Влияние вентиляции на теплопотери и энергопотребление здания

Вентиляция влияет на энергопотребление здания по двум основным направлениям: для подготовки наружного воздуха требуется тепловая энергия, а для его перемещения — электроэнергия вентиляторов. Величина затрат зависит от расходов приточного и вытяжного воздуха, температурных условий, наличия рекуперации и продолжительности работы вентиляционных установок.

При этом высокий расход энергии на вентиляцию не обязательно свидетельствует о неисправности или неэффективности оборудования. Он может быть следствием необходимого воздухообмена, обеспечивающего качество воздуха и технологическую безопасность. Задача анализа — определить структуру энергопотребления и установить, какие режимы можно корректировать без нарушения функции системы.

Из чего складывается энергопотребление вентиляции

Тепловая составляющая связана с подготовкой наружного воздуха до параметров, необходимых для его подачи в помещения. В холодный период поступающий воздух обычно требуется нагревать. Чем больше расход воздуха и разность температур, тем значительнее соответствующая тепловая нагрузка при прочих равных условиях.

Электрическая составляющая обусловлена работой вентиляторов, обеспечивающих перемещение воздуха по системе. Для определения потребления электроэнергии учитывают фактическую электрическую мощность оборудования и продолжительность его работы в соответствующих режимах.

Эти составляющие рассчитывают отдельно. Тепло, затраченное на подготовку воздуха, нельзя подменять электрическим потреблением вентиляторов: речь идёт о разных энергетических потоках, которые необходимо отражать в общем балансе вентиляции.

Какие исходные данные необходимы для расчёта

Основу анализа составляют схемы вентиляционных систем, ведомости технических характеристик оборудования, режимные журналы и выгрузки измерений. По ним устанавливают границы системы и фактические условия её работы.

• Расход приточного и вытяжного воздуха. Позволяет определить объёмы организованного воздухообмена и оценить нагрузку на подготовку воздуха.
• Температура приточного воздуха. Необходима для проверки параметров его подготовки и соответствия фактическому режиму.
• Наличие и работа рекуперации. Позволяют учитывать теплоту, возвращаемую от удаляемого воздуха к приточному.
• Продолжительность работы установок. Необходима для перехода от текущих энергетических показателей к потреблению за рассматриваемый период.
• Электрические характеристики и режимы вентиляторов. Используются для определения потребления электроэнергии при фактической эксплуатации.

Все показатели должны быть привязаны к сопоставимым периодам. Например, нельзя достоверно оценить суточные затраты по расходу воздуха, измеренному в одном режиме, если установка в течение суток работала с различной производительностью.

Как оценивают тепловую потребность на подготовку воздуха

Расчёт начинают с определения количества наружного воздуха, поступающего через вентиляционную установку, и температурных условий его подготовки. Затем устанавливают, какое количество тепла необходимо передать этому воздуху для достижения требуемых параметров.

Если установка работает с переменным расходом, расчёт выполняют с учётом продолжительности соответствующих режимов. Это позволяет получить оценку тепловой энергии за период, а не только мгновенной нагрузки при одном измерении.

Отдельно учитывают работу рекуперации. При возврате части тепла удаляемого воздуха уменьшается потребность в дополнительном нагреве притока. Однако возвращённое тепло нельзя вычитать дважды: если фактическая тепловая нагрузка уже определена после рекуператора, повторное уменьшение результата приведёт к завышению предполагаемого эффекта.

Для расчёта необходимо чётко обозначить границы подготовки воздуха: какие температуры относятся к поступлению наружного воздуха, какие — к выходу из рекуператора и какие — к подаче в помещения. Без такого разграничения оценка тепловой составляющей может оказаться некорректной.

Как определяют потребление электроэнергии вентиляторами

Электропотребление вентиляторов зависит от фактического режима их работы и продолжительности включения. Если установка работает постоянно с одной мощностью, оценка за период относительно проста. При изменении производительности необходимо учитывать отдельные режимы и время работы в каждом из них.

Паспортная мощность вентилятора не всегда соответствует фактической электрической мощности в конкретном режиме. Поэтому при наличии измерений предпочтительно использовать зарегистрированные значения, сопоставляя их с продолжительностью работы оборудования.

Расчёт теплового потребления и расхода электроэнергии выполняют в одной установленной границе системы. Это необходимо для последующего сопоставления режимов вентиляции и оценки их совокупного энергетического результата.

Почему высокий расход энергии не всегда означает неисправность

Вентиляция должна обеспечивать воздухообмен, необходимый для назначения помещений. Если для поддержания качества воздуха или выполнения технологических требований нужен значительный объём притока и вытяжки, соответствующие энергетические затраты могут быть обоснованными.

Например, установка с большим расходом наружного воздуха может потреблять значительное количество тепла в холодный период, даже когда её оборудование исправно и работает в предусмотренном режиме. Сам по себе высокий показатель не позволяет заключить, что установка нуждается в ремонте или что расход воздуха следует уменьшить.

Поэтому сначала устанавливают требуемую функцию системы и фактический воздухообмен. Лишь затем проверяют, соответствует ли режим работы потребности обслуживаемых помещений.

При рассмотрении возможного снижения расхода воздуха необходимо учитывать требования к качеству воздуха и условия технологической безопасности. Экономия энергии не может служить основанием для ухудшения необходимых условий эксплуатации.

Как определить возможности регулирования

После расчёта тепловой и электрической составляющих сопоставляют продолжительность работы вентиляции с фактическими режимами использования помещений. Проверяют, имеются ли периоды, в которых параметры работы установки отличаются от обоснованной потребности.

Возможности корректировки рассматривают только в пределах, обеспечивающих необходимый воздухообмен. При этом оценивают влияние предполагаемого изменения на обе составляющие энергопотребления: подготовку воздуха и работу вентиляторов.

Если данные о расходах воздуха, продолжительности работы или фактической мощности неполные, сначала назначают дополнительные измерения. Без них невозможно достоверно определить энергетический результат изменения режима.

Результат анализа вентиляционной системы

Результатом является баланс энергопотребления вентиляции, разделённый на тепловую энергию для подготовки воздуха и электроэнергию вентиляторов. В нём отражают фактические расходы воздуха, режимы рекуперации, продолжительность работы оборудования и ограничения исходных измерений.

Такой баланс позволяет установить, какие затраты связаны с необходимой функцией вентиляции, а какие режимы требуют дополнительной проверки. В отличие от инфильтрации, характеризующей неконтролируемое поступление воздуха через неплотности, здесь рассматривается организованный воздухообмен и затраты энергии на его обеспечение.

Практический вывод: влияние вентиляции на энергопотребление необходимо оценивать по двум составляющим — тепловой нагрузке подготовки воздуха и электрическим затратам вентиляторов. Для обоснованного расчёта нужны согласованные данные о расходах воздуха, температурах, рекуперации и времени работы установок. Высокие затраты могут быть следствием необходимого воздухообмена, поэтому возможности регулирования рассматривают только с сохранением требуемого качества воздуха и технологической безопасности.