Энергосбережение при применении частного регулирования производительности по воздуху вентиляторов систем вентиляции и кондиционирования воздуха.

Сравним годовое потребление энергоресурсов системой вентиляции образовательного учреждения, расположенного в Москве, при круглосуточной рабо­те с максимальной нагрузкой и при работе в следу­ющем режиме теплопотребления:

Максимальная часовая вентиляционная нагрузка Q_в^р=1,09Гкал/ч. Расчетная температура внутренне­го воздуха равна t_в=20°С. Расчетная температура наружного воздуха t_н^р = -28 °С. Продолжительность отопительного периода — 214 суток, средняя темпе­ратура наружного воздуха за отопительный период — t_н^ср=-3,1°С. Коэффициент аэродинамической ха­рактеристики вентиляционной сети равен

к_с= 3·10^-8 кг·ч²/(м⁸).

Средняя за отопительный период вентиляционная нагрузка равна:

Q_в^ср = [Q_в^р (t_в - t_н^ср)/( t_в - t_н^р)] =1,09 (20+3,1)/(20+28) = 0,525 Гкал/ч.

Расход теплоты за отопительный период при пол­ной производительности по воздуху равен:

Q_в^от = [Q_в^р (t_в - t_н^ср)/( t_в - t_н^р)] n₀ = 1,09 (20+3,1)/(20+28) · 214 · 24 = 2694 Гкал/год.

Применение энергосберегающего графика рабо­ты вентиляционной системы (см. выше) позволяет сни­зить теплопотребление приточной системой до рас­четного значения, равного:

Q_вЭ^от =[2·0,7 + 10 + 12 · 0,3] Z₀ = 0,525 (15) · 214 = 1685 Гкал/год,

где: Z₀ — продолжительность отопительного периода в сутках.

Экономия теплопотребления в результате реализации экономного графика работы вентиляции составит

∆Q = 2694 - 1685 = 1009 Гкал/год,

или

1,961 · 10 ⁶ кВт-ч тепловой энергии.

Вторая составляющая экономии энергоресурсов представлена электроэнергией, расход которой приходится на привод вентилятора. Что касается расхода тепловой энергии, то неважно, как регулируется расход воздуха. В формулы для расхода тепловой энер­гии входит только часовой расход теплоты.

Максимальный массовый расход воздуха в системе вентиляции может бытьрассчитан как:

G = Q_в^ср ·10⁹/(с_р(t_в - t_н^ср)·ρ)= 0,525·10⁹/((1005/4,9) · (20+3,1) · (353/(273+20)) = 78600м³/ч,

где: с_р — теплоемкость воздуха, кал/(кг·К);

ρ — плотность воздуха, кг/м³.

В соответствии с предлагаемым графиком работы вентиляционной системы расходы воздуха при 70 % и 30 % производительности составят, соответственно,

55 000 и 24 000 м³/ч.

Далее возможны два пути регулирования произ­водительности системы вентиляции по воздуху:

1.дросселирование с помощью шиберной за­слонки;

2.регулирование производительности по воздуху с применением частотно-регулируемого привода электродвигателя вентилятора.

В первом случае регулирование производится изменением коэффициента аэродинамической характеристики вентиляционной сети (степенью открытия заслонки), во втором — изменением скорости вращения вентилятора.

На рис. 11 сплошными линиями представлены характеристики вентилятора при различных скорос­тях вращения: от максимальной, равной 650 об/мин (верхняя кривая),до минимальной при предлагаемойпроизводительности системы (30 % от максимальной - нижняя сплошная кривая). Переход от одной к другой характеристике на практике осуществляется с помощью частотно-регулируемого электропривода.

Штрихпунктирные линии на рис. 11 представ­лены характеристиками аэродинамической сети. Край­няя правая линия представляет характеристику сети при полностью открытой заслонке (к_с= 3·10^-8 кг·ч²/(м⁸). Две кривые, лежащие левее, — характеристики сети при прикрытой заслонке, регулирующей расход воздуха в системе. Рабочие точки вентилятора в случае регулирования расхода с помощью заслонки представлены на рис.11точками пересечения верхней характеристики вентилятора и характеристиками сети при различных коэффициентах аэродинамического сопротивление вентиляционной сети. Характеристике сети описывается уравнением:

где: р — падение давления в сети, кг/м²;

i — коэф­фициент сопротивления трения;

р — плотность воздуха кг/м³;

L — длина i-го участка сети, м;

d — гидрав­лический диаметр i-го участка сети, м;

F — площадь сечения i-го участка сети, м²;

— коэффициент мест­ного сопротивления,

j — номер местного сопротивле­ния;

N1 и N2 — количество прямолинейных участков сети и местных сопротивлений соответственно;

L — объемный расход воздуха, м³/ч;

k — коэффициент характеристики сети, .

В случаях регулирования частоты вращения вен­тилятора рабочие точки представлены точками пере­сечения сплошных линий — характеристик вентилято­ра и неизменной в этом случае характеристики сети (крайняя правая штрихпунктирная линия).

Характеристики вентилятора при производительностях по воздуху, составляющих 70 и 30 % от полной, пересчитывались по следующим соотношениям:

; ,

где: L — объемный расход воздуха в системе, м³/ч;

H -полное давление, создаваемое вентилятором, кг/м² (мм вод.ст.);

n — скорость вращения вентилято­ра об/мин.

При полной производительности заосно­ву взята характеристика центробежного вентилятора серии ЦБ 55 (№ 12). Результаты расчетов по указанным зависимостям приведены на (рис.11.)

Графики на (рис.11.) наглядно представляют пре­имущество регулирования расхода путем изменения числа оборотов вентилятора. Известно, что потреб­ляемая электрическая мощность пропорциональна произведению расхода, но полную потерю давления в сети (в рабочей точке вентилятора эта потеря равна полному давлению, создаваемому вентилятором). Из (рис. 11) видно, что при регулировании скорости вращения вентилятора уменьшение расхода приво­дит к более существенному снижению потребляемой мощности. Количественные оценки приведены в табл.2.1.1. Мощность, потребляемая вентилятором (в кВт), рассчитывалась поформуле [25]:

,

где: L— производительность вентилятора, м /ч;

Н —полная потеря давления в сети, кг/м²;

k— коэффици­ент увеличения мощности с учетом передачи (для ре­менной передачи принимается 1,08-1,15);

h—КПД вентилятора (берется из каталогов). В расчетах пол­ный напор (потеря в сети) брался по рабочим точкам на графиках характеристик. Коэффициент kпринимал­ся ровным 1,08, а КПД — 0,5.

Рис 11.Характеристики вентилятора и аэродинамической сети при различных способах регулирования расхода

Для сравнения: при круглосуточной работе вен­тилятора с полной нагрузкой потребление электро­энергии составляет 2325,6 кВтч. Соблюдение пред­лагаемого графика работы вентиляции обеспечивает суточную экономию электроэнергии в количестве 922,8 кВтч или 1264 кВтч, в зависимости от спосо­ба регулирования производительности вентилятора. Из таблицывидно, что применение частотно-регу­лируемого электропривода вентилятора позволяет дополнительно экономить 341 кВтч электроэнергии в сутки, что составляет примерно 24 % от электропо­требления вентилятора при регулировании расхода заслонкой.