В связи с принятием в России ряда нормативных актов по энергосбережению целесообразно проанализировать показатели систем вентиляции и кондиционирования воздуха по расходу тепловой и электрической энергии и основные проводимые в этой связи мероприятия.

Условно мероприятия по энергосбережению в системах вентиляции (СВ) и кондиционирования воздуха (СКВ) делятся на 4 группы:
• организационные;
• объемно-планировочные и строительно-конструктивные;
• технические;
• утилизация вторичных энергоресурсов и использование природных теплоты и холода.
В системах вентиляции и кондиционирования воздуха существует большое число способов снижения расхода энергии. При этом рассматривается экономия как тепловой, так и электрической энергии. Потребление тепловой энергии указанными системами почти на порядок превышает потребление электрической энергии. Однако, учитывая стоимость электрической энергии, затраты на ее оплату могут быть значительными.

К организационным мерам относится контроль за использованием энергоносителей, позволяющий выявить фактическое потребление тепловой и электрической энергии, которое в общем случае может отличаться от проектной нагрузки зданий и сооружений. Это отличие поданным, полученным в результате эксплуатации систем теплоснабжения, может составлять до 30% от плановых (проектных) показателей. Организация такого контроля должна стимулировать.

Объемно-планировочные и строительно-конструктивные меры связаны с уменьшением тепловых потерь и теплопоступлений. Конкретная их реализация может быть связана:
• с выбором ориентации здания относительно;
• сторон света;
• с выбором формы здания в плане и по вертикали, применением солнцезащитных устройств; с уменьшением затрат энергии на искусственное освещение;
• с выбором степени и характера остекления. В целом эти мероприятия предусматриваются на стадии проектирования зданий, но могут быть реализованы и при эксплуатации.

К техническим мероприятиям относится энергосбережение посредством совершенствования систем и их элементов:
• уточнение расчетных условий (выбор расчетных температур наружного и внутреннего воздуха, правильный выбор необходимого количества наружного воздуха);
• уменьшение инфильтрации наружного воздуха (создание подпора, воздушных завес и т.д.);
• снижение потерь (изоляция трубопроводов и воздуховодов, уменьшение коэффициентов гидравлических и аэродинамических потерь, исключение утечек теплоносителя, повышение КПД оборудования);
• использование предварительного нагрева и охлаждения теплоносителей; комбинирование систем между собой (например, центральная и автономная системы кондиционировании воздуха) и с другими системами (например, комбинирование СКВ и системы отопления);
• автоматизация процессов теплоснабжения и подготовки воздуха;
• качественное и количественное регулирование.

Мероприятия по утилизации вторичныхэнергоресурсов и использование природных теплоты и холода включают:
• утилизацию теплоты и холода удаляемого вентиляционного воздуха, теплоты источниточников теплоты.
Некоторые из типовых мер по энергосбережению в системах вентиляции и кондиционирования воздуха с экспертными оценками потенциала энергосбережения приведены ниже в табл. I. Организационные меры
Управление мощностью систем позволяет повысить их энергетическую эффективность. Например, снижение температуры воздуха в нерабочее время. Действующие нормы допускают периодическое снижение температуры воздуха помещений при условии восстановления нормируемой температуры к началу использования помещения или к началу работы. Снижение нагрузки на СВ или СКВ при сокращении воздухообмена до минимального по санитарной норме дает ощутимую экономию энергии.

Сокращения суммарной продолжительности работы систем за сутки можно достичь периодическим включением/выключением этих систем. При этом возникают колебания температуры воздуха. Нормируемые ограничения на колебания параметров определяют условия периодического включения систем. Возможны такие ситуации, когда периодическое выключение недопустимо, и они должны работать постоянно.

Так как при периодическом включении систем вентиляции имеет место колебание температуры и других параметров внутреннего воздуха, то там, где такие колебания не допускаются, требуется синхронизация работы систем вентиляции и регулирования тепловой мощности системы отопления.

При круглогодичном использовании периодической вентиляции ее энергетическая эффективность возрастает. Работа системы вентиляции в режиме периодического включения может осуществляться вручную, с помощью таймера или вестись полностью автоматически. Наиболее удобно автоматическое регулирование включения вести по датчику концентрации углекислого газа или другой вредности.

Снижения расхода энергии в системах вентиляции и кондиционирования воздуха можно достичь, обеспечивая их работу с переменным расходом воздуха в зависимости от тепловой нагрузки. Снижение затрат на эксплуатацию систем может составлять до 30%. Такое регулирование имеет ограниченную область применения, т.к. изменение расхода воздуха может привести к нарушению принятой схемы организации воздухообмена в помещении или к невыполнению гигиенических или технологических норм подачи свежего воздуха. Глубина регулирования, как правило, не более 30% от максимального значения расхода воздуха. Кроме того, необходимо выполнять ограничения по минимальному расходу по санитарной норме.

Технические мероприятия
Рассмотрим одно из таких мероприятий — управление микроклиматом здания. Основным недостатком управления системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха с помощью средств локальной автоматики является то, что оно не учитывает фактический тепловой и воздушный баланс здания и реальные погодные условия: температуру и влажность наружного воздуха, скорость и направление ветра, солнечную радиацию. Поэтому под воздействием средств локальной автоматики СВ и СКВ не могут обеспечить оптимальный энергосберегающий режим эксплуатации.
Применение автоматизированных систем управления тепловым режимом (АСУ ТР) дает возможность существенно экономить тепловую энергию, которая достигается за счет:
• управления временем работы оборудования отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха согласно фактическим требованиям для различных помещений здания;
• регулирования оптимальной температуры воды, поступающей в систему отопления в соответствии с потребностью каждого помещения здания;
• учета теплопоступлений от солнечной радиации в тепловом балансе здания;
• учета количества инфильтрующегося воздуха в воздушном балансе помещения;
• исключения возможности одновременного подогрева и охлаждения воздуха вентиляционнои системой;
• использования теплоты вытяжного воздуха вентиляционной системой;
• ограничения пиковых расходов электроэнергии путем временного отключения потребителей энергии с учетом инерционного теплового режима помещений;
• регулировки отопления и вентиляции таким образом, чтобы тепловой режим помещений на разных этажах высокого здания не искажался.

Кроме того, при создании автоматизированной системы управления получается дополнительный экономический эффект за счет:
• сокращения объема обслуживания и ремонта в расчете на отдельную установку;
• увеличения срока службы оборудования вследствие дистанционного управления;
• автоматического регулирования и регистрации состояния и времени работы каждого механизма оборудования;
• снижения эксплуатационных расходов;
• уменьшения численности обслуживающего персонала, т.к. устранение неисправностей производится силами небольших специализированных бригад;
• повышения безопасности производства благодаря немедленной реакции на аварийную ситуацию.

По опыту эксплуатации АСУ ТР экономия энергии, по сравнению с системами отопления и вентиляции на местных регуляторах, может составлять 20—30% и более [3, 4]. Это дает возможность окупить дополнительные капитальные вложения в течение 2-3 лет.

Автоматизированную систему управления тепловым режимом рекомендуется проектировать комплексно для всего здания на основе анализа процессов обработки воздуха для зимнего, летнего и переходного периодов, с учетом графиков температур теплоносителей и тепловоздушных балансов в помещениях, с целью обеспечения экономной эксплуатации с минимальным расходованием тепловой и электрической энергии [3, 4].

АСУ ТР рекомендуется проектировать для зданий, оснащенных системами:
• приточной вентиляции производительностью Ютыс. мл/ч и более;
• приточной вентиляции, работающей с переменным количеством наружного и рециркуляционного воздуха;
• приточной вентиляции, совмещенной с воздушным отоплением;
• вытяжной общеобменной вентиляции при необходимости количественного регулирования;
• кондиционирования воздуха;
• воздушного отопления и душирования;
• центрального отопления, разделенными на зоны с учетом влияния ветра, солнечной радиации помещений;
• если по условиям производства требуется регулирование.

Утилизация теплоты вентиляционных выбросов
Системы вентиляции и кондиционирования воздуха являются значительными потребителями теплоты и холода. Для их экономии эти системы целесообразно укомплектовывать тепло-утилизаторами.

Утилизация теплоты вентиляционных выбросов может осуществляться следующими способами:
• рециркуляцией части вытяжного воздуха;
• применением теплообмен ни ко в-утилизаторов;
• применением тепловых насосов.

В СВ и СКВ наиболее распространены 3 основных типа теплоутилизаторов: рекуперативные (перекрестноточные) теплообменники; регенеративные (вращающиеся) теплообменники; системы с промежуточным теплоносителем, состоящие из двух теплообменников.

Перекрестноточный теплообменник состоит из алюминиевых пластин, которые создают систему каналов (рис. 1). В теплообменнике происходит передача теплоты между разделенными алюминиевыми пластинами потоками воздуха с различной температурой. Вытяжной воздух (зимой — теплый; летом — иногда более холодный, чем наружный) проходит через каждый второй канал теплообменника и нагревает пластины его образующие.

Приточный воздух проходит через остальные каналы и нагревается (летом охлаждается) при соприкосновении с нагретыми (охлажденными) вытяжным воздухом стенками каналов.

Определенным негативным явлением, сопровождающим процесс теплоутилизации, является возможность конденсации влаги из вытяжного воздуха. Для улавливания жидкой влаги теплоутилизатор необходимо оборудовать каплеуловителем и поддоном для сбора влаги. При низкой температуре наружного воздуха (—8—12 °С) возможно обледенение теплообменника. Для борьбы с этим явлением теплообменник оборудуют специальной системой автоматики, с помощью которой периодически осуществляется процесс размораживания теплообменника. Вторым распространенным видом теплоутилизаторов является вращающийся теплообменник. Его основа — насадка, состоящая из наружной стальной обечайки и внутренних чередующихся обечаек из гладкой и гофрированной алюминиевой фольги. Пластины периодически попадают в канал вытяжного и приточного воздуха.

Вытяжной воздух, имеющий в холодное время года более высокую температуру, нагревает листы насадки. Далее листы (при вращении насадки) приходят в соприкосновение с холодным наружным воздухом. Здесь происходит передача теплоты от насадки к обдувающему ее воздуху. Эффективность теплоутилизатора зависит от времени контакта насадки с воздухом, которое регулируется изменением числа оборотов. Энтальпийные (сорбирующие) теплообменники позволяют утилизировать как явную, так и скрытую теплоту, соответственно, имеют более высокую эффективность.

Недостаток вращающихся теплоутилизаторов — перетекание воздуха из зоны приточного воздуха в вытяжной, и наоборот. Если перетекание воздуха недопустимо, то вращающийся теплоутилизатор не используется. Из потока вытяжного воздуха на поверхность насадки может выпадать конденсат, улавливаемый каплеуловителем с поддоном, из которого вода непрерывно должна удаляться в канализацию. Если перетекание воздуха недопустимо или расстояние между приточной и вытяжной системами велико, то может применяться система с промежуточным теплоносителем. Система состоит из двух теплообменников, расположенных в потоках вытяжного и приточного воздуха и соединенных между собой трубопроводами. Система заполняется незамерзающей жидкостью, которая нагревается вытяжным воздухом и охлаждается приточным. Теплообменник, расположенный в вытяжном воздухе, укомплектовывают каплеуловителем, т.к. в данном аппарате возможно выпадение конденсата, который должен непрерывно удаляться в канализацию из специального поддона.

Сравнительные характеристики по эффективности различных типов утилизаторов теплоты приведены в табл. 2 [ 1]. Наиболее подробная классификация мер по энергосбережению приведена в литературных источниках [1] и [2]. В данной статье представлены лишь некоторые способы, показательные с точки зрения энергосбережения.

Источники
[1] Энергосбережение в системах тепло снабжения, вентиляции и кондиционирова-ния воздуха Справочное пособие/Под ред. Л Д. Богуславского и В И.Ливчака — М. Стрсшэдат, 1990.
[2] Нарпис ЕЕ. Энергосбережение в системах кондиционирования воздуха. — М.: Строииэдат. 1986
[3] Пособие по проектированию автоматизированных систем травления мин-ронпиматом производственных зданий [КСНИП2.О4.О5-8Б]/НИИСФ — М.: Стройиздат. 198В.
[4] Рекомендации по проектированию измерительнс-зычис-лительных ком плен-сов с использованием мини-ЭВМ для управления системам отопления эда-ний/НИИСФ — М.: Стройиздат. 1985.