Системы кондиционирования
Энергетическое обследование систем кондиционирования позволяет определить, насколько электрические затраты холодильного оборудования соответствуют фактическому количеству теплоты, отводимой из помещений. Для этого сопоставляют полезную холодопроизводительность с электрической мощностью компрессоров, проверяют температуры хладагента и воды, распределение холода между потребителями и согласованность охлаждения с работой приточной вентиляции.
Основная задача обследования — разграничить увеличение холодильной нагрузки и снижение эффективности оборудования. Рост потребления электроэнергии может быть вызван дополнительными внутренними теплопоступлениями, а не неисправностью холодильной машины. Завышенные уставки охлаждения, загрязнение теплообменников, циклическая работа компрессоров и одновременный нагрев и охлаждение рассматриваются как возможные причины перерасхода, требующие самостоятельной технической проверки.
Энергетические границы системы кондиционирования
Система кондиционирования обеспечивает отвод теплоты из обслуживаемых помещений для поддержания предусмотренных температурных условий. В зависимости от технического решения в её состав входят холодильные машины, кондиционеры, фанкойлы и оборудование распределения холода.
Для энергетического обследования необходимо разграничить производство холода, его передачу потребителям и фактическое охлаждение помещений. Эти процессы взаимосвязаны, но для их оценки требуются разные измерительные показатели.
Холодильная машина расходует электрическую энергию на работу холодильного цикла. Полученный холод передаётся соответствующему теплоносителю или непосредственно воздуху. В распределённой системе он поступает к фанкойлам и другим потребителям.
Граница измерения — это определённый участок системы, на входе и выходе которого получают показатели, необходимые для расчёта энергетического потока. Если электрическая мощность измеряется на входе компрессора, её необходимо сопоставлять с полезной холодопроизводительностью, относящейся к тому же оборудованию и периоду работы.
Если измеряется общее электропотребление нескольких холодильных машин, нельзя непосредственно определить эффективность отдельного компрессора. Аналогично количество холода на общем коллекторе не показывает, какая его часть поступила конкретному помещению.
Поэтому обследование начинается с установления схемы оборудования, расположения точек измерения и границ потребления холода.
Исходные документы и измерительные данные
Основными исходными данными являются температуры хладагента и воды, электрическая мощность компрессора, температуры помещений и графики охлаждающей нагрузки.
Температуры хладагента используют для проверки фактических условий холодильного цикла. Они помогают определить, при каких температурных режимах оборудование обеспечивает необходимый отвод теплоты.
Температуры воды необходимы для оценки системы с водяным распределением холода. В сочетании с расходом теплоносителя они позволяют определить количество тепловой энергии, передаваемой через соответствующий участок.
Электрическая мощность компрессора характеризует затраты на обеспечение холодильного цикла. Однако её величина не показывает полезную холодопроизводительность без дополнительных измерений.
Температуры помещений необходимы для проверки результата кондиционирования. Они позволяют установить, соответствует ли работа системы предусмотренному температурному режиму обслуживаемых зон.
Графики охлаждающей нагрузки показывают изменение потребности в холоде во времени. Их сопоставляют с электрическими профилями и рабочими состояниями оборудования.
Дополнительно используют актуальные схемы, журналы эксплуатации, сведения о настройках управления и результаты технических измерений. При наличии протоколов поверки приборов проверяют пригодность соответствующих показаний.
Для достоверного анализа все данные должны относиться к сопоставимым временным интервалам. Измерение электрической мощности при одной нагрузке нельзя напрямую сопоставлять с количеством произведённого холода при другом режиме.
Полезная холодопроизводительность и электрический вход
Полезная холодопроизводительность характеризует интенсивность отвода теплоты от обслуживаемой среды. Электрическая мощность компрессора показывает энергетические затраты на обеспечение соответствующего холодильного процесса.
Для оценки эффективности необходимо сопоставить эти величины в одной функциональной и временной границе.
Холодильный коэффициент характеризует отношение полезной холодопроизводительности к затраченной мощности при определённых условиях работы.
Холодильный коэффициент = полезная холодопроизводительность / потребляемая электрическая мощность.
При использовании этого соотношения необходимо установить состав оборудования, включённого в измерительную границу. Если учитывается только электрическая мощность компрессора, результат относится к выбранной границе компрессорного оборудования. Если анализируется холодильная установка в целом, требуется соответствующий учёт её электрических затрат.
При водяном распределении холода полезную тепловую нагрузку можно определить по расходу воды и изменению её температуры в рассматриваемом теплообменном участке.
В согласованных единицах измерения соответствующая тепловая мощность определяется произведением массового расхода воды, её удельной теплоёмкости и температурного перепада.
Однако температуры подачи и обратки без расхода не позволяют определить фактическую холодопроизводительность.
Если полезный холодовой поток не измерен, нельзя достоверно рассчитать фактический холодильный коэффициент. В таком случае определяют необходимые измерения, а не принимают паспортную характеристику за подтверждённую эксплуатационную эффективность.
Температурные напоры холодильного оборудования
Работа холодильной установки связана с передачей теплоты между средами с различными температурами. Температурные условия испарения и конденсации влияют на режим холодильного цикла и необходимые энергетические затраты.
Температурный напор в теплообменном процессе характеризует разность температур между взаимодействующими средами, обеспечивающую передачу теплоты.
При обследовании специалист сопоставляет доступные температурные показатели хладагента и теплоносителя с фактической холодильной нагрузкой.
Если для обеспечения необходимой температуры воды оборудование работает при изменившихся температурных условиях, электрические затраты могут отличаться от показателей другого режима.
Поэтому сравнивать электрическую мощность компрессора в разные периоды без учёта температурных условий некорректно.
При проверке необходимо установить, какие температуры соответствуют работе испарителя и конденсатора, а также как они изменяются при фактической нагрузке.
Если температурные параметры отличаются от ожидаемых, специалист определяет возможную связь с режимом теплообмена и работой оборудования.
Однако одно температурное отклонение не доказывает конкретную неисправность. Для подтверждения необходимы согласованные показатели нагрузки, температур и электрического потребления.
Загрязнение теплообменников
Теплообменники обеспечивают передачу теплоты между хладагентом, водой или воздухом. Их фактическое состояние влияет на условия работы холодильного оборудования.
Загрязнение теплообменной поверхности может ухудшать передачу теплоты. В таком случае для обеспечения необходимой холодильной нагрузки могут изменяться температурные режимы и электрические затраты оборудования.
При обследовании сопоставляют температуры соответствующих сред с фактической нагрузкой и режимами работы компрессора.
Если обнаружено увеличение температурного напора или другое отклонение, необходимо определить, можно ли объяснить его изменением нагрузки и эксплуатационных условий.
Загрязнение рассматривается как проверяемая техническая гипотеза, а не заранее установленная причина.
Если после сопоставления режимов сохраняются признаки ухудшенного теплообмена, определяют необходимость проверки состояния соответствующего аппарата.
При этом нельзя назначать очистку исключительно по увеличению электрической мощности компрессора. Рост потребления может быть связан с возросшей потребностью в охлаждении помещений.
Для оценки результата технических работ требуется сопоставление показателей до и после вмешательства при сравнимых холодильных нагрузках и температурных условиях.
Уставки охлаждения и фактические температуры помещений
Уставка охлаждения определяет целевое температурное состояние, которое система управления должна поддерживать в обслуживаемой зоне.
Если установленный температурный режим требует более интенсивного охлаждения, чем необходимо для фактического использования помещения, это может создавать дополнительные энергетические затраты.
При обследовании сопоставляют заданные температуры с фактическими измерениями и условиями эксплуатации.
Завышенные требования к интенсивности охлаждения рассматриваются как один из возможных механизмов перерасхода. При этом необходимо различать числовое значение уставки и фактический результат охлаждения.
Само по себе низкое значение заданной температуры не позволяет определить величину дополнительного потребления. Для расчёта необходимо установить изменение холодильной нагрузки и соответствующих электрических затрат.
Если температура помещения устойчиво отличается от предусмотренной, специалист проверяет связь между управляющей командой и фактической работой холодильного оборудования.
Если система поддерживает более интенсивное охлаждение, чем требуется, рассматривают технически допустимый вариант корректировки уставки.
Однако изменение настроек должно сохранять необходимые температурные условия помещения. Энергетический эффект нельзя считать обоснованным, если он достигается за счёт нарушения функции кондиционирования.
Циклическое включение компрессоров
Компрессорное оборудование может работать в режимах последовательного включения и отключения в зависимости от холодильной нагрузки и алгоритма управления.
Циклическое включение само по себе не является доказательством неисправности. Необходимо установить продолжительность циклов, фактическую нагрузку и предусмотренный способ регулирования.
Если оборудование часто запускается и останавливается, возникает основание проверить соответствие его работы потребности в холоде.
Для этого используют электрические профили компрессора, графики охлаждающей нагрузки и сведения о настройках управления.
Особенно важно установить, как меняется фактическая потребность помещений в течение рассматриваемых интервалов. Если холодильная нагрузка невелика, режим работы оборудования может отличаться от периода максимального охлаждения.
При этом нельзя определить дополнительные годовые затраты только по количеству включений. Необходимо учитывать электрическое потребление и полезную холодопроизводительность в соответствующих режимах.
Если измерения указывают на возможную несогласованность работы компрессора с нагрузкой, определяют необходимость проверки алгоритма управления.
Результатом становится оценка режима циклической работы и условий, при которых требуется его дополнительная техническая диагностика.
Распределение холода между фанкойлами и помещениями
В распределённой системе холодильная машина может обеспечивать несколько фанкойлов, обслуживающих разные помещения или функциональные зоны.
Фанкойл передаёт холод от соответствующего теплоносителя воздуху помещения. Его фактическая нагрузка зависит от потребности зоны в охлаждении и параметров поступающего холодоносителя.
При обследовании необходимо установить принадлежность фанкойлов к распределительным ветвям и сопоставить температурные условия помещений с работой соответствующих контуров.
Если в отдельных помещениях температура отличается от необходимой, это не обязательно указывает на недостаточную холодопроизводительность общей холодильной машины.
Возможной причиной может быть распределение холода между потребителями или особенности управления соответствующими зонами.
Поэтому сначала проверяют параметры на общей границе холодоснабжения, затем определяют необходимость измерений на отдельных ветвях.
Если данные имеются только на общем коллекторе, невозможно достоверно определить индивидуальный расход холода каждого фанкойла.
В таком случае результатом становится программа дополнительного разграничения потребительских нагрузок.
Различия теплопоступлений в помещениях
Холодильная нагрузка помещений зависит от количества теплоты, поступающей в обслуживаемую зону. При изменении внутренних теплопоступлений потребность в охлаждении также может изменяться.
Если в помещении увеличилась работа оборудования или изменилась эксплуатационная нагрузка, холодильная система может потреблять больше электроэнергии для поддержания прежней температуры.
Такое увеличение потребления не подтверждает снижение эффективности холодильной машины.
При обследовании необходимо сопоставить электрические профили с графиками охлаждающей нагрузки и фактическими температурами помещений.
Если электрическая мощность увеличилась одновременно с ростом теплопоступлений, специалист определяет, соответствует ли изменение энергопотребления дополнительной потребности в холоде.
Если при сопоставимой холодильной нагрузке электрические затраты увеличились, появляется основание проверить температурные условия холодильного цикла и работу оборудования.
Таким образом, сравнение необходимо выполнять не только по электрическим показателям, но и по полезному результату работы системы.
Согласование кондиционирования с приточной вентиляцией
Приточная вентиляция обеспечивает поступление подготовленного воздуха в помещения. Если приточный воздух требует охлаждения, соответствующая тепловая нагрузка влияет на работу системы холодоснабжения.
Поэтому обследование кондиционирования должно учитывать фактические режимы приточной вентиляции.
При увеличении количества наружного воздуха возрастает объём потока, температурное и влажностное состояние которого необходимо привести к предусмотренным условиям подачи.
Это может увеличить холодильную нагрузку даже при неизменном режиме внутренних потребителей.
Для проверки специалист сопоставляет параметры приточного воздуха, графики работы вентиляции и электрическое потребление холодильного оборудования.
Необходимо установить, какие холодильные нагрузки относятся к обработке приточного воздуха, а какие — к компенсации теплопоступлений непосредственно в помещениях.
Если воздушная и холодильная системы работают по различным графикам, проверяют согласованность управления.
При этом сокращение охлаждения приточного воздуха нельзя рассматривать отдельно от его необходимого температурного и влажностного состояния.
Результатом становится разграничение холодовой нагрузки вентиляции и охлаждения помещений без повторного включения одного энергетического потока в расчёт.
Одновременный нагрев и охлаждение в многозональной системе
В многозональном здании разные помещения могут одновременно нуждаться в различных температурных режимах. Поэтому само совпадение работы отопительного и холодильного оборудования не всегда свидетельствует о неэффективности.
Для подтверждения противодействия необходимо установить, воздействуют ли нагрев и охлаждение на одну и ту же зону и возникает ли при этом дополнительная энергетическая нагрузка.
Если система охлаждает помещение, одновременно получающее избыточную теплоту от отопления, возникает основание проверить согласованность управления.
При обследовании сопоставляют температурные уставки, фактические температуры помещений и временные графики работы соответствующих систем.
Если нагрев и охлаждение обслуживают разные зоны, их одновременная работа может соответствовать реальной потребности здания.
Если же связанные системы создают противоположные тепловые воздействия в одной зоне, необходимо установить возможность технически допустимого изменения алгоритма управления.
При этом нельзя определять величину энергетического перерасхода только по времени одновременного включения оборудования. Для расчёта необходимы показатели соответствующих тепловых потоков и электрических затрат.
Свободное охлаждение и наружные условия
Свободное охлаждение предусматривает использование подходящих наружных условий для уменьшения потребности в работе холодильного оборудования.
Возможность такого режима зависит от фактических характеристик системы и состояния наружной среды.
При обследовании необходимо установить, предусмотрено ли соответствующее техническое решение и при каких условиях оно может обеспечивать требуемую холодильную нагрузку.
Если наружные условия позволяют использовать свободное охлаждение, появляется основание сопоставить фактический режим оборудования с возможным альтернативным вариантом.
Однако наличие прохладного наружного воздуха само по себе не доказывает техническую возможность такого режима. Необходимо учитывать характеристики оборудования и требуемые параметры обслуживаемой системы.
При сравнении вариантов специалист устанавливает, какое количество холода фактически требуется и какие электрические затраты сопровождают каждый допустимый режим.
Если оборудование не предусматривает использование наружных условий для свободного охлаждения, нельзя включать предполагаемую экономию в подтверждённый результат без самостоятельного технического обоснования.
Таким образом, свободное охлаждение рассматривают только в пределах фактической конструкции оборудования и подтверждённых эксплуатационных условий.
Проверка причин повышенного электрического потребления
Повышенное потребление электроэнергии системой кондиционирования может иметь разные технические объяснения.
Если увеличилась холодильная нагрузка помещений, дополнительная работа компрессоров может соответствовать возросшей потребности в охлаждении.
Если фактическая нагрузка остаётся сопоставимой, но электрические затраты возрастают, необходимо проверить температурные условия холодильного цикла и состояние теплообменников.
Если оборудование работает короткими повторяющимися циклами, рассматривают соответствие алгоритма управления текущей нагрузке.
Если температура помещений поддерживается ниже необходимой, проверяют уставки и возможность их корректировки.
Если одновременно работают нагрев и охлаждение, устанавливают, относятся ли противоположные тепловые воздействия к одной и той же зоне.
Если рассматривается свободное охлаждение, проверяют наружные условия и техническую применимость соответствующего режима.
Каждый механизм требует собственной проверки. Общий рост электрического потребления не позволяет заранее определить загрязнение теплообменника, ошибку автоматики или снижение холодильной эффективности.
Программа измерений системы кондиционирования
Программу обследования формируют после установления состава холодильного оборудования, распределительных контуров и доступных измерительных границ.
Для оценки холодильного цикла определяют необходимые температурные измерения хладагента и воды.
Для сопоставления холодопроизводительности с электрическими затратами получают электрические профили компрессорного оборудования и показатели полезного холодового потока.
Для проверки распределения холода между зонами сопоставляют параметры соответствующих контуров с температурами обслуживаемых помещений.
Для анализа уставок используют фактические температурные режимы и графики охлаждающей нагрузки.
Для проверки циклической работы компрессоров необходимы временные данные, отражающие последовательность включений и соответствующую нагрузку.
Если кондиционирование связано с приточной вентиляцией, измерения согласуют с её рабочими режимами и параметрами подготовленного воздуха.
Для многозональной системы проверяют функциональное разграничение нагрева и охлаждения. При свободном охлаждении дополнительно учитывают наружные условия и технические характеристики оборудования.
Все измерения должны относиться к сопоставимым эксплуатационным режимам. Иначе изменение электрической мощности может быть ошибочно интерпретировано как изменение эффективности.
Карта холодопроизводительности и электрических затрат
Основным результатом обследования становится карта холодопроизводительности и электрических затрат с вариантами корректировки температурных уставок и графиков работы.
В карте устанавливают границы холодильного оборудования, доступные показатели полезной холодопроизводительности и соответствующие электрические затраты.
Для отдельных контуров отражают температурные условия, распределение холода между потребителями и доступные сведения об охлаждающей нагрузке помещений.
Отдельно определяют необходимость проверки теплообменников, циклической работы компрессоров и согласованности управления с приточной вентиляцией.
Для многозонального объекта рассматривают возможное противодействие отопления и охлаждения при подтверждённой функциональной связи соответствующих потоков.
Если наружные условия и оборудование допускают свободное охлаждение, фиксируют необходимость технического сопоставления соответствующих режимов.
Варианты корректировки уставок и графиков рассматривают с учётом предусмотренных температурных условий помещений и фактической холодильной нагрузки.
Полученную карту используют для выбора приоритетных измерений, разграничения ответственности за работу холодильных машин и распределительных контуров и подготовки дальнейшей технической проверки.
Границы достоверности результата
Для подтверждения эффективности системы необходимо располагать данными как об электрическом входе, так и о полезном холодовом потоке.
Если известна только электрическая мощность компрессора, невозможно определить фактическое количество произведённого холода.
Если измерены только температуры теплоносителя без расхода, нельзя надёжно рассчитать передаваемую холодопроизводительность.
Если отсутствуют временные графики нагрузки, невозможно достоверно установить, связан ли рост потребления с ухудшением эффективности или с увеличением теплопоступлений.
Если не согласованы режимы кондиционирования и приточной вентиляции, возможен неправильный учёт холодильной нагрузки на подготовку воздуха.
Если отсутствуют измерения по отдельным зонам, распределение холода между потребителями может быть определено только предварительно.
Без измеренного полезного холодового потока нельзя объявлять фактический холодильный коэффициент или расчётную экономию. В этом случае результатом становится программа дополнительных измерений с указанием необходимых границ и эксплуатационных режимов.
Энергетическое обследование систем кондиционирования позволяет установить связь между холодильной нагрузкой, работой компрессоров и электрическими затратами. Практический результат — технически обоснованное определение участков проверки и вариантов корректировки режимов без необоснованного вывода о неисправности оборудования по одному показателю электропотребления.
Объект относится к категории «Вентиляция и холодоснабжение». Состав профессиональных работ рассматривается в направлении «Энергоаудит инженерных систем». Взаимосвязь подготовки воздуха и энергетической нагрузки здания дополнительно раскрывается в материале «Влияние вентиляции на теплопотери и энергопотребление здания».