Стратегии за контролирана вентилация

Повечето вентилационни системи в жилищни и търговски обекти са проектирани и оразмерени така, че да доставят пресен въздух на базата на максималната, а не на реалната заетост на помещенията с обитатели.

Това обаче често води до прекомерно вентилиране, което на практика се изразява в загуби на енергия и излишни разходи за собствениците. За да се справят с този проблем, специалистите от ОВК индустрията разработват стратегии за ефективна вентилация според потребностите.

Така се появява концепцията за регулирана съобразно нуждите вентилация (Demand-Controlled Ventilation, DCV). При този подход количеството доставян пресен въздух е прецизно базирано на реалните нужди и моментния брой обитатели, като така се постигат значителни икономии на енергия, по-високо качество на въздуха, оптимални стойности на влажността и другите параметри на микроклимата, както и по-добър комфорт.

Ползите от внедряването на технология за контролирана вентилация зависят от географската локация и типа на обекта, климатичните условия, режима на експлоатация и редица други фактори.

Същност на регулираната съобразно нуждите вентилация
Колебанията в заетостта на помещенията оказват особено влияние върху енергийната ефективност при вентилация на мащабни публични, офис и търговски обекти, като хипермаркети и ресторанти, където мащабите и интензитетът на работа на ОВК системите типично са значително по-големи в сравнение с жилищните помещения.

В такива обекти има и най-голяма полза от реализирането на стратегия за контролирана съобразно нуждите вентилация, която може да доведе до осезаеми годишни икономии на енергия. Вместо непрекъснато вентилиране на тези пространства с постоянен интензитет спрямо максималните потребности от свеж въздух, когато обектите са пълни с хора, собствениците и управителите често избират системи за автоматизирано подаване на пресен въздух съгласно изчислените моментни нужди.

Изчисленията се изготвят на базата на информация, получена от различни средства за регистриране на наличието на обитатели или техния брой като сензори за присъствие и движение, сензори за детекция на CO2, системи за видеонаблюдение и контрол на достъпа, времеви графици на персонала и др.

Приложения и особености
Макар тази технология да е позната в ОВК индустрията от десетилетия, дълго време DCV системи се инсталират само в офис сгради. Благодарение на все по-масовото им внедряване през последните години, в съответствие с мерките и стимулите за повишаване на енергийната ефективност на ОВК системите в глобален мащаб, цените на отделните компоненти се понижават, ефективността им се подобрява и на пазара се появява т. нар. “DCV-ready” ОВК оборудване или системи, готови за експлоатация в режим на контролирана съобразно потребностите вентилация.

Тези промени в предлагането изменят и гамата от приложения на DCV технологиите, разширявайки набора от обекти, за които са подходящи. Регулираната вентилация е базирана на автоматична настройка на ОВК системата в съответствие с моментните нужди, за да се избегнат свръхвентилация и загуби на енергия.

Основен подход е използването на автоматизирани контролери, сензори за изчисляване на потребностите от пресен въздух и зададени базови стойности на вентилацията за максимална и минимална заетост на съответното помещение или обект, които се основават на действащите стандарти за качество на микроклимата.

Широко прилаган международен стандарт в областта е ISO ICS 91.140.30, който задава спецификации за работата на вентилационни и климатични системи. В много обекти се прилагат и стандартите за вентилация и качество на въздуха в затворени помещения ASHRAE 62.1 и 62.2, разработени от Американско общество на инженерите по отоплението, охлаждането и климатизирането (ASHRAE).

В тези документи е определено минимално количество подаван пресен въздух за единица време, необходимо за осигуряването на адекватно качество на вътрешния въздух (КВВ).

Реализиране на контролирана вентилация
Концепцията за регулирана съобразно нуждите вентилация обхваща множество различни подходи и технологии, включително автоматизирани прозорци, задаване на режими за изключване на вентилационните системи при празни помещения/обекти и др. Най-разпространени в наши дни са ОВК конфигурациите с интегрирани сензори за концентрация на въглероден диоксид (CO2).

На базата на средното количество издишван от обитателите въздух за дадена единица време, в който се съдържа CO2, системата изчислява разликите в концентрацията му при заето и празно помещение и прецизно определя количеството необходим пресен въздух за осигуряване на адекватно качество на микроклимата.

Именно системи, които разполагат с технология за детекция на въглероден диоксид, измерване на количеството му, обработка на данните и автоматизирана пренастройка на вентилацията съобразно получената информация, специалистите наричат DCV системи. Те са подходящи главно за обекти, в които човешката дейност е основният фактор, който влияе върху качеството на въздуха.

Съгласно стандартите на ASHRAE в публичните и търговските обекти е позволено да се въвежда само необходимият (а не максималният) обем пресен въздух, като не са определени максимални допустими стойности на концентрацията на въглероден диоксид. В последните версии на спецификациите обаче са зададени препоръчителни стойности от 700 части на милион повече CO2 във въздуха на закрито в сравнение с въздуха на открито.

Ползи от DCV вентилацията
Регулираната съобразно потребностите вентилация носи множество ползи за собствениците и обитателите. Сред тях са възможностите за енергоспестяване, които варират в широки граници в зависимост от графика на експлоатация на обекта и климатичните условия.
Основна полза е и осигуряването на адекватна вентилация.

В дадени сгради това може да коства реално увеличение на енергийната консумация за сметка на покриване на стандартите за качество на вътрешния въздух, които пряко кореспондират със здравословните вентилационни норми. Често срещана причина за инициирането на стратегия за контролирана съобразно потребностите вентилация е именно осигуряването на съответствие с действащите сградни ОВК стандарти.

DCV системите имат и една съществена особеност, която е необходимо да бъде взета предвид при избора на вентилационна технология за даден обект. Базирането на количеството подаван свеж въздух само върху концентрацията на CO2 няма потенциал да осигури адекватно КВВ в обекти, в които има други източници на замърсяване на въздуха, различни от човешката дейност.

Една цялостна стратегия за подобряване на КВВ трябва да включва подробен одит на всички допълнителни потенциални източници на замърсители на въздуха като изпарения от различни химически субстанции, строителни материали, почистващи и санитарни препарати и др.

Разходна ефективност
Разходите за закупуване и внедряване на DCV системи значително се понижиха през последните години, като така се увеличи цялостната разходна ефективност на технологията. Тази промяна в пазара се дължи главно на все по-ниските цени на сензорните решения и в частност - на сензорите за CO2.

Съвременните продукти в тази област могат да се самокалибрират, което спестява от разходи за поддръжка и настройка и допълнително подобрява съотношението им цена/ефективност.

Все повече производители предлагат и т. нар. “DCV-ready” покривни ОВК агрегати и VAV камери с променлив обем въздух, фабрично оборудвани с CO2 сензори и програмируеми контролери. При тези системи са редуцирани разходите за допълнително интегриране на сензорни и контролни продукти - закупуване, окабеляване и инсталация, което прави готовите окомплектовани DCV технологии разходно ефективно решение за редица приложения.

Интеграция и експлоатация на DCV системите
Съвременните решения в областта на регулираната съобразно потребностите вентилация предлагат възможности за обслужване на една или няколко различни зони в един и същ обект с различни режими на експлоатация/заетост. По-сложните конфигурации изискват повече на брой сензори и по-комплексни системи за мониторинг, обработка на данните и управление на вентилацията.

Най-ефективна е интеграцията на DCV системи в обекти или сградни зони с широки вариации в нивата на заетост. Когато в помещенията има малко на брой обитатели, се минимизира интензитетът на подаване на външен въздух, като така се избягват свръхвентилиране и излишен разход на енергия.

При пълен капацитет на обитаване на помещението системата автоматично превключва на режим по-интензивно подаване на свеж въздух съобразно изчислените от сензорите потребности. Примери за подобни обекти са учебни аудитории, конферентни и спортни зали, ресторанти, хипермаркети, молове и др.

Съществуват редица различни сценарии за интеграция и експлоатация на DCV системите, като в повечето случаи енергийната ефективност значително се повишава при инициирането на стратегия за контролирана вентилация в сравнение с прилагането на конвенционална такава. От съществено значение за разходната ефективност на едно подобно решение е дали то се реализира в нова или съществуваща сграда.

Регулирана вентилация в нови и съществуващи сгради
При изготвянето на цялостна оценка на необходимите енергийните разходи за вентилация в даден нов обект и потенциала за енергоспестяване при реализиране на система за контролирана вентилация е препоръчително използването на икономайзери, базирани на показателя “енталпия” (мярка за съдържанието на енергия в дадена термодинамична система, позната като “heat content” в англоезичната литература).

Икономайзерът е задължителна част от ОВК системите в много съществуващи стандарти за енергийна ефективност в зависимост от типа на сградата, капацитета и локацията на оборудването. Подобно решение, дори да не е част от задължителните изисквания, често се внедрява при реализацията на стратегия за контролирана вентилация в нови сгради и обекти, тъй като е свързано с модулация на количеството подаван пресен въздух и допълнително увеличава ефективността на ОВК инсталацията.

При съществуващите сгради е възможно сравняването на реални енергийни разходи за вентилация с изчислени такива при внедряването на DCV система.

Често срещан проблем е, че ОВК инсталациите в старите сгради обикновено са изградени съгласно отдавна излезли от сила стандарти и са необходими много по-задълбочен анализ на приложението, ретрофит на части от оборудването и инфраструктурата и адаптиране на съвременни дигитални технологии към по-стари (често изцяло механични или пневматични) системи.

Ето защо ефективната обосновка на реализирането на стратегия за регулирана съобразно потребностите вентилация в съществуващи сгради трябва да включва прецизна оценка на реалните и потенциални разходи и ползи в дългосрочен план.

Приложения с най-висока ефективност от прилагането на DCV подход
Има няколко основни критерия, които превръщат даден обект в подходящ “кандидат” за прилагане на DCV подход. Основният сред тях са големите вариации в заетостта на помещенията.

Това прави стратегиите за контролирана вентилация изключително приложими в публични и търговски обекти с нерегулярно запълнен капацитет на обитание като конферентни, развлекателни и спортни зали, заведения за хранене, театри, кина, магазини и др.

В помещенията, при които почти никога не се достига максималният проектиран капацитет на заетост и се наблюдават големи вариации в посещаемостта, на практика чрез контролирана вентилация се реализират по-големи икономии на енергия в сравнение с обекти, при които заетостта е регулярна поради определения брой обитатели, например работещи в офис сгради или учащи в учебно заведение.

Особено ефективни са DCV системите за зони с умерени до екстремни климатични условия, при които се наблюдават резки температурни амплитуди, промени във влажността и др. Работата на вентилационни системи постоянно и с максимален капацитет в обекти с такова географско разположение типично изисква по-висок разход на енергия за поддържането на балансиран микроклимат и постоянно високо качество на вътрешния въздух през всички сезони.

Подобен е случаят и при хладилни площи с високи максимални натоварвания и големи вариации в режима на експлоатация като складове, супермаркети, индустриални кухни и т. н.

По-подходящи за ретрофит посредством подход за контролирана вентилация са сгради с конвенционални ОВК системи в сравнение с обекти с алтернативни технологии като изпарително охлаждане, които използват 100% подаване на външен въздух в нормален режим на работа и при тях на практика не съществува потенциал за модулация и оптимизиране на енергийните разходи.

Не на последно място, висок потенциал за енергоспестяване чрез реализиране на стратегия за регулирана съобразно нуждите вентилация имат и обектите с дълъг експлоатационен график в рамките на денонощието. Повечето работни часове създават предпоставки и за по-широки вариации в посещаемостта и потребностите от пресен въздух. В тази категория попадат почти всички типове публични и търговски сгради и помещения, включително (и особено) денонощните обекти.