Прецизионный контроль качества воздуха часто обсуждается, но лишь в редких случаях реализуется. При том он вносит важный вклад в снижение эксплуатационных затрат в системах вентиляции и кондиционирования. Несмотря на то, что для достижения названных целей уже с 1916 г. предлагались различные решения по контролю CO2, до последнего времени соответствующие технологии всегда оказывались слишком дорогостоящими и цены на энергию слишком низкими для того, чтобы продвижение в этом направлении действительно было выгодным.
В то время как высокая стоимость энергии в наши дни делает контроль CO2 реальной необходимостью, современные технологии обеспечивают особенно простое применение. Подобным образом могут быть оборудованы, как новые, так и уже существующие установки. Директива ЕС по Общей энергетической эффективности зданий (EPBD) [2] и другие новые стандарты поддерживают применение этих систем в виду их колоссального потенциала экономии. Следует особо отметить, что связи с потреблением энергии при вытяжке и транспортировке воздуха, текущие затраты на снабжение свежим воздухом в современых зданиях весьма и весьма высоки.
Старая история?
Контроль CO2 является далеко не новой темой. Так уже в начале ХХ века американские инженеры имели представление о большом потенциале экономии этого проекта и отмечали следующее: «На основании тестов с CO2… необходимо контролировать регенерацию и распределение воздуха в помещении… доля CO2 не должна превышать 8–10 частей на 10 тысяч».
«Старые» стандарты и новый EN 13779
Как правило, стандарты регламентируют разработку систем вентиляции. Однако, прежде всего, доля свежего воздуха является тем критерием проектирования, который оказывает влияние на общую величину системы. В директиве ЕС EN 1946, часть 2, и в стандарте США ASHRAE 62–1989 количество свежего воздуха рассчитывается также в зависимости от площади и фиксированной численности персонала. Придавая наибольшее значение качеству воздуха в рентабельно эксплуатируемой системе кондиционирования, новый стандарт ЕС EN 13779 на основе EPBD уже содержит опцию, представляющую подачу свежего воздуха установленного качества, как контролируемую переменную.
Технология измерения
Современные датчики CO2 состоят из следующих компонентов: инфракрасный источник с излучением через запатентованный волновод; оптический фильтр, пропускающий излучение лишь с требуемой длиной волны; детектор, измеряющий количество инфракрасного излучения; чем больше CO2 в помещении, тем меньше инфракрасных лучей попадает в детектор. Эти датчики могут содержать также пропорциональный регулятор и/или простой ограничительный выключатель с тем, чтобы небольшие применения могли обрабатываться непосредственно через сенсорное управление.
В любом случае имеется линейный выходной сигнал 0–10 В или 4–20 мА, который представляет концентрацию CO2 в промилле [‰] (частей на миллион). В зависимости от точности датчика и от спецификации этот выходной сигнал может быть отмасштабирован для различных областей измерения. Как правило, датчики должны перекрывать диапазон измерений от 0–2000 ‰ CO2. Измерение основывается на поглощающей способности CO2.
Эффекты этого газа могут быть селективно отфильтрованы среди всех других влияний, чем может быть обеспечена высокая точность измерений. Этот принцип измерения зарекомендовал себя, как весьма надежный, так что дополнительная калибровка при этом не требуется. Тем самым обеспечивается максимальная надежность и точность для всех возможных принципов измерения. В зависимости от типа системы датчики устанавливаются в соответствующем помещении на стене или в вытяжном канале.
Типичные области применения
Эти технологии могут быть использованы в системах вентиляции всех зданий промышленного назначения с постоянно высокой или переменной «плотностью» работающего в них персонала. Особенно рациональным является их применение в офисных зданиях, школах, центрах для проведения конференций, театрах, супермаркетах, в центрах активного отдыха и фитнесс-центрах, в кинотеатрах.
Контроль
Система контроля CO2 приспосабливается к системам отопления, охлаждения и вентиляции. В новых системах в связи с потерями при передаче энергии (нестационарное отопление и охлаждение) вентиляция охватывает также отопление и охлаждение, при этом действуют следующие нормы:
- для переменной подачи свежего воздуха и режима пустого помещения требуется смесительная камера;
- подача свежего воздуха происходит при минимальных оборотах вентилятора;
- если для качества воздуха, отопления или охлаждения минимальных оборотов вентилятора оказывается недостаточно, то частота вращения должна быть увеличена;
- в однообъемных зданиях (кинотеатры, театральные залы и супермаркеты) датчик должен находиться в вытяжном канале;
- в других зданиях контроль должен быть обеспечен в каждом отдельном помещении.
Существует широкий диапазон систем. Таким образом, для каждого случая применения должно быть выбрано соответственно лучшее решение:
- для небольших установок может быть вполне приемлемым включение и выключение вентилятора в зависимости от информации датчика — датчик должен быть оснащен ограничительным выключателем;
- системы со смесительной камерой могут расширяться за счет подключения пропорционального регулятора CO2 и соответствующего устройства, которое отбирает максимальный сигнал из существующей системы температурного контроля и новой системы контроля качества воздуха — это расширение также зависит от уже существующих систем управления зданием;
- системы свежего воздуха могут расширяться только за счет устройства контроля качества воздуха, установленного на частотном преобразователе двигателя вентилятора, причем в некоторых случаях, при необходимости использования частотного преобразователя двигатель вентилятора требует замены (если класс изоляции слишком низок) — система контроля состоит из датчика CO2, пропорционального регулятора и усилителя сигнала;
- смесительная камера и частотный преобразователь: соответствующие функции могут быть обеспечены только во взаимодействии с системой управления зданием, поэтому может потребоваться модернизация всей системы управления зданием.
Как определить экономию?
Здесь предлагаются два примера упрощенного расчета.
- Экономия в результате уменьшения расхода воздуха. Излишние потери энергии в результате слишком большого расхода свежего воздуха 10 тыс. м3/ч, например: летом четыре месяца с охлаждением до 26°C при наружной температуре 30°C; зимой четыре месяца с прогреванием до 22°C при наружной температуре 4°C. Экономия энергии охлаждения 7,1 тыс. кВт⋅ч, экономия средств — € 2130. Экономия энергии отопления 32 тыс. кВт⋅ч, экономия средств — € 2331. Общая экономия средств 4461 €/год. Основа: 1 кг мазута = € 0,85; 1 кг мазута = 42 тыс. кДж; 1 кВт⋅ч электроэнергии отопления/охлаждения равна 3,6 тыс. кДж; стоимость 1 кВт⋅ч электроэнергии — € 0,3.
- Экономия в результате уменьшения затрат энергии отопления/охлаждения. Излишние потери энергии в результате слишком большого расхода свежего воздуха 10 тыс. м3/ч. Решение: уменьшение расхода воздуха с 20 тыс. м3/ч до 10 тыс. м3/ч, например, 20 тыс. м3/ч при 2000 Па (11,1 кВт) уменьшение до 10 тыс. м3/ч (1,4 кВт) при 2 тыс. ч/год дает экономию 19,4 тыс. кВт⋅ч. Общая экономия средств 5800 €/год. Основа: 100 % эффективность вентилятора, стоимость 1 кВт⋅ч электроэнергии — € 0,3.
Альтернативы
Датчики качества воздуха на базе оксидируемых газов (как например, запахи и угарный газ) могут соответственно применяться, когда CO2 не является основной переменной контроля. Возможными областями применения являются рестораны и раздевалки в спортивных сооружениях.
Дополнительные преимущества
Поскольку контроль качества воздуха в любом случае приводит к нагрузкам в пределах номинальных значений, то таким образом замедляется изнашивание всех компонентов и увеличивается срок службы системы. Другой положительный побочный эффект заключается в уменьшении образования шумов, что важно для комфорта жилого и рабочего окружения.
Резюме
Растущая стоимость энергии способствует интересу к системам контроля CO2. Проектировщики и инсталляторы могут внести свой вклад в снижение затрат, используя эти опробованные технологии и датчики CO2 или применяя соответствующие альтернативы. Процентно энергосбережение оценивается двузначными цифрами. Кроме того, контроль качества воздуха увеличивает срок службы системы вентиляции и обеспечивает более высокий комфорт для обитателей дома.
Партнеры CentraLine предлагают планировщикам и операторам зданий оптимальную консультацию и поддержку. Партнеры являются экспертами в области контроля качества воздуха. Они регулярно получают информацию о новейших технологиях и директивах и выполняют самые высокие требования по качеству на всем протяжении осуществления проекта — от планирования, инсталляции и ввода в эксплуатацию и вплоть до поддержки в течение всего срока эксплуатации.
