În Ungaria, Regulamentul de punere în aplicare 7/2006 (V. 24) al TNM, conform căruia se realizează evaluarea energetică a unei clădiri și a sistemelor de echipamente tehnice, se aplică pentru determinarea performanței energetice a clădirilor. Pe baza acestuia, se determină cererea de energie a sistemelor centrale de aer condiționat. Cu toate acestea, abordarea acestei provocări este împiedicată de faptul că nevoile de energie se schimbă pe parcursul anului - cu toate acestea, manualele tehnice și publicațiile publicate de la emiterea respectivului regulament de punere în aplicare nu oferă nicio orientare suficientă.
O nouă metodologie pentru calcularea cererii de energie a fost dezvoltată la Departamentul de echipamente tehnice pentru clădiri și procese de tehnologie mecanică BME (Universitatea de Tehnologie și Economie din Budapesta). Folosind modelul matematic și fizic dezvoltat, necesitățile energetice pentru aerul condiționat sunt evaluate prin diferite metodologii.
Starea aerului ambiant ca variabilă probabilă
Din punctul de vedere al tehnologiei de climatizare, cele mai importante variabile de stare ale aerului exterior sunt temperatura, conținutul de umiditate și entalpia [1], ale căror valori se schimbă constant. Teoria probabilității se bazează pe un set de rezultate elementare ale unui anumit experiment (de exemplu, măsurători ale temperaturii aerului). Un singur număr real (temperatura măsurată) poate fi atribuit fiecărui elementar dat. Pe baza unei astfel de atribuții, dependența interpretată se numește o variabilă probabilă [2].
Ne vom ocupa de variabile probabile de distribuție discretă sau continuă. Valorile stării aerului într-un interval dat pot lua orice valoare și pot fi considerate ca o variabilă probabilă a distribuției continue [3]. Considerăm valoarea presupusă (așteptată), varianța, funcția de distribuție și funcția de densitate a variabilei probabile. Funcțiile de distribuție a stării aerului exterior (temperatură, entalpie) pot fi utilizate pentru a determina necesarul real de energie [4].
| FIG. 1 Curs de temperatură a aerului exterior în timpul iernii (octombrie-martie), localitatea Budapesta, valori medii în anii 1964-1972 [10] | FIG. 2 Curs de entalpie a aerului exterior în timpul iernii (octombrie-martie), localitatea Budapesta, valori medii în anii 1964-1972) [10] |
Atunci când se determină cererea de energie pentru încălzire și răcire, valorile integrate pot fi întotdeauna exprimate ca proporții ale suprafețelor sub curbele de distribuție [8, 9]. Pe baza cererii anuale de energie, se pot determina apoi costurile anuale ale consumului de energie electrică și termică.
Model teoretic pentru determinarea consumului de energie al unității de aer condiționat
Unitățile centrale de aer condiționat constau din piese destinate alimentării cu aer și evacuării. În general, acestea conțin următoarele elemente: filtru, schimbător de căldură recuperator pentru recuperarea căldurii, preîncălzitor, ocolitoare, umidificare adiabatică, reîncălzitor, răcitor și ventilator de alimentare și evacuare [11, 12]. Din aceste elemente este posibil să se construiască un dispozitiv complet de aer condiționat pentru o anumită sarcină, în timp ce elementele principale pentru determinarea cererii de energie sunt:
- energia necesară pentru încălzire,
- energia necesară pentru răcire,
- energia necesară pentru a conduce ventilatoarele,
- energia necesară pentru acționarea pompelor.
Calculele sunt îngreunate de faptul că condițiile climatice se schimbă în cursul anului, rezultând condiții de funcționare variabile continuu pentru întregul sistem de climatizare.
Următoarele se aplică cererii de energie pentru încălzirea aerului:
unde ms este fluxul de masă al aerului de ventilație (kg/s),
hi - entalpia specifică a aerului de ventilație (kJ/kg),
el (τ) - entalpia specifică a aerului exterior, a cărei valoare se modifică continuu (kJ/kg).
Următoarele se aplică lucrărilor necesare ventilației [6]:
unde Vs este debitul volumului de aer - ieșire de aer (m3/s),
∆pv - presiunea totală de lucru a ventilatorului (Pa),
ηvent, ηmot - eficiența ventilatorului și a motorului motorului (-).
Următoarele se aplică lucrărilor necesare circulatoarelor:
unde Vč este debitul volumic - capacitatea de transport a pompei (m3/s),
∆pč - suprapresiune de lucru a pompei (Pa),
ηč, ηmot - eficiența pompei și a motorului electric (-).
Integrarea trebuie realizată pentru întreaga perioadă de funcționare, în timp ce perioada de funcționare caracteristică înseamnă doar funcționare zilnică, resp. modul de operare neîntrerupt 24 de ore. În cazul funcționării circulatoarelor și ventilatoarelor, se poate utiliza o simplificare a integrării, în care se presupune că punctele de funcționare ale echipamentului sunt constante.
Cererea de energie a unităților de aer condiționat
Cererea de energie poate fi determinată pe baza funcției de distribuție și a densității aerului exterior. La proiectarea echipamentului, este necesar să se ia în considerare ordinea elementelor de aer condiționat și schema de aer condiționat prezentate în diagrama h-x. În continuare, ne vom concentra asupra modificărilor caracteristice teoretice ale aerului legate de condițiile de operare de iarnă.
Parametrii unității centrale de aer condiționat, care funcționează cu recuperarea căldurii, preîncălzirea și reîncălzirea, sunt arătați pentru funcționarea de iarnă în fig. 3. Calculul este posibil pe baza temperaturii interioare și exterioare și a parametrilor tehnici ai unității de recuperare a căldurii.
Energia necesară pentru preîncălzirea în preîncălzitor este
(kJ/an) (4)
unde ρ este densitatea specifică a aerului (kg/m 3),
cvz - capacitate termică specifică la presiune constantă (kJ/(kg. K)),
Vs - debitul volumului de aer în preîncălzitorul de aer (m 3/h).
Pentru funcționarea continuă a unității de tratare a aerului (de la 00.00 la 24.00), trebuie utilizată funcția split pentru întreaga perioadă de funcționare. În mod analog, cu așa-numitul la prânz (07.00 la 19.00) trebuie utilizată funcția de împărțire a prânzului.
Nevoia de energie pentru reîncălzire este
(kJ/an) (5)
unde Vs este fluxul de aer prin reîncălzitor (m 3/s).
Zonele prezentate în FIG. 3 sunt proporționale cu necesitățile energetice ale elementelor individuale de tratare a aerului (preîncălzitor/PO, reîncălzitor/DOH), resp. economii la recuperarea căldurii (SZT). Un model fizic și matematic al unei alte unități de aer condiționat poate fi construit în mod similar.
Analiza comparativă a posibilităților de economisire a energiei
Unitățile de aer condiționat constând din următoarele elemente au fost utilizate pentru analize suplimentare:
- preîncălzitor, amortizare adiabatică, reîncălzire,
- recuperarea căldurii, preîncălzirea, umidificarea adiabatică, reîncălzirea,
- preîncălzitor, circulație, umidificare adiabatică, reîncălzire,
- recuperare căldură, preîncălzire, recirculare, umidificare adiabatică, reîncălzire.
FIG. 4 Unitate de aer condiționat model nr. 4 compus din următoarele elemente: recuperarea căldurii, preîncălzirea, circulația, umidificarea adiabatică și reîncălzirea
PO - preîncălzitor, DOH - reîncălzitor, SZT - recuperare căldură, V - ventilator, F - filtru, AV - cameră de umidificare adiabatică, RC - circulație
În cazul ultimei soluții, cel mai complicat proces este tratarea aerului (Fig. 4). Procesele de schimbare a aerului sunt prezentate în diagrama Mollier din FIG. 5. Calculele au demonstrat faptul că preîncălzirea nu este necesară în acest model, deoarece recuperarea căldurii asigură temperatura pentru preîncălzire chiar și în condițiile de proiectare.
Prețurile unitare ale companiei Capital City Gas Company au fost utilizate pentru a determina cererea de căldură și. cu. (0,012 €/MJ). Prețurile la punctul de consum din Budapesta (Elektorozvodný závod, Budapesta Vest) au fost utilizate pentru prețul energiei electrice. În cazul prețului energiei electrice, aprovizionarea în perioada de vârf de consum și tariful de noapte au fost luate în considerare de prețul mediu (Pday = 0,203 €/kWh; Pnoc = 0,169 €/kWh).
rezumat
Consumul de energie în timpul funcționării de zi și de noapte a dispozitivelor individuale centrale de tratare a aerului (marcate mai sus și identic în tabele cu numerele 1-4) este prezentat în tab. 1 și 2 și graficele din FIG. 6 și 7.
Etichete utilizate:
PO - preîncălzitor, DOH - reîncălzitor, AV - cameră de umidificare adiabatică, SZT - recuperare căldură, RC - circulație.
| FIG. 6 Consum zilnic de energie (07.00-19.00) | FIG. 7 consum de energie nocturnă (19.00 - 7.00) |
Consumul total de energie al stațiilor centrale de tratare a aerului investigate în perioada de iarnă în lunile octombrie-martie este prezentat în Tab. 3 și FIG. 8. În cele din urmă, cu o valoare cunoscută a consumului total de energie, gradul de economisire a energiei poate fi determinat în cazuri individuale ale centrului de aer condiționat (tabelul 4 și figurile 9 și 10).
| FIG. 8 Consumul total de energie | FIG. 9 Rata de economisire a energiei (MJ) |
Din rezultatele de mai sus este clar că rata de economisire a energiei în funcționarea echipamentelor cu circulație a aerului și recuperarea căldurii este semnificativă, aplicarea actuală a ambelor metode permite economii de energie de până la 79%.
În timpul lucrărilor de cercetare, a fost realizat un program de calcul pentru calculul precis și evaluarea analizei energetice. Folosind modelul fizic și matematic dezvoltat, consumul de energie în timpul funcționării de vară poate fi calculat în mod similar. Cu toate acestea, datorită sferei de aplicare limitate, această contribuție ar putea clarifica doar rezultatele analizelor legate de funcționarea de iarnă, nu conține rezultatele analizelor legate de funcționarea de vară.
Imagini: arhiva autorilor
Notă editori: Analiza consumului de energie pentru aerul condiționat, care a fost aleasă de autorii articolului, are alte proceduri utilizate în Slovacia. Vom încerca să le abordăm într-unul din următoarele numere ale revistei.