Magyarországon az épületek energiateljesítményének meghatározására a TNM 7/2006 (V. 24.) végrehajtási rendelete alkalmazandó, amely szerint az épület és a műszaki berendezésrendszerek energetikai értékelését végzik. Ennek alapján meghatározzák a központi légkondicionáló rendszerek energiaigényét. Ennek a kihívásnak a kezelését azonban akadályozza az a tény, hogy az energiaszükséglet év közben változik - azonban a végrehajtási rendelet kiadása óta megjelent műszaki kézikönyvek és publikációk nem nyújtanak kellő útmutatást.
Az energiaigény kiszámításának új módszertanát dolgozták ki a BME Épületek Műszaki Berendezéseinek és Folyamatainak Tanszékén (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem). A kifejlesztett matematikai és fizikai modell felhasználásával a légkondicionálás energiaigényét különböző módszertanokkal értékelik.
A környezeti levegő állapota, mint valószínű változó
A klímatechnika szempontjából a külső levegő legfontosabb állapotváltozói a hőmérséklet, a nedvességtartalom és az entalpia [1], amelyek értékei folyamatosan változnak. A valószínűségelmélet egy bizonyos kísérlet elemi eredményeinek sorozatán alapul (például a levegő hőmérsékletének mérése). Mindegyik megadott elemhez csak egy valós szám (mért hőmérséklet) rendelhető. Egy ilyen hozzárendelés alapján az értelmezett függőséget valószínű változónak nevezzük [2].
Foglalkozunk a diszkrét vagy folytonos eloszlás valószínű változóival. A levegő állapotának értékei egy adott intervallumban bármilyen értéket vehetnek fel, és a folytonos eloszlás valószínű változójának tekinthetők [3]. Figyelembe vesszük a valószínű változó feltételezett (várható) értékét, varianciáját, eloszlásfüggvényét és sűrűségfüggvényét. A tényleges energiaigény meghatározására a kültéri levegő állapot-eloszlási funkciói (hőmérséklet, entalpia) használhatók [4].
| ÁBRA. 1 A kültéri levegő hőmérsékletének alakulása télen (októbertől márciusig), helység Budapest, az 1964 és 1972 közötti átlagértékek [10] | ÁBRA. 2 A kültéri levegő télen (októbertől márciusig) történő entalpiájának lefolyása, helység Budapest, átlagértékek az 1964 és 1972 közötti években [10] |
A fűtés és hűtés energiaigényének meghatározásakor az integrált értékeket mindig az eloszlási görbék alatti területek arányaként fejezhetjük ki [8, 9]. Az éves energiaigény alapján ezután meghatározható a villamos energia és a hőfogyasztás éves költsége.
Elméleti modell a légkondicionáló egység energiafogyasztásának meghatározására
A központi légkondicionáló egységek levegőellátáshoz és elszíváshoz tervezett részekből állnak. Általában a következő elemeket tartalmazzák: szűrő, rekuperatív hőcserélő a hővisszanyeréshez, előmelegítő, megkerülő út, adiabatikus párásítás, újrafűtő, hűtő, valamint befúvó és elszívó ventilátor [11, 12]. Ezekből az elemekből teljes klímaberendezést lehet építeni egy adott feladatra, míg az energiaigény meghatározásának fő elemei:
- a fűtéshez szükséges energia,
- a hűtéshez szükséges energia,
- a ventilátorok meghajtásához szükséges energia,
- a szivattyúk meghajtásához szükséges energia.
A számításokat nagyon megnehezíti, hogy az év folyamán változnak az éghajlati viszonyok, ami az egész légkondicionáló rendszer folyamatosan változó működési körülményeit eredményezi.
A légfűtés energiaigényéhez:
ahol ms a szellőző levegő tömegárama (kg/s),
hi - a szellőző levegő specifikus entalpiája (kJ/kg),
he (τ) - a külső levegő specifikus entalpiája, amelynek értéke folyamatosan változik (kJ/kg).
A szellőzéshez szükséges munkákra az alábbiak vonatkoznak [6]:
ahol Vs a levegő térfogatárama - levegőmennyiség (m3/s),
∆pv - a ventilátor teljes üzemi nyomása (Pa),
ηvent, ηmot - a ventilátor és a motor motorjának hatékonysága (-).
A keringető szivattyúk számára szükséges munkára az alábbiak vonatkoznak:
ahol Vč a térfogatáram - a szivattyú szállítási kapacitása (m3/s),
∆pč - a szivattyú üzemi túlnyomása (Pa),
ηč, ηmot - a szivattyú és az elektromos motor hatékonysága (-).
Az integrációt a teljes működési időtartam alatt kell végrehajtani, míg a jellegzetes üzemidő csak napi működést, ill. megszakítás nélküli 24 órás üzemmód. A keringető szivattyúk és ventilátorok működése esetén az integráció egyszerűsítése alkalmazható, amelyben feltételezzük, hogy a berendezés működési pontjai állandóak.
A légkondicionáló egységek energiaigénye
Az energiaigény az eloszlásfüggvény és a külső levegő sűrűsége alapján határozható meg. A berendezés tervezésénél figyelembe kell venni a légkondicionáló elemek sorrendjét és a h-x ábrán látható klímaberendezést. Ezután a téli üzemi körülményekhez kapcsolódó jellegzetes elméleti légbeállításokra fogunk koncentrálni.
A hővisszanyerővel, előmelegítővel és újrafűtővel működő központi légkondicionáló egység paramétereit télen az 1. ábra mutatja. 3. A számítás a beltéri és a kültéri hőmérséklet, valamint a hővisszanyerő egység műszaki paraméterei alapján lehetséges.
Az előmelegítéshez szükséges energia az előmelegítőben
(kJ/év) (4)
ahol ρ a fajlagos légsűrűség (kg/m 3),
cvz - fajlagos hőteljesítmény állandó nyomáson (kJ/(kg. K)),
Vs - levegőmennyiség az előmelegítőben (m 3/h).
A légkezelő egység folyamatos működéséhez (00.00-tól 24.00-ig) a split funkciót kell használni a teljes működési időtartamra. Hasonlóképpen az ún délben (07.00-tól 19.00-ig) a délfelosztó funkciót kell használni.
Az újrafűtés energiaigénye az
(kJ/év) (5)
ahol Vs az újrafűtőn átáramló levegő (m 3/s).
Ábrán látható területek. 3 arányosak az egyes légkezelő elemek (előmelegítő/PO, utánmelegítő/DOH) energiaigényével, ill. megtakarítás a hővisszanyerésen (SZT). Hasonló módon elkészíthető egy másik légkondicionáló egység fizikai és matematikai modellje is.
Az energiatakarékossági lehetőségek összehasonlító elemzése
A további elemzésekhez a következő elemekből álló légkondicionáló egységeket használták:
- előmelegítő, adiabatikus csillapítás, újramelegítés,
- hővisszanyerés, előmelegítés, adiabatikus párásítás, újramelegítés,
- előmelegítő, keringés, adiabatikus párásítás, újramelegítés,
- hővisszanyerés, előmelegítés, recirkuláció, adiabatikus párásítás, újramelegítés.
ÁBRA. 4 Légkondicionáló egység modell sz. 4 a következő elemekből áll: hővisszanyerés, előmelegítés, keringés, adiabatikus párásítás és újramelegítés
PO - előmelegítő, DOH - átmelegítő, SZT - hővisszanyerő, V - ventilátor, F - szűrő, AV - adiabatikus párásító kamra, RC - keringés
Az utolsó megoldás esetében a legbonyolultabb eljárás a légkezelés (4. ábra). A légcsere folyamatait a Mollier diagram mutatja be. 5. A számítások bebizonyították, hogy az előmelegítés nem szükséges ebben a modellben, mert a hővisszanyerés biztosítja a hőmérsékletet az előmelegítéshez még a tervezési körülmények között is.
A hőigény meghatározásához a Fővárosi Gázipari Társaság egységárait használtuk, és. val vel. (0,012 €/MJ). A villamos energia árához a budapesti fogyasztási pontokat (Elektorozvodný závod, Budapest nyugat) használták. A villamos energia ára esetén a csúcsfogyasztási időszak ellátását és az éjszakai tarifát az átlagár figyelembe vette (Pday = 0,203 €/kWh; Pnoc = 0,169 €/kWh).
Összegzés
Az egyes központi légkezelő készülékek nappali és éjszakai üzemmódban történő energiafogyasztása (amelyet fent és a táblázatokban azonos módon jelölnek az 1–4. Számok) a fülön mutatja. Az 1. és 2. ábra, valamint az 1. ábra grafikonjai 6. és 7. ábra.
Használt címkék:
PO - előmelegítő, DOH - átmelegítő, AV - adiabatikus párásító kamra, SZT - hővisszanyerő, RC - keringés.
| ÁBRA. 6 Napi energiafogyasztás (07.00–19.00) | ÁBRA. 7 Éjszakai energiafogyasztás (19.00–7.00) |
A vizsgált központi légtisztítók teljes energiafogyasztása a téli időszakban, októbertől márciusig a 2. táblázatban látható. És 3. ábra 8. Végül a teljes energiafogyasztás ismert értékével meghatározható az energia-megtakarítás mértéke a légkondicionáló központ egyes eseteiben (4. táblázat, valamint 9. és 10. ábra).
| ÁBRA. 8 Teljes energiafogyasztás | ÁBRA. 9 Energiatakarékossági ráta (MJ) |
A fenti eredmények alapján egyértelmű, hogy a légkeringetéssel és hővisszanyeréssel rendelkező berendezések üzemeltetésében jelentős az energiamegtakarítás mértéke, mindkét módszer jelenlegi alkalmazása akár 79% -os energiamegtakarítást tesz lehetővé.
A kutatómunka során számítási program készült az energiaelemzés pontos kiszámításához és értékeléséhez. A kidolgozott fizikai és matematikai modell segítségével a nyári üzem energiafogyasztása hasonló módon számítható. A korlátozott hatókör miatt azonban ez a hozzájárulás csak a téli üzemeltetéssel kapcsolatos elemzések eredményeit tudta tisztázni, nem tartalmazza a nyári üzemeltetéssel kapcsolatos elemzések eredményeit.
Képek: a szerzők archívuma
jegyzet szerkesztők: A klímaberendezés energiafogyasztásának elemzését, amelyet a cikk szerzői választottak, más eljárásokat alkalmaznak Szlovákiában. Megpróbáljuk megkeresni őket a magazin következő számai egyikében.