energoefektivitāte ventilācijas un gaisa kondicionēšanas sistēmās: normatīvi un pieredze...

Rīgas Tehniskā universitāte

Enerģētikas un elektrotehnikas fakultāte

Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūts

www.videszinatne.lv

Energoefektivitāte ventilācijas

un gaisa kondicionēšanas

sistēmās: normatīvi un

pieredze Latvijā un pasaulē

prof. Andra Blumberga

Energoefektivitātes trilemma

Apģērbs

Metaboliskais siltums/ cilvēka

aktivitāte

Klimata un sezonālās izmaiņas

Vecums un dzimums

Uzturēšanās ilgums telpās

Gaisa temperatūra

Gaisa kustības ātrums

Gaisa mitrums

Apkārtējo ķermeņu

temperatūra (starošanas temperatūra)

Cilvēka ķermeņa komfortu ietekmē:

Komfortabli apstākļi

Cilvēks nejūt aukstumu;

Cilvēks nejūt karstumu;

Cilvēks nejūt gaisa kustību ap sevi

Cilvēks jūtas komfortabli tādā vidē, kur

no viņa tiek novadīts tieši tik daudz

siltuma un mitruma, cik izstrādā viņa

ķermenis

Piemērs: produktivitātes kritums ēkās ar

gaisa kondicionēšanu

Avots:

Gaisa piesārņojums

Dzīves vietās:

Cilvēki;

Izgarojumi no mēbelēm,

būvmateriāliem, paklājiem,

tīrāmajiem līdzekļiem;

Putekļu daļiņas no degšanas

procesa;

Piesārņots āra gaiss netālu no

rūpnīcām un ielām un ceļiem;

Smēķēšana – nepieciešams

55-60 m3/h cilv. svaiga gaisa

Darba vietās:

Dažādas ķīmiskas vielas

Tiek noteikts maksimālais

piesārņojuma līmenis (ppm);

Daudzām vielām vēl joprojām

nav pierādīta ietekme uz

cilvēka organismu;

Piesārņojuma līmenis ir kā

viens no galvenajiem izejas

datiem ventilācijas un gaisa

kondicionēšanas aprēķinos

Pieplūdes gaisa daudzums ir atkarīgs no:

Siltuma izdalījumiem telpā;

Mitruma izdalījumiem telpā;

Kaitīgo vielu daudzuma.

Aprēķinos izmanto maksimālo vērtību.

Empīriskās gaisa apmaiņas kārtas vērtības dažādās

telpās

telpa

gaisa apmaiņas kārta, 1/h

WC 6…10 akumulatoru telpas 4…6 vannas istabas 4…6 stādaudzētavas 5…15 bibliotēkas 3…5 dušas telpas 20…30 biroji 3…6 krāsotāja darbnīca 5…10 krāsošanas kameras 20…50 garāžas 4…5 ģērbtuves 3…6 viesu istabas 5…10 auditorijas 8…10 ēdnīcas 6…8

universālveikali 4….6

kinoteātri un teātri 4…6

laboratorijas 15…20

veikali 6….8

operāciju zāles 15…20

datorlaboratorijas 60….65

baseini 3…4

konferenču zāles 6….8

ēdamistabas 4…6

seifi 3…6

ģerbtuves baseinā 6…8

veļas mazgātavas 10….15

ražošanas cehi bez specifiskiem piesārņotājiem 3….6

skolas, slimnīcas, virtuves speciālas tabulas

Sausā termometra

temperatūra;

Mitrā termometra

temperatūra;

Relatīvais mitrums;

Mitruma saturs;

Entalpija;

Gaisa blīvums.

GALVENIE GAISA

PARAMETRI

Gaisa apstrādes procesi

Sildīšana

Dzesēšana

Mitrināšana

Sausināšana




www.videszinatne.lv

Likumdošana Latvijā

LBN 231-15 “Dzīvojamo un publisko ēku apkure un ventilācija”

LVS EN 13779:2007 “Nedzīvojamo ēku ventilācija. Ventilācijas un gaisa kondicionēšanas

sistēmu veiktspējas prasības “

LVS EN 15239:2007 “Ēku ventilācija. Ēku energoefektivitāte. Ventilācijas sistēmu

inspicēšanas vadlīnijas “

LVS EN 15240:2009 L “Ēku ventilācija. Ēku energoefektivitāte. Gaisa kondicionēšanas

sistēmu pārbaudes vadlīnijas”

LVS EN 15241:2009 L “Ēku ventilācija. Aprēķina metodes ventilācijas un infiltrācijas radīto

enerģijas zudumu noteikšanai nedzīvojamās ēkās”

LVS EN 15242:2009 L “Ēku ventilācija. Aprēķina metodes gaisa apmaiņas noteikšanai ēkās

(ieskaitot infiltrāciju)”

LVS EN 15243:2009 L “Ventilācija ēkām. Telpu temperatūras, kā arī siltumslodzes un

enerģijas aprēķins ēkām ar telpu kondicionēšanas sistēmām“

LVS EN 15251:2007 “Telpu mikroklimata (gaisa kvalitātes, temperatūras režīma,

apgaismojuma un akustikas) parametri ēku projektēšanai un to energoefektivitātes

novērtēšanai”

LVS EN ISO 15265:2004 “Aukstas un karstas vides ergonomika - Apdraudētības

noteikšanas stratēģija stresa vai sliktas pašsajūtas profilaksei aukstos un karstos darba

apstākļos”

LVS EN 15265:2007 “Ēku energoefektivitāte. Telpu apsildīšanas un dzesēšanas

energovajadzību rēķināšana ar dinamiskām metodēm. Vispārīgie kritēriji un validēšana”

LVS EN 12792:2004 “Ēku ventilācija - Simboli, terminoloģija un grafiskie simboli”.

LBN 003-01 “Būvklimatoloģija”

LBN 231-15 “Dzīvojamo un publisko ēku

apkure un ventilācija”

96. Ventilācijas sistēmu ražīgumu aprēķina atbilstoši izejas datiem.

Ventilācijas sistēmu ražīgumam jābūt pietiekamam, lai nodrošinātu svaiga

gaisa padevi, apmierinošu komfortu vai tehnoloģiskos apstākļus

apkalpojamā zonā. Telpas gaisa piesārņojuma avotus novērtē atbilstoši

standartam LVS EN ISO 7730:2006 (....) un standartam LVS CR 1752:2008

(....), ja projektēšanas uzdevumā attiecīgās ēkas ekspluatācijai nav

paredzētas īpašas prasības.

97. Ja vienīgais telpas gaisa piesārņojuma avots ir cilvēki, svaigā gaisa

padeves absolūtais minimums ir 15 m3/h uz cilvēku.

Komforta prasības (ISO 7730)

Vasara Ziema

Operatīvā temperatūra 23-26C 20-24C

Gaisa temperatūras starpība

1,1 m un 0,1 m virs grīdas

< 3C < 3C

Vidējais gaisa ātrums < 0,25 m/s < 0,15 m/s

Direktīva 2009/125/EK par ekodizaina

prasībām pret ventilācijas iekārtām

stājas spēkā sākot ar 2016. gada 1.janvāri

nosaka prasības gan dzīvojamo māju iekārtām, gan

nedzīvojamo ēku gaisa apstrādes iekārtām

Enerģijas patēriņš ES

50% tiek patērēti

ventilācijai un

gaisa

kondicionēšanai

Ventilācijas un

GK sistēmas

Tradicionālie

risinājumi

Alternatīvie risinājumi

Pasīvās solārās sistēmas un dabīgā ventilācija gaisa kondicionēšanas vietā;

Jūtamās dzesēšanas sistēmu un ventilācijas atdalīšana;

Ventilācijas sistēmas ar zemu gaisa kustības ātrumu un maināmu gaisa daudzumu;

Ēkas masivitātes izmantošana aukstuma slodzes nobīdīšanai uz nakti;

Aizvietojošās ventilācijas izmantošana;

Iztvaikošanas dzesēšanas izmantošana;

Sausināšanas izmantošana dzesēšanā;

Utt.

Piemērs: Nihon University ēka

http://www.ibec.or.jp/jsbd/Z/tech.htm

Gaisa apstrādes sistēmas

• Dabīgā ventilācijas sistēma

• Mehāniskā ventilācijas sistēma

• Vietējā

• Centrālā

• Hibrīdventilācija

Ventilācijas sistēmas

• vietējā

• centrālā

Gaisa kondicionēšanas

sistēmas




www.videszinatne.lv

VENTILĀCIJAS SISTĒMAS

Ventilācijas sistēmas

Dabīgā ventilācija

Mākslīgā (mehāniskā) ventilācija

Hibrīdventilācija




www.videszinatne.lv

DABĪGĀ VENTILĀCIJA

Viegli izveidojama telpās ar nelielu gaisa apmaiņas kārtu

Grūti kontrolējama

Atkarīga no āra gaisa parametriem, ēkas konstrukcijas, novietojuma, būvniecības kvalitātes utt.

Apdzīvotās vietās tā saistīta ar āra gaisa piesārņojumu, trokšņu līmeni

Ēkās, kur nepieciešama pastiprināta drošība, to nevar izmantot

Tiek izmantota energoefektīvās ēkās.

Dabīgās ventilācijas darbība

Vēja efekts

Skursteņa efekts

Vēja un skursteņa kombinētais efekts

Dabīgās ventilācijas izmantošanu

ierobežojošie faktori

Maksimālais telpas dziļums

Vēja ātrums

Bezvēja biežums

Izmeši

Telpas gaisa parametri

Piemērs: vēja nosūces un pieplūdes:

Velsas parlaments

www.bbc.co.uk/wales/southeast/sites/assembly/

http://www.assemblywales.org/www.bbc.co-2.uk/wales/southeast/sites/assembly/-link










http://www.publicserviceevents.co.uk/wshop_pdf/sp08_rationel_ruralzed.pdf

Piemērs: aktīvā dabīgās ventilācijas sistēma

Piemērs: vēja torņu modernais risinājums

Vēja tornis ar saules

skursteni:

Vējainā laikā

darbojas vēja tornis

(līdz 20 h-1 pie vēja

ātruma 1 m/s);

Bezvēja laikā

darbojas vēja tornis

+ saules skurstenis

(līdz 60 h-1)




www.videszinatne.lv

MEHĀNISKĀ

VENTILĀCIJA

Mehāniskās ventilācijas sistēmu veidi

Pieplūdes-nosūces sistēma;

Vietējās nosūces;

Vietējās pieplūdes;

Gaisa aizkari;

speciālie ventilatori.

Nosūces ventilācija Pieplūdes ventilācija

Pieplūdes-nosūces

ventilācija

Energoefektīva pieplūdes-nosūces sistēma

HIBRĪDVENTILĀCIJA

Kāpēc hibrīdventilācija?

Dabīgās ventilācijas enerģijas patēriņš ir neliels;

Tās lietojumu ierobežo:

klimats

Siltuma izdalījumi

Ar gaisa kondicionēšanu var nodrošināt

sistēmas vadību, taču tas tiek sodīts ar enerģijas

izmaksām

Hibrīdventilācija - dabīgā ventilācija un

mehāniskās sistēmas darbojas, viena

otru papildinot.

Ēkas ar hibrīdventilāciju

Daudz līdzības ar ēkām ar dabīgo ventilāciju;

Tām ir daudz zemas enerģijas ēkas

raksturlielumi:

Laba siltumizolācija

Blīvas

Laba saules enerģijas patēriņa vadība

Laba dienasgaisma

Energoefektīvs mākslīgais apgaismojums

Masīva konstrukcija

Nakts ventilācija

Vienmēr tiek izmantota hibrīdventilācijas sistēmās;

Var būt gan dabīgā, gan mehāniskā;

Automātiska logu vai atvērumu atvēršana;

Darbību kontrolē ar temperatūru starpību

Piemērs

- The Ionica building, Cambridge

- Atvērtā plānojuma biroju ēka un telpas ar lieliem siltuma izdalījumiem (datu centri un laboratorijas)

- Masīva konstrukcija un efektīva mehāniskā ventilācija

- Ātrijs un vēja torņi

- Nakts dzesēšana

- Dažas zonas ar dzesēšanu




www.videszinatne.lv

GAISA

KONDICIONĒŠANAS

SISTĒMAS

http://www.reliant.com/en_US/Page/Generic/Public/esc_purchasing_advisor

_rotary_screw_chillers_bus_gen.jsp

Centrālā GK sistēma

Vietējās GK sistēmas

Vietējie kondicionieri;

Gaisa dzesēšanas/sildīšanas ierīces (fan coil);

Aukstie griesti (chilled beams)

GAISA SADALES IERĪCES

Gaisa sadales sistēmas

Samaisīšanās (mixing) Aizvietošana (displacement)

• virzuļa (piston)

Katrai telpai ir gaisa plūsmas kontrole

1 gaisa plūsmas kontrole uz visu zonu




www.videszinatne.lv

ENERĢIJAS PATĒRIŅA

SAMAZINĀJUMS

Siltuma atgūšanas metodes

Recirkulācija

Siltuma rekuperatori – aparāti, kuros siltuma un

mitruma apmaiņa starp āra un recirkulācijas gaisa

plūsmām notiek caur atdalošo sieniņu:

Plākšņu

Savienotās baterijas

Siltuma reģeneratori – aparāti, kuros caur masīvu

kontaktslāni, kas labi akumulē un atdod siltumu un

mitrumu, pārmaiņus plūst āra vai recirkulācijas

gaiss.

Rotējošais

Recirkulācija

Recirkulācija

Plusi:

Tiek izmantota nosūces

gaisa entalpija;

Zemākas uzstādīšanas

izmaksas salīdzinot ar

citiem siltuma atgūšanas

aparātiem;

Zemākas uzturēšanas

izmaksas

Mīnusi:

Max noteiktas

samaisīšanās

proporcijas;

Netīrais nosūces gaiss

samaisās ar pieplūdes

gaisu;

Ierobežota lietošana

Rotējošais siltuma utilizators

Siltuma efektivitāte līdz pat 80%(pretējas plūsmas, jo paralēlu plūsmu gadījumā efektivitāte ir uz pusi mazāka):

no 01.01.2016.: min 67%*;

no 01.01.2018.: min 73%*

Mazs spiediena kritums;

Aizņem nedaudz vietas;

Aprīkots ar automātisko kontroli;

Nedrīkst lietot vietās, kur pieplūdes gaiss nedrīkst saskarties ar nosūces gaisu.

* - efektivitāte pie āra gaisa un iekštelpu temperatūras starpības 13 K bezkondensācijas apstākļos (nosūces

gaisa RM –0%)

Rotējošais siltuma utilizators

•Siltuma pāreja ir atkarīga no:

•Gaisa plūsmas un

temperatūras starpības

pieplūdes un nosūces gaisam;

•Gaisa kustības ātruma

utilizatorā;

•Relatīvā mitruma nosūces

gaisā

•Izgatavots no alumīnija vai

plastmasas;

•Rotora griešanās ātrums 0…15

apgr/min

Rotējošo siltuma utilizatoru veidi

Kondensēšanās (nehigroskopisks rotors):

jūtamais siltums no nosūces gaisa nonāk pieplūdes

gaisā;

nosūces gaiss rotorā nokrīt zem rasas punkta

temperatūras un izkrīt kondensāts, kas nonāk

pieplūdes gaisā

sorpcijas (higroskopiskais) rotors:

Alumīnijs ir pārklāts ar speciālu klājumu, kas uzsūc

mitrumu no nosūces gaisa un to nodod pieplūdes

gaisam (tiek pārnests gan jūtamais, gan slēptais

siltums)

Plākšņu siltuma utilizators


Siltuma efektivitāte: No 01.01.2016.: min 67%*;

No 01.01.2016.: min 73%*.

Atkausēšanas režīmā un vasarā darbojas apkārtgaitas vārsts;

Var lietot vietās, kur pieplūdes gaiss nesaskaras ar nosūces gaisu


gaisa RM –0%)


Siltuma pāreja ir atkarīga no:

• Gaisa plūsmas un temperatūras starpības

pieplūdes un nosūces gaisam;

• Gaisa kustības ātruma utilizatorā;

• Relatīvā mitruma nosūces gaisā.

Āra gaiss

Nosūces

gaiss

Atkausēšanas režīms

Nepieciešams, ja āra gaisa temp.<-7°C

Atkausēšanas režīmi: Pieplūdes vārsti uz utilizatora veras ciet viens aiz otra

(katrs 15 min stundas laikā)– temperatūras efektivitāte ir 90% no max efektivitātes*;

Ventilatora izslēgšana vai gaisa daudzuma samazināšana;

“aukstā stūra” kontrole – ja temp. visaukstākajā siltuma utlizatora stūrī ir zem +2°C, daļa vārstu aizveras un gaiss iet pa apkārtgaitu – max temp.efektivitāte samazinās par 20-40%*.

* - jāņem vērā, aprēķinot sildītāja jaudu.

Nosūces

gaiss

Sajaukšanās

vārsts

Sūknis Āra

gaiss

Siltuma pāreja ir atkarīga no:

•Gaisa plūsmas un temperatūras starpības pieplūdes un nosūces gaisam;

•Gaisa kustības ātruma utilizatorā;

•Relatīvā mitruma nosūces gaisā;

•Cirkulējošā šķidruma.

Savienoto bateriju siltuma utilizators

Siltummainis ar siltumnesēju (antifrīzu)

Siltuma efektivitāte:

No 01.01.2016.: min 63%*

No 01.01.2018.: min 68%*

Vietās, kur pieplūde atrodas tālu

no nosūces;

Aprīkots ar automātisko kontroli

pret aizsalšanu;

Aiz nosūces baterijas jāliek

pilienu ķērājs;

Process I-d diagrammā kā

sildīšanai (d=const).


gaisa RM –0%)

Ventilatoru SEL faktors

SEL – īpatnējais elektrības efektivitātes

rādītājs – cik daudz enerģijas

nepieciešams, lai pa gaisa vadiem

transportētu 1 m3 gaisa

Jaunām ventilācijas sistēmām SEL nosaka

Ekodizaina direktīvas prasības, atkarībā

no iekārtas veida.

Direktīva 2009/125/EK par ekodizaina

prasībām pret ventilācijas iekārtām

Nedzīvojamo ēku ventilācijas iekārtām jābūt:

Ventilatoriem vai nu ar vairāku pakāpju

ātrumu kontroli vai bezpakāpju kontroli;

Visām iekārtām jābūt siltuma atgūšanai;

Visām siltuma atgūšanas iekārtām jābūt ar

siltuma apkārtgaitas vārstu, lai siltuma

atgūšanas efektivitāte būtu 0%

GAISA DZESĒŠANA,

IZMANTOJOT ADIABĀTISKO

MITRINĀŠANU

Adiābātiska nosūces gaisa

dzesēšana

Gaisa sausināšana: sorpcijas

reģenerators

Rotori: vairāki ražotāji dažāda izmēra iekārtas ar kvarca gēls vai litija hlorīds: šobrīd ekonomiski izdevīgi virs 10000 m3/h

Slapjie sausinātāji: pagaidām tikai pilotprojekti ar litija hlorīdu

Sausināšana un iztvaikošanas dzesēšana

(desiccant and evaporative cooling (DEC))

PARADIGMAS MAIŅA

ĒKU BŪVNIECĪBĀ

Statiskas ēkas

Klimata adaptīvas

ēkas

Klimata adaptīvas ēkas norobežojošās

konstrukcijas: mainīgie lielumi


Siltumenerģija

Optika Gaisa plūsma

Elektrība

R.Loonen, Climate Adaptive Building Shells, MSc Thesis, 2010


konstrukcijas


Tehnoloģisko risinājumu izstrādes metodes:

• Pasīvie risinājumi, fizikālas parādības

• Algoritmi, sensori, vadība

• Biomimikrija

Ūdens siena

q'

q’'

q'=q’'q' – siltuma zudumi

q'’ - siltuma atgūšana

-30 oC

+20 oC

+5 oC

Zemes siltummainis

Ūdens siena

Telpa

Āra gaiss

Grunts

0 oC

+3 oC

Gatis Žogla, inovatīvu pieeju izmantošana ēku energoefektivitātes

politisko un tehnoloģisko risinājumu modelēšanā, Promocijas darbs,

RTU, 2012


konstrukcijas piemērs


konstrukcijas


Mainīga caurspīdīgo konstrukciju gaismas

caurlaidība

Hoberman, C. (2009) Adaptive fritting

http://hoberman.com/portfolio/gsd.php?projectname=Adaptive%20Fritting


konstrukcijas


Mainīga caurspīdīgo konstrukciju U vērtība

Gruber, P. (2008), ‘The signs of life in architecture’, Bioinspiration &

Biomimetics 3(2): 1-9


konstrukcijas


Gaisa apmaiņa, vēdināšana

Imbabi, M. (2006) ’Modular breathing panels for energy efficient, healthy

building construction‘,

Renewable Energy 31(5): 729-738


konstrukcijas


Elpojoša siena

Badarnah, L. and Knaack, U. (2007) ‘Bio-Inspired Ventilating System for Building Envelopes’, in

Proceedings

of the International Conference of the 21st Century: Building Stock Activation, Tokyo, Japan. pp: 431-438

2017.gadā

RTU Vides aizsardzības un siltuma

sistēmu institūts izdos grāmatu

par ēku energoefektivitāti

energoefektivitāte ventilācijas un gaisa kondicionēšanas sistēmās: normatīvi un pieredze...

Environment