Системы вентиляции
Энергетическое обследование систем вентиляции позволяет определить, насколько фактический воздухообмен соответствует назначению помещений и какое количество электрической и тепловой энергии расходуется на его обеспечение. Проверяют расходы воздуха по зонам, аэродинамическое сопротивление сети, электрическую мощность вентиляторов, режимы работы установок и эффективность использования теплоты удаляемого воздуха.
Основная задача обследования — выявить технически подтверждённые причины повышенного энергопотребления без нарушения необходимого воздухообмена. К возможным причинам относятся загрязнение фильтров, завышенный расход воздуха, недостаточная эффективность рекуперации и длительная работа установок на полной производительности при отсутствии людей. При этом рост электрической мощности может быть связан с увеличением сопротивления фильтра, а не с неправильным выбором вентилятора.
Границы энергетического обследования вентиляции
Приточная и вытяжная вентиляция обеспечивают поступление наружного воздуха, его подготовку и удаление воздуха из обслуживаемых помещений. Для энергетического обследования необходимо определить границы воздушных потоков и связанные с ними затраты энергоресурсов.
Приточная установка может расходовать электроэнергию на перемещение воздуха и тепловую энергию на его нагрев. Вытяжная установка использует электроэнергию для удаления воздуха. Если предусмотрена рекуперация, часть теплоты удаляемого потока может передаваться приточному воздуху, уменьшая потребность в дополнительном нагреве.
Эти процессы необходимо оценивать раздельно. Электрическая мощность вентилятора характеризует затраты на перемещение воздуха, а тепловая нагрузка приточной установки — энергию, необходимую для изменения его состояния.
При обследовании устанавливают, какие помещения обслуживает каждая установка, где располагаются точки измерения расхода воздуха и какие элементы системы влияют на аэродинамическое сопротивление.
Если одна установка обслуживает несколько зон, необходимо определить распределение воздушного потока между ними. Общий расход установки не показывает, соответствует ли воздухообмен требованиям каждой зоны.
Поэтому энергетическая оценка начинается с установления фактической функции вентиляции, а не с предположения о том, что снижение производительности обязательно приведёт к допустимой экономии.
Исходные документы и измерительные показатели
Основой обследования служат паспорта вентиляционных установок, графики воздухообмена, сведения о температуре приточного воздуха, перепаде давления на фильтрах и электрической мощности вентиляторов.
Паспорта оборудования позволяют установить предусмотренные технические характеристики и сопоставить их с фактическими рабочими показателями. Однако паспортный расход воздуха и номинальная электрическая мощность не заменяют эксплуатационных измерений.
Графики воздухообмена необходимы для определения продолжительности работы установок и изменения подачи воздуха в течение суток. Если производительность регулируется, важно установить фактические режимы, а не только время включённого состояния оборудования.
Температура притока используется при оценке тепловой нагрузки на подготовку наружного воздуха. Для соответствующего расчёта необходимо также учитывать температуру наружной среды и фактическое количество подаваемого воздуха.
Перепад давления на фильтрах характеризует сопротивление прохождению воздушного потока через фильтрующий элемент. Эти данные помогают определить необходимость проверки его состояния.
Электрические измерения показывают фактическую нагрузку вентиляторов. При этом необходимо учитывать, как меняются мощность и расход воздуха в зависимости от режима работы установки.
Дополнительно используют актуальные схемы воздуховодов, журналы эксплуатации, результаты технических измерений и протоколы поверки приборов при их наличии. Для достоверного анализа все показатели сопоставляют в согласованных временных интервалах.
Расход воздуха по зонам и назначение помещений
Энергетическая эффективность вентиляции определяется не минимальным расходом воздуха, а обеспечением необходимого воздухообмена с обоснованными энергетическими затратами.
Для каждого обслуживаемого помещения необходимо установить его назначение, характер использования и требуемую санитарную или технологическую функцию вентиляции.
Затем определяют фактический расход приточного и удаляемого воздуха. Полученные значения сопоставляют с потребностью соответствующих зон.
Если установка обслуживает несколько помещений, её общий расход может соответствовать проектному значению, но распределяться неравномерно. В таком случае одни зоны могут получать недостаточное количество воздуха, а другие — избыточное.
Поэтому обследование требует измерений не только на уровне установки, но и в границах обслуживаемых зон, когда это необходимо для проверки распределения.
Если фактический расход превышает необходимый, появляется основание рассмотреть режим регулирования. Однако вывод об избыточности должен учитывать назначение помещения и фактические условия его эксплуатации.
Без измерений расхода воздуха и определения санитарной функции зоны нельзя делать вывод об избыточности вентиляции.
Аэродинамическое сопротивление вентиляционной сети
Для перемещения воздуха вентилятор должен преодолевать сопротивление воздуховодов и других элементов системы. От этого сопротивления зависят рабочие условия вентиляционной установки.
Аэродинамическое сопротивление необходимо рассматривать совместно с фактическим расходом воздуха. Изменение сопротивления способно смещать рабочий режим вентилятора и влиять на электрическое потребление.
При обследовании сопоставляют расход воздуха, доступные показатели давления и мощность вентилятора. Это позволяет определить, соответствует ли рабочее состояние установки предусмотренным характеристикам.
Если фактический расход недостаточен, причиной может быть повышенное сопротивление воздушного тракта. Однако такой результат не доказывает автоматически неисправность вентилятора.
Аналогично увеличение электрической мощности может быть связано с изменением аэродинамических условий, а не с неправильным подбором электродвигателя.
Поэтому специалист должен установить взаимосвязь между сопротивлением сети, расходом воздуха и режимом вентилятора до выбора технического мероприятия.
Загрязнение фильтров и перепад давления
Фильтры предназначены для очистки проходящего воздуха. По мере накопления загрязнений их сопротивление воздушному потоку может увеличиваться.
Изменение сопротивления влияет на рабочую точку вентилятора — сочетание расхода воздуха и создаваемого давления при фактических условиях эксплуатации.
При обследовании проверяют перепад давления на фильтре и сопоставляют его с расходом воздуха и электрической мощностью установки.
Если перепад давления увеличился, необходимо установить, соответствует ли это состоянию фильтра и фактическому режиму воздушного потока.
При этом влияние загрязнения на электрическую мощность зависит от характеристики вентилятора и способа регулирования. При поддержании постоянного расхода автоматика может изменять режим вентилятора для преодоления дополнительного сопротивления.
Поэтому увеличение потребляемой мощности может происходить вследствие сопротивления фильтра, а не из-за ошибочно выбранного вентилятора.
Если же система не поддерживает постоянный расход, изменение сопротивления может сопровождаться снижением производительности. В таком случае необходимо проверить, сохраняется ли необходимый воздухообмен обслуживаемых зон.
При отсутствии измерений расхода и давления нельзя достоверно установить энергетический эффект очистки или замены фильтра. Техническое решение должно основываться на подтверждённых условиях работы установки.
Электрическая мощность вентиляторов
Вентиляторы расходуют электроэнергию на обеспечение движения воздуха. Для оценки их энергопотребления необходимо учитывать фактическую электрическую мощность и продолжительность каждого рабочего режима.
Паспортная мощность электродвигателя характеризует его технические возможности, но не равна автоматически фактическому электрическому потреблению вентиляционной установки.
При обследовании сопоставляют электрическую мощность с расходом воздуха и аэродинамическими параметрами. Это позволяет оценить, какие энергетические затраты сопровождают выполнение необходимой вентиляционной функции.
Если установка работает с переменной производительностью, необходимо учитывать изменение мощности на различных режимах.
Для продолжительного периода расход электрической энергии определяется фактической мощностью и временем работы. Одного измерения при максимальной производительности недостаточно для расчёта годового потребления.
Если графики работы неизвестны, расчёт по номинальной мощности и условному количеству часов представляет собой предварительную оценку, а не измеренный результат.
Поэтому при обследовании определяют необходимость временной регистрации электрической мощности и сопоставления её с изменением воздухообмена.
Завышенный воздухообмен и его энергетические последствия
Если вентиляционная установка подаёт больше наружного воздуха, чем требуется для обслуживаемых зон, увеличивается количество воздуха, которое необходимо перемещать и подготавливать.
Это может сопровождаться дополнительным потреблением электроэнергии вентиляторами и теплоты на нагрев притока.
Однако для подтверждения перерасхода необходимо определить требуемый воздухообмен. Его нельзя устанавливать только по площади помещения или субъективной оценке отсутствия людей.
На производстве вентиляция может обеспечивать удаление загрязнений, возникающих при работе оборудования. В таком случае необходимый расход определяется технологической и санитарной функцией соответствующей зоны.
В общественных зданиях часть регулируемых зон может иметь нагрузку, связанную с фактической занятостью. Поэтому для них проверяют соответствие расхода воздуха режиму использования помещений.
Если измерения подтверждают завышенную подачу относительно требуемого режима, рассматривают технически допустимое изменение производительности.
При этом уменьшение расхода должно сохранять необходимую функцию приточной и вытяжной вентиляции. Экономия энергии не может считаться обоснованной, если она достигается за счёт недостаточного воздухообмена.
Расчёт потребной теплоты нагрева наружного воздуха
Приточная вентиляция в холодный период может требовать нагрева наружного воздуха до предусмотренной температуры подачи. Потребная тепловая мощность зависит от количества воздуха и изменения его теплового состояния.
Для расчёта при применимости соответствующей модели используют массовый расход воздуха, его удельную теплоёмкость и разность температур наружного и подготовленного воздуха.
Тепловая мощность нагрева = массовый расход воздуха × удельная теплоёмкость × разность температур.
Эта зависимость характеризует нагрев воздуха в условиях, для которых допустима соответствующая расчётная модель. При процессах с существенным изменением влагосодержания необходимо учитывать более полное изменение состояния влажного воздуха.
Для энергетического обследования важно установить фактический расход воздуха и требуемую температуру притока. Без этих показателей нельзя достоверно определить количество теплоты, необходимое для его подготовки.
Если объём наружного воздуха завышен, дополнительная тепловая нагрузка возникает даже при исправном нагревателе.
Если наружная температура меняется в течение периода эксплуатации, потребность в нагреве также изменяется. Поэтому расчёт за продолжительный период должен учитывать временной график наружных условий и работы установки.
Нельзя определять годовую тепловую нагрузку только по одной расчётной наружной температуре, принимая её за постоянную на протяжении всего периода.
Рекуперация теплоты удаляемого воздуха
Рекуперация позволяет использовать часть теплоты удаляемого воздуха для предварительного нагрева приточного потока. Благодаря этому может уменьшаться нагрузка на основной нагреватель вентиляционной установки.
Для оценки необходимо установить параметры наружного воздуха, удаляемого потока и притока после соответствующего теплообменного элемента.
При обследовании специалист сопоставляет температурные условия и расходы воздуха в соответствующих границах рекуператора.
Если приточный воздух после теплообменника нагревается меньше ожидаемого, возникает основание проверить фактическую работу рекуперации.
Однако недостаточный температурный эффект не доказывает автоматически неисправность оборудования. Необходимо учитывать расходы обоих потоков, разность их исходных температур и фактические условия эксплуатации.
Плохая рекуперация рассматривается как возможная причина повышенной потребности в дополнительном нагреве притока. Для подтверждения необходимо установить, сколько теплоты действительно передаётся между потоками.
Если нужные измерения отсутствуют, определяют программу их получения. Обещать конкретную экономию от изменения режима рекуперации без подтверждённых параметров нельзя.
Проверка работы рекуперации в различных режимах
Эффективность использования теплоты удаляемого воздуха необходимо оценивать с учётом реальных условий работы установки.
Если температура наружного воздуха близка к температуре удаляемого, возможности передачи теплоты будут отличаться от режима с большой температурной разностью.
Поэтому простое сравнение температур притока в разные дни без учёта наружных условий не позволяет достоверно оценить изменение работы рекуператора.
При обследовании сопоставляют показатели за согласованные временные интервалы. Важно учитывать фактический расход приточного и удаляемого воздуха.
Если расходы потоков изменяются, температурный результат работы рекуперации также может меняться.
Для определения теплового эффекта используют параметры воздушных потоков и их энергетическое состояние. Одного паспортного показателя эффективности недостаточно для подтверждения фактического количества утилизированной теплоты.
Результатом проверки становится определение условий, при которых работа рекуперации требует дополнительной диагностики или настройки.
Работа вентиляции на полной производительности без людей
Работа установок на полной производительности в периоды отсутствия людей рассматривается как один из возможных источников дополнительного энергопотребления.
Для проверки необходимо определить назначение обслуживаемой зоны, фактическое расписание её использования и режим вентиляционного оборудования.
В общественных зданиях часть потребности в воздухообмене может изменяться вместе с занятостью помещений. В таком случае возникает основание сопоставить график работы вентиляции с фактическим присутствием людей.
Однако отсутствие посетителей или работников не означает автоматически возможность полного отключения установки. Система может выполнять иные предусмотренные функции.
На производстве это различие особенно важно: местная вытяжка может требоваться для удаления загрязнений, связанных с технологическим процессом, независимо от численности людей в помещении.
Поэтому сначала устанавливают санитарную и технологическую функцию зоны, затем проверяют возможность изменения производительности.
Если установлено, что в определённые периоды полный расход не требуется, рассматривают технически допустимый режим регулирования.
Возможный энергетический эффект определяют по фактической мощности вентилятора, изменению производительности и продолжительности соответствующих интервалов.
Особенности производственной вентиляции
На производственных объектах вентиляция может обеспечивать не только общеобменное обновление воздуха, но и местное удаление загрязнений от технологического оборудования.
Поэтому при обследовании необходимо разграничивать общеобменную и местную вытяжку, устанавливая назначение каждого потока.
Если местная вытяжка обслуживает конкретный технологический процесс, её работу необходимо сопоставлять с фактическим режимом соответствующего оборудования.
При этом нельзя сокращать расход воздуха исключительно потому, что в зоне находится небольшое количество персонала. Необходимость удаления загрязнений может сохраняться независимо от числа людей.
Для оценки специалист использует характеристики соответствующей вентиляционной установки, сведения о режиме технологического процесса и измерения воздушного расхода.
Если установка продолжает работать при отсутствии технологической нагрузки, возникает основание проверить назначение такого режима и возможность его изменения.
Однако решение принимают только после определения функции местной вытяжки и условий эксплуатации.
В результате устанавливают, какие вентиляционные потоки должны сохраняться для выполнения технологической задачи и какие режимы требуют дополнительной энергетической проверки.
Особенности вентиляции общественных зданий
В общественных зданиях использование отдельных помещений может значительно изменяться в течение дня. Это создаёт необходимость сопоставлять вентиляционный режим с фактической занятостью регулируемых зон.
Если установка обслуживает помещения с разными графиками использования, общий режим полной производительности может не соответствовать текущей потребности каждой зоны.
При обследовании специалист устанавливает состав обслуживаемых помещений, их назначение и доступные сведения о занятости.
Затем сопоставляет фактическую подачу воздуха с режимами использования соответствующих зон.
Если система допускает регулирование производительности, проверяют, насколько её фактическая работа соответствует установленной потребности.
При этом возможность сокращения воздухообмена должна подтверждаться санитарной функцией помещений. Нельзя считать весь расход воздуха в незанятой зоне устранимым без проверки обязательных условий вентиляции.
По результатам определяют технические предпосылки для изменения режима и необходимость дополнительных измерений.
Регулирование производительности вентиляционных установок
Регулирование позволяет изменять расход воздуха в зависимости от эксплуатационной потребности. Его энергетический результат зависит от характеристики вентилятора, сопротивления воздушной сети и фактического способа управления.
Если производительность установки изменяется, необходимо установить соответствующее изменение электрической мощности.
Для некоторых вентиляторных систем снижение скорости вращения может существенно уменьшать мощность. Однако конкретную зависимость нельзя принимать без учёта реальной аэродинамической характеристики и режима работы.
Особое значение имеет состояние фильтров. Если их сопротивление увеличено, изменение режима вентилятора может отражать необходимость преодоления дополнительного сопротивления, а не избыточную производительность.
Поэтому перед подготовкой мероприятий проверяют фактический расход воздуха и аэродинамические условия.
Если выявлен завышенный расход относительно подтверждённой потребности, рассматривают допустимые варианты регулирования.
Если расход недостаточен, сначала проверяют причины ограничения воздушного потока. Простое снижение скорости в такой ситуации не решает задачу обеспечения необходимого воздухообмена.
Энергетическое обследование должно связывать изменение производительности с выполнением санитарной или технологической функции установки.
Разграничение причин повышенного энергопотребления
Повышенное электрическое или тепловое потребление вентиляционной установки может возникать по различным причинам.
Если увеличилась электрическая мощность вентилятора, необходимо проверить расход воздуха и сопротивление воздушного тракта. Одной из возможных причин является загрязнение фильтра.
Если расход воздуха превышает необходимый, дополнительные затраты могут возникать одновременно при его перемещении и нагреве.
Если потребность в нагреве притока повышена, необходимо проверить расход наружного воздуха, его температурные параметры и фактический эффект рекуперации.
Если установка длительно работает на полной производительности в периоды небольшой занятости, необходимо установить назначение обслуживаемых зон и возможность регулирования.
При этом ни один из перечисленных признаков не подтверждает автоматически конкретную неисправность.
Рост электрической мощности может быть вызван сопротивлением фильтра, а не неверным выбором вентилятора. Повышенная тепловая нагрузка может объясняться холодной наружной погодой, а не нарушением рекуперации.
Поэтому специалист сначала сопоставляет исходные условия, затем проверяет физический механизм отклонения и только после этого определяет техническое мероприятие.
Программа измерений систем вентиляции
Программу измерений формируют после установления обслуживаемых зон, состава оборудования и доступных измерительных точек.
Для оценки воздухообмена определяют фактические расходы приточного и вытяжного воздуха по необходимым зонам.
Для проверки аэродинамического сопротивления устанавливают измерения давления на соответствующих участках, включая фильтрующие элементы.
Для энергетической оценки вентиляторов получают показатели фактической электрической мощности и продолжительности работы в различных режимах.
Для расчёта нагрева наружного воздуха необходимы согласованные сведения о расходе и температурных параметрах притока.
Для проверки рекуперации определяют параметры наружного, удаляемого и подготовленного приточного воздуха, относящиеся к одному эксплуатационному периоду.
Если рассматривается регулирование по занятости, сопоставляют рабочие графики вентиляции с фактическим использованием помещений и установленной функцией системы.
Для производственной местной вытяжки дополнительно определяют связь вентиляционного режима с работой соответствующего технологического процесса.
Все измерения необходимо выполнять при установленных режимах оборудования. Разновременные значения расхода, давления и мощности не позволяют достоверно определить энергетические характеристики конкретного состояния установки.
Ведомость воздухообмена и электропотребления
Основным результатом энергетического обследования становится ведомость воздухообмена и электропотребления вентиляционных установок с техническими условиями регулирования и рекуперации.
В ведомости отражают принадлежность установок к обслуживаемым зонам, фактические расходы воздуха, электрические нагрузки вентиляторов и продолжительность эксплуатационных режимов.
Отдельно фиксируют доступные показатели сопротивления фильтров, параметры подготовки приточного воздуха и сведения о работе рекуперационного оборудования.
Для каждой установки определяют, какие показатели подтверждены измерениями, какие требуют уточнения и какие технические гипотезы необходимо проверить.
Если имеются признаки повышенного сопротивления фильтров, определяют необходимость соответствующей проверки.
Если подтверждён избыточный воздухообмен относительно установленной функции зоны, рассматривают технические условия регулирования производительности.
Если эффективность рекуперации вызывает сомнения, устанавливают необходимые измерения для оценки фактической передачи теплоты.
Если оборудование работает при отсутствии людей, проверяют, допускает ли назначение обслуживаемой зоны изменение режима.
Полученную ведомость используют для планирования дальнейших измерений, распределения ответственности между обслуживанием вентиляционного оборудования и эксплуатацией помещений, а также выбора приоритетных технических действий.
Границы достоверности энергетических выводов
Достоверность обследования зависит от согласованности данных об airflow, электрической мощности и тепловой нагрузке. Измеренные показатели должны относиться к одной функциональной границе и сопоставимым эксплуатационным режимам.
Если неизвестен фактический расход воздуха, нельзя подтвердить соответствие установленной производительности потребности помещений.
Если не определена санитарная или технологическая функция зоны, невозможно обоснованно установить допустимость сокращения воздухообмена.
Если отсутствуют графики работы и электрические профили, нельзя достоверно определить годовой расход электроэнергии вентиляторов.
Если неизвестны параметры наружного и приточного воздуха, расчёт необходимой теплоты нагрева остаётся предварительным.
Если отсутствуют согласованные показатели потоков до и после рекуперации, нельзя подтвердить фактический энергетический эффект теплообмена.
Поэтому при недостатке данных результатом становится программа дополнительных измерений, а не утверждение о конкретной величине перерасхода или гарантированной экономии.
Энергетическое обследование систем вентиляции позволяет связать необходимый воздухообмен с затратами на перемещение и подготовку воздуха. Практический результат заключается в выборе подтверждённых направлений проверки — сопротивления фильтров, производительности установок, рекуперации и режимов управления — при сохранении предусмотренной санитарной и технологической функции вентиляции.
Объект относится к категории «Вентиляция и холодоснабжение». Состав профессиональных работ рассматривается в направлении «Энергоаудит инженерных систем». Причины возможного перерасхода дополнительно раскрываются в материале «Избыточное энергопотребление вентиляции: основные причины».