Реальная энергоэффективность систем кондиционирования

23 ноября 2009 года Президент России Дмитрий Медведев подписал Федеральный закон «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации». Это означает, что важность эффективного и рационального использования энергетических ресурсов признана на самом высоком государственном уровне. В связи с этим очень актуальными становятся энергосберегающие технологии, в том числе и в области кондиционирования воздуха.

Кондиционеры Daikin, поставляемые в Россию компанией Daichi, полностью соответствуют положениям нового закона и даже упреждают его требования. К примеру, на кондиционерах Daikin уже указан класс энергоэффективности (по закону на продающихся в стране бытовых приборах подобная маркировка станет обязательной лишь с 1 января 2011 года).

На седьмом Международном конгрессе «Экономические преимущества интеллектуальных зданий», прошедшем в ноябре 2008 года в Москве, был дан следующий прогноз: «Стоимость энергоресурсов в России будет расти на 25–30 % ежегодно и к 2011 году сравняется с европейскими показателями (около 15 евроцентов за 1 кВт/ч). Все это говорит о том, что вопросы энергосбережения вскоре выйдут если не на главное, то на одно из первых мест. Владельцы зданий уже сейчас сталкиваются с вопросами оптимизации текущих затрат при эксплуатации объектов».

Рис. 1. Структура энергопотребления офисным зданием

Энергопотребление систем кондиционирования и вентиляции (СКВ) имеет большое значение, поскольку для жилых, административных и офисных помещений доля, приходящаяся на СКВ в общем годовом энергопотреблении, составляет около 20 % только на охлаждение и до 47 %, если используется теплонасосная система отопления, что существенно влияет на эксплуатационные расходы по содержанию здания (рис. 1).

Энергопотребление определяется теплопоступлениями в кондиционируемое помещение и энергоэффективностью системы кондиционирования, обеспечивающей отвод из помещения этого тепла. Соответственно, энергосбережение на кондиционирование здания можно обеспечить двумя путями: либо сократив теплопоступления, либо повысив энергоэффективность системы кондиционирования.

Теплопоступления в кондиционируемые помещения современных зданий изменяется. Европейские эксперты сегодня называют несколько факторов, влияющих на теплопоступления в офисные помещения.

Повышению теплопоступлений в помещения в теплый период года способствуют:

• Потепление климата: рост температур наружного воздуха и влажности в теплый период года и возрастание в связи с этим потребности в холоде на охлаждение и особенно на осушение.
• Проектирование зданий с новыми характеристиками, не все из них обеспечивают снижение теплопоступлений: распространены атриумы; увеличена площадь остекления относительно площади пола; здания имеют не всегда прямоугольные очертания.
• Высокая плотность размещения оборудования и персонала.
• Рост технической оснащенности рабочих мест. Увеличивается мощность компьютерного оборудования на рабочих местах.
• Постепенный переход на поддержание более низких температур в рамках, предусмотренных нормативами в теплый период года, например, на 23 °C вместо 25 °C.
• Увеличение кратности воздухообменов как следствие расширения знаний о здоровье и гигиене воздушной среды.

Снижению теплопоступлений в помещения в теплый период года способствуют:

• Значительное улучшение качества теплоизоляции стен и остекления.
• Повышение экономичности офисного оборудования, что ограничивает рост внутренних тепловыделений.

В итоге снижение внешних теплопоступлений компенсируется ростом внутренних тепловыделений, и потребность типового офисного здания в холоде в настоящее время не претерпевает существенных изменений. Поэтому единственным источником энергосбережения остается повышение энергоэффективности СКВ. Энергоэффективность — это отношение полезного эффекта к потребляемой энергии. Критериев оценки энергоэффективности несколько. Важно выбрать для сравнения наиболее полно отражающий реальное энергопотребление показатель.

Для оценки энергоэффективности холодильных машин и кондиционеров используется специальный коэффициент EER (Energy Efficiency Ratio). В соответствии со стандартом Eurovent он определяется как отношение холодопроизводительности к энергопотреблению (холодильный коэффициент), вычисленное при стандартных условиях (табл. 1).

В зависимости от величины коэффициента энергоэффективности оборудование причисляется к тому или иному классу энергопотребления. Например, в Европе к самому высокому классу — «А» относят оборудование с EER > 3,2. Кондиционеры и холодильные машины Daikin, поставляемые в Россию, относятся к классам «А» и «В».

Рис. 2 Холодильный коэффициент кондиционера Daikin при различной температуре наружного воздуха	Рис 3. Холодильный коэффициент кондиционера Daikin при различной нагрузке

К сожалению, этот показатель не учитывает то, что климатическое оборудование является многорежимным, не всегда работает с полной нагрузкой и часто — не при расчетных температурах наружного воздуха.

Проанализируем факторы, которые следует принимать во внимание при определении реальной энергоэффективности системы кондиционирования и годового потребления электроэнергии.

Во первых, кондиционеры практически не эксплуатируются при «стандартных условиях». Согласитесь, что поддержание летом в помещении температуры воздуха +27 °С (табл. 1) нетипично для России.

Рис. 4 Энергопотребляющие компоненты систем охлаждения СКВ

Холодильный коэффициент оборудования постоянно меняется в зависимости от многих параметров эксплуатации. На рис. 2 приведены его значения для кондиционера Daikin в зависимости от изменения температуры наружного воздуха. Из рисунка видно, что большую часть времени кондиционер Daikin работает с холодильным коэффициентом, намного превышающим значение коэффициента энергоэффективности, определенного по стандартам Eurovent.

Во вторых, влияет на изменение холодильного коэффициента и величина тепловой нагрузки (рис. 3).

Чтобы учесть эти факторы, Eurovent рекомендует использовать сезонный холодильный коэффициент ESEER (European Seasonal Energy Efficiency Ratio), который рассчитывается по значениям холодильных коэффициентов оборудования при указанной тепловой нагрузке и соответствующей температуре воздуха или воды, охлаждающих конденсатор, и с учетом весовых долей нагрузки в годовом энергопотреблении.

ESEER = 0,03 × EER100 % + 0,33 × EER75 % + 0,41 × EER50 % + 0,23 × EER25 %

Температурные и нагрузочные параметры для расчета энергоэффективности систем с воздушным и водяным охлаждением, определенные Eurovent, приведены в табл. 2.

К сожалению, и коэффициент ESEER не позволяет точно определить годовое энергопотребление. Например, для офисного здания тепловая нагрузка при температуре наружного воздуха +20 °С обычно составляет не менее 80 %, а не 25 %, как это принято при расчете ESEER.

Кроме того, нужно помнить, что при определении коэффициентов EER и ESEER не учитывается потребление энергии большей частью элементов системы кондиционирования. Более того, разница в наборе этих элементов существенно затрудняет сравнение систем с непосредственным охлаждением (VRV) и систем с промежуточным теплоносителем (чиллер-фэнкойл).

На рис. 4 представлены основные элементы различных систем кондиционирования и вентиляции. Зеленым цветом отмечено оборудование, потребляемая мощность которого учитывается при определении EER и ESEER.

По экспертным оценкам, на блоки VRF-системы приходится 5–10 % от энергопотребления холодильной машины, на фэнкойлы — 10–18 %, на насосную группу одного контура — 8–15 %, на сухие охладители — 10–15 %, на градирни — 5–12 %.

Для определения реальной энергоэффективности следует вычислить сезонный холодильный коэффициент для всей системы охлаждения с учетом энергопотребления дополнительного оборудования (таблица 3).

Полученные результаты свидетельствуют о том, что необходимо учитывать все факторы, влияющие на энергоэффективность. Например, чиллеры с водяным охлаждением имеют самые высокие холодильные коэффициенты, но система охлаждения с их использованием уступает VRF-системе. Это объясняется тем, что компрессор VRF-системы не только участвует в производстве холода, но и создает перепад давлений, обеспечивающий транспортировку хладагента.

Рис. 5. Удельное энергопотребление в здании в течение года

Однако и такой подход к определению реальной энергоэффективности систем кондиционирования и вентиляции обладает определенными погрешностями.

Можно ли, например, точно определить, сколько электроэнергии будет потреблять в год предлагаемая система кондиционирования в здании? Если речь о системе VRV Daikin, то да.

Компания Daichi предлагает использовать для этой цели программу расчета и подбора оборудования Daikin «VRV PRO». Она моделирует работу системы кондиционирования в здании в реальных условиях эксплуатации с изменением всех исходных параметров каждый час в течение года. На рис. 5 приведены результаты такого расчета для здания делового центра в Москве, из которых следует, что стоимость электроэнергии, потребляемой системами VRV Daikin, составит 65 российских рублей в год на каждый квадратный метр кондиционируемой площади.

Статья подготовлена Техническим центром компании Daichi