Reklama
Reklama
 
 
 
Reklama
Efektywność energetyczna sprężarkowych agregatów ziębniczych w klimatyzacji. Wdrażanie Dyrektywy EPB
Ocena użytkowników: / 0
SłabyŚwietny 
Wydanie 7/2008  |  Data dodania: 10.07.2008

Działania podejmowane w kierunku wdrażania europejskich dyrektyw, tzw. „energetycznych” [1, 2] kładą głównie nacisk na poszukiwania i zastosowania w technice instalacyjnej i budowlanej rozwiązań urządzeń i systemów pracujących z coraz wyższą efektywnością energetyczną. W instalacji klimatyzacyjnej składnikiem, który przeciętnie zużywa najwięcej energii elektrycznej jest agregat ziębniczy.
W artykule, dokonano analizy wpływu poszczególnych parametrów eksploatacyjnych i konstrukcyjnych na efektywność pracy wybranych rozwiązań agregatów ziębniczych stosowanych w systemach klimatyzacji. W sposób szczególny zostało przeanalizowane zagadnienie średnio sezonowego współczynnika efektywności energetycznej agregatu (SEER) w kontekście metodyki obliczeń rocznego zapotrzebowania energii na chłodzenie budynku.
 

Teoretyczny i rzeczywisty lewobieżny obieg sprężarkowy
    Przystępując do analizy zagadnienia efektywności energetycznej sprężarkowego urządzenia ziębniczego trudno nie nawiązać do lewobieżnego obiegu porównawczego Carnota realizowanego pomiędzy źródłami: dolnym o temperaturze Td oraz górnym o temperaturze Tg. Przy założeniu nieskończonej pojemności cieplnej obu źródeł oraz nieskończenie dużej powierzchni obu wymienników ciepła ten idealny obieg można by zrealizować w obszarze pary mokrej czynnika ziębniczego dysponując idealnymi i sprzężonymi ze sobą sprężarką i rozprężarką, które realizują izentropowe przemiany sprężania i rozprężania. Definiując współczynnik efektywności energetycznej obiegu lewobieżnego jako stosunek ciepła odebranego od dolnego źródła (efekt chłodzenia) Qoc (pole powierzchni zabarwionego na niebiesko prostokąta na rysunku 1) do nakładu pracy na jego realizację (pracy obiegu) Lc (pole powierzchni zabarwionego na szaro prostokąta na rysunku 1), można na podstawie wzoru 1 łatwo wykazać, że:
● wartość współczynnika efektywności energetycznej dla obiegu Carnota zależy tylko i wyłącznie od temperatur źródeł,
● efektywność energetyczna obiegu lewobieżnego rośnie wraz ze wzrostem temperatury Td i obniżeniem temperatury Tg,
● z uwagi na fakt, iż obieg ten jest obiegiem odwracalnym (brak jakichkolwiek strat) jego efektywność energetyczna jest wartością maksymalną jaką można osiągnąć przy określonym poziomie temperatur obydwu źródeł. (...)

Dominujące parametry wpływające na wartość EER
    Wartość tego współczynnika ma zasadnicze znaczenie podczas obliczeń zapotrzebowania mocy elektrycznej przez agregat, a w szerszym wymiarze na roczne zapotrzebowanie energii elektrycznej na cele klimatyzacji budynku. Podstawowe jednak trudności w wykorzystaniu współczynnika EER do celów obliczeń rocznego zapotrzebowania energii na chłodzenie budynku stanowi:
● duże uzależnienie wartości EER od zmieniających się warunków pracy agregatu,
● „dynamicznie” zmieniające się zapotrzebowanie mocy chłodniczej ze strony obiektu, co również wpływa na chwilową wartość EER (tzw. praca agregatu w warunkach ograniczonej wydajności chłodniczej).

    Można więc stwierdzić, że w kształtowaniu współczynnika efektywności energetycznej agregatu współpracującego z systemem klimatyzacji obiektu odgrywają rolę zarówno czynniki obiektywne (obiekt, warunki pogodowe i klimatyczne) jak i subiektywne (projektant dokonujący wyboru oraz optymalizacji warunków pracy agregatu oraz producent agregatu dokonujący optymalizacji jego konstrukcji). Na rysunku 2, na przykładzie równań opisujących wymianę ciepła w parowaczu, zostały zaznaczone te parametry pracy, na które mają wpływ odpowiednio projektant i producent agregatu.
    Jak można łatwo zauważyć to projektant spełnia zasadniczą rolę w kształtowaniu zapotrzebowania energii na chłodzenie obiektu, gdyż nie ogranicza się jedynie do wyboru konstrukcji agregatu i jego producenta ale przez: odpowiednie poprowadzenie procesów uzdatniania powietrza, wybór systemu klimatyzacji, sposób transportu chłodu i jego dystrybucji w obiekcie może on w znaczący sposób wpływać na bieżącą wartość współczynnika EER agregatu ziębniczego.

Strumienie przepływu, temperatury płynów wymieniających ciepło w parowaczu i skraplaczu a wartość EER agregatu
    Jak wykazano powyżej, im wyższa temperatura parowania oraz im niższa temperatura skraplania tym większą wartość przyjmuje współczynnik efektywności energetycznej agregatu. Na rysunku 3 przedstawiono w sposób graficzny negatywny wpływ obniżenia temperatury wody oziębianej w parowaczu agregatu oraz redukcji strumienia przepływu wody przez parowacz na ukształtowanie się niższej temperatury parowania (To) a w konsekwencji na pogorszenie efektywności pracy agregatu.

   Aby pokazać skalę tego zagadnienia, na kolejnym wykresie (rys. 4) przedstawiono rzeczywistą charakterystykę efektywności energetycznej agregatu do oziębiania wody ze zdalnym skraplaczem [11] oraz porównanie wartości EER dla dwóch różnych temperatur skraplania (Tk = 45 oraz 50°C), dla temperatury obliczeniowej powietrza chłodzącego (Tp1 = 32°C) związanych z wyborem skraplacza o różnych powierzchniach wymiany ciepła. Jak można łatwo odczytać z powyższego wykresu zmiana temperatury skraplania „tylko o 5°C” powoduje iż wartość współczynnika efektywności energetycznej agregatu w tych warunkach zmienia się z EER = 3,30 na 2,75 a więc o blisko 20%! Nie ulega więc wątpliwości, że na każdym etapie projektowania instalacji ziębniczej przeznaczonej do współpracy z systemem klimatyzacji obiektu niezbędne jest przeprowadzanie analizy zmierzającej do wyboru możliwie optymalnego zestawu parametrów pracy instalacji, które zapewnią możliwie maksymalną wartość temperatury odparowania oraz minimalną wartość temperatury skraplania przy pracy agregatu w określonych warunkach. Problem ten nabiera szczególnej wagi przy wdrażaniu dyrektywy [1] w kontekście konieczności obliczeń zapotrzebowania energii na cele chłodzenia oraz tzw. certyfikacji energetycznej budynków.

    W oparciu o przeprowadzoną przez autora analizę charakterystyk pracy urządzeń kilku czołowych producentów agregatów ziębniczych do oziębiania cieczy dla celów klimatyzacyjnych można sformułować następującą hipotezę:
    Dla temperatury cieczy oziębianej w zakresie od 5 do 15°C oraz temperatury powietrza chłodzącego skraplacz od 35 do 20°C zmiana współczynnika efektywności EER jest nie mniejsza niż:
● 2,0 do 2,5 % na 1°C wzrostu temperatury parowania (temperatury cieczy na wylocie z parowacza dla przepływu nominalnego),
● 2,5 do 3,0 % na 1°C spadku temperatury skraplania (temperatury powietrza na wlocie do skraplacza dla przepływu nominalnego).


Wpływ rodzaju czynnika ziębniczego i konstrukcji agregatu na wartość EER
    Analiza termodynamiczna wskazuje na niewątpliwy wpływ własności czynnika ziębniczego na efektywność energetyczną obiegu ziębienia. Zasada ta znajduje potwierdzenie w praktyce, gdzie szczególnie w ostatnim okresie zachodzą bardzo dynamiczne zmiany wywołane ciągle modyfikowanymi uregulowaniami prawnymi dotyczącymi tzw. „substancji szkodliwych”. (...)

Związek pomiędzy współczynnikiem efektywności EER a sezonowym zapotrzebowaniem energii na chłodzenie budynków
(...)

Wnioski końcowe
    Analizując wyniki obliczeń modelowych zaprezentowanych powyżej można sformułować szereg wniosków, których znaczenie wydaje się być zasadnicze dla projektowania systemów klimatyzacji w odniesieniu do problemu zapotrzebowania energii na chłodzenie, w kontekście wdrażania dyrektywy EPBD [1]. W szczególności:
● wybór agregatu oraz właściwe sformułowanie parametrów jego pracy mają zasadniczy wpływ na sezonowe zapotrzebowanie energii przez system klimatyzacji budynku,
● wartość współczynnika efektywności energetycznej agregatu EER w tzw. „warunkach obliczeniowych” jest ważnym zagadnieniem wspomagającym poprawny wybór źródła zimna dla projektowanego systemu klimatyzacji,
● znajomość współczynnika EER dla warunków obliczeniowych nie jest wystarczająca do obliczenia rocznego zapotrzebowania energii na cele chłodzenia budynku,
● w celu umożliwienia obliczeń zapotrzebowania energii na cele chłodzenia budynku w ciągu roku niezbędna jest znajomość wartości „średniosezonowego współczynnika efektywności energetycznej” SERR agregatu dla określonego typu budynku, strefy klimatycznej oraz przyjętego systemu klimatyzacji,
● proponowana przez Eurovent formuła uśrednionego współczynnika efektywności dla Europy w postaci ESEER nie jest wystarczająca aby tylko w oparciu o jego wartość dokonywać obliczeń zapotrzebowania energii na cele chłodzenia budynku zgodnie z zaleceniami dyrektywy [1] 

 

POLECAMY WYDANIA SPECJALNE

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2021

  • Pompy ciepła 2020-2021

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2020

  • Pompy ciepła 2019-2020

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2019

  • Pompy ciepła 2018

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2017

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2018

  • Pompy ciepła 2015

  • Pompy ciepła 2016

Katalog firm chłodnictwo, klimatyzacja, wentylacja

CHŁODNICTWO: Agregaty (chillery) chłodzone powietrzem, Agregaty (chillery) chłodzone wodą, Agregaty absorpcyjne, Agregaty skraplające, Aparatura kontrolno-pomiarowa, Chłodnice, Chłodnictwo w transporcie, Chłodziwa i nośniki ciepła, Czynniki chłodnicze, Dry-coolery, Drzwi chłodnicze (okucia, akcesoria), Elementy rozprężające, Filtry - osuszacze czynnika chłodniczego, Komory chłodnicze i zamrażalnicze, Kontenery chłodnicze, Maszyny do produkcji lodu (płatkarki, kostkarki), Materiały termoizolacyjne, Meble chłodnicze i zamrażalnicze, Monobloki chłodnicze, Odolejacze, separtory, Oleje sprężarkowe, Płyty warstwowe, Pompy cyrkulacyjne, Silniki, Siłowniki, Sprężarki chłodnicze, Tunele mroźnicze (kriogeniczne), Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Urządzenia rozmrażające, Wieże chłodnicze, Wyłączniki i przekaźniki czasowe, Wymienniki ciepła (parowacze, skraplacze), Wymienniki płytowe, Zasobniki chłodu, Zawory, Zespoły spręzarkowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

KLIMATYZACJA i WENTYLACJA: Aparatura kontrolno-pomiarowa, Aparaty grzewczo-wentylacyjne, Centrale klimatyzacyjne monoblokowe, Centrale klimatyzacyjne rooftop, Centrale klimatyzacyjne sekcyjne, Chłodnice/nagrzewnice kanałowe, Czerpnie i wyrzutnie, Filtry powietrza, Kanały wentylacyjne, Klapy ppoż. (oddymiające, odcinające), Klimakonwektory, Klimatyzacja samochodowa, Klimatyzatory kompaktowe (przenośne, okienne), Klimatyzatory split, Klimatytory multi splity, Kolektory słoneczne, Kratki, nawiewniki, dysze, Kurtyny powietrzne, Materiały termoizolacyjne, Nasady kominowe, wywietrzniki, Nawilżacze (parowe, zraszające, ultradźwiękowe, komory zraszania), Oczyszczacze powietrza, Odciągi miejscowe, Okapy kuchenne, Osuszacze powietrza, Pompy ciepła, Pompy cyrkulacyjne, Przepustnice, Rekuperatory i regeneratory do odzysku ciepła, Siłowniki, Stropy, belki chłodząco-grzejące, Systemy Super Multi, Szafy klimatyzacji precyzyjnej, Tłumiki hałasu, Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Wentylatory dachowe, Wentylatory oddymiające, przeciwwybuchowe, chemoodporne, Wentylatory osiowe, Wentylatory promieniowe, Wentylatory strumieniowe (oddymiające), Wymienniki gruntowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

MATERIAŁY, NARZĘDZIA, PRZYRZĄDY, AKCESORIA: Izolacje akustyczne, termiczne, Materiały i przyrządy lutownicze i spawalnicze, Materiały uszczelniające, Narzędzia, Rury, kształtki, akcesoria, Urzadzenia i środki czyszczące, Urządzenia do inspekcji i czyszczenia systemów wentylacyjno-klimatyzacyjnych, Urządzenia do usuwania i napełniania instalacji chłodniczych; recyklingu czynników chłodniczych, Wibroizolacje, Zamocowania i tłumiki drgań.

INNE: Zrzeszenia i organizacje, Oprogramowanie komputerowe, Portale internetowe, Targi, wystawy, szkolenia.