Системы вентиляции

Энергетическое обследование систем вентиляции позволяет установить, сколько электроэнергии расходуется на перемещение воздуха, соответствует ли фактическая производительность вентиляторов потребности помещений и какие факторы определяют сопротивление воздуховодов и вентиляционного оборудования. Центральные показатели проверки — удельная мощность вентиляторов, сопротивление воздушной сети и фактический график воздухообмена.

Высокое электропотребление вентиляционной установки не обязательно свидетельствует о неисправности вентилятора. Оно может быть связано с большой необходимой производительностью, сопротивлением воздушного тракта, способом регулирования, продолжительностью работы или дополнительными устройствами, подключёнными к той же электрической линии.

Например, вентилятор может работать с повышенным давлением из-за сопротивления фильтров или воздуховодов. Но увеличение давления само по себе не доказывает перерасход электроэнергии: необходимо определить фактический расход воздуха, электрическую мощность и рабочую точку оборудования. Аналогично сокращение времени работы вентиляции не является энергосберегающим мероприятием, если в результате нарушаются необходимые условия воздухообмена.

При энергоаудите систем вентиляции в Тамбове и Тамбовской области обследование строится на фактической схеме воздушных потоков, характеристиках оборудования, режимах эксплуатации помещений и инструментальных измерениях. Наличие избыточного сопротивления, неэффективного регулирования или необоснованной продолжительности работы устанавливается только после проверки соответствующих данных.

Почему удельная мощность вентилятора — ключевой показатель

Электрическое потребление вентиляционной системы зависит не только от количества перемещаемого воздуха, но и от энергетических затрат на обеспечение этого перемещения.

Удельная мощность вентилятора в рассматриваемой энергетической оценке характеризует отношение потребляемой электрической мощности к фактическому объёмному расходу воздуха. Такой показатель позволяет оценить, сколько электрической мощности требуется для перемещения единицы воздушного потока в определённом режиме.

Если активная электрическая мощность измеряется в ваттах, а расход воздуха — в кубических метрах в секунду, отношение этих величин выражается в ваттах на кубический метр в секунду.

Однако показатель имеет смысл только при точно определённых условиях:

электрическая мощность измерена в известной границе;
расход воздуха относится к тому же вентилятору или вентиляционной установке;
измерения выполнены одновременно либо в подтверждённом сопоставимом режиме;
известно давление, создаваемое вентилятором;
учтены особенности регулирования производительности;
известен состав оборудования, включённого в показатель.

Например, два вентилятора могут обеспечивать одинаковый расход воздуха, но работать в сетях с различным аэродинамическим сопротивлением. В такой ситуации их удельные электрические затраты могут отличаться по технически объяснимой причине.

Поэтому значение удельной мощности необходимо рассматривать вместе с рабочей точкой вентилятора и характеристикой обслуживаемой воздушной сети.

Как определить границы энергетического обследования

Энергетический баланс — количественное сопоставление поступающей энергии с полезным результатом, другими энергетическими потоками и потерями внутри определённой границы.

В зависимости от поставленной задачи обследование может охватывать отдельный электродвигатель, вентилятор, вентиляционную установку, воздушную сеть или всю систему вентиляции здания.

Эти границы необходимо различать.

Электродвигатель. Рассматривается преобразование электрической энергии в механическую мощность.
Вентилятор с приводом. Анализируется потребляемая электрическая мощность и обеспечиваемый аэродинамический режим.
Вентиляционная установка. Дополнительно учитывается состав оборудования, через которое проходит воздушный поток.
Воздушная сеть. Рассматриваются сопротивление воздуховодов, распределение потоков и параметры конечных участков.
Система вентиляции объекта. Оцениваются несколько установок, обслуживаемые помещения, графики воздухообмена и взаимодействие со смежными инженерными системами.

Например, электрическая мощность на вводе приточной установки может включать не только вентилятор, но и другие электрические устройства, если они подключены в той же измерительной границе.

Если требуется определить удельную мощность именно вентилятора, необходимо выделить его потребление либо использовать подтверждённую модель распределения электрической нагрузки.

Если же оценивается энергопотребление всей установки, состав учитываемых компонентов должен быть указан отдельно.

Как формируется баланс воздухообмена

Воздухообмен представляет собой поступление, перемещение и удаление воздуха из помещений в соответствии с их назначением и режимом эксплуатации.

Для проверки вентиляции необходимо установить не только производительность установок, но и фактическое распределение воздуха между зонами.

В зависимости от схемы учитывают:

механическую подачу наружного воздуха;
механическое удаление воздуха;
рециркуляционные потоки, если они предусмотрены системой;
перетекание воздуха между помещениями;
воздушные потоки через проёмы и другие элементы ограждений;
воздухообмен, связанный с технологическими процессами;
изменение режимов приточных и вытяжных установок.

Например, измеренная производительность приточной установки может отличаться от суммы расходов воздуха на нескольких доступных распределителях.

Причинами могут быть неполный охват точек измерения, неучтённые ответвления, утечки воздуха из сети или измерительная неопределённость.

Прежде чем сделать вывод о негерметичности воздуховодов, необходимо проверить всю схему распределения.

Аналогично различие между общей приточной и вытяжной производительностью не обязательно означает техническую неисправность: на баланс могут влиять другие воздушные потоки, предусмотренные или фактически существующие в здании.

Рабочая точка вентилятора и сопротивление воздушной сети

Рабочая точка вентилятора — фактическое сочетание расхода воздуха и создаваемого давления при работе оборудования в конкретной воздушной сети.

Она определяется взаимодействием характеристики вентилятора и характеристики сопротивления обслуживаемой системы.

Для обследования необходимо измерить или обоснованно определить:

объёмный расход воздуха;
давление, создаваемое вентилятором;
сопротивление воздушного тракта;
частоту вращения;
активную электрическую мощность;
положение регулирующих заслонок;
состояние фильтров и теплообменных секций;
фактическую конфигурацию воздуховодов.

Например, если воздушная сеть имеет повышенное сопротивление, вентилятор может работать в точке, отличающейся от предусмотренной проектным режимом.

При этом направление изменения его электрической мощности зависит от характеристик вентилятора, типа регулирования и фактического расхода.

Нельзя автоматически утверждать, что увеличение сопротивления всегда приводит к росту потребляемой электрической мощности.

Для определения результата требуется сопоставление характеристики оборудования с измеренной рабочей точкой.

Какие элементы формируют аэродинамическое сопротивление

Воздух перемещается через сеть, состоящую из участков с различными сопротивлениями.

В зависимости от фактического оснащения к ним относятся:

Воздуховоды. Сопротивление зависит от геометрии, протяжённости, шероховатости и расхода воздуха.
Повороты, переходы и ответвления. Формируют дополнительные местные сопротивления.
Воздушные фильтры. Их сопротивление может изменяться в процессе эксплуатации.
Воздухонагреватели и воздухоохладители. Создают аэродинамическое сопротивление при прохождении воздуха через теплообменные поверхности.
Рекуперационные устройства. При наличии соответствующей конструкции влияют на сопротивление воздушных потоков.
Регулирующие заслонки. Изменяют сопротивление в зависимости от положения.
Воздухораспределители. Влияют на давление и распределение воздушных потоков.
Другие элементы. Учитываются по фактической конструкции вентиляционной установки и сети.

Для установления причины повышенного сопротивления необходимо измерять перепады давления на характерных участках.

Например, общий перепад давления между вентилятором и конечным воздухораспределителем не позволяет определить, какая часть сопротивления приходится на фильтр, а какая — на воздуховоды и регулирующую арматуру.

Для локализации необходимо разделить сеть на контрольные участки и сопоставить измеренные параметры.

Как проверить сопротивление фильтров

Воздушный фильтр задерживает загрязнения, поступающие с воздушным потоком. Его аэродинамическое сопротивление зависит от конструкции, фактического расхода и состояния фильтрующего элемента.

При обследовании необходимо установить:

тип фильтра;
паспортные характеристики;
фактический расход воздуха;
перепад давления на фильтре;
условия измерения;
предусмотренные критерии обслуживания;
динамику сопротивления при наличии архивов.

Например, повышенный перепад давления может быть связан с накоплением загрязнений.

Но если одновременно увеличился расход воздуха, часть изменения сопротивления может объясняться самим аэродинамическим режимом.

Поэтому сравнивать состояние фильтров по перепаду давления без учёта расхода некорректно.

Также необходимо отличать измеренный перепад давления фильтра от общего давления, создаваемого вентилятором. Эти показатели относятся к разным границам.

Почему замена фильтра не гарантирует определённую экономию электроэнергии

Уменьшение сопротивления фильтра изменяет характеристику воздушной сети.

Но энергетический результат зависит от системы управления вентилятором.

Например, при поддержании постоянного расхода воздуха уменьшение сопротивления может создать условия для снижения требуемого давления и, при соответствующем регулировании, электрической мощности.

В системе с практически постоянной частотой вращения изменение сопротивления может привести к другой рабочей точке и изменению расхода воздуха.

Поэтому для расчёта возможного эффекта необходимо:

Измерить расход воздуха до изменения.
Определить перепад давления на фильтре.
Зафиксировать общую рабочую точку вентилятора.
Измерить активную электрическую мощность.
Установить способ регулирования.
Определить ожидаемое изменение сопротивления.
Рассчитать или проверить новую рабочую точку.
Сопоставить режимы при обеспечении необходимого воздухообмена.

Снижение перепада давления само по себе не равно пропорциональному снижению электрического потребления.

Как сопротивление теплообменных секций влияет на вентиляцию

Воздухонагреватели, воздухоохладители и рекуперационные устройства могут создавать дополнительное сопротивление воздушному потоку.

При этом они выполняют самостоятельную функцию тепловой обработки воздуха.

Для энергетического обследования необходимо оценивать оба воздействия:

аэродинамическое сопротивление секции;
её тепловую или холодильную нагрузку;
фактический расход воздуха;
условия работы теплообменной поверхности;
изменение параметров воздуха;
режим управления установкой.

Например, наличие воздухоохладителя увеличивает сопротивление воздушного тракта, но одновременно обеспечивает необходимое охлаждение воздуха.

Поэтому исключение соответствующего элемента не может считаться допустимым энергосберегающим решением без оценки его технологической функции.

Если обнаружено изменение сопротивления теплообменной секции, необходимо проверить его причину при сопоставимых расходах.

При этом электрические затраты вентилятора и холодильная нагрузка воздухоохладителя учитываются раздельно.

Как способ регулирования производительности влияет на потребление

Производительность вентиляционной системы может изменяться различными способами.

При обследовании учитываются только решения, фактически предусмотренные рассматриваемой установкой.

Возможные варианты:

Постоянная частота вращения. Вентилятор работает с определённой характеристикой, а расход зависит от сопротивления сети.
Регулирование заслонками. Производительность изменяется вследствие изменения сопротивления воздушного тракта.
Частотное регулирование. Скорость вращения вентилятора изменяется в предусмотренном диапазоне.
Ступенчатое регулирование. Используются отдельные скорости, группы агрегатов или другие предусмотренные режимы.
Периодическое включение. Воздухообмен обеспечивается чередованием рабочих и нерабочих интервалов, если такой режим допустим.
Комбинированное управление. Несколько способов регулирования действуют совместно.

Например, изменение частоты вращения способно уменьшать энергопотребление некоторых вентиляционных систем при снижении требуемого расхода.

Однако величина эффекта зависит от характеристики вентилятора, сопротивления сети, КПД привода и фактических условий работы.

Нельзя определять экономию только по проценту снижения частоты вращения без проверки применимости расчётных зависимостей.

Как оценить частотное регулирование без завышения эффекта

Для вентиляторов с определёнными аэродинамическими характеристиками изменение скорости может существенно влиять на давление, расход и потребляемую мощность.

Но расчётные зависимости имеют условия применимости.

На реальный результат влияют:

характеристика вентилятора;
конфигурация воздушной сети;
фактический диапазон регулирования;
положение заслонок;
эффективность электродвигателя;
потери в преобразователе частоты;
требуемый расход воздуха;
продолжительность режимов частичной производительности.

Например, если вентиляционная установка длительное время работает с пониженной потребностью в воздухообмене, появляется основание сравнить существующий способ регулирования с технически применимым альтернативным вариантом.

Но сначала необходимо подтвердить, что меньший расход допустим для обслуживаемых помещений и технологических процессов.

Затем рассчитывается изменение электрической мощности и продолжительности работы в каждом режиме.

Если установка большую часть времени должна обеспечивать постоянный максимальный расход, возможности сокращения потребления путём регулирования могут быть ограничены.

График воздухообмена: почему часы работы имеют самостоятельное значение

Расход электроэнергии определяется не только мощностью вентиляторов, но и временем работы.

График воздухообмена отражает предусмотренное или фактическое изменение производительности вентиляции во времени.

Для энергетической оценки необходимо различать график эксплуатации здания и фактический график работы вентиляционного оборудования.

Например, помещение может использоваться только часть суток, но вентиляционная установка продолжает работать по общему расписанию нескольких зон.

В другом случае оборудование может быть необходимо до начала эксплуатации помещения или после завершения определённой технологической операции.

Поэтому нельзя автоматически считать всю работу вне основного рабочего времени необоснованной.

Для проверки устанавливают:

назначение помещений;
время фактического использования;
предусмотренный режим воздухообмена;
фактическое время включения вентиляции;
производительность в каждом периоде;
работу автоматики;
технологические ограничения на отключение;
возможное влияние вентиляции на смежные инженерные системы.

Почему расчёт по установленной мощности и рабочему расписанию бывает ошибочным

Номинальная мощность электродвигателя не равна его фактическому потреблению в каждом режиме.

Кроме того, время работы вентилятора может отличаться от расписания обслуживаемого помещения.

Например, установка с регулируемым приводом может работать часть суток при повышенном расходе, а часть — при уменьшенной производительности.

В таком случае простой расчёт по номинальной мощности и общему количеству часов не отражает действительную энергетическую картину.

Для достоверной оценки необходимо выделить характерные режимы:

полную производительность;
частичную производительность;
переходы между режимами;
работу в период минимальной занятости;
время отключения;
другие состояния, существенно влияющие на потребление.

Для каждого режима определяют фактическую электрическую мощность и продолжительность.

Если нагрузка изменяется непрерывно, предпочтительно использовать интервальный профиль активной мощности совместно с данными о расходе воздуха.

Как определить фактические часы работы по измерениям

При отсутствии достоверных журналов включения режим вентилятора можно исследовать по временным рядам электрической мощности и сигналам управления.

Однако необходимо убедиться, что измеряемая линия питает именно рассматриваемый вентилятор.

Если общий электрический ввод вентиляционной установки включает несколько устройств, изменение мощности может быть связано не только с вентилятором.

Для проверки используют:

архивы активной мощности;
состояния пуска и остановки;
сигналы преобразователя частоты при наличии;
данные о частоте вращения;
журналы автоматического управления;
показания расхода воздуха;
фактические периоды использования помещений.

Например, устойчивый уровень электрической мощности ночью может свидетельствовать о продолжающейся работе вентилятора.

Но чтобы установить, необходим ли этот режим, требуется сопоставить его с функцией обслуживаемого помещения.

Одно наличие ночной нагрузки не доказывает возможность её полного отключения.

Как рассчитывается расход электроэнергии вентиляционной системы

Потреблённая электроэнергия определяется активной электрической мощностью и продолжительностью её потребления.

Для вентиляционной системы с несколькими режимами необходимо учитывать изменение мощности во времени.

Последовательность расчёта:

Определяют границу электрического учёта.
Устанавливают состав подключённого оборудования.
Получают фактическую активную мощность вентиляторов.
Определяют расход воздуха в характерных режимах.
Измеряют давление и устанавливают рабочую точку.
Определяют продолжительность каждого режима.
Рассчитывают электроэнергию по соответствующим временным интервалам.
Сопоставляют результат с необходимым графиком воздухообмена.

Например, если вентилятор работает по регулируемому графику, годовое потребление зависит от распределения времени между различными уровнями производительности.

Расчёт только по одному максимальному значению мощности может приводить к завышению расхода.

Но использование одного значения минимальной мощности без учёта периодов повышенного воздухообмена создаёт противоположное искажение.

Поэтому временной профиль имеет не меньшее значение, чем измеренная рабочая точка.

Как сопоставить удельную мощность с графиком воздухообмена

Удельная мощность характеризует энергетические затраты на перемещение воздуха в определённом режиме.

График воздухообмена показывает, как долго этот режим сохраняется.

Совместный анализ позволяет определить, какие режимы формируют основную долю расхода электроэнергии.

Например, вентиляционная система может иметь сравнительно высокую удельную мощность при максимальном расходе, но использовать этот режим ограниченное время.

Другая установка может иметь меньшую удельную мощность, но работать практически непрерывно.

Для определения общего энергетического результата необходимо учитывать оба фактора.

Практически формируют таблицу характерных режимов со следующими показателями:

фактический расход воздуха;
создаваемое давление;
активная мощность;
удельная мощность;
продолжительность работы;
назначение режима;
соответствие требованиям воздухообмена.

Такое распределение позволяет выявить, где техническое мероприятие способно изменить существенную часть энергопотребления, а где влияние будет ограничено небольшой продолжительностью соответствующего режима.

Как отделить сопротивление сети от неэффективности вентилятора

Повышенная удельная мощность может быть обусловлена разными причинами.

Например, вентилятор может обеспечивать необходимый расход воздуха через сеть с большим аэродинамическим сопротивлением.

В другом случае сеть имеет сравнительно небольшое сопротивление, но сам вентилятор работает вне рационального для данного оборудования диапазона.

Возможна и ситуация, когда изменились характеристики привода или состав оборудования, входящего в электрический учёт.

Для различения необходимо:

Измерить расход воздуха.
Определить давление, создаваемое вентилятором.
Измерить активную электрическую мощность.
Установить фактическую частоту вращения.
Сопоставить рабочую точку с характеристиками вентилятора.
Проверить сопротивление основных элементов сети.
Установить режим регулирующих заслонок.
Проверить состав электрических нагрузок.
Оценить измерительную неопределённость.

Если давление велико вследствие фактической конфигурации сети, снижение удельной мощности может требовать работы именно с аэродинамическим сопротивлением.

Если рабочая точка отличается от ожидаемой при подтверждённых параметрах сети, требуется дополнительное исследование вентилятора и способа регулирования.

Без одновременных измерений расхода, давления и мощности эти причины нельзя надёжно разделить.

Почему высокий перепад давления не всегда является дефектом

Каждый элемент воздушной сети создаёт определённое сопротивление при прохождении воздуха.

Его величина зависит от конструкции и расхода.

Например, фильтр с определёнными характеристиками может создавать допустимый для своего режима перепад давления. При увеличении расхода этот перепад способен изменяться даже без ухудшения технического состояния.

Аналогично регулирующая заслонка может намеренно создавать сопротивление для обеспечения предусмотренного распределения воздушных потоков.

Поэтому наблюдаемое давление необходимо сопоставлять:

с фактическим расходом воздуха;
с характеристиками исследуемого элемента;
с его назначением;
с положением регулирующих устройств;
с параметрами смежных участков;
с условиями измерения.

Только после такой проверки можно определить, имеется ли отклонение и на каком участке оно сформировалось.

Как локализовать дополнительное сопротивление сети

Если измеренная рабочая точка указывает на необходимость более подробной проверки сопротивления воздушного тракта, систему разделяют на последовательные участки.

Для каждого участка определяют расход воздуха и перепад давления.

Последовательность обследования:

Устанавливают фактическую схему воздуховодов.
Определяют основной путь движения воздуха.
Выделяют фильтры, теплообменники, заслонки и другие характерные элементы.
Измеряют давление в доступных контрольных точках.
Сопоставляют перепады при известном расходе.
Проверяют технические характеристики элементов.
Определяют участки, требующие дополнительного осмотра.
Оценивают влияние подтверждённого сопротивления на рабочую точку вентилятора.

Например, если значительная часть общего перепада давления приходится на определённую секцию установки, это позволяет локализовать участок для следующей технической проверки.

Однако высокая доля сопротивления сама по себе не доказывает неисправность этой секции. Необходимо сопоставить показатель с её конструкцией и назначением.

Как проверить распределение воздуха между помещениями

Производительность вентилятора может соответствовать необходимому общему расходу, но воздух распределяться между помещениями неравномерно.

В такой ситуации энергетическая оценка по одному вентилятору не отражает полноту выполнения функции системы.

Для обследования определяют:

общий расход приточного воздуха;
расходы отдельных ветвей;
расходы на конечных воздухораспределителях;
положение балансировочных и регулирующих заслонок;
давление в распределительной сети;
назначение обслуживаемых помещений;
фактические режимы эксплуатации;
возможные перетоки между зонами.

Например, увеличение общей производительности вентилятора не гарантирует устранение недостаточного расхода в удалённой ветви.

При определённой конфигурации сети дополнительный воздух может распределяться преимущественно по участкам с меньшим сопротивлением.

Поэтому сначала необходимо установить причину неправильного распределения, а затем выбирать способ её устранения.

Как вентиляция связана с холодильной нагрузкой

Наружный воздух, поступающий через вентиляцию, может требовать охлаждения и осушения перед подачей в обслуживаемые помещения.

Поэтому изменение воздухообмена может влиять на потребление холодильной системы.

Например, увеличение расхода наружного воздуха при высокой температуре и влажности способно увеличить тепловую нагрузку воздухоохладителя.

Для количественного анализа необходимо установить:

массовый расход воздуха;
температуру и влажность наружного воздуха;
состояние воздуха перед воздухоохладителем;
состояние воздуха после обработки;
наличие рециркуляции и смешения;
тепловую нагрузку охлаждения;
связь с общим контуром холодоснабжения.

При оценке охлаждения влажного воздуха важно учитывать изменение его удельной энтальпии — характеристики энергетического состояния воздушной смеси.

Если происходит удаление влаги, расчёт только по температурному перепаду может не отражать всю холодильную нагрузку.

При этом холодильная энергия, переданная воздухоохладителю, и электрическая энергия вентилятора относятся к различным энергетическим потокам.

Как отделить вентиляционное потребление от работы холодоснабжения

Электрическое потребление приточной установки может включать вентиляторы и другие устройства.

Холодильная машина при этом может обслуживать несколько вентиляционных установок и дополнительные охлаждаемые объекты.

Поэтому изменение общего энергопотребления холодильной системы нельзя непосредственно приписывать одному вентилятору.

Для разделения необходимо построить несколько связанных балансов:

Электрический баланс вентилятора. Характеризует затраты на перемещение воздуха.
Воздушный баланс. Показывает распределение и количество перемещаемого воздуха.
Баланс обработки воздуха. Определяет тепловую или холодильную нагрузку соответствующей секции.
Баланс холодоснабжения. Связывает нагрузку воздухоохладителей с полезной холодопроизводительностью источника.

Например, при снижении расхода приточного воздуха может уменьшиться электрическая мощность вентилятора и нагрузка воздухоохладителя.

Но итоговое изменение потребления холодильной машины будет зависеть также от других подключённых потребителей и фактической эффективности оборудования в новом режиме.

Поэтому суммарный энергетический эффект нельзя определять только по изменению мощности вентилятора.

Как учитывать нагрев приточного воздуха

При вентиляции в холодный период наружный воздух может требовать нагрева до необходимых параметров.

Эта тепловая нагрузка зависит от количества наружного воздуха и изменения его энергетического состояния.

Например, увеличение расхода приточного воздуха способно повысить потребность в тепле для его подготовки.

Но сама величина тепловой нагрузки определяется не только расходом: необходимо учитывать наружные условия, параметры приточного воздуха, наличие рекуперации и особенности фактической схемы.

Для обследования рассматривают:

расход наружного воздуха;
температуру до и после обработки;
влажностные параметры, если они существенны;
характеристики нагревателя;
температуры и расходы теплоносителя;
работу рекуперационного оборудования;
график вентиляции.

Таким образом, изменение графика воздухообмена может влиять одновременно на электрическое потребление вентилятора и тепловую нагрузку нагрева приточного воздуха.

Эти составляющие необходимо рассчитывать отдельно.

Как рекуперация влияет на общий баланс вентиляции

При наличии рекуперационного оборудования энергия удаляемого воздуха может использоваться для изменения состояния приточного потока.

Это позволяет уменьшать потребность в последующей тепловой обработке при соответствующих условиях.

Но рекуператор может одновременно создавать дополнительное аэродинамическое сопротивление.

Поэтому энергетический результат включает два разных влияния:

изменение тепловой нагрузки нагревателя или охладителя;
изменение электрических затрат на перемещение воздуха.

Для проверки необходимо получить температуры, влажность и расходы воздушных потоков, а также перепады давления на соответствующих секциях.

Например, высокий тепловой эффект рекуперации не означает автоматически максимальную энергетическую эффективность всей вентиляционной установки.

Необходимо учитывать фактическую работу вентиляторов и режимы обработки воздуха.

При этом паспортные характеристики рекуператора нельзя использовать как подтверждение реальной экономии без сопоставления с эксплуатационными условиями.

Как оценивать вентиляцию при переменной занятости помещений

В зданиях с переменным режимом использования помещений фактическая потребность в воздухообмене может изменяться во времени.

Например, административные помещения, залы и вспомогательные зоны могут иметь неодинаковые графики занятости.

Однако характер необходимого воздухообмена зависит от назначения зоны и фактических условий.

При обследовании необходимо установить:

график использования помещений;
действительные режимы эксплуатации;
предусмотренные расходы воздуха;
фактическую производительность вентиляции;
возможность независимого управления зонами;
работу датчиков и контроллеров при их наличии;
время нахождения установки в каждом режиме;
связь вентиляции с нагревом и охлаждением воздуха.

Например, если одна вентиляционная установка обслуживает помещения с разными графиками эксплуатации, её общий режим может определяться наиболее продолжительной необходимой нагрузкой.

В такой ситуации возможность изменения графика зависит от технической схемы распределения воздуха.

Нельзя считать, что достаточно просто сократить часы работы всей установки без проверки остальных обслуживаемых зон.

Как проверить работу автоматики вентиляции

Автоматическое управление может изменять расход воздуха, работу вентиляторов, положение заслонок и последовательность тепловой обработки.

Для энергоаудита важно установить, соответствует ли фактическая реакция оборудования заданному алгоритму и необходимой нагрузке.

Проверяются:

заданные режимы и расписания;
сигналы включения и отключения;
задание частоты вращения;
фактическая скорость вентилятора;
расход воздуха;
измеренное давление;
положение заслонок;
состояние фильтров;
работа оборудования нагрева и охлаждения;
фактические потребности помещений.

Например, автоматическая система может поддерживать постоянное давление в воздушной сети.

Но при изменении положения зональных заслонок соответствующая рабочая точка вентилятора и распределение воздуха могут изменяться.

Чтобы оценить энергетическую обоснованность управления, необходимо сопоставить давление с фактическим расходом и потребностью обслуживаемых зон.

Почему поддержание постоянного давления не всегда обеспечивает минимальное потребление

Поддержание заданного давления может быть технически необходимым элементом управления системой.

Но само по себе оно не доказывает, что вентилятор работает с минимальными энергетическими затратами при текущей потребности.

Например, если часть зон уменьшает расход воздуха, система регулирования может поддерживать прежнее давление на определённом участке.

Энергетический результат зависит от того, как при этом изменяются скорость вентилятора, расходы и сопротивление сети.

Для проверки необходимо установить:

место установки датчика давления;
заданный уровень давления;
фактический расход воздуха;
режим работы регулируемых зон;
частоту вращения вентилятора;
активную электрическую мощность;
устойчивость регулирования;
условия обеспечения необходимого воздухообмена.

Если подтверждён режим, требующий дополнительного анализа, возможный альтернативный способ управления оценивается по модели конкретной воздушной сети.

Уменьшать заданное давление без проверки расхода в наиболее неблагоприятных ветвях недопустимо.

Какие документы необходимы для обследования систем вентиляции

Для профессиональной оценки необходимо восстановить фактическую схему воздушных потоков и связь оборудования с электрическим учётом.

Техническая документация:

принципиальные схемы приточной и вытяжной вентиляции;
планы расположения воздуховодов;
схемы распределения воздуха по помещениям;
паспорта вентиляторов;
характеристики электродвигателей и преобразователей частоты;
документация воздушных фильтров;
характеристики нагревателей, охладителей и рекуператоров;
сведения о регулирующей арматуре;
электрические схемы питания установок;
расположение точек технического учёта.

Режимные материалы:

предусмотренные расходы воздуха;
графики эксплуатации обслуживаемых помещений;
расписания работы вентиляции;
настройки автоматического управления;
данные о частоте вращения вентиляторов;
сведения о положении заслонок;
журналы эксплуатации и обслуживания;
результаты предыдущих измерений при наличии.

Учётные данные:

архивы активной электрической мощности;
потреблённая электроэнергия за характерные периоды;
расходы воздуха;
измеренные давления и перепады давления;
температура и влажность воздушных потоков;
данные о тепловой и холодильной нагрузке при наличии соответствующих секций;
временные ряды работы оборудования.

Схемы устанавливают границы воздушных и электрических потоков. Учёт показывает величину потребления. Режимные данные определяют условия сопоставления, а инструментальные измерения позволяют различить причины повышенной удельной мощности.

Какие инструментальные измерения необходимы

Программа измерений зависит от того, требуется ли проверить вентилятор, сопротивление сети или график воздухообмена.

Основные измеряемые параметры:

Расход воздуха. Необходим для оценки фактической производительности установки.
Давление вентилятора. Позволяет установить аэродинамическую рабочую точку.
Перепады давления на элементах сети. Используются для локализации сопротивления.
Активная электрическая мощность. Определяет энергетические затраты на работу вентилятора в выбранной границе.
Частота вращения. Необходима для анализа регулируемых систем.
Положение заслонок. Помогает объяснить изменение характеристики воздушной сети.
Продолжительность режимов. Позволяет рассчитать расход электроэнергии за период.
Температура и влажность воздуха. Необходимы при оценке тепловой обработки.
Расходы воздуха в отдельных ветвях. Позволяют проверить распределение воздухообмена.
Параметры оборудования нагрева и охлаждения. Используются для разделения смежных энергетических нагрузок.

Для достоверной оценки удельной мощности необходимо измерять электрическую нагрузку и расход воздуха в одном режиме.

Если расход получен при открытых заслонках, а электрическая мощность — после их закрытия, прямое отношение величин не характеризует фактическую рабочую точку.

Аналогично давление, измеренное до замены фильтра, нельзя напрямую сопоставлять с расходом воздуха после изменения его состояния без проверки режима.

Как выбирать репрезентативные режимы измерений

Репрезентативный режим — состояние оборудования, достаточно полно отражающее эксплуатационные условия, для которых требуется сделать технический вывод.

Для вентиляции необходимо исследовать режимы, которые определяют основную часть годового или сезонного потребления.

В зависимости от объекта выделяют:

Номинальную или характерную рабочую производительность. Позволяет проверить рабочую точку при обычной эксплуатации.
Максимальный воздухообмен. Используется для оценки работы сети при высокой воздушной нагрузке.
Частичную производительность. Необходима для анализа регулирования.
Режим минимальной занятости. Помогает проверить соответствие графика фактической потребности.
Период изменения положения заслонок. Позволяет оценить перераспределение воздушных потоков.
Режим повышенного сопротивления фильтров. При наличии подтверждённых данных позволяет исследовать соответствующее влияние.
Период тепловой обработки воздуха. Используется для связи воздухообмена с нагревом или охлаждением.
Период отключения оборудования. Помогает определить наличие сохраняющихся электрических нагрузок в выбранной границе.

Результат измерения при одной производительности нельзя автоматически переносить на другую.

Для длительной энергетической оценки требуется установить продолжительность каждого существенного режима.

Как проверить смешанное влияние сопротивления и графика воздухообмена

Повышенное электропотребление может формироваться одновременно за счёт аэродинамического сопротивления и продолжительности работы.

Например, вентилятор может работать при повышенном сопротивлении фильтра и одновременно включаться на продолжительное время по общему расписанию здания.

Если рассматривать только один фактор, можно неправильно оценить структуру расхода.

Для разделения необходимо:

Зафиксировать фактический график работы.
Определить расходы воздуха в характерных режимах.
Измерить давление вентилятора.
Локализовать сопротивление основных элементов сети.
Получить активную электрическую мощность.
Рассчитать удельную мощность для каждого режима.
Определить продолжительность работы.
Сопоставить фактический воздухообмен с потребностью помещений.
Оценить энергетическое влияние каждого подтверждённого механизма.

Например, если избыточная продолжительность работы подтверждена, это может стать отдельным направлением изменения управления.

Если одновременно установлено повышенное сопротивление определённого участка сети, его влияние оценивается независимо.

При этом потенциальные эффекты нельзя просто суммировать без учёта того, что изменение одного режима может повлиять на рабочую точку вентилятора и результат другого мероприятия.

Как отделить дефект оборудования от эксплуатационной причины

Увеличение электрического потребления вентиляции может иметь несколько конкурирующих объяснений.

Увеличился требуемый воздухообмен. Вентилятор перемещает больше воздуха для обслуживания помещений или технологического процесса.

Изменилось сопротивление воздушной сети. Требуется проверка перепадов давления и фактических расходов.

Изменилось положение регулирующих заслонок. Рабочая точка могла сместиться вследствие управления распределением воздуха.

Изменился способ регулирования. Частота вращения или другой управляющий параметр может определять электрическую нагрузку.

Увеличилась продолжительность работы. Суммарная энергия растёт даже при сопоставимой мощности.

Изменилось состояние электропривода или вентилятора. Эта версия требует отдельной проверки технических характеристик при сопоставимой рабочей точке.

Изменилось потребление смежного оборудования. Общий электрический счётчик может охватывать устройства, не относящиеся непосредственно к приводу вентилятора.

Имеется измерительная неопределённость. Несопоставимые режимы или недостаточно точные измерения могут искажать показатель удельной мощности.

Например, если удельная мощность выросла, первоначально необходимо установить, изменились ли расход и давление.

Если рабочая точка осталась сопоставимой, появляется основание для более подробной проверки состояния оборудования и измерительной модели.

Но нельзя утверждать наличие дефекта только по изменению общего потребления электроэнергии.

Как отличить воздушные утечки от изменения режима распределения

Необъяснённое различие между расходом воздуха на выходе вентилятора и суммой расходов на конечных устройствах может быть связано с утечками из воздуховодов.

Однако до такого вывода необходимо исключить другие факторы.

Например:

часть ответвлений не включена в измерения;
расходы определены в разные моменты;
изменилось положение заслонок;
существуют дополнительные отборы воздуха;
условия измерения на отдельных участках различаются;
имеется неопределённость метода определения расхода.

Для проверки требуется восстановить фактическую схему воздуховодов и провести согласованные измерения в контрольных сечениях.

Если при подтверждённой полноте баланса сохраняется необъяснённая разность, появляется основание для исследования герметичности соответствующего участка.

Однако величину энергетического эффекта устранения утечки необходимо рассчитывать отдельно с учётом режима вентилятора и необходимого расхода воздуха.

Как учитывать измерительную неопределённость

Измерительная неопределённость характеризует ограниченность точности результата измерения с учётом существенных влияющих факторов.

Для вентиляционных систем особое значение имеет точность измерения расхода воздуха.

Если расход определяется по измеренной скорости в воздуховоде, результат зависит от выбранного сечения, распределения скоростей и применяемой методики.

На итоговую оценку также влияют:

точность измерения давления;
характеристики приборов электрической мощности;
синхронность измерений;
устойчивость аэродинамического режима;
корректность выбранных контрольных точек;
наличие переходных процессов;
неполнота воздушного баланса;
использование расчётных характеристик оборудования.

Например, если разность удельной мощности между двумя режимами невелика по сравнению с неопределённостью измерений, нельзя уверенно считать её доказательством повышения эффективности.

Необходимо либо повысить достоверность измерений, либо ограничить вывод соответствующими условиями.

Как выбрать приоритет дополнительных измерений

Программа обследования должна быть направлена на конкретную неопределённость.

Если неизвестна фактическая производительность, приоритетом становится измерение расхода воздуха.

Если расход известен, но отсутствуют данные об электрической мощности, невозможно определить удельные энергетические затраты.

Если удельная мощность повышена, но неизвестно давление, нельзя разделить влияние сопротивления сети и характеристик вентилятора.

Если давление измерено только в одной точке, требуется локализация перепадов на основных элементах.

Если неизвестны часы работы, невозможно достоверно определить расход энергии за период.

Если установка обслуживает помещения с неодинаковой занятостью, необходимо дополнительно исследовать распределение воздуха между зонами.

Если вентиляция связана с холодоснабжением, для оценки общего эффекта требуются параметры тепловой обработки воздуха.

Таким образом, измерения должны последовательно отвечать на три вопроса: сколько воздуха перемещается, какая электрическая мощность для этого расходуется и как долго сохраняется соответствующий режим.

Какие мероприятия можно обосновать по результатам обследования

Выбор технического решения зависит от подтверждённой причины энергетического отклонения.

Если установлено повышенное сопротивление определённого элемента, дальнейшая проверка может касаться его состояния, характеристик и технически допустимого способа уменьшения сопротивления.

Если рабочая точка вентилятора не соответствует фактической потребности, необходимо исследовать возможности регулирования производительности.

Если подтверждена необоснованная продолжительность работы, рассматривается изменение графика управления при сохранении требуемого воздухообмена.

Если воздух распределяется между зонами неправильно, требуется проверка воздушной сети и регулирующих устройств.

Если обнаружено несоответствие воздушного баланса, необходимо установить неучтённые потоки и проверить соответствующие участки воздуховодов.

Если изменение вентиляции влияет на холодильную нагрузку, энергетический эффект рассматривается совместно с режимом охлаждения и смежными системами.

Если существующего технического учёта недостаточно, первоначальным решением может стать организация дополнительных измерений.

При этом сокращение расхода воздуха или времени работы недопустимо рассматривать как самостоятельную цель без проверки необходимых параметров воздушной среды.

Как количественно проверить эффект мероприятия

Для подтверждения энергетического эффекта необходимо сравнить исходный и изменённый режимы в сопоставимых условиях.

Например, после изменения регулирования вентилятора проверяют:

Фактический расход воздуха до и после изменения.
Создаваемое давление.
Активную электрическую мощность.
Удельную мощность.
Работу регулирующих устройств.
Продолжительность характерных режимов.
Соответствие воздухообмена назначению помещений.
Влияние на нагрев и охлаждение приточного воздуха.
Неопределённость полученных различий.

Если расход воздуха уменьшился, снижение электрической мощности может быть результатом сокращения полезной вентиляционной нагрузки.

Чтобы оценить эффективность, необходимо подтвердить допустимость нового расхода и определить, как изменились удельные затраты.

Если сопротивление воздушного тракта снизилось при сохранении требуемого расхода, можно проверить изменение рабочей точки и электрического потребления.

Если изменился график работы, расход электроэнергии оценивают по фактическим часам и мощности каждого режима.

Во всех случаях результат должен отражать не только снижение показаний счётчика, но и сохранение необходимой функции вентиляции.

Какие результаты позволяет получить энергоаудит системы вентиляции

При достаточном объёме исходных данных результатом становится проверяемая энергетическая модель, связывающая удельную мощность вентиляторов, сопротивление воздушной сети и график воздухообмена.

Она позволяет:

установить фактические границы обследования;
определить электрическое потребление вентиляторов;
измерить фактические расходы воздуха;
рассчитать удельную мощность в характерных режимах;
определить рабочие точки вентиляторов;
исследовать сопротивление воздушных трактов;
локализовать элементы, требующие дополнительной проверки;
сопоставить фактический воздухообмен с потребностью помещений;
определить продолжительность характерных режимов;
проверить работу регулирующих устройств;
разделить электрические затраты вентиляции и тепловую обработку воздуха;
оценить взаимодействие вентиляции с холодоснабжением;
выявить ограничения существующего технического учёта;
определить приоритет дополнительных измерений;
подготовить исходные данные для оценки энергосберегающих мероприятий.

Особенно важно, чтобы результат содержал показатели, относящиеся к одной рабочей точке и одному согласованному периоду.

Например, удельная мощность, рассчитанная по электрической нагрузке максимального режима и расходу воздуха при частичной производительности, не может считаться достоверной характеристикой вентилятора.

Поэтому согласованность измерений является обязательным условием причинного вывода.

Когда результаты обследования остаются предварительными

Главное ограничение обследования возникает, если невозможно количественно проверить связь между удельной мощностью вентилятора, сопротивлением сети и графиком воздухообмена.

Например:

Если известна только паспортная мощность двигателя, нельзя определить фактическую удельную мощность вентилятора.
Если отсутствует измеренный расход воздуха, невозможно связать электрическое потребление с фактической производительностью.
Если неизвестно давление, трудно отделить влияние сопротивления сети от характеристик вентилятора.
Если перепады давления не локализованы, нельзя уверенно определить элемент с повышенным сопротивлением.
Если отсутствуют данные о положении заслонок, режимное изменение может быть ошибочно принято за технический дефект.
Если неизвестны часы работы, невозможно достоверно рассчитать расход электроэнергии за длительный период.
Если расход воздуха не сопоставлен с потребностью помещений, нельзя обосновать его уменьшение.
Если электросчётчик охватывает дополнительные устройства, показания не характеризуют непосредственно вентилятор.
Если не учтена тепловая обработка воздуха, общий энергетический эффект изменения вентиляции может быть неполным.
Если измерения выполнены в несопоставимых режимах, различия удельных показателей могут быть недостоверными.
Если наблюдаемое отклонение сопоставимо с измерительной неопределённостью, причинный вывод остаётся предварительным.

В таких условиях результат должен разграничивать фактически измеренные величины, расчётные показатели, подтверждённые причины и технические гипотезы.

Отсутствие достаточных данных не доказывает исправность или неисправность системы. Оно означает, что конкретный механизм повышенного электропотребления пока не подтверждён.

Как подготовить систему вентиляции к энергоаудиту

Подготовку начинают с актуализации схем вентиляционных установок, воздуховодов и обслуживаемых зон.

Для каждой системы необходимо установить фактический состав оборудования, способ регулирования, электрическую границу питания и график эксплуатации.

Затем собирают данные о расходах воздуха, перепадах давления, электрическом потреблении и работе средств автоматического управления.

Перед обследованием следует ответить на следующие вопросы:

Какие помещения и технологические зоны обслуживает система?
Какой воздухообмен предусмотрен для характерных режимов?
Каков фактический расход воздуха?
Какие вентиляторы используются и каковы их характеристики?
Где проходят границы электрического учёта?
Можно ли измерить активную мощность каждого исследуемого вентилятора?
Какое давление создаётся в фактической рабочей точке?
Какие элементы формируют основное сопротивление сети?
Доступны ли перепады давления на фильтрах и других секциях?
Как регулируется производительность?
Какие положения заслонок соответствуют характерным режимам?
Как распределяется воздух между помещениями?
Соответствует ли график работы реальной потребности?
Какая часть времени приходится на полную и частичную производительность?
Какие тепловые и холодильные нагрузки связаны с вентиляцией?
Какие дополнительные измерения необходимы для проверки энергетической модели?

После сбора исходных данных выбирают репрезентативные режимы и последовательность инструментальных измерений.

Для проверки удельной мощности одновременно определяют расход воздуха, активную электрическую мощность и рабочую точку вентилятора.

Для исследования сопротивления воздушной сети измеряют перепады давления на характерных участках и сопоставляют их с фактическими расходами.

Для анализа графика воздухообмена сопоставляют режимы установки с использованием помещений и длительностью соответствующих нагрузок.

Если вентиляция связана с нагревом или охлаждением воздуха, дополнительно проверяют энергетические потоки соответствующих секций и влияние изменения воздухообмена на смежные системы.

Измерения и изменения настроек действующего оборудования выполняют с соблюдением требований безопасной эксплуатации. Сокращение воздухообмена не должно нарушать необходимые условия воздушной среды и технологические требования.

Главный результат энергетического обследования системы вентиляции — подтверждённая связь между расходом воздуха, давлением, электрической мощностью и временем работы. Она позволяет определить, формируется ли повышенное потребление сопротивлением сети, способом регулирования, продолжительностью работы или действительной потребностью в воздухообмене.

Только после этого можно обоснованно выбрать следующий технический шаг: проверку конкретного участка воздуховода, исследование вентилятора, изменение управления, уточнение воздушного баланса или организацию дополнительных измерений. Ожидаемое снижение электроэнергии рассчитывается отдельно и не выводится автоматически из паспортной мощности, перепада давления или сокращения часов работы.

Связанные направления

Общая энергетическая модель воздухообмена, тепловой обработки воздуха и производства холода представлена на странице «Вентиляция и холодоснабжение».

Состав работ по энергетическому обследованию вентиляционного и другого инженерного оборудования рассмотрен в услуге «Энергоаудит инженерных систем».

Подходы к установлению причин повышенного энергопотребления и разграничению технических потерь представлены в направлении «Выявление потерь энергии в инженерных системах».