В Унгария за определяне на енергийните характеристики на сградите се прилага Регламент за изпълнение 7/2006 (V. 24) на TNM, съгласно който се извършва енергийната оценка на сградата и системите за техническо оборудване. Въз основа на него се определя енергийното потребление на централните климатични системи. Справянето с това предизвикателство обаче е затруднено от факта, че енергийните нужди се променят през годината, но техническите ръководства и публикации, публикувани след издаването на този регламент за прилагане, не предоставят достатъчно насоки.
Нова методология за изчисляване на потреблението на енергия е разработена в Катедрата за техническо оборудване на сгради и процеси на механични технологии BME (Технически и икономически университет в Будапеща). Използвайки разработения математически и физически модел, енергийните нужди за климатизация се оценяват по различни методологии.
Състоянието на околния въздух като вероятна променлива
От гледна точка на технологията за климатизация, най-важните променливи на състоянието на външния въздух са температурата, съдържанието на влага и енталпията [1], стойностите на които непрекъснато се променят. Теорията на вероятностите се основава на набор от елементарни резултати от определен експеримент (например измервания на температурата на въздуха). Само едно реално число (измерена температура) може да бъде присвоено на всеки даден елементарен елемент. Въз основа на такова задание интерпретираната зависимост се нарича вероятна променлива [2].
Ще се справим с вероятни променливи на дискретно или непрекъснато разпределение. Стойностите на състоянието на въздуха в даден интервал могат да имат всякаква стойност и могат да се разглеждат като вероятна променлива на непрекъснатото разпределение [3]. Ние разглеждаме приетата (очакваната) стойност, дисперсията, функцията на разпределение и функцията на плътността на вероятната променлива. Функциите за разпределение на състоянието на външния въздух (температура, енталпия) могат да се използват за определяне на действителното енергийно потребление.
| Фиг. 1 Курс на температурата на външния въздух през зимата (октомври до март), местност Будапеща, средни стойности през годините 1964 до 1972 [10] | Фиг. 2 Курс на енталпия на външния въздух през зимата (от октомври до март), местност Будапеща, средни стойности през годините 1964 до 1972) [10] |
Когато се определя потребността от енергия за отопление и охлаждане, интегрираните стойности винаги могат да бъдат изразени като пропорции на площите под кривите на разпределение [8, 9]. Въз основа на годишното потребление на енергия могат да се определят годишните разходи за консумация на електричество и топлина.
Теоретичен модел за определяне на енергийната консумация на климатичната инсталация
Централните климатични устройства се състоят от части, предназначени за подаване и изпускане на въздух. Като цяло те съдържат следните елементи: филтър, рекуперативен топлообменник за рекуперация на топлина, подгревател, байпаси, адиабатно овлажняване, подгревател, охладител и захранващ и изпускателен вентилатор [11, 12]. От тези елементи е възможно да се изгради цялостно климатично устройство за дадена задача, докато основните елементи за определяне на потреблението на енергия са:
- енергия, необходима за отопление,
- енергия, необходима за охлаждане,
- енергия, необходима за задвижване на вентилаторите,
- енергия, необходима за задвижване на помпите.
Изчисленията са много затруднени от факта, че климатичните условия се променят през годината, което води до непрекъснато променливи работни условия за цялата климатична система.
Следното се отнася за потреблението на енергия за въздушно отопление:
където ms е масовият поток на вентилационния въздух (kg/s),
hi - специфична енталпия на вентилационния въздух (kJ/kg),
he (τ) - специфична енталпия на външния въздух, чиято стойност се променя непрекъснато (kJ/kg).
Следното се отнася за работата, необходима за вентилация [6]:
където Vs е обемният поток на въздуха - изходящ въздух (m3/s),
∆pv - общо работно налягане на вентилатора (Pa),
ηvent, ηmot - ефективност на вентилатора и мотора на двигателя (-).
Следното се отнася за работата, необходима за циркулационни помпи:
където Vč е обемният поток - транспортна мощност на помпата (m3/s),
Čpč - работно свръхналягане на помпата (Pa),
ηč, ηmot - ефективност на помпата и електродвигателя (-).
Интегрирането трябва да се извършва за целия работен период, докато характерният работен период означава само ежедневна работа, респ. непрекъснат 24-часов режим на работа. В случай на работа на циркулатори и вентилатори може да се използва опростяване на интеграцията, при което работните точки на оборудването се приемат за постоянни.
Потребление на енергия от климатични устройства
Потребността на енергия може да се определи въз основа на функцията на разпределение и плътността на външния въздух. При проектирането на оборудването е необходимо да се вземе предвид редът на климатичните елементи и климатичната схема, показана на диаграмата h-x. След това ще се съсредоточим върху характерните теоретични корекции на въздуха, свързани със зимните условия на работа.
Параметрите на централния климатик, който работи с рекуперация на топлина, подгревател и подгревател, са показани за зимна работа на фиг. 3. Изчисляването е възможно въз основа на вътрешната и външната температура и техническите параметри на блока за рекуперация на топлина.
Енергията, необходима за подгряване в подгревателя е
(kJ/година) (4)
където ρ е специфичната плътност на въздуха (kg/m 3),
cvz - специфична топлинна мощност при постоянно налягане (kJ/(kg. K)),
Vs - дебит на въздуха във въздушния подгревател (m 3/h).
За непрекъсната работа на климатика (от 00.00 до 24.00) трябва да се използва функцията за разделяне за целия работен период. Аналогично, с т.нар по обяд (от 07.00 до 19.00) трябва да се използва функцията за разделяне на обяд.
Нуждата от енергия за претопляне е
(kJ/година) (5)
където Vs е въздушният поток през подгревателя (m 3/s).
Областите, показани на фиг. 3 са пропорционални на енергийните нужди на отделните елементи за пречистване на въздуха (подгревател/PO, подгревател/DOH), респ. спестявания при регенериране на топлина (SZT). Физически и математически модел на друг климатик може да бъде конструиран по подобен начин.
Сравнителен анализ на възможностите за пестене на енергия
За допълнителни анализи бяха използвани климатични устройства, състоящи се от следните елементи:
- подгревател, адиабатно овлажняване, претопляне,
- възстановяване на топлината, предварително загряване, адиабатно овлажняване, претопляне,
- подгревател, циркулация, адиабатно овлажняване, претопляне,
- възстановяване на топлината, предварително нагряване, рециркулация, адиабатно овлажняване, претопляне.
Фиг. 4 Климатична единица модел № 4, съставен от следните елементи: възстановяване на топлината, предварително загряване, циркулация, адиабатно овлажняване и претопляне
PO - подгревател, DOH - подгревател, SZT - възстановяване на топлината, V - вентилатор, F - филтър, AV - адиабатна камера за овлажняване, RC - циркулация
В случая на последното решение най-сложният процес е въздушната обработка (фиг. 4). Процесите на смяна на въздуха са показани на диаграмата на Молие на ФИГ. 5. Изчисленията доказаха факта, че предварителното нагряване не е необходимо в този модел, тъй като възстановяването на топлината осигурява температурата за предварително нагряване дори в проектните условия.
Единичните цени на Газовата компания на Капитал Сити бяха използвани за определяне на потреблението на топлина и. с. (0,012 €/MJ). Цените в точката на потребление в Будапеща (Elektorozvodný závod, Запад Будапеща) са използвани за цената на електричеството. В случая на цената на електроенергията, доставката през периода на пиковото потребление и нощната тарифа бяха взети предвид от средната цена (Pday = 0,203 €/kWh; Pnoc = 0,169 €/kWh).
Обобщение
Потреблението на енергия по време на денонощна работа на отделните устройства за централно пречистване на въздуха (маркирани по-горе и идентично в таблиците с номера от 1 до 4) е показано в таб. 1 и 2 и графиките на ФИГ. 6 и 7.
Използвани етикети:
PO - подгревател, DOH - подгревател, AV - адиабатна камера за овлажняване, SZT - възстановяване на топлината, RC - циркулация.
| Фиг. 6 Ежедневна консумация на енергия (07.00 до 19.00) | Фиг. 7 Консумация на енергия през нощта (19.00 до 7.00) |
Общото потребление на енергия на изследваните централи за пречистване на въздуха през зимния период през месеците от октомври до март е показано в табл. 3 и ФИГ. 8. И накрая, с известна стойност на общото потребление на енергия, степента на икономия на енергия може да се определи в отделни случаи на климатичния център (Таблица 4 и Фигури 9 и 10).
| Фиг. 8 Общо потребление на енергия | Фиг. 9 Степен на енергоспестяване (MJ) |
От горните резултати става ясно, че степента на спестяване на енергия при експлоатация на оборудване с циркулация на въздуха и рекуперация на топлина е значителна, настоящото приложение на двата метода позволява икономия на енергия до 79%.
По време на изследователската работа е направена изчислителна програма за точно изчисление и оценка на енергийния анализ. С помощта на разработения физико-математически модел по подобен начин може да се изчисли консумацията на енергия през лятото. Въпреки това, поради ограничения обхват, този принос би могъл да изясни само резултатите от анализи, свързани с експлоатация през зимата, той не съдържа резултатите от анализи, свързани с експлоатацията през лятото.
Изображения: архив на автори
Забележка редактори: Анализът на потреблението на енергия за климатизация, избран от авторите на статията, има и други процедури, използвани в Словакия. Ще се опитаме да се обърнем към тях в един от следващите броеве на списанието.