Проблемы энергосбережения

Проблемы энергосбережения

Задача энергосбережения во всём мире становится первостепенной. Ведутся поиски альтернативных и возобновляемых источников электроэнергии. устанавливаются новые требования к энергоэффективности транспортных средств, промышленных энергопотребителей, бытовых электроприборов, ужесточаются требования к теплопотерям зданий, внедряются системы рекуперации энергии, создаются средства тригенерации (одновременное производство трёх видов энергии: электричества, тепла и холода, например - в бромистолитиевых холодильных установках).

После энергетического кризиса 70-х годов энергосбережение стало одним из основных направлений энергетической политики развитых государств. Так в Японии нормативы энергосбережения для жилых и общественных зданий сейчас предусматривают сокращение на 60% потребления энергии на отопление и кондиционирование. Как показали исследования, ежедневные добровольные выключения кондиционеров на 1 час в августе, на который приходится пик потребления электричества, позволит достичь более чем 10% экономии электроэнергии в жилом и общественном секторе.

Одна из местных компаний Японии продемонстрировала экспериментальную систему электросбережения в частных домах. Система включает комнатные датчики, фиксирующие расход электроэнергии. При отсутствии в помещениях людей датчики отключают свет, а также изменяют режим работы кондиционеров в соответствии с указаниями электрокомпании, связь с которой поддерживается с помощью передачи данных по GSM мобильной связи. Подсчитано, что за год такая система позволяет сократить потребление электроэнергии в доме на 20%.

Европейский союз в 2005 году принял директиву о продуктах конечного энергопотребления (EuP – Energy using Products-Directive, с 2009 годо - директива продукции, связанной с энергопотреблением - ErP - Energy related Products-Directive). Эта директива служит основой для определения возможностей повышения экономичности различных объектов, связанных с энергопотреблением и для закрепления минимальных требований к таким объектам. В июне 2010 года были установлены обязательные предельные показатели эффективности для вентиляторов, вне зависимости от того, работают ли они самостоятельно или являются составной частью прибора или установки. Под действие этих нормативов подпадают многочисленные области применения вентиляторов: от холодильных установок и техники для кондиционирования воздуха до машиностроения и вычислительной техники.

Эти примеры говорят о том внимании, которое уделяет мировое сообщество вопросу энергосбережения.

Поскольку существенную долю в энергопотреблении развитых стран составляют системы кондиционирования и вентиляции, предпринят ряд международных мер по регулированию показателей энергоэффективности применяемой в этих странах климатической техники.

Энергоэффктивность систем кондиционирования определяется холодильным коэффициентом: отношением холодопроизводительности к затраченной мощности и аналогичным тепловым коэффициентом (для «тепловых насосов», работающих на охлаждение и обогрев). Чем выше эти коэффициенты, тем энергетически более эффективна система.

До недавних пор основными и, пожалуй, единственными показателями энергоэффективности являлись коэффициенты EER (для режима охлаждения) и COP (для режима нагрева), которые характеризовали работу системы при установленных номинальных условиях: по температуре и влажности наружного воздуха, заданной температуре и влажности в помещении, максимальной скорости вентилятора. Для бытовых кондиционеров согласно ISO 5151 такими условиями были:

в режиме нагрева — температура в помещении DB 20О С (температура по сухому термометру), — температура снаружи DB 7О С, WB 6О С (температура по влажному термометру);

в режиме охлаждения — температура в помещении DB 27О С, WB 19О С, — температура снаружи DB 35О С, WB 24О С.

Таким образом параметры EER и COP являются «мгновенными» и соответствуют одной точке в области энергоэффективности аппарата.

Значения коэффициентов энергоэффективности разделены на 7 классов, от класса А, соответствующего наибольшей эффективности, до класса G — наименьшей (см. таб.). Класс А может быть расширен до А+, А++, А+++ при появлении систем с показателями, значительно превышающими уровень А класса. Обозначению классов для наглядного графического представления придана различная расцветка.

Класс A B C D E F G
ERR >3.2 3.0-3.2 2.8-3.0 2.6-2.8 2.4-2.6 2.2-2.4 <2.2
COP >3.6 3.4-3.6 3.2-3.4 2.8-3.2 2.6-2.8 2.4-2.6 <2.4

Дополнительно к "мгновенным" значениям энергоэффективности в специальной технической документации приводятся таблицы производительности при иных условиях измерений и поправочные коэффициенты, учитывающие напор вентилятора, длину трасс, значения температуры и влажности, отличные от номинальной. Однако, в большинстве случаев выбор кондиционера базировался на мгновенных значениях показателей производительности и коэффициентов энергоэффективности. Это однозначно вносило некорректность в результаты подбора оборудования, которую часто компенсировали выбором кондиционера заведомо большей мощности.

Совершенно не учитывался фактор неравномерности условий работы систем в течении всего сезона использования кондиционера в режимах его работы на обогрев и охлаждение.

Появление в ряде стран жёстких требований по энергосбережению привело к необходимости внедрения новых подходов к оценке энергоэффективности систем кондиционирования и вентиляции, выработке интегральных сезонных показателей энергоэффективности для всего годового периода использования климатических систем и нормирования этих показателей применительно к разным климатическим зонам.

Статистические значения нагрузки систем кондиционирования в течении года условно представляются плавной кривой. Примерный характер этого изменения показан на рисунке:

Объективным обобщённым показателем энергоэффективности системы кондиционирования является значение, равное интегралу (площади) функции нагрузки, поделённой на длительность периода. Для упрощения расчётов принято четырёх ступенчатое осреднение этой зависимости. Величины таких показателей являются сезонными коэффициентами энергоэффективности.

Расчёт обобщённых показателей с четырёх ступенчатым осреднением производится по стандартной формуле:

Index = W1•EER (A1%, B1 °C) + W2•EER (A2%, B2 °C) + W3•EER (A3%, B3 °C) + W4•EER (A4%, B4 °C),

где Wi — относительная длительность i-го периода с загрузкой Аi% при соответствующей средней температуре Bi наружного воздуха или температуре охлаждающей воды (для систем с водяным охлаждением конденсатора). При этом сумма W1+W2+W3+W4 всегда равна 1.

Сезонные коэффициенты энергоэффективности разрабатывались национальными ведомствами применительно к характерным климатическим условиям, статистическим данным по нагрузкам системы кондиционирования в течении года, стоимости энергоносителей и преобладающему классу климатических систем.

В настоящее время известны следующие национальные сезонные показатели:

ESEER — Европейский сезонный показатель энергетической эффективности;

EMPE - Итальянский сезонный показатель энергетической эффективности;

IPLV — Американский интегральный показатель энергоэффективности при частичной нагрузке;

SEER - Американский сезонный показатель энергетической эффективности.

Показатели ESEER, EMPE. IPLV вычисляются по стандартной формуле, но имеют разные значения относительной длительности периода (Wi), нагрузки (Ai) и соответствующей температуры (Bi).

Так, например, показатель ESEER расчитывается по формуле:

ESEER =0.03•EER (100%, 35°C)+0,33•EER (75%, 30°C)+0,41•EER (50%, 25°C)+0,23•EER (25%, 20°C).

с параметрами, приведёнными в таблице (в том числе для систем с водяным охлаждением конденсатора)

Нагрузка, % Температура наружного воздуха, °C Температура охлаждающей воды, °C Длительность периода при данной нагрузке, %
100 35 30 3
75 30 26 33
50 25 22 41
25 19 18 23

Для Московского региона применительно к системе из двух чиллеров с водяным охлаждением конденсатора по данным компании Trane характерны параметры:

Нагрузка/температура 100%, 29,4 °C 75%, 23,9 °C 50%, 18,3 °C 25%, 18,3 °C
Длительность, % 16 38 16 30

Способ определения SEER описан в стандарте ANSI/AHRI 210/240–2008.

Сезонным коэффициентам устанавливаются минимальные уровни энергоэффективности и их выполнению придаётся государственное значение. Обозначение классов энергоэффективности для сезонных показателей аналогично принятому ранее для «мгновенных».

Учёт сезонных показателей становится обязательным как для производителей, так и для поставщиков этой техники. Их обозначение должно присутствовать на этикетках товаров. На рисунке в качестве примера приведён вид этикетки для сплит-системы MSZ FH25VE/MUZ FH25VE производства Mitsubishi Electric, поставляемых в Европу.

На этикетке указываются: изготовитель, модель кондиционера, энергопотребление, значения сезонных показателей энергоэффективности для разных регионов Евросоюза.

Выполнение требований энергоэффективности вынуждает производителей вносить существенные конструктивные изменения в выпускаемую технику, а поставщиков и заказчиков следовать определённым правилам оснащения объектов климатическими системами.

Так, например, в Евросоюзе выработано требование к мультисистемам, обязывающее поставщиков и заказчиков такой техники обеспечивать не менее чем 100% нагрузку наружных блоков. С одной стороны это способствует применению систем с меньшим количеством потенциально опасного фреона, с другой — энергосбережению, связанному с исключением переразмеренных наружных блоков. Это потребовало от производителей модернизировать системы кондиционирования и производить внутренние и наружные блоки промежуточных типоразмеров, с тем, чтобы выполнялись варианты 100% загрузки систем.

Предстоящие поставки кондиционерного оборудования главных мировых производителей в Россию будут сопровождаться подобными этикетками. И, несмотря на то, что в РФ в настоящее время не введены нормы по сезонным показателям энергоэффективности, представляется рациональным учитывать при выборе оборудования этот фактор.

Статья подготовлена по материалам интернет-изданий и Директивы «ErP2015 превосходит нормы».mb-papst, Multingen GmbH & Co. KG. 2010 ErP