Влияние вентиляции на теплопотери и энергопотребление здания

Вентиляция влияет на энергопотребление здания сразу по двум направлениям: создаёт тепловую нагрузку на обработку наружного воздуха и потребляет электрическую энергию на работу вентиляторов и другого оборудования. Поэтому оценивать её эффективность только по расходу электроэнергии приводов или только по расходу тепла недостаточно.

Практический анализ должен разделять эти составляющие и одновременно учитывать фактический расход наружного воздуха, график работы системы, температуры приточного и вытяжного воздуха, электрическую мощность вентиляторов, уставки автоматики и положение регулирующих элементов. Только после этого можно понять, какая часть энергопотребления соответствует требуемому режиму, а какая требует дополнительной проверки.

Из каких энергетических составляющих складывается работа вентиляции

Для анализа полезно разделить работу вентиляционной системы как минимум на две группы.

Тепловая составляющая — энергия, связанная с изменением состояния приточного наружного воздуха.
Электрическая составляющая — энергия, потребляемая приводами вентиляторов и связанным оборудованием.

Эти составляющие имеют разные причины изменения. Увеличение расхода воздуха способно одновременно увеличить тепловую нагрузку и изменить электрическую нагрузку вентиляторов, но характер этих изменений необходимо проверять по фактическим данным.

Почему расход наружного воздуха является ключевым параметром

Чем больше наружного воздуха проходит через систему, тем больше объём воздуха необходимо обработать в соответствии с фактическим режимом объекта. Поэтому расход воздуха непосредственно влияет на тепловую нагрузку вентиляции.

При анализе необходимо установить:

какой фактический расход воздуха поддерживается;
как он меняется во времени;
какому режиму эксплуатации соответствует;
когда система работает с полной, частичной или иной нагрузкой;
не сохраняется ли повышенный расход вне периода фактической потребности.

При этом сам по себе высокий расход не означает избыточность. Сначала необходимо определить требуемый воздухообмен и ограничения технологического или эксплуатационного режима.

Какие исходные данные нужны для анализа

Минимальный набор данных должен позволять связать воздушный режим с тепловой и электрической нагрузкой.

Используют:

расходы воздуха по рассматриваемым системам или участкам;
графики работы вентиляции;
электрическую мощность вентиляторов;
температуры приточного и вытяжного воздуха;
уставки автоматики;
положение регулирующих элементов;
схему системы, если она необходима для определения границы анализа;
описание эксплуатационного режима, к которому относятся данные.

Важно, чтобы параметры относились к одинаковым периодам. Расход воздуха, электрическая нагрузка, температуры и положение регулирующих элементов должны рассматриваться как единый режим.

Первый шаг — определить границу системы

До расчёта необходимо понять, какая именно вентиляционная система или её часть анализируется. Иначе тепловая и электрическая составляющие могут относиться к разным границам.

Практически определяют:

какие вентиляторы входят в анализ;
какие воздушные потоки они обслуживают;
где измеряется расход;
какие температурные точки относятся к выбранной системе;
какие регулирующие элементы находятся внутри границы;
какой период работы рассматривается.

При неполной измерительной границе сначала требуется разделить данные, а не переходить к количественному выводу.

Как составить баланс воздушных потоков

Баланс воздушных потоков нужен для понимания того, какие объёмы воздуха фактически перемещаются системой и насколько они соответствуют рабочему режиму.

Последовательность может быть такой:

выделить основные приточные и вытяжные потоки;
зафиксировать фактические расходы;
сопоставить их по времени;
проверить режим работы соответствующих вентиляторов;
связать расходы с эксплуатационной потребностью;
выделить режимы, требующие дополнительной проверки.

Такой баланс позволяет перейти от общего энергопотребления системы к конкретным воздушным режимам.

Как вентиляция формирует тепловую нагрузку

Тепловая составляющая определяется не только самим фактом работы вентиляции, а сочетанием расхода воздуха и его температурного состояния.

Для анализа сопоставляют:

расход наружного воздуха;
температуру приточного воздуха;
температуру вытяжного воздуха;
продолжительность режима;
график эксплуатации здания;
работу регулирующих элементов.

Если расход воздуха увеличился, а остальные условия остались сопоставимыми, тепловая нагрузка может измениться. Но для причинного вывода необходимо проверить весь режим, а не одно значение расхода.

Почему электрическое потребление вентиляторов нужно анализировать отдельно

Электрическая энергия приводов относится к другой составляющей энергопотребления, чем тепловая обработка воздуха. Поэтому смешивать их в одном неразделённом показателе неудобно для диагностики.

Для вентиляторов полезно анализировать:

фактическую электрическую мощность;
продолжительность работы;
изменение нагрузки по режимам;
связь мощности с расходом воздуха;
состояние регулирующих элементов;
возможное влияние сопротивления сети.

Одинаковая продолжительность работы ещё не означает одинаковое электрическое потребление, если изменились расход воздуха, сопротивление или рабочая точка системы.

Как график работы влияет на энергопотребление

Даже корректно настроенная система может расходовать избыточную энергию, если работает дольше, чем требуется эксплуатационным режимом объекта.

Поэтому необходимо сопоставить:

фактическое время включения;
фактическое время выключения;
периоды частичной и полной нагрузки;
режим присутствия или работы объекта;
состояние автоматики в переходных периодах.

Если вентиляция продолжает работать вне требуемого периода, это становится отдельной гипотезой перерасхода. Но прежде чем корректировать расписание, необходимо убедиться, что нет технологических или иных обязательных режимных ограничений.

Избыточный воздухообмен как возможная причина перерасхода

Одна из проверяемых причин повышенной тепловой и электрической нагрузки — расход воздуха выше уровня, который требуется в конкретном режиме.

Для проверки нельзя просто сравнить фактический расход с произвольным меньшим значением. Необходимо определить:

какой воздухообмен требуется в рассматриваемом режиме;
какая часть расхода относится к наружному воздуху;
есть ли режимы с меньшей фактической потребностью;
как система реагирует на изменение нагрузки;
какие ограничения не позволяют снижать расход.

Только после подтверждения этих условий можно рассматривать изменение расхода как возможное энергосберегающее решение.

Почему высокое сопротивление сети влияет на электрическую нагрузку

Электрическая нагрузка вентилятора связана не только с объёмом перемещаемого воздуха, но и с условиями, в которых этот поток создаётся.

Если система работает при повышенном сопротивлении, это может влиять на режим вентилятора. Поэтому при необычно высокой электрической мощности полезно проверить:

фактический расход воздуха;
рабочую точку системы;
положение регулирующих элементов;
изменение режима по времени;
участки сети, влияющие на сопротивление;
соответствие текущего режима эксплуатационной задаче.

Высокая мощность сама по себе не доказывает высокое сопротивление. Необходимы данные, позволяющие отличить этот механизм от повышенного расхода или иной рабочей нагрузки.

Как уставки автоматики меняют энергетический режим

Автоматика определяет, когда и как система изменяет расход, температуру и положение регулирующих элементов. Поэтому формальное наличие автоматического управления ещё не означает, что вентиляция работает в энергетически обоснованном режиме.

Необходимо проверить:

какие уставки фактически действуют;
как они меняются по расписанию;
соответствуют ли они эксплуатационным режимам;
как реагируют регулирующие элементы;
совпадает ли фактический результат с заданием;
нет ли устойчивых режимов, при которых система работает без необходимой корректировки.

Особенно полезно анализировать не только настройки, но и фактическую реакцию оборудования.

Как отличить перерасход из-за расхода воздуха от перерасхода из-за графика

Две системы могут потреблять одинаково много энергии по разным причинам. Одна может работать с чрезмерным расходом в нужные часы, другая — с нормальным расходом, но слишком долго.

Для разделения причин необходимо анализировать режим в координатах:

время;
расход воздуха;
электрическая мощность;
температуры воздуха;
положение регулирующих элементов;
эксплуатационная потребность.

Так можно понять, относится ли отклонение к величине нагрузки, её продолжительности или сочетанию этих факторов.

Как отделить тепловую нагрузку от электрической

Если система работает дольше или с большим расходом воздуха, последствия могут проявляться сразу в двух энергоресурсах. Для корректной оценки их необходимо разделить.

Практически формируют две параллельные модели:

электрическую — мощность вентиляторов × продолжительность и режим работы;
тепловую — воздушный расход × температурные условия × продолжительность режима.

После этого результаты сопоставляют с одним и тем же эксплуатационным графиком. Такой подход позволяет понять, какое изменение воздействует на какую часть энергопотребления.

Когда необходимо проверять рекуперацию

Применимость рекуперации имеет смысл оценивать после того, как понятны сами воздушные потоки, температурные режимы и графики работы.

Для предварительной оценки необходимо знать:

характер приточного потока;
характер вытяжного потока;
температуры этих потоков;
совпадение их режимов по времени;
расходы воздуха;
границы системы.

Без этих данных нельзя делать содержательный вывод ни о потенциальном эффекте, ни о применимости конкретного решения.

Почему нельзя рекомендовать простое снижение расхода воздуха

Снижение расхода действительно может уменьшить часть тепловой и электрической нагрузки, но это не означает, что такое изменение допустимо.

Перед любым решением необходимо подтвердить:

требуемый воздухообмен;
эксплуатационную функцию системы;
технологические ограничения;
санитарные ограничения;
режимы, в которых снижение возможно;
режимы, в которых расход должен сохраняться.

Снижение расхода воздуха нельзя рекомендовать без подтверждения требуемого воздухообмена и ограничений технологического или санитарного режима.

Какие альтернативные причины нужно проверить

Повышенное энергопотребление вентиляции может иметь несколько разных причин.

Избыточный воздухообмен — расход выше уровня, необходимого в конкретном режиме.
Высокое сопротивление сети — рабочий режим вентилятора требует отдельной проверки.
Работа вне требуемого графика — оборудование включено дольше, чем требуется объекту.
Особенности автоматики — фактическая реакция не соответствует текущей потребности.
Ошибка границы или периода — сопоставляются несопоставимые режимы.

Причина считается достаточно обоснованной только тогда, когда данные позволяют отличить один механизм от остальных.

Практический порядок анализа вентиляции

Определить границу вентиляционной системы.
Выбрать анализируемый период.
Собрать графики работы.
Получить расходы воздуха.
Получить температуры приточного и вытяжного воздуха.
Собрать данные по электрической мощности вентиляторов.
Зафиксировать уставки автоматики.
Зафиксировать положение регулирующих элементов.
Составить баланс воздушных потоков.
Сопоставить расход воздуха с эксплуатационной потребностью.
Разделить тепловую и электрическую составляющие.
Проверить работу вне требуемого графика.
Проверить возможное влияние сопротивления сети.
При необходимости оценить применимость рекуперации.
Перед снижением расхода подтвердить допустимый воздухообмен и режимные ограничения.
Формулировать вывод только в пределах фактически подтверждённых данных.

Какой результат должен получиться

Практически полезный результат — режимная модель вентиляции, в которой расход наружного воздуха, график работы, электрическая мощность вентиляторов, температуры потоков и работа автоматики разделены на тепловую и электрическую составляющие.

Такая модель позволяет определить, связано ли отклонение с избыточным воздухообменом, сопротивлением сети, работой вне требуемого графика или другим режимным фактором. На её основе можно обоснованно корректировать расписание, проверять режим расхода воздуха, назначать обследование сети и оценивать применимость рекуперации.

Граница вывода принципиальна: снижение расхода воздуха нельзя рекомендовать только потому, что оно уменьшает расчётную энергетическую нагрузку. Сначала должны быть подтверждены требуемый воздухообмен, эксплуатационная функция системы и ограничения технологического или санитарного режима. При недостатке этих данных результатом анализа должен быть план дополнительной проверки, а не неподтверждённая рекомендация.

Вернуться к разделу «Материалы»