Системы вентиляции

Энергетическое обследование систем вентиляции позволяет определить, сколько электроэнергии расходуется на перемещение воздуха, сколько тепловой энергии требуется для подготовки притока и какая часть теплоты удаляется вместе с вытяжным воздухом. При проверке рассматривают приточные и вытяжные установки, вентиляторы, воздуховоды, фильтры, устройства регулирования и, при наличии, системы рекуперации теплоты.

Основная задача обследования — сопоставить фактический воздухообмен с назначением помещений и энергопотреблением оборудования. Для этого измеряют расходы воздуха и перепады давления, анализируют частоту вращения вентиляторов, графики работы установок и температурные параметры. Возможность уменьшения энергопотребления рассматривают только после подтверждения необходимого воздухообмена.

Воздушный и энергетический баланс вентиляции

Обследование начинают с определения границ системы: какие помещения обслуживают вентиляционные установки, где проходят приточные и вытяжные ветви, какие вентиляторы обеспечивают движение воздуха и каким оборудованием выполняется его подготовка.

Граница энергетического баланса — это состав оборудования и измерительных точек, в пределах которых можно сопоставить расходуемую энергию с полезным результатом. Для вентиляции таким результатом является подача или удаление необходимого количества воздуха с предусмотренными параметрами.

Энергетический баланс включает три взаимосвязанные составляющие:

• Электрическую энергию вентиляторов. Она расходуется на преодоление сопротивления воздуховодов, фильтров и других элементов воздушной сети.
• Энергию подготовки приточного воздуха. Она необходима для нагрева или охлаждения наружного воздуха до предусмотренных параметров.
• Теплоту, удаляемую с вытяжным воздухом. Часть этой энергии при подходящих условиях может использоваться для подготовки притока посредством рекуперации.

Эти потоки необходимо учитывать согласованно. Например, установка рекуператора может уменьшить тепловую нагрузку приточной установки, но одновременно повлиять на сопротивление воздушной сети и электрическое потребление вентиляторов. Поэтому энергетический результат оценивают для всей рассматриваемой системы, а не только для одного теплообменного элемента.

Проверка фактического воздухообмена

Проектный расход воздуха определяет предусмотренные условия работы вентиляции. Фактический расход может отличаться от проектного вследствие изменения настроек, состояния оборудования или условий эксплуатации помещений.

При обследовании измеряют расходы воздуха на приточных и вытяжных ветвях и сопоставляют их с назначением обслуживаемых зон. Отдельно проверяют, соответствует ли распределение воздуха фактической загрузке помещений и требованиям технологического или санитарного процесса.

Например, если вентиляционная установка обслуживает несколько помещений, общий расход воздуха может соответствовать проектному значению, но распределяться между ветвями неравномерно. В результате одни помещения получают избыточный приток, а другие — недостаточный.

Поэтому измерения только на общей магистрали недостаточны для оценки всей системы. Необходимо установить расходы на характерных ветвях и сопоставить их с требуемыми условиями в обслуживаемых помещениях.

Без измеренных расходов воздуха и сведений о назначении помещений нельзя рекомендовать уменьшение воздухообмена. Снижение производительности вентилятора может сократить электрическую и тепловую нагрузку, но одновременно нарушить необходимые условия эксплуатации.

Электропотребление вентиляторов и сопротивление воздушной сети

Энергопотребление приточных и вытяжных вентиляторов связано с перемещаемым расходом воздуха, необходимым давлением и эффективностью работы оборудования. Поэтому повышенную электрическую мощность нельзя оценивать отдельно от фактического режима воздушной сети.

При обследовании сопоставляют расход воздуха, перепад давления, частоту вращения вентилятора и потребляемую электрическую мощность. Эти данные позволяют определить, соответствует ли электрическая нагрузка выполняемой работе по перемещению воздуха.

Одной из возможных причин дополнительного потребления является повышенное аэродинамическое сопротивление. Например, загрязнённые фильтры могут создавать увеличенный перепад давления и изменять режим работы вентилятора.

Однако высокое давление не обязательно свидетельствует о загрязнении или неисправности. Оно может быть обусловлено предусмотренной фильтрацией, характеристиками воздуховодов или специальной функцией установки. Поэтому необходимо проверить состав оборудования и требования к обслуживаемой системе.

Особенно важно не смешивать обычную общеобменную вентиляцию с системами, выполняющими противодымные функции. Для них действуют особые условия работы и безопасности. Снижение давления или производительности по результатам общего энергетического сравнения не может служить самостоятельным основанием для изменения таких режимов.

Подготовка приточного воздуха и тепловая нагрузка

Наружный воздух перед поступлением в помещения может требовать нагрева или охлаждения. Энергия на подготовку зависит от расхода воздуха, его исходной температуры и влажности, а также предусмотренных параметров притока.

При обследовании сопоставляют измеренный расход воздуха с температурами до и после установки подготовки. Если процесс включает существенное изменение влажности, этот параметр также учитывают при определении тепловой нагрузки.

Например, увеличение теплопотребления приточной установки в холодный период может быть вызвано понижением наружной температуры при неизменном расходе воздуха. Другая возможная причина — увеличение объёма притока. Эти ситуации требуют разных технических решений.

Чтобы разграничить их, анализируют температурные параметры и фактический воздухообмен за сопоставимые периоды. Общий расход тепловой энергии без этих данных не позволяет установить, какая часть изменения связана с погодой, а какая — с режимом вентиляции.

Если воздух нагревается системой теплоснабжения здания, дополнительно уточняют границу теплового учёта. Когда общий теплосчётчик охватывает отопление и вентиляцию, для отдельной оценки нагрузки притока необходимы дополнительные данные.

Рекуперация теплоты вытяжного воздуха

Вытяжной воздух удаляет из помещений тепловую энергию. Рекуперация позволяет передавать часть этой теплоты приточному воздуху через предусмотренное теплообменное оборудование, уменьшая потребность в дополнительном нагреве.

Для оценки фактической работы рекуператора проверяют расходы приточного и вытяжного воздуха, температуры до и после теплообменного устройства и графики его эксплуатации.

Если температура приточного воздуха после рекуператора повышается, это подтверждает передачу теплоты в соответствующем режиме. Однако для количественной оценки полезного эффекта необходимо учитывать фактический расход воздуха и продолжительность работы установки.

При этом рекуператор может создавать дополнительное аэродинамическое сопротивление. Поэтому возможное сокращение расхода тепловой энергии сопоставляют с электрической нагрузкой вентиляторов.

Отсутствие рекуперации не всегда означает наличие технически реализуемого энергосберегающего мероприятия. Необходимо учитывать расположение приточных и вытяжных установок, их режимы, характеристики воздушных потоков и эксплуатационные ограничения.

Рециркуляция воздуха — возврат части удаляемого воздуха в обслуживаемые помещения — также не является универсальным способом сокращения тепловой нагрузки. Для отдельных технологических и санитарных зон её применение может быть недопустимо. Поэтому возможность рециркуляции рассматривают только после проверки назначения помещений и требований к качеству воздуха.

Графики работы и управление вентиляцией

Продолжительность работы вентиляционных установок непосредственно влияет на расход электроэнергии, а при подготовке притока — также на потребление тепла или холода.

Для проверки используют графики занятости помещений и журналы работы оборудования. Специалист устанавливает, какие установки действуют постоянно, какие включаются по расписанию и предусмотрена ли возможность регулирования производительности.

Например, вентиляция административной зоны может работать после завершения основной занятости помещений. Это становится основанием для проверки расписания, но не доказывает, что установку можно полностью отключать: необходимо учитывать назначение помещений и требования к воздухообмену.

Для производственных и санитарных зон могут требоваться непрерывный воздухообмен, удаление загрязнений либо поддержание установленных параметров среды независимо от присутствия людей.

Если используется автоматическое регулирование, проверяют соответствие его настроек фактической потребности, работу датчиков и согласованность управления приточными и вытяжными установками. Несогласованные режимы могут приводить к изменению воздушного баланса и дополнительному энергопотреблению.

При этом изменение графиков или производительности рассматривают только для тех режимов, в которых подтверждена возможность безопасного регулирования.

Исходные данные для энергетического обследования

Для оценки системы вентиляции необходимы документы и измерения, связывающие потребление энергоресурсов с фактическим воздухообменом.

• Проектный воздухообмен и схемы вентиляции. Позволяют определить обслуживаемые помещения, приточные и вытяжные ветви и предусмотренные расходы воздуха.
• Измеренные расходы воздуха. Необходимы для проверки фактической производительности установок и распределения потоков между помещениями.
• Перепады давления. Используются для оценки сопротивления воздушной сети, состояния фильтров и режимов вентиляторов.
• Частоты вращения и электрическая мощность вентиляторов. Позволяют сопоставить энергопотребление с фактической работой по перемещению воздуха.
• Графики занятости и работы оборудования. Помогают определить продолжительность характерных режимов и допустимые возможности управления.
• Температуры, влажность и параметры рекуперации. Необходимы для оценки энергии подготовки притока и передачи теплоты вытяжного воздуха.
• Показания приборов учёта и эксплуатационные журналы. Используются для согласования энергетических границ и подтверждения фактических режимов.

Если электроэнергия вентиляторов учитывается совместно с другим оборудованием, определяют возможность дополнительных измерений. Если неизвестен фактический расход воздуха, по одной электрической мощности нельзя достоверно установить эффективность вентиляционной установки.

Результаты обследования систем вентиляции

Основным результатом становится баланс вентиляционного воздуха, тепловой и электрической энергии. Он показывает фактические расходы притока и вытяжки, нагрузку вентиляторов, энергию подготовки воздуха и влияние рекуперации в пределах подтверждённых измерений.

На основании баланса определяют направления дальнейшей проверки: распределение воздуха по ветвям, состояние фильтров, аэродинамическое сопротивление, настройки автоматики, графики работы и эффективность рекуперационного оборудования.

Например, при повышенном электропотреблении вентилятора и увеличенном перепаде давления целесообразно уточнить состояние фильтров и характеристики воздушной сети. При превышении фактического воздухообмена рассматривают его причину и допустимость регулирования. Если приточная установка расходует значительное количество теплоты, проверяют объём наружного воздуха, температурный режим и возможный эффект рекуперации.

При выборе мероприятий обязательно разграничивают общие вентиляционные нагрузки и системы со специальными технологическими, санитарными или противодымными функциями. Для последних приоритетом остаётся обеспечение предусмотренных безопасных условий.

Без достоверных измерений расходов воздуха и подтверждения назначения помещений нельзя обосновать снижение воздухообмена или рассчитать надёжную величину экономии. В таком случае результат обследования определяет необходимые измерения и технические гипотезы, которые предстоит проверить.

Энергетическое обследование систем вентиляции позволяет установить связь между необходимым воздухообменом, электрической работой вентиляторов и затратами на подготовку воздуха. Это создаёт основу для обоснованного управления вентиляционными установками и уменьшения неоправданного энергопотребления без нарушения требований к воздуху и безопасности помещений.