IMI Hydronic Engineering: Optimalizovaná regulace koncových jednotek v soustavě HVAC (IV)
Závislost nákladů na čerpací práci na způsobu regulace
K hlavním úkolům při projektování vytápěcích, větracích a klimatizačních soustav (dále v textu HVAC) patří zajištění tepelného komfortu v podobě ideální pokojové teploty, snížení spotřeby energie a vytvoření podmínek pro dlouhou životnost navržených zařízení.
U čerpadel spotřeba energie přímo závisí na dopravní výšce (Hm), kterou dodávají během doby provozu (obr. 16).
U instalace s konstantním průtokem se průtok a dopravní výška rovnají stále 100 %. To znamená, že spotřeba energie je také 100 % bez ohledu na použitou technologii čerpadla.
Spotřeba elektřiny čerpadel zodpovídá za 15 % celkové spotřeby energie chladicí soustavy, jinak řečeno, takový podíl z účtu za energie nemůžeme přehlížet.
Obr. 16
Soustava s plynulou regulací průtoku může významně snížit spotřebu čerpací práce. Jak jsme již zmínili, musíme rozlišovat změny průtoku při režimu regulace On-Off a při plynulé regulaci, které jsou značně odlišné.
Při režimu On-Off 50 % průtoku odpovídá 50 % výkonu (po většinu doby provozu). Pro čerpadla s proměnným průtokem, udržujícím konstantní výtlačnou výšku Hm, klesne spotřeba energie proporcionálně se změnou průtoku. Hodnota parametru C0 vyjadřuje spotřebu elektrické energie čerpadla při nulovém průtoku. Záleží na typu čerpadla, zda bude spotřebovávat elektrickou energii nebo zda chytrá regulace bude čerpadlo vypínat a v daných časových intervalech „testovat“ soustavu, zda nulový požadavek na průtok stále trvá. U některých čerpadel může hodnota C0 nabývat až 30 % celkové spotřeby elektrické energie.
Obr. 17
Při 50% průtoku je spotřeba elektrické energie čerpadla 0,70 × 0,50, tj. 35 %, k čemuž se přidá 30 % (C0) a dostaneme výsledek 65 %. To představuje snížení spotřeby energie o 35 %.
Při 20% průtoku je spotřeba čerpadla 0,7 × 0,2, tj. 14 %, přičteme-li 30 % (C0), dostaneme 44 %. Potřeba elektřiny čerpadla klesla o 56 % díky tomu, že se použilo čerpadlo s proměnnými otáčkami ve spojení s plynule řízenými regulačními ventily.
Obr. 18
Závěr
Výběr způsobu regulace koncové jednotky má vliv na teplotu vratné vody a průtokovou charakteristiku celé soustavy HVAC. Zásadně ovlivňuje energetickou účinnost výroby i distribuce energie. Zcela zásadní vliv na výsledný komfort pro uživatele budovy, kteří nejčastěji kritizují daný způsob regulace, protože způsobuje diskomfort a navyšuje účty za energie.
Režim On-Off může uspokojivě vyhovovat tam, kde je reakce velmi pomalá. Fenoménem poslední doby je značný pokles požadovaného topného výkonu u moderních budov. Průtoky jsou velmi malé, téměř na spodní hranici průtokových limitů jednotlivých koncových jednotek a plynulá regulace průtoku nedává smysl. Zde poskytuje On-Off regulace dostačující komfort díky nízké teplotě přívodu a reakce výměníku koncové jednotky nedosahuje tak velkých změn jako u starších budov s vyššími teplotami přívodu. Plynulá regulace by pracovala způsobem On-Off, protože výměníky koncových jednotek by nebyly schopny s nižším průtokem dodávat redukovaný výkon.
U starších budov s vyššími teplotami přívodu je On-Off regulace jen finanční rozhodnutí, z pohledu kvality regulace, energetické účinnosti a spotřeby energie nemá tento způsob regulace žádné významné benefity. Určité zlepšení nabízí PWM regulace, avšak je potřeba neustále dodávat energii do pohonů typu On-Off a není známa skutečná pozice jednotlivých pohonů, což neumožňuje provádět další optimalizace a snižování spotřeby energií.
Regulace koncových jednotek pomocí 3-bodové regulace nepřinášejí ve skutečnosti žádné další výhody, protože se při běžném provozu de facto chovají jako regulace On-Off a pro tento způsob regulace jsou nevhodné.
Všechny zmíněné faktory jsou důvodem, proč se projektanti stále více přiklánějí k plynulé regulaci koncových jednotek, která jednak zajišťuje přesnost a stabilitu pokojové teploty, ale zároveň i minimalizuje náklady na čerpací práci a zlepšuje výkon chladicích jednotek, tepelných čerpadel a kondenzačních kotlů. Při návrhu je třeba věnovat velkou pozornost volbě správného teplotního spádu, aby byl průtok do nejmenší i největší jednotky na takové výši, aby jej bylo možné regulovat. V opačném případě, je plynulá regulace jen nákladnou investicí bez přínosu.
Pro dosažení vysoce kvalitní regulace je třeba věnovat zvláštní pozornost výběru regulačních ventilů a jejich regulačním charakteristikám a zvolit odpovídající pohony, které budou rychlostí a uzavírací silou odpovídat požadavkům soustavy. V neposlední řadě také pohony, schopné komunikovat s moderními systémy, přinášejí provozovateli důležité informace pro optimalizaci provozu, protože skutečný provoz se od projektovaných předpokladů obvykle mnohem liší. A v tom je často skrytý velký potenciál energetických úspor.
Naší doménou jsou vysoce efektivní řešení pro HVAC soustavy: udržování tlaku a kvality vody; vyvažování, regulace a ovládání; termostatická regulace včetně unikátní technologie AFC® s Eclipse Inside. Produkty značek Heimeier, TA a Pneumatex šetří čas, ...