Optimizarea performanței AHU cu un design inteligent pentru zero emisii nete

Programul nostru privind costul ciclului de viață

Programul FläktGroup privind costul ciclului de viață (LCC) poate calcula consumul de energie electrică în kWh, costurile de funcționare și emisiile de CO2 asociate pentru orice unitate de tratare a aerului (AHU) configurată în software-ul nostru de selecție. De asemenea, îl putem utiliza pentru a înțelege care este eficiența optimă a recuperării căldurii. Datele de performanță din cadrul acestui program sunt auditate de Eurovent. Intensitatea carbonului din generarea de energie electrică [3] și costul [4] au fost preluate din surse independente cu acces liber. Această analiză cuprinzătoare asigură că performanța recuperării energiei este luată în considerare cu precizie în evaluările ciclului de viață. A se vedea referințele.

Publicație Carbon Trust Marea Britanie

Baza acestei abordări provine dintr-o publicație a Carbon Trust din Marea Britanie [5], care a evaluat performanța sistemului de recuperare a căldurii (HRS) în condițiile de proiectare a sistemului de ventiloconvectoare din Marea Britanie. Aceasta a demonstrat că un HRS cu 80% eficiență termică a fost capabil să recupereze 100% din energia disponibilă pentru recuperare – atingând ceea ce raportul a definit ca fiind o eficiență energetică anuală (AEE) de 100%. Cu alte cuvinte, în condiții tipice din Marea Britanie, un schimbător de căldură cu o eficiență de 80% captează toată energia recuperabilă din aerul evacuat. Acest lucru evidențiază modul în care recuperarea energiei bine calibrată poate capta toată energia termică utilă într-o aplicație reală.

Urmărirea unei eficiențe HRS mai ridicate dincolo de acest punct poate fi contraproductivă. Deși recuperarea termică ar putea crește, căderile de presiune asociate mai mari duc la un consum crescut al ventilatorului, care depășește orice câștig marginal în recuperarea căldurii. Prin urmare, pentru climatul și sistemele tipice din Marea Britanie, un HRS cu o eficiență de 80% reprezintă echilibrul optim între energia recuperată și consumul suplimentar de energie al sistemului.

Confirmarea analizei Carbon Trust

Presupunând o temperatură de alimentare de 17 °C, o temperatură de extracție de 23 °C și o preluare de căldură de 1 °C din ventilator, rezultatul este o sarcină zero a serpentinei de încălzire. Acest lucru ar trebui să ducă la o serpentină de încălzire dimensionată cu o marjă de siguranță acceptabilă, dar cu o capacitate redusă. O serpentină de încălzire mai mică va avea o cădere de presiune a aerului mai mică și va furniza o putere specifică mai mică a ventilatorului. Atunci când sunt implementate corespunzător, sistemele de recuperare a energiei reduc sarcina pe serpentine de încălzire și, prin urmare, îmbunătățesc eficiența generală.

După ce am confirmat principiul de bază demonstrat de Carbon Trust – că un sistem de recuperare a căldurii (HRS) cu o eficiență de 80% poate recupera 100% din energia disponibilă pentru recuperare în condițiile de proiectare din Marea Britanie – putem începe să definim ce înseamnă „eficiență optimă” în proiectarea AHU. Cu toate acestea, este important să înțelegem că obiectivul nu este atingerea unei eficiențe de 100% a dispozitivului, ci obținerea celei mai bune performanțe generale a sistemului pentru proiectul specific.

Pentru a configura o AHU pentru performanță energetică optimă, trebuie evaluați cu atenție mai mulți factori:

• Locația geografică, deoarece temperaturile aerului exterior și nivelurile de umiditate variază de la o regiune la alta.
• Proiectarea sistemului, deoarece diferite strategii de ventilație (de exemplu, ventilația prin deplasare vs. unitățile ventiloconvectoare) necesită temperaturi ale aerului de alimentare și debite de aer diferite.
• Costurile locale ale energiei și intensitatea carbonului din rețeaua electrică, care afectează atât impactul economic, cât și cel asupra mediului al funcționării sistemului.

De asemenea, este esențial să se facă distincția între eficiența dispozitivului de recuperare a căldurii în sine și eficiența energetică anuală (AEE) a AHU. Exemplul Carbon Trust ilustrează faptul că, într-un sistem bine proiectat, o unitate de recuperare a căldurii cu o eficiență de 80% poate atinge o AEE de 100% — ceea ce înseamnă că captează toată energia care poate fi recuperată în condiții normale. Încercarea de a depăși acest nivel prin utilizarea unui dispozitiv cu eficiență mai mare poate crește căderile de presiune, ceea ce, la rândul său, crește consumul de energie al ventilatorului și poate duce la diminuarea sau chiar la randamente negative în ceea ce privește eficiența generală a sistemului.

Analiza LCC pentru performanța și eficiența AHU

Pentru consultanții însărcinați cu specificarea AHU-urilor care echilibrează performanța energetică, obiectivele privind emisiile de carbon și costul ciclului de viață, instrumentele bazate pe date sunt esențiale. Analiza LCC ajută prin simularea performanței reale pe baza factorilor specifici proiectului, cum ar fi condițiile climatice, temperaturile aerului, programele operaționale și costurile locale ale energiei. Graficele de mai jos ilustrează intrările și ieșirile tipice ale LCC, ajutând consultanții să valideze alegerile de proiectare cu indicatori clari pentru cererea de energie, costuri și impactul CO2. Modelarea recuperării energiei joacă un rol vital în aceste simulări, influențând atât rezultatele de mediu, cât și cele financiare.

Diagrama 1: Configurația datelor de intrare – Parametrii de configurare LCC

Acest formular înregistrează toate datele critice specifice proiectului – inclusiv zona climatică, temperaturile aerului, orele de funcționare și costurile locale ale energiei – care stau la baza simulării performanței AHU. Apoi, produce date cuprinzătoare, așa cum se arată în diagrama de mai jos, demonstrând că eficiența recuperării energiei trebuie să se alinieze la clima locală și la proiectarea sistemului pentru a fi eficientă.

Graficul 2: Diagrama energetică – Profilul anual al cererii de energie

Acest grafic prezintă vizual performanța termică anuală a unității de tratare a aerului (AHU), evidențiind cererea de încălzire, răcire și recuperare de căldură pe parcursul unui an.

Graficul 3: Calcul Energetic – Rezumatul Performanței AHU-ului (Unității de Tratare a Aerului)

Această foaie de rezultate rezumă eficiența energetică simulată a unității de tratare a aerului (AHU), consumul de energie al ventilatoarelor și costurile anuale de operare, permițând o comparație directă a consumului de energie și a emisiilor de CO₂ între componentele sistemului.

Folosind aceste instrumente, am analizat multe locații din Europa și am comparat două eficiențe energetice. Mai jos este prezentat un tabel comparativ, dar acesta se referă la un singur set de condiții de alimentare și extracție. Deoarece aceste criterii variază de la un proiect la altul și de la o locație la alta, trebuie evaluată întotdeauna cea mai bună soluție pentru a reduce la minimum consumul de energie.

Acest grafic arată că pentru toate locațiile evidențiate cu verde este mai bine să se aibă o recuperare a căldurii de 81% decât de 85%. Cu cât orașul este mai rece, cu atât eficiența recuperării căldurii ar trebui să fie mai mare.

Alte considerente de proiectare

Recuperarea răcirii ar trebui luată în considerare atunci când se configurează serpentinele de răcire ale unității de tratare a aerului (AHU). Totuși, o eficiență prea ridicată duce la o creștere a pierderii de presiune – ceea ce crește consumul de energie al ventilatorului – în timp ce îmbunătățirea performanței de răcire este marginală. De obicei (per m³/s), o eficiență a recuperării răcirii de 85% reduce pierderea de presiune pe serpentina de răcire cu mai puțin de 5 Pa comparativ cu o eficiență de 80%, dar în același timp crește pierderea de presiune pe recuperatorul de căldură (HRS) cu 80 Pa. Optimizarea recuperării de energie pentru încălzire și răcire necesită un echilibru atent pentru a evita ineficiențele.

Ventilatoarele din AHU-uri sunt în mod obișnuit dimensionate astfel încât să minimizeze puterea specifică a ventilatorului (SFP) la debitul maxim de aer proiectat. SFP este un indicator-cheie al eficienței, definit ca fiind cantitatea de energie electrică (în kW) necesară pentru a mișca un volum unitar de aer (în m³/s). Un SFP mai redus indică o eficiență mai mare a ventilatorului și un consum energetic mai scăzut.

În aplicațiile cu debit variabil (VAV), cu cât reducerea debitului de aer este mai mare, cu atât ventilatorul funcționează mai departe de punctul său de eficiență maximă. Figura 5 de mai jos arată impactul asupra SFP-ului AHU-ului la debite de aer de 100%, 75% și 50%.

Tabel: SFP AHU pentru aplicații VAV

Acest tabel prezintă valorile SFP pentru un AHU într-un sistem VAV în diferite configurații ale ventilatorului și condiții de flux de aer. Pentru o unitate care funcționează în mod normal la 50% din fluxul de aer maxim proiectat, se poate obține o reducere de 25% a costurilor de funcționare cu ventilatoare dimensionate corect. Acestea au, de asemenea, un cost de achiziție mai mic.

Concluzii

Dimensionarea corectă a recuperatorului de căldură, a bateriilor de încălzire și de răcire este esențială pentru reducerea emisiilor de carbon generate de unitatea de tratare a aerului (AHU) și pentru scăderea costurilor de operare suportate de proprietarii clădirilor. Integrarea recuperării de energie în aceste alegeri de proiectare contribuie la economii suplimentare și la reducerea emisiilor.

Pentru sistemele cu debit variabil (VAV), luarea în considerare a debitelor reale de aer preconizate în locul celor maxime poate îmbunătăți și mai mult eficiența energetică.

Având în vedere numărul aproape infinit de cerințe posibile pentru un AHU, este extrem de dificil pentru proiectanți să ia decizii bine fundamentate privind soluția optimă atât pentru client, cât și pentru mediu. Producătorii responsabili de AHU ar trebui să poată oferi recomandări informate proiectanților în vederea găsirii celei mai bune soluții. Cea mai eficientă metodă de a demonstra acest lucru este utilizarea unui program bine conceput de analiză a costului ciclului de viață (LCC), care să furnizeze date privind consumul de energie electrică (kWh), costurile de operare și emisiile de carbon asociate. Acest lucru asigură, în final, că strategiile de recuperare a energiei se bazează pe date reale, aplicabile în condiții concrete.

Ce este exact eficiența optimă?

Nu există un răspuns simplu la această întrebare, deoarece eficiența optimă reală depinde de mulți factori diferiți, așa cum s-a discutat. Totul depinde de nevoile specifice ale unei clădiri și ale sistemului său, care vor varia. Cu toate acestea, principiul de bază este clar: eficiența optimă înseamnă atingerea celui mai mic consum de energie și a celor mai mici emisii de carbon pentru performanța necesară. Aceasta înseamnă dimensionarea corectă a bobinelor, configurarea proiectului pentru debite de aer realiste și selectarea echipamentului corect în funcție de condițiile de funcționare.

Consultanții trebuie să ia în considerare această provocare atunci când selectează un producător responsabil de AHU. Prin parteneriatul cu FläktGroup, utilizăm instrumente robuste de analiză a costului ciclului de viață (LCC) care pot lua decizii pe baza datelor reale. Acestea includ consumul de energie (kWh), costurile de funcționare și emisiile de carbon asociate pe durata de viață a unui sistem.

Ori de câte ori selectați sau specificați AHU-uri, este întotdeauna o bună practică să insistați asupra unei analize complete a LCC încă din faza incipientă a procesului de proiectare. Acest lucru vă asigură că nu doar îndepliniți obiectivele proiectului actual, ci și că protejați viitorul operațional al clădirii, reducând costurile pe termen lung și contribuind la atingerea obiectivelor de sustenabilitate. Recuperarea energiei, atunci când este utilizată în mod inteligent, devine esențială pentru obținerea acestor rezultate de performanță pe termen lung.

Explorați gama noastră completă de unități de tratare a aerului (AHU)