«Мы давно знаем, что отопление и охлаждение являются одними из крупнейших потребителей энергии в зданиях, в основном потому, что в большинстве зданий не используются сложные средства управления», — сказал ведущий исследователь исследования, инженер Сринивас Катипамула из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики США. «Но наши тесты средств управления, установленных в реальных, работающих коммерческих зданиях, ясно демонстрируют, насколько более энергоэффективными могут быть системы кондиционирования воздуха».Это исследование было поддержано Управлением энергоэффективности Министерства энергетики США. Возобновляемые источники энергии и Энергетическая администрация Бонневиля.
На крышах многих коммерческих зданий находятся блестящие металлические ящики, в которых находятся устройства отопления, охлаждения, вентиляции и кондиционирования воздуха (также известные как HVAC). Они предварительно изготавливаются на заводе, и все их компоненты находятся внутри коробки, что привело к тому, что в отрасли они стали называть их «упакованными» агрегатами HVAC.
В другом виде коммерческих HVAC, называемых установками для кондиционирования воздуха, уже давно используются сложные элементы управления, обеспечивающие максимальную эффективность их работы. Но упакованным блокам часто позволяют работать часами подряд, даже если они не нужны, и требуют минимального обслуживания.Упакованные блоки HVAC потребляют столько же электроэнергии каждый год, что и 8 миллионов жителей США, или около 2600 триллионов британских тепловых единиц энергии. Все эти игнорируемые и часто неэффективные системы HVAC складываются, увеличивая счета за электроэнергию и внося свой вклад в выбросы парниковых газов в стране.
Проверка идеиКатипамула и его коллеги из PNNL всю свою карьеру придумывали способы сокращения энергопотребления в зданиях. В 2011 году они намеревались адаптировать элементы управления, уже имеющиеся в установках HVAC для обработки воздуха, для использования в блочных установках HVAC на крыше.
Цель заключалась в том, чтобы позволить упакованным единицам автоматически настраивать свои операции в зависимости от условий внутри и снаружи здания. Используя датчики и двигатели с регулируемой скоростью, органы управления решают, когда и с какой скоростью должны работать вентиляторы, и могут ли агрегаты использовать естественный холодный воздух снаружи вместо механического охлаждения воздуха в помещении.
В то время как команда PNNL оценивала, как эти средства контроля могут работать, они узнали, что несколько компаний одновременно и независимо друг от друга занимались разработкой таких передовых средств контроля. Летом 2012 года группа установила один из имеющихся в продаже комплектов управления на 66 крышных кондиционерах в восьми коммерческих зданиях в штате Вашингтон, Огайо, Калифорнии и Пенсильвании. В зданиях находились торговые центры, продуктовые магазины, супермаркеты и медицинская клиника.
Установленные устройства, произведенные Transformative Wave of Kent, Wash., Были выбраны потому, что они больше всего напоминали усовершенствованные средства управления, предусмотренные PNNL.Реальная экономия энергииКатипамула и его коллеги обнаружили, что по сравнению со стандартными операциями блоки HVAC, использующие расширенные средства управления, сокращают потребление энергии в среднем на 57 процентов.
Фактическая экономия энергии составляет от 20 до 90 процентов. Большие здания, такие как торговые центры, которым нужны более крупные блоки HVAC, экономят больше энергии, чем небольшие здания.
А в зданиях, где чаще использовались вентиляторы, например, в магазинах, открытых многочасово, было больше экономии энергии.Перевод экономии энергии в сэкономленные доллары зависел от местных затрат на электроэнергию. В масштабах страны энергия стоит в среднем 10 центов за киловатт-час, хотя районы с обильными и недорогими источниками энергии часто платят меньше, а большие города с более высокими потребностями в энергии обычно платят больше. Используя средний показатель по стране, исследователи обнаружили, что все испытанные в полевых условиях единицы HVAC сэкономили бы в среднем 1489 долларов в год на единицу.
Команда подсчитала, что владельцу здания потребуется три года, чтобы окупить затраты на покупку и установку расширенных средств управления с такой средней экономией средств. Коммерческие здания часто имеют несколько блоков HVAC на крыше, поэтому фактическая экономия в каждом здании будет зависеть от количества используемых блоков.
Но точный срок окупаемости зависит от нескольких факторов. Чтобы помочь владельцам зданий взвесить затраты, исследовательская группа разработала таблицу, в которой указаны конкретные сочетания размеров блока HVAC, количества часов, в течение которых его вентилятор работает ежедневно, и местного тарифа на электроэнергию, которые приведут к трехлетнему или меньшему периоду окупаемости. . Команда пришла к выводу, что установка усовершенствованных средств управления в небольших установках емкостью 15 тонн или меньше может обеспечить трехлетнюю окупаемость в тех областях, где стоимость энергии составляет 12 центов за киловатт-час или более, или где имеются достаточные стимулы для коммунальных предприятий.«Я горжусь тем, что я и мои коллеги оценили расширенные средства управления не только в реальном мире, но и обеспечиваем значительную экономию энергии», — сказал Катипамула. «Мы надеемся, что владельцы коммерческих зданий будут вдохновлены этой ощутимой экономией и установят передовые средства управления в своих установках HVAC на крыше».Отчеты доступны по адресу:
С. Катипамула, У. Ван и М. Ваулс, "Повышение эффективности работы комплектных кондиционеров воздуха" Тепловые насосы », журнал ASHRAE, март 2014 г., http://buildingsystems.pnnl.gov/documents/036-043_Katipamula.pdf.В. Ван, С. Катипамула, Х. Нго, Р. Андерхилл, Д. Таасевиген и Р. Лютес, «Модернизация системы Advanced Rooftop Control (ARC): результаты полевых испытаний», отчет для Министерства энергетики, июль 2013 г., http: // www.pnl.gov/main/publications/external/technical_reports/PNNL-22656.pdf