Energooszczędne rozwiązania w wentylacji przemysłowej
Ocena użytkowników: / 2
SłabyŚwietny 
Data dodania: 07.10.2015

W dobie wzrastających cen energii niezwykle ważne staje się stosowanie energooszczędnych rozwiązań technologicznych, szczególnie przy uzdatnianiu powietrza, wykorzystywanie urządzeń o wysokiej sprawności cieplnej, a także stosowanie zaawansowanych systemów odzysku ciepła.

 

 

2015 09 92 1

 

 

Uzdatnianie powietrza na potrzeby wentylacji przemysłowej często wiąże się z dużą konsumpcją energii. Trudno jest mówić o jednolitym systemie wentylacji przemysłowej, gdyż budowa hal obiektów przemysłowych oraz ich systemy wentylacji są bardzo zróżnicowane. Kubatura hal przemysłowych jest zróżnicowana, ponieważ wynika z przeznaczenia obiektu. Zazwyczaj są to budynki wielkopowierzchniowe o dużej wysokości kondygnacji, często powyżej 3,80 m. Wynika to z niezbędnego miejsca, które potrzebne jest do prawidłowego wykonania i przeprowadzenia danego procesu technologiczno-produkcyjnego – umiejscowienie taśm, maszyn, urządzeń produkcyjnych, nierzadko wózków i pojazdów wspomagających transport pomiędzy poszczególnymi pomieszczeniami hali [1-4]. Przy obiektach produkcyjnych znajdują się zazwyczaj magazyny, które również wymagają dużej powierzchni zabudowy. W związku z tym, wiele magazynów ma formę i jest budowanych na wzór hal.

 

Najbardziej istotnym problem projektowym jest strefa pracy i przebywania ludzi oraz strefa pracy maszyn i wydobywające się z nich zanieczyszczenia. Dużą trudność w opracowywaniu układu wentylacyjnego mogą stanowić zyski ciepła zbierające się w górze (przy suficie) hali, powodujące tzw. poduszkę powietrzną (cieplną), nawiewanie i zaleganie zimnych warstw powietrza w dolnej części hali oraz ilość, rodzaj i usytuowanie tak zwanych punktowych źródeł ciepła.

 

 

Oszczędzanie energii

 

Widoczne efekty oszczędzania energii można uzyskać m.in. poprzez prawidłową eksploatację istniejących systemów, poprzez przyjęcie właściwego sposobu eksploatacji oraz ustawienie odpowiednich parametrów pracy układu sterowania. Najważniejsze działania poprawiające efektywność obiektów przemysłowych zostały scharakteryzowane poniżej [4], w niniejszym artykule przeanalizowane zostaną wybrane aspekty rozwiązań energooszczędnych:

  1. Dopasowanie wartości zadanych i czasu pracy instalacji do rzeczywistych wymagań: Oznacza to utrzymywanie wymaganych parametrów powietrza w pomieszczeniu tylko w okresie jego użytkowania. W okresie przerwy w pracy instalacja powinna być wyłączona, a w okresie chwilowej nieobecności użytkowników w godzinach pracy powinna pracować z mniejszą wydajnością (systemy VAV);
  2. Poza godzinami pracy, w okresie zimowym, temperatura powietrza wewnętrznego powinna być obniżana do minimalnego poziomu nie powodującego wykroplenia wilgoci;
  3. Utrzymywanie optymalnych parametrów powietrza nawiewanego w podsystemie przygotowania powietrza do kilku czy kilkunastu obsługiwanych pomieszczeń: Parametry powietrza nawiewanego powinny być tak ukształtowane, aby zapewnić utrzymanie górnej granicy parametrów w pomieszczeniu o największym zapotrzebowaniu chłodu oraz na dolnej granicy parametrów w pomieszczeniu o największym zapotrzebowaniu ciepła;
  4. Wykorzystanie wydzielanych zysków ciepła do równoważenia bilansu cieplnego pomieszczenia: Oznacza to zmniejszenie mocy ogrzewania konwekcyjnego lub obniżenie temperatury powietrza nawiewanego w okresie wymagającym ogrzewania;
  5. Stosowanie nocnego chłodzenia pomieszczenia powietrzem zewnętrznym: Oznacza to załączanie nocą w okresie letnim instalacji wentylacyjnej przy pełnym udziale powietrza zewnętrznego i obniżenie temperatury powietrza w pomieszczeniu do minimalnej dopuszczalnej wartości;
  6. Stosowanie zmiennej prędkości obrotowej pomp i wentylatorów przy możliwie stałej charakterystyce hydraulicznej instalacji: Pozwala to na uzyskanie największych oszczędności w zużyciu energii elektrycznej; 
  7. Stosowanie adaptacyjnych algorytmów sterowania, a także wykorzystanie systemu BMS do sterowania pracą instalacji wewnętrznych budynku: Umożliwia to optymalizację kosztów eksploatacji całego systemu.

 

 

Zastosowanie systemów VAV

 

U źródła powstawania koncepcji instalacji wentylacyjnej ze zmienną ilością powietrza leżała potrzeba ograniczenia zużycia energii przy jednoczesnym zapewnieniu optymalnych, indywidualnie dobranych parametrów powietrza w pomieszczeniach. W odróżnieniu od systemów ze stałym przepływem, proces regulacji w instalacji VAV odbywa się poprzez zmianę strumienia objętości powietrza wentylacyjnego doprowadzanego do pomieszczeń. Głównym założeniem w działaniu układu ze zmienną ilością powietrza jest prowadzenie regulacji ilościowej, poprzez zmianę strumienia doprowadzanego powietrza. W układach CAV (Constant Air Volume) ilość powietrza w systemie jest stała, niezależnie od tego, czy zapotrzebowanie na taką ilość powietrza występuje w tej chwili. W praktyce okazuje się, że w skali całego obiektu może występować znaczne zróżnicowanie w czasie pojawiania się maksymalnych obciążeń, zarówno w odniesieniu do ewentualnie kompensowanych zysków ciepła jak i do pracy maszyn wymagającej odciągów miejscowych. Powoduje to często niekorzystny efekt ciągłej pracy instalacji np. odciągów miejscowych, w sytuacji gdy większość linii produkcyjnej nie pracuje (rys. 1.). Zastosowanie instalacji VAV umożliwia dynamiczną zmianę strumienia powietrza w zależności od potrzeb linii produkcyjnej.

 

 

2015 09 93 1

Rys. 1. Zastosowanie instalacji VAV w przemyśle

 

 

W celu zminimalizowania zużycia energii najlepszym rozwiązaniem jest spięcie całego układu w systemie BMS. Dzięki temu do poszczególnych części sieci dostarczane są tylko takie ilości powietrza, jakie są w danej chwili potrzebne. Ogólne różnice w podejściu do projektowania systemów, zostały ujęte w pokazanych niżej zależnościach. Oczywiście, aby zastosowanie układu VAV było uzasadnione, musi występować zmienność zapotrzebowania powietrza w części budynku obsługiwanej przez tę samą sieć wentylacyjną. 

 

Do podstawowych zalet systemów VAV należą [3]:

  • indywidualna regulacja parametrów powietrza,
  • niższe koszty urządzeń przygotowania powietrza,
  • mniejsze zużycie energii przez wentylatory,
  • bardzo łatwy proces uruchamiania i regulacji sieci,
  • możliwość wykorzystania czujników ruchu, czujników CO2 lub stężenia szkodliwych zanieczyszczeń, programatorów czasowych i wyłączników ręcznych do zmiany strumienia powietrza,
  • możliwość ciągłego monitoringu wartości strumieni w poszczególnych odgałęzieniach sieci przewodów,
  • możliwość centralnego sterowania przepływem powietrza w instalacji,
  • elastyczność systemu – zdolność do dostosowywania do nowych potrzeb.

 

Główną zaletą systemów VAV jest oszczędność energii wynikająca ze zredukowania ilości powietrza. W przypadku wentylatorów, zapotrzebowanie mocy do ich napędu jest wprost proporcjonalne do wydajności i wytwarzanej różnicy ciśnienia, a odwrotnie proporcjonalne do sprawności. Zmniejszanie przepływu i ciśnienia prowadzi do obniżenia zużycia energii. Na całkowitą sprawność urządzenia składają się: sprawność wentylatora (około 0,7÷0,9), sprawność silnika (około 0,95), falownika (około 0,96) i przekładni (około 0,96÷0,98) [3]. W miarę obniżania obrotów wielkości te zmniejszają się w rożnym stopniu. Największej zmianie podlega sprawność samego wentylatora. Rzeczywiste zmniejszenie zużycia energii będzie zależało od takich czynników jak: stopień zmian strumienia powietrza, stopień spadku sprawności przy obniżonym strumieniu powietrza, czy możliwość ograniczenia ciśnienia w sieci przewodów.

 

Aby to oszacować, należy posłużyć się charakterystykami konkretnych urządzeń. Ogólnie można stwierdzić, że w danych warunkach, zapotrzebowanie mocy w układach VAV, może spadać o około 30÷70% [3]. Dodatkowe oszczędności, wynikające ze zmniejszenia strumienia objętości, to obniżenie kosztów przygotowania powietrza w innych elementach centrali, chłodnicy, nagrzewnicy itp. Zależności dotyczące wpływu zmian strumienia powietrza na parametry wentylatora zostały przedstawione poniżej:

 

2015 09 94 1

 

gdzie:

V – strumień objętości, wydajność wentylatora [m3/s],

n – obroty [obr/min],

Δp – różnica ciśnień [Pa],

P – moc [W],

ηf – sprawność wentylatora,

ηm – sprawność silnika i falownika,

ηb – sprawność przekładni.

 

 

Zastosowanie strefowania obiektu

 

(...)

 

Pośrednie chłodzenie wyparne

 

(...)

 

Obniżanie kosztów inwestycyjnych

 

Wprowadzenie zmian proponowanych w poprzednich punktach wiąże się ze zwiększeniem nakładów inwestycyjnych, co dla wielu inwestorów stanowi problem. Dlatego warto rozważyć. w których miejscach koszty inwestycyjne można obniżyć, dzięki czemu nowoczesny system może być zrealizowany relatywnie niskim kosztem. Jedną z możliwości do obniżenia kosztów inwestycji jest zastosowanie tańszych materiałów do dystrybucji powietrza, jakimi są przewody tekstylne (rys. 6.).

 

 

2015 09 97 1

 

2015 09 97 2

Rys. 6. Tekstylne przewody wentylacyjne

 

 

Tekstylne przewody wentylacyjne

 

Przykładem może być tutaj rozwiązanie Air Mix fi rmy Jumar. System Air Mix składa się z przewodów uszytych z tkanin na bazie poliestru, włókna szklanego lub innych, na które nanoszone są różne warstwy ochronne. Przewody zostają przygotowane w zależności od wymagań indywidualnego projektu, uwzględniając żądaną długość, kształt przewodu oraz wielkość i ilość otworów wylotowych powietrza. Dużą zaletą przewodów tekstylnych jest dostępność wielu kształtów (rys. 7.). Trójkątne lub półokrągłe kanały wentylacyjne doskonale nadają się do prowadzenia poprzez kratownice lub inne elementy technologiczne hali. Zwiększa to możliwości skutecznego rozprowadzenia powietrza.

 

 

2015 09 97 3

Rys. 7. Kształty tekstylnych przewodów wentylacyjnych [5]

 

 

W zależności od potrzeb kanały tekstylne mogą być wyposażone w nawiewniki o wypływie szczelinowym, wyporowym, wirowym lub stanowiącym kombinację powyższych. Najczęściej stosowanym rodzajem jest wypływ wyporowy (np. instalacje chłodnicze) lub mieszany, szczelinowo-wyporowy [5]. W tym przypadku około 90% wypływu realizowane jest przez szczelinę (szczeliny), natomiast pozostałe 10% odbywa się wyporowo na całym obwodzie przewodu, co istotnie zmniejsza ilość osadzanego na górnej powierzchni przewodu kurzu. Ciśnienie statyczne dla instalacji z przewodów tekstylnych wynosi w wykonaniu standardowym około 150÷350 Pa. Tkaninowe przewody wykonywane są zazwyczaj z poliestru modyfi kowanego (PES) o klasyfikacji ogniowej B-s1-d0 i zakresie temperatury roboczej od -10 do +80°C lub z włókna szklanego o klasyfi kacji ogniowej A1 i zakresie temperatury roboczej od -10 do +400°C. Przewody w takim wykonaniu wykazują odporność na następujące czynniki:

  • pył,
  • promieniowanie ultrafi oletowe,
  • sól,
  • kryptogramy,
  • kwasy.

 

Przewody tekstylne cechuje nie tylko stosunkowo niska cena. Dzięki swojej lekkiej budowie pozwalają na znacznie mniejsze obciążenie konstrukcji budynku oraz na stosowanie tańszych zaczepów. Pozwalają zatem zrealizować praktycznie wszystkie zadania standardowej wentylacji z kształtek stalowych przy znacznie niższych nakładach inwestycyjnych.

 

 

Podsumowanie

 

Istnieje wiele skutecznych sposobów obniżenia zużycia energii w zakładach przemysłowych. Wymaga to jednakże współpracy na linii projektant/inwestor oraz dobrej koordynacji międzybranżowej. Skuteczne strefowanie obiektu, czy też zastosowanie systemu VAV lub systemu wykorzystującego pośrednie chłodzenie wyparne musi być wykonane w oparciu o znaną lokalizację strefy pracy oraz strefy maszyn i urządzeń technologicznych. Prawidłowo zaprojektowana instalacja umożliwi uzyskanie dużej efektywności pracy, niskich kosztów eksploatacyjnych, a także wysokiego bezpieczeństwa załogi przy relatywnie niewielkich nakładach inwestycyjnych. Istotnym zadaniem projektanta jest także uświadomienie inwestora o możliwych miejscach szukania oszczędności (jako przykład w tekście podano przewody tekstylne), w celu zminimalizowania kosztów inwestycyjnych energooszczędnego systemu.

 

 

prof. dr hab. inż. Sergey ANISIMOV
Instytut Klimatyzacji i Ogrzewnictwa,
Wydział Inżynierii Środowiska,
Politechnika Wrocławska

 

mgr inż. Demis PANDELIDIS
Instytut Klimatyzacji i Ogrzewnictwa,
Wydział Inżynierii Środowiska,
Politechnika Wrocławska

 

 

LITERATURA:

[1] TOMCZAK I.: Wentylacja i ogrzewanie hal magazynowych i produkcyjnych. Chłodnictwo & Klimatyzacja. 11/2013.

[2] MIERZWIŃSKI S.: Wentylacja miejscowa w aspekcie formowania przepływów powietrza. Cz. 2. Pożądane cechy przepływów powietrza w otoczeniu odciągów miejscowych. www.klimatyzacja.pl

[3] Materiały i katalogi producentów dostępne w Internecie.

[4] ZAWADA B.: Energooszczędne sterowanie systemami wentylacji i klimatyzacji w przemyśle. www.klimatyzacja.pl

[5] http://jumar-kucewicz.com.pl/

[6] ANISIMOV S., PANDELIDIS D.: Oszczędności energetyczne i ekonomiczne wynikające z zastosowania wymiennika wyparnego w klimatyzacji. Chłodnictwo & Klimatyzacja. 1 i 2/2014.

 

POLECAMY WYDANIA SPECJALNE

  • Pompy ciepła 2023-2024

  • Pompy ciepła 2021-2022

  • Pompy ciepła 2022-2023

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2021

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2022

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2023

  • Pompy ciepła 2020-2021

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2020

  • Pompy ciepła 2019-2020

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2019

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.