Załóż konto na portalu i bezpłatnie pobierz wydanie Rynku Instalacyjnego 7-8/2018

Sterowanie systemami ogrzewania i wentylacji a oszczędność energii

Heating and ventilation control systems with reference to energy saving
Schemat rozprowadzenia instalacji VAV
Schemat rozprowadzenia instalacji VAV
Rys. Autorzy

Przy badaniu efektywności energetycznej i komfortu nowoczesnych budynków pasywnych lub energooszczędnych uwaga skupiana jest głównie na aspektach związanych z parametrami przegród budowlanych, nawiewno-wywiewnej instalacji wentylacji czy ogrzewania budynku. Elementy te projektowane są na ogół przez specjalistów z danej dziedziny inżynierii (architektura, konstrukcja, inżynieria sanitarna, ogrzewnictwo) i traktowane osobno. Jednak jedynie całościowe analizowanie wszystkich elementów zintegrowanych w obrębie jednego, nadrzędnego systemu sterowania pozwala na maksymalizację efektywności energetycznej oraz komfortu użytkowników obiektu

Największymi źródłami zapotrzebowania na energię w budynkach są systemy ogrzewania, wentylacji oraz klimatyzacji (HVAC – Heating, Ventilation and Air Conditioning), dlatego należy zwrócić szczególną uwagę na możliwości, jakie daje sposób sterowania instalacjami w budynku, oraz dane, które powinniśmy dostarczyć do sterowników.

Systemy VAV

Istnieje kilka odmian instalacji HVAC, które łączy wspólna zasada działania. Jest to wymuszona wymiana powietrza wewnętrznego za pomocą wentylatorów nawiewno-wywiewnych przy jednoczesnym ogrzaniu bądź schłodzeniu powietrza nawiewanego (odzysk ciepła lub chłodu i/lub dodatkowe źródła). W artykule skupiono się na systemie ze zmienną ilością powietrza nawiewanego i wywiewanego, tj. VAV (Variable Air Volume).

Instalacja VAV to odmiana systemu HVAC o stałej temperaturze nagrzewania powietrza nawiewanego. Temperaturą w pomieszczeniach steruje się za pomocą objętości nawiewanego strumienia powietrza.

Warto przeczytać: Szczelność powietrzna budynków energooszczędnych a instalacje >>

Najprostszy system VAV zawiera jeden kanał doprowadzający, który w trybie chłodzenia nawiewa powietrze o stałej temperaturze 13°C. Ponieważ temperatura powietrza nawiewanego w tym najprostszym systemie VAV jest stała, prędkość przepływu powietrza musi się zmieniać, żeby pokryć rosnące i spadające zyski i straty ciepła w strefie obsługiwanej przez wentylator.

System VAV ma dwie zalety w stosunku do systemów stałoobjętościowych:

  • regulacja wydajności wentylatorów, zwłaszcza wyposażonych w nowoczesne układy energoelektroniczne sterowania prędkością, zmniejsza ilość zużywanej przez nie energii, która może być znaczną częścią całkowitego zapotrzebowania na energię do ogrzewania/chłodzenia budynku,
  • systemy VAV zapewniają mniejsze osuszanie powietrza nawiewanego niż systemy stałoobjętościowe (CAV). Dzieje się tak, ponieważ systemy o stałej objętości powietrza, modulując temperaturę powietrza wylotowego w celu osiągnięcia wydajności chłodzenia przy częściowym obciążeniu, zmieniają ciągle punkt rosy wdmuchiwanego powietrza.

Terminal VAV, często nazywany skrzynką VAV, służy do kontroli przepływu na poziomie jednej strefy chłodzenia/grzania. Jest urządzeniem sterującym przepływem w strefie, kalibrowanym przepustnicą powietrza z automatycznym napędem. Terminal VAV jest podłączony do lokalnego lub centralnego systemu sterowania.

Na rys. 1 pokazano schemat połączenia instalacji VAV, który w swej budowie jest niemal identyczny z innymi systemami centralnego rozprowadzenia powietrza wentylacyjnego. Wyróżnikiem spośród innych systemów HVAC jest obecność tzw. VAV boxa (centrala VAV), w którym zainstalowana jest grzałka o stałej temperaturze grzania oraz wentylator.

Żeby przedstawić korzyści płynące z zastosowania systemów VAV, na rys. 2 pokazano, jak zmienia się energochłonność (przedstawiona za pomocą mocy układu) poszczególnych rodzajów instalacji w zależności od zastosowanej techniki sterowania temperaturą w pomieszczeniach.

Zdecydowanie najmniej wydajnym sposobem regulacji jest stosowanie przepustnic w kanałach wylotowych w poszczególnych pomieszczeniach, co prezentuje zielona linia na wykresie. Jest to spowodowane koniecznością ogrzewania dużego strumienia powietrza, który tylko w części zostaje wykorzystany przez sterowanie przepustnicą na wylocie kanału.

Linia niebieska przedstawia zastosowanie przepustnic (łopatek) na wlocie do komory wentylatora i nagrzewnicy, co sprawia, że ogrzewany jest strumień powietrza o takiej objętości, jaka rzeczywiście jest potrzebna do zasilenia pomieszczeń.

System ten jest wydajniejszy od poprzedniego, ale nie jest rozwiązaniem efektywniejszym. Ciągle jednak stosowany jest wentylator o stałym poziomie obrotów, co sprawia, że mimo mniejszego zapotrzebowania na powietrze nawiewane będzie on pracował ze stałą mocą.

 

 

Linia czerwona na wykresie prezentuje najwydajniejszy system, a mianowicie wentylator ze zmiennym poziomem obrotów. W tym przypadku strumieniem nawiewanego powietrza sterujemy już bezpośrednio, modyfikując obroty wentylatora. Trzeba jednak zwrócić uwagę na zastosowanie odpowiedniego układu modyfikacji prędkości, tak aby rzeczywiście można było osiągnąć założony poziom oszczędności.

Jeśli do napędu wentylatora zostanie zastosowany napęd stałoprądowy i jego prędkość regulowana będzie za pomocą szeregowo włączonej rezystancji w uzwojenia wirnika, to moc, która zostanie zaoszczędzona na silniku, odłoży się na rezystancji, a pobór z sieci nie ulegnie zmianie. Z tego względu ważne jest, żeby zastosować napęd zmiennoprądowy z silnikiem asynchronicznym sterowanym częstotliwościowo wg rys. 3 przy równoczesnym zachowaniu warunku U/f = const (stałego momentu obrotowego).

Sterowanie częstotliwościowe ma jednak zasadniczy minus w stosunku do zdecydowanie prostszego sterowania rezystywnego. Jest nim wysoka cena urządzeń energoelektronicznych, które są konieczne do sterowania za pomocą zmiany AC/AC – tzw. chopperów lub układu prostownika AC/DC, a następnie falownika DC/AC o zmiennej częstotliwości wyjściowej.

Warto jednak zwrócić uwagę, że inwestycja ta bardzo szybko się zwróci z kilku powodów:

  • oszczędność energii – układy energoelektroniczne pobierają tyle mocy, ile jest aktualnie potrzebne (oczywiście z dodatkiem mocy potrzebnej do sterowania układem);
  • dużo tańszy układ napędowy – silniki asynchroniczne ze względu na swoją prostotę są najtańszymi układami napędowymi prądu elektrycznego. Energia elektryczna doprowadzana jest jedynie do stojana. Silniki prądu stałego lub szeregowe prądu zmiennego (uniwersalne) wymagają doprowadzenia energii elektrycznej również do wirnika za pomocą komutatora;
  • rzadsze i tańsze serwisy napędu – ze względu na obecność komutatora, który służy do przełączania kierunku przepływu prądu na wirniku, znacznie rośnie koszt serwisowania silników stałoprądowych.
Nowoczesne wyposażenie dla domu, hotelu, biura
ZOBACZ >>

Tradycyjne instalacje centralnego ogrzewania

W budynkach pasywnych z założenia nie jest wymagana dodatkowa instalacja centralnego ogrzewania, ewentualne dogrzanie powietrza realizowane jest w ramach instalacji HVAC. Jednak budynki pasywne stanowią wciąż rzadkość, natomiast w obiektach energooszczędnych konieczne jest zastosowanie klasycznych sposobów ogrzewania pomieszczeń, np. kotłów grzewczych.

W celu zapewnienia jak najniższego wskaźnika EP przy sporządzaniu certyfikatu energetycznego nie powinno się stosować ogrzewania opartego na energii elektrycznej (chyba że wytworzono ją w ramach obiektu, np. przez ogniwa fotowoltaiczne lub przydomowe elektrownie wiatrowe).

Według rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku [10] najbardziej polecanymi źródłami energii do ogrzania pomieszczeń jest biomasa i odnawialne źródła.

Wskaźnik EP, który wyraża wielkość rocznego zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną niezbędną do zaspokojenia potrzeb związanych z użytkowaniem budynku odniesioną do 1 m2 powierzchni użytkowej, obliczany jest jako iloczyn wskaźnika energii koniecznej do zasilenia budynku i tzw. wskaźnika nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej [10].

(1)

 

(2)

 

(3)

   06.03.2015

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie

 



Jak zapewnić bezpieczeństwo prac serwisowych » Któremu producentowi systemów grzewczych i wodociagowych zaufać »
bezpieczeństwo instalatora rury wielowarstwowe
czytam więcej » poznaj go dziś »

 


Zdradzamy sposób na projektowanie instalacji najwyższej jakości »

projektowanie

 



Z jakiego powodu tworzywa sztuczne zdominowały rynek wod-kan » Jak bez problemowo przeprowadzić iniekcję mikropali, kotew i gwoździ gruntowych »
bezpieczeństwo instalatora pomoc w projektowaniu
czytam więcej » poznaj go dziś »

 


Czy można dobrze odseparować wodę kanalizacyjną od gruntowej »

innowacyjne projektowanie

 



Poznaj bezpieczne systemy do dezynfekcji wody pitnej i basenowej » Jak zabezpieczyć wentylatory dachowe »
czysta woda wentylator dachowy
wiem więcej » spróbuj już dziś »

 


Jaka pompa ciepła zwalcza bakterię Legionella »

pompy ciepła

 



Czy łatwo zainstalować podwieszaną toaletę » Z jakego powodu ta pompa wyprzedza przyszłość »
podwieszana toaleta pompy ciepła
wiem więcej » wiem więcej »

 


Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »

Co Szperacz wyszperał ;-)

źle wykonana instalacja

Sztywniactwo i niechlujstwo - zobacz i skomentuj »

Dla tych, którzy szukają bardziej elektryzujących wrażeń Szperacz ma dziś coś specjalnego - rozdzielnia w toalecie.

zaślepka


TV Rynek Instalacyjny


 tv rynek instalacyjny
11/2019

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 11/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Dobór wymienników płytowych
  • - Rekuperatory ścienne a prawo
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright © 2011 - 2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl