваемое вентилятором (статическое или общее), изменяется прямо пропорционально квадрату частоты вращения крыльчатки.
Мощность, необходимая для приведения в действие вентилятора, Н изменяется прямо пропорционально кубу частоты вращения.
Отсюда можно сделать вывод, что если, например, потребуется увеличить количество воздуха, нагнета емого через данную распределительную систему (каналы определенного сечения, заслонки и т. п.), в 2 раза, то мощность вентилятора нужно будет увеличить в 8 раз. Следовательно, если поток воздуха сократить наполовину, потребляемая мощность уменьшается до 1/8 поминального значения. Даже при незначительном уменьшении интенсивности воздушного потока (допустим, на 10%) потребление энергии сокращается на 27%.
Немаловажную роль в экономии энергии играет метод, при помощи которого достигается уменьшение интенсивности воздушного потока. Экономия становится максимальной, если мощность электродвигателя в точности соответствует требуемой. Расход электроэнергии можно также уменьшить, например, просто сменив шкивы ременной передачи, чтобы вентилятор вращался с желаемой частотой; в этом случае будет действовать упомянутый закон кубической зависимости. КПД существующих вентиляторных электродвигателей имеет тенденцию к уменьшению, когда нагрузка падает ниже 50%.
Если необходимо, чтобы объем подаваемого воздуха был переменным, этого можно достичь регулированием количества всасываемого воздуха, использованием многоскоростного вентиляторного двигателя, применением вентиляторов с изменяющимся углом поворота лопастей, введением циклического режима работы вентиляционной системы.
При изменении конструкции вентилятора наибольшая экономия энергии будет обеспечена в результате установки многоскоростного электродвигателя либо использования лопастей с изменяющимся углом поворота.

 

Насосы

 

Параметры, на основе которых создается новая конструкция вентилятора, аналогичны параметрам, учитываемым при усовершенствовании существующих вентиляторов. Желательно по возможности сделать интенсивность вентиляции переменной, с таким расчетом, чтобы она снижалась по мере уменьшения тепловой нагрузки на вентиляционную систему. Подобный режим вентиляции используется во внутренних зонах здании.
Иногда приходится выбирать между возможностью экономии энергии за счет более медленного вращения вентилятора и необходимостью затраты дополнительной энергии на охлаждение воздуха. Сделать этот выбор не так просто, и решение зависит от конкретных условий в каждом отдельном случае.

 

Регулирование режима эксплуатации

 

Насосы применяются в различных СОВК для подачи охлажденной воды или горячей воды в системы отопления, используются в конденсационных установках. Они представляют собой еще одну группу элементов оборудования, на долю которых приходится значительная часть энергии, потребляемой СОВК, особенно при малых нагрузках на систему.

 

Усовершенствование конструкции

 

При эксплуатации средних и крупных СОВК часто пренебрегают возможностями регулирования работы насосов, хотя это могло быт дать значительную экономию энергии. Типичный пример — использование трех охладителей там, где было бы вполне достаточно одного в течение значительной части года. Два насоса охлажденной воды, работающие параллельно, запроектированы на максимальную нагрузку трех охладителей. Даже если включен только один охладитель, два насоса все равно прокачивают воду через три охладителя. При помощи ручного регулирования можно сделать так, чтобы вода перекачивалась только через один охладитель, а один насос был отключен. Следует проверять все системы, чтобы удостовериться в том, что при нормальной нагрузке, приходящейся на них, включаются лишь те насосы, которые действительно необходимы.

 

Внедрение новой конструкции

 

При работе насоса справедливы те же физические законы, что и при работе вентилятора; основную роль играет кубическая зависимость потребляемой энергии от расхода воды через данную систему. Слегка уменьшив расход воды, можно сэкономить значительное количество энергии.
Расход воды можно уменьшать в тех системах, к которым предъявляются пониженные требования по части выработки тепла или холода. Простейший способ — подрезка лопастей центробежного насоса. Однако прежде чем это сделать, необходимо ознакомиться с рабочей характеристикой насоса, так как его КПД является функцией диаметра лопастного колеса, расхода воды и увеличения давления. Нужно удостовериться в том, что после подрезки лопастей насос сохранит свой КПД и будет работать в оптимальном режиме. По своему экономическому эффекту подрезка лопастей приблизительно эквивалентна замене шкивов ременной передачи вентилятора — в этом случае экономия энергии будет также находиться в кубической зависимости от уменьшения мощности.
Другим распространенным методом уменьшения расхода воды является установка редукционного клапана, снижающего давление. По своим результатам это аналогично применению дроссельной заслонки. Использование редукционного клапана связано с расходом дополнительной энергии.

 

Охладители воды

 

В условиях переменной нагрузки на системы отопления и кондиционирования, что характерно для большинства СОВК, можно применять более эффективные устройства, чем обычный насос постоянной производительности.
Один из вариантов установка нескольких насосов, с таким расчетом, чтобы насос меньшей производительности работал в периоды малой нагрузки, а второй насос, обладающий более высокой производительностью, включался только тогда, когда нагрузка на первый насос становится слишком большой для него. В этом состоит усовершенствование конструкции системы; при этом второй насос может рассматриваться как резервный.
Другой метод заключается в установке насосов с регулируемой частотой вращения. Хотя стоимость их выше, они обладают большим КПД по сравнению с обычными насосами. Экономическую целесообразность этого (или подобного этому) изменения конструкции СОВК можно определить путем подсчета числа часов, в течение которых система работает с разными нагрузками.
Соединив параллельно два насоса с регулируемым числом оборотов, можно добиться значительного повышения КПД (до 50%). Анализ подобной схемы позволит определить, какая из насосных установок является наиболее эффективной для применения в существующих или новых СОВК.
Большинство современных водяных систем (таких, например, как системы циркуляции охлажденной воды или системы водяного отопления) устроено так, что в каждом змеевике для регулирования количества протекающей по нему воды имеются трехходовые вентили. Вследствие этого по системе насосами перекачивается постоянное количество воды, хотя при малых нагрузках циркуляцию воды можно было бы значительно уменьшить. Более рациональным конструктивным решением является установка двухходового регулирующего вентиля в каждом змеевике и использование насоса с переменной производительностью. Благодаря этому в системе будет находиться ровно столько воды, сколько нужно для создания микроклимата в помещениях при данной нагрузке на СОВК.

 

Изменения режима эксплуатации

 

Эти устройства потребляют больше энергии, чем любые другие элементы СОВК. В них охлаждается вода, которая была использована для отбора лишнего тепла из помещения и подаваемого в него наружного воздуха. Эффективность всей системы зависит от того, насколько оптимизированы рабочие характеристики охладителя воды.
В общественных и промышленных зданиях довольно часто применяются охладители воды двух основных типов механические и абсорбционные. Принцип действия механического охладителя состоит в том, что понижение температуры воды происходит в результате испарения жидкого холодильного агента (например, фреона), который подвергается сжатию в компрессоре, после этого -—- охлаждению в конденсаторе, а затем поступает в испаритель через регулирующее дроссельное устройство (капиллярную трубку) и там испаряется при низкой температуре. В абсорбционном охладителе смесь воды и холодильного агента закипает при низком давленин в результате поглощения воды концентрированным раствором бромистого лития.
Три наиболее распространенные модели механического охладителя воды обладают одинаковыми термодинамическими свойствами, но в них установлены разные компрессоры. Поршневой и винтовой компрессоры осуществляют принудительную подачу холодильного агента. В центробежном охладителе воды для сжатия паров холодильного агента используется крыльчатка, вращающаяся с большой скоростью.
Все эти охладители должны отдавать тепло, которое выделяется из воды в специальные теплоприемники, расположенные за пределами здания. Иногда для этой цели применяются воздушные конденсаторы, но особо крупные оохладители воды оборудуются установками башенного типа, в которых вода охлаждается за счет испарения. По сравнению с воздушными конденсаторами башенные охладительные установки обладают тем преимуществом, что тепло отводится в среду с более низкой температурой, поскольку температура воды близка к температуре окружающего воздуха, измеренной по смоченному термометру, в то время как охлаждение воды в воздушном конденсаторе происходит при температуре воздуха, измеренной по сухому термометру. Это приводит к повышению температуры конденсации, вследствие чего уменьшается КПД охладителя воды. Воздушные конденсаторы применяются потому, что они требуют гораздо меньшего ухода, чем установки башенного типа.
Машинное охлаждение может осуществляться также при помощи установок с непосредственным испарением холодильного агента. Эти установки сходны по конструкции с охладителями воды; различие состоит только в том, что здесь происходит непосредственное охлаждение воздуха, без участия охлажденной воды в качестве холодоносителя. Отпадает необходимость в насосах для охлажденной воды, уменьшаются потери КПД, вызываемые теплопередачей от воздуха к воде и от воды к воздуху. Установки непосредственного охлаждения следует располагать не слишком далеко (не далее 30 м) от каналов для воздуха, подлежащего кондиционированию, поэтому размеры установок приходится уменьшать до такой степени, чтобы установка обслуживала только одну камеру обработки воздуха. Мощный центральный охладитель может обслуживать несколько камер, находящихся на большом расстоянии от него. Если камеры обработки воздуха расположены близко друг от друга, использование установки непосредственного охлаждения дает больший эффект.
С точки зрения первого закона термодинамики компрессионный охладитель обладает более высоким КПД. На 1 кВт.ч электроэнергии, потребляемой компрессором, приходятся 3,5 кВт.ч, или 3024 ккал/ч тепловой энергии, отводимой холодильным агрегатом из окружающей среды. (Эти 3024 ккал/ч соответствуют так называемои тонне охлаждения , принимаемой за единицу холодопроизводительности.) Для выработки этого количества электроэнергии требуется около 10,8 Мдж, или 370 г условного топлива.
Чтобы получить то же количество холода абсорбционным методом, потребуется примерно 30,1 Мдж (или несколько более 1 кг условного топлива), если принять КПД системы производства пара за 70%. При давлении пара 8,8 кг/см2 с помощью комбинированной холодильной установки, состоящей из турбокомпрессора и абсорбционного холодильного агрегата, можно обеспечить такую же холодопроизводительность, затратив тепловую энергию в количестве 18 Мдж (610 г условного топлива) с тем же КПД системы производства пара.
Эффективность процесса абсорбционного охлаждения оценивается несколько по-иному. Для одноступенчатого холодильного агрегата требуется источник тепла, создающий температуру около 100°С. Если нагрев может быть обеспечен не за счет прямого сжигания топлива, а путем, например, утилизации сбросного тепла, то применение абсорбционного метода может дать значительные преимущества. Однако утилизация сбросного тепла при такой температуре обычно требует капиталовложений и дополнительных эксплуатационных расходов.

 

Усовершенствование конструкции.

 

Механический охладитель работает по тому же принципу, что и тепловой насос. Он предназначается для удаления тепла из помещений с низкой температурой воздуха и рассеивания этого тепла в наружной атмосфере, имеющей более высокую температуру. Чем меньше перепад температур, тем выше КПД охладителя. Поэтому следует поддерживать температуру контура, в котором циркулирует охлажденная вода, на возможно более высоком уровне, а температуру конденсаторной воды — на возможно более низком.
Температура охлажденной воды может поддерживаться в пределах 4—7°С с целью адекватного осушения воздуха при сильной жаре. В остальное время года температура охлажденной воды около 10°С достаточна для большинства зданий. Оптимальное значение температуры охлажденной воды может быть различной на протяжении года; оно зависит также от типа здания, от климатических условий.
Экономия энергии достигается путем повторного использования воды, имеющей более низкую температуру после охлаждения в установке башенного типа, для отвода тепла из помещений. Однако по мере падения температуры в конденсаторе уменьшается и разность давлений в регулирующем дроссельном вентиле для жидкого холодильного агента, что приводит к недостаточной подаче агента в испаритель. Многие охладители, снабженные дроссельным вентилем, работают поэтому при постоянной температуре конденсации (обычно 41 градус) даже в тех случаях, когда башенная установка охлаждает воду более интенсивно. Опыт эксплуатации свидетельствует о том, что во многих СОВК охладитель может работать при более низкой температуре воды в башенной охлаждающей установке, если он нагружен не полностью.

 

Внедрение новой конструкции.

 

В условиях, когда существует нагрузка на холодильное оборудование, а температура воздуха, измеренная по смоченному термометру, низка, охлаждение воды может осуществляться непосредственно в башенной установке. Если вода надлежащим образом фильтруется, ее можно подавать прямо в контур циркуляции охлажденной воды. Зачастую целесообразно устанавливать между двумя эмеевиками теплообменник с непосредственным контактом сред для предохранения эмеевиков от засорения. Другой метод состоит в том, чтобы отключить охладитель, но использовать его хладоагент для теплообмена между обоими эмеевиками. Подобный тепловой цикл основан на том же принципе, что и передача тепла по трубам; он пригоден только для охладителей, которые имеют соответствующую функциональную схему.
Можно, кроме того, использовать понижение в ночное время температуры воздуха, измеренной смоченным термометром. Для этого требуется охладитель, работающий при низкой температуре конденсации; необходим также резервуар с охлаждаемыми стенками. Метод заслуживает внимания ввиду постоянного роста тарифов на электроэнергию, назначаемых в зависимости от времени суток и от уровня спроса.

 

Тепловые насосы

 

При покупке нового охладителя воды следует обратить внимание на то, в какой степени предусмотрена возможность регулирования нагрузки. Поскольку охладитель будет работать большую часть времени при неполной нагрузке, важно, чтобы в этих условиях сохранялся достаточно высокий КПД.
Кроме регулирования рабочего режима охладителей воды, иногда целесообразно установить охладитель с несколькими поршневыми компрессорами, соединенными параллельно. Это даст возможность отключить отдельные компрессоры при неполной нагрузке на СОВК. Оставшиеся компрессоры будут работать с почти максимальной нагрузкой и, как правило, с более высоким КПД.

 

Каналы для воздуха, воздушные заслонки

 

Тепловой насос по принципу действия похож на охладитель воды, с той лишь разницей, что он заимствует из наружного воздуха тепло для его использования внутри помещения. У наиболее распространенных тепловых насосов коэффициент трансформации электроэнергии в тепло колеблется от 2 до Иными словами, на 1 дж потребляемой электроэнергии приходятся 2— 5 дж выработанного тепла. Благодаря этому тепловые насосы работают более эффективно, чем электрообогреватели резистивного типа.
Чем больше перепад температур между источником тепла и теплоприемником, тем ниже эффективность теплового насоса. Это означает, что если источником тепла является наружный воздух, то тепло труднее всего получить именно тогда, когда в нем возникает наибольшая необходимость. Очень часто отопительные системы, в состав которых входят тепловые насосы, оборудуются также электронагревателями, предусмотренными в качестве резервных отопительных приборов. За год это дает довольно ощутимую экономию топлива. Однако, с другой стороны, при такой конструкции СОВК возрастает потребление пиковой мощности. Для электростанции общего пользования было бы гораздо более предпочтительным, если бы потребление пиковой мощности удалось уменьшить путем регулирования нагрузки на СОВК или создания систем, аккумулирующих тепловую энергию, что позволило бы получать необходимое количество тепла во внепиковый период.
В некоторых зданиях может одновременно (например, в одни и те же часы данного дня) существовать необходимость в отоплении одних помещений и охлаждении других; это делает выгодным применение теплового насоса, который способен выполнять обе функции. Следует, впрочем, иметь в виду, что возникновение такой одновременной потребности в отоплении и охлаждении может служить признаком не вполне правильной конструкции СОВК. Перед тем как установить для этой цели тепловой насос, нужно выяснить, действительно ли существует необходимость в одновременном отоплении и охлаждении и нельзя ли использовать для охлаждения помещений наружный воздух.
В общественных и промышленных зданиях источником тепла для работы теплового насоса обычно служит воздух, удаляемый через систему вентиляции. Этот нагретый воздух можно использовать в течение всего отопительного сезона. Стандартный тепловой насос, отбирая тепло из воздуха, нагревает воду для отопления зданий до 30—35°С. Тепловые насосы, конструкция которых специально рассчитана на использование удаляемого из помещений теплого воздуха, могут нагревать воду до 66°С.
Еще один метод применения теплового насоса состоит в том, что по всему зданию прокладывается система эмеевиков, заполненных водой, и во всех зонах здания устанавливаются небольшие тепловые насосы. Каждый насос может вырабатывать и тепло, и холод, в зависимости от того, что требуется для данной зоны. Такую систему удобно использовать для передачи тепла из более нагретой части здания в более холодную его часть. В систему змеевиков дополнительно включены башенный охладитель воды и бойлер; это сделано для уравновешивания полезной нагрузки на отопительное и холодильное оборудование здания.
Систему можно модифицировать, снабдив ее двухсекционным конденсатором, который позволяет направлять горячую воду либо в башенный охладитель, либо в радиаторы отопления.
Некоторые охладители воды можно переделать так, чтобы они работали наподобие тепловых насосов. Центробежные охладители работают гораздо более эффективно, если температура источника тепла (например, воздуха, удаляемого из здания) выше температуры наружного воздуха. Степень сжатия хладоагента в компрессоре центробежного охладителя падает с понижением температуры в испарителе.
Поршневые и винтовые компрессоры создают принудительную циркуляцию хладоагента, поэтому при понижении температуры в испарителе они работают более эффективно. Они могут применяться для охлаждения в условиях более значительного перепада температур. Еще эффективнее работают в этих условиях многоступенчатые компрессоры.

 

Усовершенствование конструкции

 

Если в СОВК применяются сдвоенные каналы для воздуха, то заслонки для регулирования статического давления часто устанавливаются в самом начале системы принудительной подачи холодного или нагретого воздуха. Они регулируют давление во всей распределительной системе и могут служить для проверки эффективности ее работы. В системах с завышенными расчетными параметрами или чрезмерно усложневной конструкцией заслонки, регулирующие статическое давление, никогда не открываются больше чем на 25%. Можно уменьшить частоту вращения вентилятора путем замены ременной передачи и полностью открыть заслонки, предотвратив тем самым падение давления до заслонки. При этом значительно уменьшится мощность, потребляемая вентилятором, а объем подаваемого воздуха останется прежним.

 

Внедрение новой конструкции

 

В некоторых системах отопления, вентиляции и кондиционирования для более равномерной подачи воздуха применяются воздухосмесительные камеры постоянного объема; при увеличении статического давления воздуха давление в них падает. Во всей системе этих камер может возникнуть небольшое избыточное давление, что не повлияет на расход воздуха, однако приведет к повышению потребления электроэнергии вентилятором. Работу таких систем необходимо контролировать, поддерживая требуемое статическое давление на минимальном уровне. Целесообразно также заменить камеры с постоянным объемом на камеры с регулируемым объемом, что позволит уменьшить падение давления в них примерно на 2,5 см водяного столба. В этом случае необходимо будет оборудовать систему воздушных каналов заслонками для регулирования статического давления.
Утечки через любую заслонку приводят к потерям холодного или теплого воздуха. Для борьбы с утечками можно снабдить перо заслонки уплотнением из неопрена (синтетического хлоропренового каучука). Если утечка воздуха через заслонку превышает 10%, то установка другой заслонки, более совершенной по конструкции, с прижимным устройством, обойдется дешевле, чем затраты на энергию, теряемую в результате утечки.

 

Использована литература: К.Смит Эффективное использование электроэнергии , М., Энергоиздат, 1981

 

В прошлом применялись воздушные каналы небольшого сечения, поскольку их устройство обходилось недорого. Однако эта экономия впоследствии сводилась на нет более высокими эксплуатационными затратами, вызванными потребностью в дополнительной энергии.
Стандарт АSНRАЕ 90-75 содержит рекомендацию по снижению этих дополнительных затрат электроэнергии, которая заключается в том, что коэффициент перемещения воздуха должен составлять не менее 4.
Коэффициент перемещения воздуха представляет собой отношение количества явного тепла, удаляемого из здания, ккал/ч (Вт), к мощности, подводимой к вентиляторам нагнетаемого и возвратного воздуха, Ккал/ч (Вт).
Тем самым задается максимально допустимая мощность, которая может быть затрачена вентилятором для обеспечения требуемой интенсивности воздухообмена. В результате падение давления в системе циркуляции воздуха окажется настолько незначительным, что оно не повлияет на значение оптимального расхода воздуха.
В небольших зданиях самое заметное падение давления воздуха происходит часто в фильтрах, змеевиках и заслонках.
В крупных зданиях общее падение статического давления воздуха может быть вызвано неправильным режимом эксплуатации системы воздушных каналов, особенно при больших скоростях движения воздуха.

 

 

Проблема для Европы. Экономическому росту не хватает. Внедрение частотного регулирован. Тепловычислитель СПТ961М. МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРА.

 

Главная >  Энергосбережение 

0.0216