Роля на ОВК технологиите в нулевоенергийните сгради

Отоплителните, вентилационните и климатичните системи са ключови елементи от концепцията за нулевоенергийни сгради. Тези обекти са своеобразни системи, в които се внедряват последните иновации при материалите, технологиите, практиките и контролните решения. Целта е не само да се минимизира или сведе до нула енергийното потребление, но и сградата да произведе повече електричество, отколкото консумира, за да се превърне в плюсовоенергийна система.

С нарастването на популярността на тези проекти в Европа и по света, ОВК производителите поставят все по-голям фокус върху технологиите, специално проектирани за такъв тип приложения, които са в състояние да посрещнат амбициозните им изисквания за енергийна ефективност.

Тенденции при технологиите за нулевоенергийни сгради
На пазара на решения за ниско-, нулево- и плюсовоенергийни сградни проекти нивото на технологично развитие е изключително високо. Сред тенденциите, които стимулират този динамичен ръст на приложенията в областта, са възходът на строителната индустрия и стремежът към повсеместна енергийна ефективност и екологосъобразност в сектора. Налице е и желание сред много от компаниите производители на ОВК системи да навлязат и да се утвърдят с диференцирани продукти на един по-конкурентен и печеливш пазар. Допълнителни двигатели на популяризирането на нулевоенергийните сгради са съвременните директиви и стандарти на национално, европейско и глобално ниво, които промотират и налагат консумацията на все по-малко енергия и ресурси и използването на повече енергийно ефективни технологии и системи за локално производство на енергия, включително от възобновяеми източници.

Ефективността на сградите и системите в тях е водеща тенденция в сектора. Технологиите в сферата на ОВК системите обаче достигат етап, на който в дадени приложения е постигната оптимална ефективност на процесите и уредите. Ето защо фокусът се измества към ефективността на ниво цялостни системи или обекти. Нулевоенергийните сгради са резултат именно от тази тенденция.

Една високоефективна ОВК инсталация не би била достатъчно ефикасна, ако е комбинирана с недобра изолация, с лошо проектирани или некачествени тръбопроводи и/ли въздуховоди. Ето защо постигането на оптимална ефективност на ниво сграда изисква цялостен подход към подбора на компонентите, технологиите и системите. Вместо съсредоточаване върху първоначалната цена за закупуване и инсталиране на ОВК оборудването, е препоръчително собствениците да обърнат внимание на очакваните ползи в дългосрочен план.

ОВК технологии за нулевоенергийни сгради
Като едни от най-големите енергийни консуматори в сградите заедно с осветлението, отоплителните, вентилационни и климатични системи играят ключова роля за постигането на целите на проектантите за нулево потребление. Подобно на много други "зелени" инициативи, и концепцията за нулевоенергийни сгради оказва голямо влияние върху ефективността на сградните системи и технологии.

Предвид факта, че около 40% от използваната в сградите енергия се дължи на работата на ОВК системите, ефективността на механичното ОВК оборудване е основен обект на технологични подобрения. В тази посока са насочени основните усилия на проектантите на ОВК технологии, които търсят нови решения на традиционни предизвикателства, за да успеят да постигнат амбициозните цели на нулевоенергийните сгради.
Високоефективните ОВК системи за съвременните нискоенергийни сградни проекти използват иновативни технологии като честотни инвертори и интелигентно управление, за да адаптират оптимално работата на уредите към потребностите. В резултат на повишената ефективност, за всеки спестен ват електроенергия е елиминирана необходимостта да бъде произведен от локалната ВЕИ система или почерпен от мрежовото захранване. Обезпечаването на отоплителните системи чрез термопомпи и електрифицирането на други товари с локално произведена от сградата ВЕИ енергия са основни стъпки към постигането на нулево енергийно потребление. В допълнение, при много проекти за нулевоенергийни сгради се търси постигане и на нулеви въглеродни емисии чрез елиминиране на директната употреба на изкопаеми горива, допълнително повишавайки екологосъобразността на концепцията.

Проектирането и изпълнението на ОВК инсталациите в една сграда е в пряка връзка с ключови елементи от сградния дизайн като ориентацията, сградната обвивка, осветлението, електроинсталациите и електрооборудването. Проектантите на механичните компоненти на ОВК системите се стремят да намалят натоварванията за отопление, охлаждане и вентилация, свързани с работата на тези компоненти, за да се сведе до минимум консумацията на енергия и след това да се постигне нулев баланс с помощта на захранване от възобновяеми енергийни източници.

Възможности във връзка с възобновяемата енергия
Един изключително популярен избор за захранване на ОВК системи в нулевоенергийните сгради е геотермалнатата енергия – възобновяем енергиен ресурс, който спомага за значително намаляване на разходите за отопление и охлаждане. Геотермалните термопомпи са сред най-ефективните налични ОВК технологии и ключово решение за постигането на нулево енергийно потребление. Използването на земните недра като своеобразен топлообменник е изключително ефикасен способ за отопление и охлаждане на сградите. На пазара се предлагат множество продукти в този сегмент, включително геотермални термопомпи, които генерират три или повече единици топлинна енергия за всяка единица консумирана електрическа енергия. Тази технология като цяло осигурява и високи стойности на показателя за качество на вътрешния въздух в сградата (Indoor Air Quality – IAQ).
Прилагането на цялостен подход към сградните технологии спомага за по-лесно преодоляване на ограниченията и предизвикателствата при техническото проектиране на нулевоенергийни сгради. Слънчевата енергия – друг възобновяем енергиен източник, също е неразделна част от изграждането на сгради с нулево енергийно потребление.

Освен възобновяемите технологии за производство на енергия, важен елемент от стратегията за постигане на нулева енергийна консумация в една сграда са и системите за съхранение на енергия. Експертни проучвания в областта показват, че дори и малко количество складирана енергия с помощта на съвременните технологии за съхранение може да осигури цялостно електрозахранване на една сграда в тъмната част на денонощието или в други пропорционални отрязъци от деня или годината, в които един захранван с ВЕИ обект традиционно би черпел електричество от мрежата. Съхранението на енергия позволява на сградата не само да обезпечава собствените си енергийни потребности, но и да подава обратно към мрежата неизползваните количества генерирано и съхранено електричество. За целта се използват системи за управление на потреблението, които отговарят на моментните нужди и разпределят натоварването спрямо възможностите за собствено производство. Финансовите стимули за подобни практики ги правят все по-популярни в Европа.

Работа в режим на частично натоварване
За разлика от по-старите сгради, в които ОВК оборудването като компресори и вентилатори работи с постоянна скорост, в нулевоенергийните сгради ОВК системите са снабдени с технологии за управление на скоростта, които гарантират, че се произвежда само необходимото количество топлина, студ или вентилация. Някои съвременни модели системи съчетават високоефективни мотори с честотни управления, които контролират работата на климатичните камери, чилърите, помпите и т. н. При компресорите с променлива скорост честотният инвертор (или задвижването с променлива честота) управлява мотора за работа при различни скорости, като по този начин модулира потока на хладилния агент и изходното охлаждане. Намаляването на скоростта, когато съответства точно на натоварването, спомага за редуциране на потреблението на енергия с до 50% или повече в зависимост от приложението. На практика така се губи по-малко енергия, тъй като компресорът, който работи с променлива скорост, осигурява точно необходимия капацитет според моментните потребности посредством забавяне или ускоряване на мотора. Налице са и някои оперативни ползи. Честотните задвижвания осигуряват т. нар. "софт старт", който удължава жизнения цикъл на мотора и намалява сметките за ток, редуцирайки пиковите електрически натоварвания.

Някои нулевоенергийни сгради използват подобни честотни управления и в геотермалните си системи, асансьорните си уредби и т. н. В допълнение към честотните инвертори, ОВК системите в сгради с нулево потребление често включват и HVLS вентилатори с голям дебит и ниска скорост, които помагат срещу ефекта, познат като стратификация или наслагване на топлия въздух във високите части на помещенията. Така допълнително се увеличава ефективността на отоплението и охлаждането.

Интелигентно управление и IoT решения
Интелигентните системи за управление и IoT-базираните технологии също са ключови елементи от стратегията за постигане на нулево енергийно потребление в сградите. Много производители на контролни решения за ОВК оборудване залагат на Internet of Things, за да направят продуктите си максимално адаптивни към потребностите на съвременните интелигентни сгради. Благодарение на мрежата от различни сензори (за температура, влажност, присъствие и т. н.), инсталирани из цялата сграда, централизираната система за управление добива ясна представа за нуждите от отопление, охлаждане и вентилация в отделните помещения. Системата обикновено обединява сградните услуги в цялостна платформа за сграден мениджмънт (BMS). Тя обменя информация с различните свързани устройства и уреди в сградата в реално време и своевременно променя работните им параметри с цел постигане на предварително зададените от потребителя стойности на микроклимата.
Когато като основен приоритет в работата на сградните системи е зададена енергийната ефективност, ОВК системите работят само когато има нужда от това. През останалото време те са в режим на изчакване и минимално до нулево енергийно потребление.

В допълнение, интелигентните платформи за сградна автоматизация, базирани на Internet of Things, могат автоматично да преразпределят пиковите натоварвания към времеви периоди с по-ниски тарифи с цел по-ниски сметки за ток. В нулевоенергийните сгради тези възможности са свързани с ефективно управление на произведената и съхранявана в сградата енергия с цел покриване на всичките й потребности от електричество, особено за отопление и охлаждане.

Освен с IoT технологиите, повечето съвременни ОВК продукти за нулевоенергийни сгради са съвместими и с BACnet стандарта за сграден мениджмънт и автоматизация. Той превръща интелигентните ОВК контролери в своеобразни мини-BMS системи за жилищни приложения, които се грижат за оптимално ефективното управление на отоплението, охлаждането и вентилацията и придържането към минимално енергийно потребление.

Прогнози за нулевоенергийните сгради на бъдещето
В сградния сектор се появява все по-устойчив стремеж към постигане на устойчивост и независимост, дори при екстремни условия. Ето защо нулевоенергийните сгради са сред предпочитаните проекти за зони, в които климатът е суров или често се случват природни бедствия, свързани със сериозни прекъсвания на токозахранването. Наличието на ОВК системи, чиято непрекъсната работа е обезпечена от съхранената с сградната система енергия при прекъсване на главното електрозахранване, гарантира сигурността и комфорта на обитателите дори при извънредни събития.

Експертите в областта очакват, че и в бъдеще тенденцията към повишаване на интелигентността в управлението на сградните системи и в частност – на ОВК уредите, ще се запази. Енергийното потребление на отоплителните уреди, вентилационните системи и климатиците ще бъде все по-адаптирано към предпочитанията на потребителите, климатичните условия, цените на електроенергията, достъпността на захранването и възможните източници на захранване в даден момент. Решенията за управление на ОВК технологиите ще стават все по-мобилни и портативни, все по-интерактивни и свързани, все по-ориентирани към потребителя и към оптимизиране на енергийната консумация, прогнозират пазарните анализатори.

Платформите за сграден мениджмънт и автоматизация се очаква да играят нарастваща по важност роля за постигане на нулевоенергийно потребление в съвременните домове. Управлението на сградните системи и услуги ще става все по-умно и централизирано и ще позволява все по-ефективен контрол върху консумацията на електричество с помощта на алтернативни подходи като анализ на големи обеми данни (Big data) и специализирани аналитични инструменти за сградна информация. Така собствениците и мениджърите ще бъдат максимално информирани относно енергийното потребление на сградите благодарение на регулярни справки и доклади от платформите за сграден мениджмънт. Тези справки могат хронологично да очертават тенденциите в работата на ОВК системите и потребностите от отопление, вентилация и климатизация в различните зони на деня, сезона или годината.
На пазара вече се предлагат и интелигентни софтуерни технологии за управление на енергията, проектирани специално за сгради с нулево енергийно потребление.

За разлика от традиционните платформи за енергиен мениджмънт, те не само осигуряват непрекъснат енергиен мониторинг на всички консуматори в сградата, включително ОВК системите, но и автономно инициират коригиращи действия и мероприятия при регистриране на неефективна или неизправна работа на някой уред или устройство. Благодарение на прецизните си инструменти за диагностика, тези платформи лесно могат да откриват проблеми при оборудването от механичен, електронен, електрически или софтуерен характер. Множеството им функции и предимства и популяризирането на концепцията за нулевоенергийни сгради тепърва ще разширяват вниманието върху тези решения сред потребителите, убедени са експертите в бранша.