Energoefektivitāte ventilācijas un gaisa kondicionēšanas ... · pieplūdes un nosūces gaisam;...
Transcript of Energoefektivitāte ventilācijas un gaisa kondicionēšanas ... · pieplūdes un nosūces gaisam;...
Rīgas Tehniskā universitāte
Enerģētikas un elektrotehnikas fakultāte
Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūts
www.videszinatne.lv
Energoefektivitāte ventilācijas
un gaisa kondicionēšanas
sistēmās: normatīvi un
pieredze Latvijā un pasaulē
prof. Andra Blumberga
Energoefektivitātes trilemma
Apģērbs
Metaboliskais siltums/ cilvēka
aktivitāte
Klimata un sezonālās izmaiņas
Vecums un dzimums
Uzturēšanās ilgums telpās
Gaisa temperatūra
Gaisa kustības ātrums
Gaisa mitrums
Apkārtējo ķermeņu
temperatūra (starošanas temperatūra)
Cilvēka ķermeņa komfortu ietekmē:
Komfortabli apstākļi
Cilvēks nejūt aukstumu;
Cilvēks nejūt karstumu;
Cilvēks nejūt gaisa kustību ap sevi
Cilvēks jūtas komfortabli tādā vidē, kur
no viņa tiek novadīts tieši tik daudz
siltuma un mitruma, cik izstrādā viņa
ķermenis
Piemērs: produktivitātes kritums ēkās ar
gaisa kondicionēšanu
Avots:
Gaisa piesārņojums
Dzīves vietās:
Cilvēki;
Izgarojumi no mēbelēm,
būvmateriāliem, paklājiem,
tīrāmajiem līdzekļiem;
Putekļu daļiņas no degšanas
procesa;
Piesārņots āra gaiss netālu no
rūpnīcām un ielām un ceļiem;
Smēķēšana – nepieciešams
55-60 m3/h cilv. svaiga gaisa
Darba vietās:
Dažādas ķīmiskas vielas
Tiek noteikts maksimālais
piesārņojuma līmenis (ppm);
Daudzām vielām vēl joprojām
nav pierādīta ietekme uz
cilvēka organismu;
Piesārņojuma līmenis ir kā
viens no galvenajiem izejas
datiem ventilācijas un gaisa
kondicionēšanas aprēķinos
Pieplūdes gaisa daudzums ir atkarīgs no:
Siltuma izdalījumiem telpā;
Mitruma izdalījumiem telpā;
Kaitīgo vielu daudzuma.
Aprēķinos izmanto maksimālo vērtību.
Empīriskās gaisa apmaiņas kārtas vērtības dažādās
telpās
telpa
gaisa apmaiņas kārta, 1/h
WC 6…10 akumulatoru telpas 4…6 vannas istabas 4…6 stādaudzētavas 5…15 bibliotēkas 3…5 dušas telpas 20…30 biroji 3…6 krāsotāja darbnīca 5…10 krāsošanas kameras 20…50 garāžas 4…5 ģērbtuves 3…6 viesu istabas 5…10 auditorijas 8…10 ēdnīcas 6…8
universālveikali 4….6
kinoteātri un teātri 4…6
laboratorijas 15…20
veikali 6….8
operāciju zāles 15…20
datorlaboratorijas 60….65
baseini 3…4
konferenču zāles 6….8
ēdamistabas 4…6
seifi 3…6
ģerbtuves baseinā 6…8
veļas mazgātavas 10….15
ražošanas cehi bez specifiskiem piesārņotājiem 3….6
skolas, slimnīcas, virtuves speciālas tabulas
Sausā termometra
temperatūra;
Mitrā termometra
temperatūra;
Relatīvais mitrums;
Mitruma saturs;
Entalpija;
Gaisa blīvums.
GALVENIE GAISA
PARAMETRI
Gaisa apstrādes procesi
Sildīšana
Dzesēšana
Mitrināšana
Sausināšana
Rīgas Tehniskā universitāte
Enerģētikas un elektrotehnikas fakultāte
Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūts
www.videszinatne.lv
Likumdošana Latvijā
LBN 231-15 “Dzīvojamo un publisko ēku apkure un ventilācija”
LVS EN 13779:2007 “Nedzīvojamo ēku ventilācija. Ventilācijas un gaisa kondicionēšanas
sistēmu veiktspējas prasības “
LVS EN 15239:2007 “Ēku ventilācija. Ēku energoefektivitāte. Ventilācijas sistēmu
inspicēšanas vadlīnijas “
LVS EN 15240:2009 L “Ēku ventilācija. Ēku energoefektivitāte. Gaisa kondicionēšanas
sistēmu pārbaudes vadlīnijas”
LVS EN 15241:2009 L “Ēku ventilācija. Aprēķina metodes ventilācijas un infiltrācijas radīto
enerģijas zudumu noteikšanai nedzīvojamās ēkās”
LVS EN 15242:2009 L “Ēku ventilācija. Aprēķina metodes gaisa apmaiņas noteikšanai ēkās
(ieskaitot infiltrāciju)”
LVS EN 15243:2009 L “Ventilācija ēkām. Telpu temperatūras, kā arī siltumslodzes un
enerģijas aprēķins ēkām ar telpu kondicionēšanas sistēmām“
LVS EN 15251:2007 “Telpu mikroklimata (gaisa kvalitātes, temperatūras režīma,
apgaismojuma un akustikas) parametri ēku projektēšanai un to energoefektivitātes
novērtēšanai”
LVS EN ISO 15265:2004 “Aukstas un karstas vides ergonomika - Apdraudētības
noteikšanas stratēģija stresa vai sliktas pašsajūtas profilaksei aukstos un karstos darba
apstākļos”
LVS EN 15265:2007 “Ēku energoefektivitāte. Telpu apsildīšanas un dzesēšanas
energovajadzību rēķināšana ar dinamiskām metodēm. Vispārīgie kritēriji un validēšana”
LVS EN 12792:2004 “Ēku ventilācija - Simboli, terminoloģija un grafiskie simboli”.
LBN 003-01 “Būvklimatoloģija”
LBN 231-15 “Dzīvojamo un publisko ēku
apkure un ventilācija”
96. Ventilācijas sistēmu ražīgumu aprēķina atbilstoši izejas datiem.
Ventilācijas sistēmu ražīgumam jābūt pietiekamam, lai nodrošinātu svaiga
gaisa padevi, apmierinošu komfortu vai tehnoloģiskos apstākļus
apkalpojamā zonā. Telpas gaisa piesārņojuma avotus novērtē atbilstoši
standartam LVS EN ISO 7730:2006 (....) un standartam LVS CR 1752:2008
(....), ja projektēšanas uzdevumā attiecīgās ēkas ekspluatācijai nav
paredzētas īpašas prasības.
97. Ja vienīgais telpas gaisa piesārņojuma avots ir cilvēki, svaigā gaisa
padeves absolūtais minimums ir 15 m3/h uz cilvēku.
Komforta prasības (ISO 7730)
Vasara Ziema
Operatīvā temperatūra 23-26C 20-24C
Gaisa temperatūras starpība
1,1 m un 0,1 m virs grīdas
< 3C < 3C
Vidējais gaisa ātrums < 0,25 m/s < 0,15 m/s
Direktīva 2009/125/EK par ekodizaina
prasībām pret ventilācijas iekārtām
stājas spēkā sākot ar 2016. gada 1.janvāri
nosaka prasības gan dzīvojamo māju iekārtām, gan
nedzīvojamo ēku gaisa apstrādes iekārtām
Enerģijas patēriņš ES
50% tiek patērēti
ventilācijai un
gaisa
kondicionēšanai
Ventilācijas un
GK sistēmas
Tradicionālie
risinājumi
Alternatīvie risinājumi
Pasīvās solārās sistēmas un dabīgā ventilācija gaisa kondicionēšanas vietā;
Jūtamās dzesēšanas sistēmu un ventilācijas atdalīšana;
Ventilācijas sistēmas ar zemu gaisa kustības ātrumu un maināmu gaisa daudzumu;
Ēkas masivitātes izmantošana aukstuma slodzes nobīdīšanai uz nakti;
Aizvietojošās ventilācijas izmantošana;
Iztvaikošanas dzesēšanas izmantošana;
Sausināšanas izmantošana dzesēšanā;
Utt.
Piemērs: Nihon University ēka
http://www.ibec.or.jp/jsbd/Z/tech.htm
Gaisa apstrādes sistēmas
• Dabīgā ventilācijas sistēma
• Mehāniskā ventilācijas sistēma
• Vietējā
• Centrālā
• Hibrīdventilācija
Ventilācijas sistēmas
• vietējā
• centrālā
Gaisa kondicionēšanas
sistēmas
Rīgas Tehniskā universitāte
Enerģētikas un elektrotehnikas fakultāte
Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūts
www.videszinatne.lv
VENTILĀCIJAS SISTĒMAS
Ventilācijas sistēmas
Dabīgā ventilācija
Mākslīgā (mehāniskā) ventilācija
Hibrīdventilācija
Rīgas Tehniskā universitāte
Enerģētikas un elektrotehnikas fakultāte
Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūts
www.videszinatne.lv
DABĪGĀ VENTILĀCIJA
Viegli izveidojama telpās ar nelielu gaisa apmaiņas kārtu
Grūti kontrolējama
Atkarīga no āra gaisa parametriem, ēkas konstrukcijas, novietojuma, būvniecības kvalitātes utt.
Apdzīvotās vietās tā saistīta ar āra gaisa piesārņojumu, trokšņu līmeni
Ēkās, kur nepieciešama pastiprināta drošība, to nevar izmantot
Tiek izmantota energoefektīvās ēkās.
Dabīgās ventilācijas darbība
Vēja efekts
Skursteņa efekts
Vēja un skursteņa kombinētais efekts
Dabīgās ventilācijas izmantošanu
ierobežojošie faktori
Maksimālais telpas dziļums
Vēja ātrums
Bezvēja biežums
Izmeši
Telpas gaisa parametri
Piemērs: vēja nosūces un pieplūdes:
Velsas parlaments
www.bbc.co.uk/wales/southeast/sites/assembly/
http://www.publicserviceevents.co.uk/wshop_pdf/sp08_rationel_ruralzed.pdf
Piemērs: aktīvā dabīgās ventilācijas sistēma
Piemērs: vēja torņu modernais risinājums
Vēja tornis ar saules
skursteni:
Vējainā laikā
darbojas vēja tornis
(līdz 20 h-1 pie vēja
ātruma 1 m/s);
Bezvēja laikā
darbojas vēja tornis
+ saules skurstenis
(līdz 60 h-1)
Rīgas Tehniskā universitāte
Enerģētikas un elektrotehnikas fakultāte
Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūts
www.videszinatne.lv
MEHĀNISKĀ
VENTILĀCIJA
Mehāniskās ventilācijas sistēmu veidi
Pieplūdes-nosūces sistēma;
Vietējās nosūces;
Vietējās pieplūdes;
Gaisa aizkari;
speciālie ventilatori.
Nosūces ventilācija Pieplūdes ventilācija
Pieplūdes-nosūces
ventilācija
Energoefektīva pieplūdes-nosūces sistēma
HIBRĪDVENTILĀCIJA
Kāpēc hibrīdventilācija?
Dabīgās ventilācijas enerģijas patēriņš ir neliels;
Tās lietojumu ierobežo:
klimats
Siltuma izdalījumi
Ar gaisa kondicionēšanu var nodrošināt
sistēmas vadību, taču tas tiek sodīts ar enerģijas
izmaksām
Hibrīdventilācija - dabīgā ventilācija un
mehāniskās sistēmas darbojas, viena
otru papildinot.
Ēkas ar hibrīdventilāciju
Daudz līdzības ar ēkām ar dabīgo ventilāciju;
Tām ir daudz zemas enerģijas ēkas
raksturlielumi:
Laba siltumizolācija
Blīvas
Laba saules enerģijas patēriņa vadība
Laba dienasgaisma
Energoefektīvs mākslīgais apgaismojums
Masīva konstrukcija
Nakts ventilācija
Vienmēr tiek izmantota hibrīdventilācijas sistēmās;
Var būt gan dabīgā, gan mehāniskā;
Automātiska logu vai atvērumu atvēršana;
Darbību kontrolē ar temperatūru starpību
Piemērs
- The Ionica building, Cambridge
- Atvērtā plānojuma biroju ēka un telpas ar lieliem siltuma izdalījumiem (datu centri un laboratorijas)
- Masīva konstrukcija un efektīva mehāniskā ventilācija
- Ātrijs un vēja torņi
- Nakts dzesēšana
- Dažas zonas ar dzesēšanu
Rīgas Tehniskā universitāte
Enerģētikas un elektrotehnikas fakultāte
Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūts
www.videszinatne.lv
GAISA
KONDICIONĒŠANAS
SISTĒMAS
http://www.reliant.com/en_US/Page/Generic/Public/esc_purchasing_advisor
_rotary_screw_chillers_bus_gen.jsp
Centrālā GK sistēma
Vietējās GK sistēmas
Vietējie kondicionieri;
Gaisa dzesēšanas/sildīšanas ierīces (fan coil);
Aukstie griesti (chilled beams)
GAISA SADALES IERĪCES
Gaisa sadales sistēmas
Samaisīšanās (mixing) Aizvietošana (displacement)
• virzuļa (piston)
Katrai telpai ir gaisa plūsmas kontrole
1 gaisa plūsmas kontrole uz visu zonu
Rīgas Tehniskā universitāte
Enerģētikas un elektrotehnikas fakultāte
Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūts
www.videszinatne.lv
ENERĢIJAS PATĒRIŅA
SAMAZINĀJUMS
Siltuma atgūšanas metodes
Recirkulācija
Siltuma rekuperatori – aparāti, kuros siltuma un
mitruma apmaiņa starp āra un recirkulācijas gaisa
plūsmām notiek caur atdalošo sieniņu:
Plākšņu
Savienotās baterijas
Siltuma reģeneratori – aparāti, kuros caur masīvu
kontaktslāni, kas labi akumulē un atdod siltumu un
mitrumu, pārmaiņus plūst āra vai recirkulācijas
gaiss.
Rotējošais
Recirkulācija
Recirkulācija
Plusi:
Tiek izmantota nosūces
gaisa entalpija;
Zemākas uzstādīšanas
izmaksas salīdzinot ar
citiem siltuma atgūšanas
aparātiem;
Zemākas uzturēšanas
izmaksas
Mīnusi:
Max noteiktas
samaisīšanās
proporcijas;
Netīrais nosūces gaiss
samaisās ar pieplūdes
gaisu;
Ierobežota lietošana
Rotējošais siltuma utilizators
Siltuma efektivitāte līdz pat 80%(pretējas plūsmas, jo paralēlu plūsmu gadījumā efektivitāte ir uz pusi mazāka):
no 01.01.2016.: min 67%*;
no 01.01.2018.: min 73%*
Mazs spiediena kritums;
Aizņem nedaudz vietas;
Aprīkots ar automātisko kontroli;
Nedrīkst lietot vietās, kur pieplūdes gaiss nedrīkst saskarties ar nosūces gaisu.
* - efektivitāte pie āra gaisa un iekštelpu temperatūras starpības 13 K bezkondensācijas apstākļos (nosūces
gaisa RM –0%)
Rotējošais siltuma utilizators
•Siltuma pāreja ir atkarīga no:
•Gaisa plūsmas un
temperatūras starpības
pieplūdes un nosūces gaisam;
•Gaisa kustības ātruma
utilizatorā;
•Relatīvā mitruma nosūces
gaisā
•Izgatavots no alumīnija vai
plastmasas;
•Rotora griešanās ātrums 0…15
apgr/min
Rotējošo siltuma utilizatoru veidi
Kondensēšanās (nehigroskopisks rotors):
jūtamais siltums no nosūces gaisa nonāk pieplūdes
gaisā;
nosūces gaiss rotorā nokrīt zem rasas punkta
temperatūras un izkrīt kondensāts, kas nonāk
pieplūdes gaisā
sorpcijas (higroskopiskais) rotors:
Alumīnijs ir pārklāts ar speciālu klājumu, kas uzsūc
mitrumu no nosūces gaisa un to nodod pieplūdes
gaisam (tiek pārnests gan jūtamais, gan slēptais
siltums)
Plākšņu siltuma utilizators
Plākšņu siltuma utilizators
Siltuma efektivitāte: No 01.01.2016.: min 67%*;
No 01.01.2016.: min 73%*.
Atkausēšanas režīmā un vasarā darbojas apkārtgaitas vārsts;
Var lietot vietās, kur pieplūdes gaiss nesaskaras ar nosūces gaisu
* - efektivitāte pie āra gaisa un iekštelpu temperatūras starpības 13 K bezkondensācijas apstākļos (nosūces
gaisa RM –0%)
Plākšņu siltuma utilizators
Siltuma pāreja ir atkarīga no:
• Gaisa plūsmas un temperatūras starpības
pieplūdes un nosūces gaisam;
• Gaisa kustības ātruma utilizatorā;
• Relatīvā mitruma nosūces gaisā.
Āra gaiss
Nosūces
gaiss
Atkausēšanas režīms
Nepieciešams, ja āra gaisa temp.<-7°C
Atkausēšanas režīmi: Pieplūdes vārsti uz utilizatora veras ciet viens aiz otra
(katrs 15 min stundas laikā)– temperatūras efektivitāte ir 90% no max efektivitātes*;
Ventilatora izslēgšana vai gaisa daudzuma samazināšana;
“aukstā stūra” kontrole – ja temp. visaukstākajā siltuma utlizatora stūrī ir zem +2°C, daļa vārstu aizveras un gaiss iet pa apkārtgaitu – max temp.efektivitāte samazinās par 20-40%*.
* - jāņem vērā, aprēķinot sildītāja jaudu.
Nosūces
gaiss
Sajaukšanās
vārsts
Sūknis Āra
gaiss
Siltuma pāreja ir atkarīga no:
•Gaisa plūsmas un temperatūras starpības pieplūdes un nosūces gaisam;
•Gaisa kustības ātruma utilizatorā;
•Relatīvā mitruma nosūces gaisā;
•Cirkulējošā šķidruma.
Savienoto bateriju siltuma utilizators
Siltummainis ar siltumnesēju (antifrīzu)
Siltuma efektivitāte:
No 01.01.2016.: min 63%*
No 01.01.2018.: min 68%*
Vietās, kur pieplūde atrodas tālu
no nosūces;
Aprīkots ar automātisko kontroli
pret aizsalšanu;
Aiz nosūces baterijas jāliek
pilienu ķērājs;
Process I-d diagrammā kā
sildīšanai (d=const).
* - efektivitāte pie āra gaisa un iekštelpu temperatūras starpības 13 K bezkondensācijas apstākļos (nosūces
gaisa RM –0%)
Ventilatoru SEL faktors
SEL – īpatnējais elektrības efektivitātes
rādītājs – cik daudz enerģijas
nepieciešams, lai pa gaisa vadiem
transportētu 1 m3 gaisa
Jaunām ventilācijas sistēmām SEL nosaka
Ekodizaina direktīvas prasības, atkarībā
no iekārtas veida.
Direktīva 2009/125/EK par ekodizaina
prasībām pret ventilācijas iekārtām
Nedzīvojamo ēku ventilācijas iekārtām jābūt:
Ventilatoriem vai nu ar vairāku pakāpju
ātrumu kontroli vai bezpakāpju kontroli;
Visām iekārtām jābūt siltuma atgūšanai;
Visām siltuma atgūšanas iekārtām jābūt ar
siltuma apkārtgaitas vārstu, lai siltuma
atgūšanas efektivitāte būtu 0%
GAISA DZESĒŠANA,
IZMANTOJOT ADIABĀTISKO
MITRINĀŠANU
Adiābātiska nosūces gaisa
dzesēšana
Gaisa sausināšana: sorpcijas
reģenerators
Rotori: vairāki ražotāji dažāda izmēra iekārtas ar kvarca gēls vai litija hlorīds: šobrīd ekonomiski izdevīgi virs 10000 m3/h
Slapjie sausinātāji: pagaidām tikai pilotprojekti ar litija hlorīdu
Sausināšana un iztvaikošanas dzesēšana
(desiccant and evaporative cooling (DEC))
PARADIGMAS MAIŅA
ĒKU BŪVNIECĪBĀ
Statiskas ēkas
Klimata adaptīvas
ēkas
Klimata adaptīvas ēkas norobežojošās
konstrukcijas: mainīgie lielumi
Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūts
Siltumenerģija
Optika Gaisa plūsma
Elektrība
R.Loonen, Climate Adaptive Building Shells, MSc Thesis, 2010
Klimata adaptīvas ēkas norobežojošās
konstrukcijas
Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūts
Tehnoloģisko risinājumu izstrādes metodes:
• Pasīvie risinājumi, fizikālas parādības
• Algoritmi, sensori, vadība
• Biomimikrija
Ūdens siena
q'
q’'
q'=q’'q' – siltuma zudumi
q'’ - siltuma atgūšana
-30 oC
+20 oC
+5 oC
Zemes siltummainis
Ūdens siena
Telpa
Āra gaiss
Grunts
0 oC
+3 oC
Gatis Žogla, inovatīvu pieeju izmantošana ēku energoefektivitātes
politisko un tehnoloģisko risinājumu modelēšanā, Promocijas darbs,
RTU, 2012
Klimata adaptīvas ēkas norobežojošās
konstrukcijas piemērs
Klimata adaptīvas ēkas norobežojošās
konstrukcijas
Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūts
Mainīga caurspīdīgo konstrukciju gaismas
caurlaidība
Hoberman, C. (2009) Adaptive fritting
http://hoberman.com/portfolio/gsd.php?projectname=Adaptive%20Fritting
Klimata adaptīvas ēkas norobežojošās
konstrukcijas
Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūts
Mainīga caurspīdīgo konstrukciju U vērtība
Gruber, P. (2008), ‘The signs of life in architecture’, Bioinspiration &
Biomimetics 3(2): 1-9
Klimata adaptīvas ēkas norobežojošās
konstrukcijas
Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūts
Gaisa apmaiņa, vēdināšana
Imbabi, M. (2006) ’Modular breathing panels for energy efficient, healthy
building construction‘,
Renewable Energy 31(5): 729-738
Klimata adaptīvas ēkas norobežojošās
konstrukcijas
Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūts
Elpojoša siena
Badarnah, L. and Knaack, U. (2007) ‘Bio-Inspired Ventilating System for Building Envelopes’, in
Proceedings
of the International Conference of the 21st Century: Building Stock Activation, Tokyo, Japan. pp: 431-438
2017.gadā
RTU Vides aizsardzības un siltuma
sistēmu institūts izdos grāmatu
par ēku energoefektivitāti