Вопросы повышения эффективности систем вентиляции и кондиционирования воздуха

Устойчивая тенденция постоянного удорожания энергоресурсов и ограниченность их запасов обуславливают особую актуальность вопросов энергосбережения. Во всем мире им уделяется огромное внимание. Такие понятия как «экодом» и «энерго-эффективное здание»
становятся уже вполне привычными. Реализация этих проектов предполагает обязательное использование новейших энергосберегающих технологий, начиная с этапа строительства зданий. Пересматриваются в сторону ужесточения показатели нормативно-технической документации по теплопроводности ограждающих конструкций: стен, окон, межэтажных и чердачных перекрытий. Широко применяются при строительстве современные утеплители, энергосберегающие стеклопакеты и т.д. Тем не менее следует отметить, что большинство зданий, построенных ранее, не отвечают современным требованиям по энергосбережению. В частности, анализ статистических данных показывает, что количество энергии, затрачиваемой на отопление, и расход воды в странах западной Европы в 20 раз меньше, чем на постсоветском пространстве. Поле деятельности поистине впечатляет. Есть резервы для изыскания новых возможностей, тем более что научно-техническая база на данном этапе позволяет существенным образом поправить состояние дел. В данной статье хотелось бы уделить внимание повышению энергоэффективности систем вентиляции и кондиционирования воздуха.

Одной из главных составляющих для создания благоприятных условий для жизни и работы людей является эффективная вентиляция помещения. А системы кондиционирования воздуха (СКВ) представляют собой «системы дыхания зданий», обеспечивающие либо комфортные, либо диктуемые технологией параметры воздуха в помещениях.

Энергосбережение в системах вентиляции и кондиционирования воздуха представляет собой сложную задачу, решаемую специалистами по кондиционированию воздуха совместно с инженерами других профилей и архитекторами. Ведь эффективность СКВ и вентиляционных систем, экономично расходующих теплоту, холод, воду и электроэнергию, также в значительной мере зависит от проектного решения здания.

Объемно-планировочные, строительно-конструктивные меры по энергосбережению связаны с уменьшением тепловых потерь и теплопоступлений.

Конкретная их реализация может быть связана с:

1. выбором ориентации здания относительно сторон света;
2. снижением коэффициента компактности здания, т.е. уменьшением соотношения между площадью наружных ограждающих конструкций и объемом здания;
3. ограничить теплопоступления от солнечной радиации в теплый период года;
4. применением эффективных и современных теплоизоляционных материалов в конструкции наружных ограждений;
5. выбором степени и характера остекления;
6. уменьшением расхода инфильтрирующегося воздуха (герметизация проёмов и стыков).

Другие средства экономии теплоты и холода относятся непосредственно к совершенствованию и внедрению энергоэффективных разработок систем обеспечения микроклимата и дают возможность снижения энергозатрат в течение отопительного и охладительного периодов.

В настоящее время широкое распространение получили альтернативные природные источники энергии. Их применение позволяет значительно снизить финансовые затраты на обогрев, вентиляцию и холодоснабжение загородного дома и получить на постоянной основе возобновляемую энергию для создания комфортного микроклимата.

Одним из самых популярных видов снабжения коттеджа теплом и прохладой является геотермальная система вентиляции (рис. 1.), которая в своей работе использует фактор постоянной температуры слоёв почвы, лежащих ниже точки замерзания. Используя такие особенности грунта, можно нагревать поступающий внешний воздух из атмосферы зимой или охлаждать его в летнее время года. Регулирование температуры внутреннего воздуха в загородном доме отличается высокой экономичностью и безопасностью, так как имеет короткий срок окупаемости и не наносит вреда окружающей среде.

Грунт поверхностных слоёв Земли — природный тепловой аккумулятор. Главный источник тепловой энергии, поступающей в верхние слои Земли — солнечная радиация. Поверхностные слои почвы также подвержены влиянию сезонных колебаний температур наружного воздуха. Эти составляющие, а также свойства самого грунта влияют на температуру почвы. На глубине около 3м и более (ниже уровня промерзания) температура почвы в течение года практически не изменяется и приблизительно равна среднегодовой температуре наружного воздуха. Температура грунта на глубине 1,5-3,2 м зимой составляет от +5 до +7°С, а летом от +10 до +12°С. Данные по температурным режимам грунтов в различных регионах можно найти в специализированной литературе. Эксперименты показали, что в зимний период грунтовой теплообменник может нагреть приточный воздух, поступающий в помещение, на температуру более 0°С, а в летний период — охладить до +18-20° С.

Самый простой способ использования тепла земли — грунтовой теплообменник. Под землёй, ниже точки промерзания грунта, укладывается система воздуховодов, которые выполняют функцию теплообменника между землёй и воздухом, проходящим по этим воздуховодам. Т.к. температура грунта на глубине 1,5-3,2 м зимой составляет от +5 до +7 °С, а летом от +10 до +12 °С, то воздух, который проходит по воздуховоду, нагревается в зимний период или охлаждается в летний период почвой через стенку воздуховода.

В тёплое время года грунтовой теплообменник обеспечивает охлаждение приточного воздуха. Наружный воздух поступает через воздухозаборное устройство в грунтовой теплообменник, где охлаждается за счёт грунта. Затем охлаждённый воздух подаётся по воздуховодам в приточно-вытяжную установку ВУТ, в которой на летний период вместо рекуператора установлена летняя вставка. Благодаря такому решению, происходит снижение температуры в помещениях, улучшается микроклимат в доме, снижаются затраты электроэнергии на кондиционирование.

В холодное время года наружный воздух поступает через воздухозаборное устройство в ГТО, где прогревается и затем поступает в приточно-вытяжную установку ВУТ для дальнейшего нагрева в рекуператоре. Предварительный нагрев воздуха в ГТО снижает вероятность обледенения рекуператора приточно-вытяжной установки, увеличивая эффективное время использования рекуперации и минимизирует затраты на дополнительный нагрев воздуха в водяном/электрическом нагревателе.

Ниже приведен экономический расчет эффективности систем геотермальной вентиляции (табл. 1.)

Еще одним эффективным способом энергосбережения является система с рекуперацией теплоты.

Рекуперация теплоты в вентиляции — это способ передачи тепловой энергии от потока отработанного воздуха, к потоку приточного. Рекуперация применяется при наличии разности температур между удаляемым и приточным воздухом, для повышения температуры свежего воздуха. Данный процесс не подразумевает смешения воздушных потоков, процесс передачи теплоты происходит через какой-либо материал. Система приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией является наиболее распространенным способом использования рекуперации теплоты. Основным элементом данной системы является приточно-вытяжная установка, в составе которой установлен рекуператор. Устройство приточной установки с рекуператором, позволяет передать нагреваемому воздуху до 80-90% теплоты, что значительно снижает мощность калорифера, в котором происходит подогрев приточного воздуха, в случае нехватки теплового потока от рекуператора, что позволяет уменьшить энергозатраты.

Стандартные системы вентиляции и кондиционирования потребляют большое количество энергии, выделяемой из ископаемых видов топлива, которые быстро истощаются. Потребовалось внедрение новых установок и капитальные ремонты в построенных зданиях для достижения энергоэффективности и экологической устойчивости. Поэтому поиск новых методов строительства экологически чистых зданий без ущерба для комфорта и качества воздуха в помещениях остается проблемой для исследований и разработок. Снижение общего потребления энергии и повышение комфортности пребывания человека в зданиях зависит от эффективности систем ОВК. В данной статье были рассмотрены различные методы энергосбережения для систем ОВК и выявлено их положительное влияние на повышение производительности системы.

Список литературы

1. Яншина, Э. Р. Пути повышения энергоэффективности систем вентиляции / Э. Р. Яншина, А. А. Брацук, Л. А. Иванова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 10 (114). — С. 333-337.
2. Матигорова, А. В. Энергосберегающие технологии систем вентиляции и кондиционирования воздуха / А.В. Матигорова. — Текст научной статьи // Вестник магистратуры. — 2020. — № 1-4 (100). — С. 16-17.
3. Сайт — Геотермальные вентиляционные системы — Интелл Хаус, http://ihe.ru/articles/ventilyacia/geothermal_ventilation_systems/
4. Сайт — Возобновляемая энергия, Великобритания, https://www. renewableenergyhub.co.uk/heat-recovery-sys-tems-information/how-do-heat-recovery-and-ventilation-systems-work.html.

Автор: Борисов В.В. (студ. гр. УЖКХбд-31), руковод. Кузьмин А.В. (к.т.н., доцент)

Источник: Новые технологии в теплоснабжении и строительстве: сборник работ студентов — сотрудников научно-исследовательской лаборатории «Теплоэнергетические системы и установки». Выпуск 20 [Электронный ресурс]. — Электронные данные. Ульяновск : УлГТУ, 2022. — 131 с.