Вестник УКЦ АПИК: Использование графика работы, учитывающего время суток, для энергосбережения

Организация работы устройств по определенному графику — один из мощнейших инструментов экономии энер-гии. В данной статье приводятся результаты оптимизации энергопотребления при использовании графика работы, учитывающего время суток, и рассматриваются дополнительные преимущества этой технологии.

Рисунок 1. Ночной режим
Рисунок 2. Энергосбережение при
использовании ночного режима
Во многих офисных зданиях и промышленных помещениях практикуется автоматическое включение и выключение систем кондиционирования и вентиляции в зависимости от времени суток. В небольших строениях для этого может применяться простой таймер. Крупные объекты обычно оснащены системами автоматизации, в которых возможность управления оборудованием по подобной схеме предусмотрена изначально.

«Ночной режим»

Как правило, график работы оборудования составляется таким образом, чтобы обеспечить включение климатической системы до того, как в здании появятся сотрудники и посетители, и выключение — после того, как они его покинут. Комфортную температуру в помещении (21–24°C) система автоматизации поддерживает только в рабочие часы (рис. 1). В нерабочее время система лишь следит за тем, чтобы воздух в здании не оказался слишком перегрет или переохлажден. На это время, как правило, доступ наружного воздуха перекрывается.

Режим, при котором температура в пустом здании может отклоняться от комфортных значений, называют «ночным». Его использование позволяет сократить энергопотребление за счет отключения систем отопления, кондиционирования и вентиляции. На рисунке 2 показан ресурсосберегающий потенциал «ночного режима» при использовании его в офисном здании, оборудованном традиционным тепловым насосом.

Важная деталь — системы кондиционирования должны быть включены до того, как в здании появятся первые посетители.

Рассмотрим некоторые приемы, позволяющие организовать «ночной режим» оптимальным образом.

Использование температурных датчиков и систем автоматизации вместо программируемых термостатов.

Чтобы сэкономить, в некоторых помещениях коммерческого назначения вместо систем автоматизации применяют бытовые программируемые термостаты. Они могут регулировать температуру в помещении в зависимости от времени суток и дня недели, позволяя реализовать «ночной режим». Но риски перепрограммирования или сброса настроек любым посторонним пользователем может свести на нет всю работу по энергосбережению.

В этом смысле более приемлемым решением выглядит использование температурных датчиков и системы автоматизации, управляющей всеми элементами системы поддержания климата. При этом посторонние пользователи не смогут самостоятельно вносить изменения в график работы оборудования.

Корректировка графика работы с помощью специальных кнопок.

Рисунок 3. Энергосбережение при
использовании графика,
учитывающего время
суток (учебный комплекс)
Время включения и выключения систем кондиционирования и вентиляции определяется режимом использования помещения. Чтобы избежать жалоб от арендаторов здания, большинство управляющих предпочитают запускать систему пораньше, а останавливать попозже. Такой подход может дорого обойтись, ведь он означает поддержание «рабочих» температур во всем здании, даже если используется только пара комнат.

Относительно простым решением, способным удовлетворить и требованиям комфорта, и энергосбережения, является оснащение температурных датчиков специальными кнопками. Если кто-то хочет использовать помещение в то время, когда оно по графику пустует, он просто нажимает эту кнопку, и система автоматизации изменяет статус помещения на «занято», включая систему кондиционирования и вентиляции в режим поддержания комфортного микроклимата. Спустя какое-то время после этого (обычно через два часа) система автоматизации сама меняет статус помещения на «пустое» и переводит климатическое оборудование в «ночной режим».

Это решение позволяет составлять более строгие суточные графики использования оборудования, основываясь на обычном режиме использования здания, не принимая во внимание возможность авралов и тому подобного.

Применение отдельных графиков работы для помещений с другим режимом использования.

Для простоты многие владельцы зданий или операторы систем автоматизации устанавливают лишь один (реже — два или три) суточных графиков работы оборудования. Однако, если режимы использования разных частей здания сильно отличаются друг от друга, такой подход грозит серьезными энергопотерями.

Наиболее эффективное решение заключается в создании отдельных графиков работы для помещений с разными режимами использования. Если в здании установлена система автоматизации, то такая возможность, скорее всего, уже включена в стандартный набор ее функций.

Реальные результаты оптимизации энергопотребления

Рисунок 4. Энергосбережение при
использовании графика,
учитывающего время суток
(государственное учреждение)
Рисунок 5. Сравнение различных
методов энергосбережения
Действительно ли использование графика работы, учитывающего время суток, способно обеспечить значительную экономию энергии? Рассмотрим применение этого подхода на двух примерах.

Первый пример — небольшой учебный комплекс в Мичигане. В рамках исследования график работы оборудования кондиционирования и вентиляции, учитывающий время суток, был внедрен во всех трех зданиях комплекса общей площадью 35300 м2. До оптимизации ежегодная плата за энергообеспечение составляла около 300 000 долларов США. На рис. 3 представлены данные по экономии энергии за четыре года. Значительный (c 70 000 до 150 000 долларов) рост сэкономленных средств начиная со второго года использования объясняется резким скачком цен на энергоносители, при этом количество сбереженной энергии все четыре года оставалось постоянным.

Второй пример — здание государственного учреждения площадью 9 000 м2, находящееся во Флориде. До внедрения рассматриваемой схемы использования климатической техники ежегодно на оплату счетов за энергию уходило 108 000 долларов. На рис. 4 показано, как изменялась эта сумма в течение двух лет.

График на рис. 5 позволяет сравнить потенциал энергосбережения различных технологий, которые применялись в комплексе из шести школьных зданий общей площадью 44100 м2. На графике хорошо видно, что почти половину всей экономии обеспечивает автоматизация здания. Опыт авторов статьи позволяет утверждать, что установка систем автоматического контроля, частью которых является использование графика работы, учитывающего время суток, позволит сократить расходы на энергообеспечение на 10–15 %.

Неочевидные возможности

Обеспечение «ночного режима» — очевидный результат внедрения графика работы, учитывающего время суток. Однако у этой схемы есть и другие не столь явные возможности снижения энергозатрат.

Использование для «вентиляции по потребности».

Вентиляция по потребности (demand-controlled ventilation, DCV) — это технология, в которой объем поступающего снаружи воздуха зависит от количества присутствующих в помещении людей. Традиционно она реализуется с применением детекторов присутствия и датчиков, реагирующих на повышенное содержание углекислого газа. Эти датчики очень дороги, они требуют регулярной чистки и калибровки.

Однако вместо них можно использовать график работы с учетом времени суток. Он позволит системе автоматизации сделать вывод о том, сколько человек находится в помещении в каждый конкретный момент времени, и, соответственно, подать команду системе вентиляции.

Этот способ больше подходит для помещений с предсказуемой наполняемостью — кафетериев, гимнастических залов и классных комнат.

Применение в сочетании с детекторами присутствия для включения режима «ожидания посетителей».

Детекторы присутствия, используемые одновременно с графиком работы, учитывающим время суток, могут сообщать системе автоматизации здания, что помещения, в которых по расписанию должны находиться люди, пустуют. При этом система дает команду оборудованию поддерживать в помещении режим «ожидания посетителей». В этом режиме выключено освещение, значение температуры может отличаться от заданного на 1°C, а доступ свежего воздуха — снижен.

Кроме того, для мультизонных систем переменного потока воздуха (variable air volume, VAV) в этом режиме может быть значительно снижен минимальный поток первичного воздуха.

Как только детекторы фиксируют присутствие людей, помещение вновь получает статус «занято» и в нем начинают поддерживаться условия для комфортного присутствия персонала и посетителей.

Оптимизация работы систем кондиционирования и вентиляции.

Если система автоматизации здания уже работает по графику, учитывающему время суток, логично будет использовать ее, чтобы оптимизировать управление системами кондиционирования и вентиляции для дальнейшего снижения энергозатрат.

Оптимальный старт. Как было сказано выше, «ночной режим» предполагает, что климатические системы включаются до того, как в здании появятся люди. Часто при программировании графика время запуска устанавливается исходя из самого раннего возможного прихода на работу. Такая ситуация может сложиться лишь раз в году, и значит, все остальные дни система будет включаться слишком рано, создавая комфортные условия в абсолютно пустом здании.

Альтернативой может стать подход, называемый «оптимальный старт». При нем система автоматизации определяет, сколько потребуется времени, чтобы довести текущую температуру в каждом помещении до комфортного значения, и включает систему именно за этот промежуток времени.

Оптимальная остановка. Существует схожий подход и для выключения климатического оборудования. Он заключается в том, что системы кондиционирования и отопления выключаются незадолго до конца рабочего дня. За промежуток времени, который определяется системой автоматизации, температура в помещении должна измениться лишь на несколько градусов, чтобы не создавать дискомфорта для покидающих здание людей. Система вентиляции при этом продолжает работать в «дневном режиме» до тех пор, пока здание не опустеет.

Экономия в пустом здании. Иногда в пустом здании температура поднимается выше комфортного значения. Если при этом воздух на улице холоднее, чем внутри, то его можно использовать для подготовки климата в здании к рабочему дню, не нагружая кондиционеры. При этом система автоматизации должна определить подходит ли уличный воздух для использования в помещении или нет.

Интеграция с другими подсистемами для оптимизации энергопотребления.

Если на объекте имеются другие системы контроля и управления, интеграция с ними может еще более снизить энергопотребление здания. Так, по расписанию, учитывающему время суток, могут включаться и выключаться не только устройства кондиционирования и вентиляции, но и осветительные приборы.

Рисунок 6. Данные
по использованию помещений
Рисунок 7. Данные
по температурному режиму
Если в здании действует система безопасности, обеспечивающая доступ в определенные помещения по картам-пропускам, то ее данные могут использоваться для управления освещением и воздушным потоком в этих помещениях.

В кинотеатрах и концертных залах интенсивность работы вентиляции может координироваться с данными о количестве проданных билетов.

Изменения в графике

Владельцы или управляющие объектов, как правило, стараются избегать ситуаций, которые могут вызвать жалобы на работу систем поддержания климата. Если такие жалобы всетаки возникают, то вместо того, чтобы разобраться в ее сути, в график работы оборудования просто вносятся изменения, зачастую необоснованные. Из-за забывчивости оператора системы автоматизации эти временные изменения могут стать постоянными, что приведет к неоправданным потерям.

На рисунках 6 и 7 показаны графики, составленные на основании данных систем автоматизации. Эти сведения должны помочь оператору вовремя отследить изменения в графике включения/выключения или настройках оборудования. Некоторые из них, конечно, следует оставить, но большую часть необходимо отменить, восстановив энергоэффективный режим работы.

Заключение

Очевидно, что использование графика работы, учитывающего время суток, позволяет значительно сократить энергопотребление в нерабочее время. Однако отклонения от изначально запрограммированного режима, возникающие из-за желания владельцев здания угодить арендаторам, сводят экономию энергии на нет.

Избежать этого позволяет использование специальных кнопок, отдельных графиков для помещений с различным режимом использования и отказ от применения термостатов в пользу температурных датчиков и систем автоматизации.

Кроме того, существует еще несколько часто упускаемых из виду возможностей для энергосбережения. В помещениях с предсказуемой наполняемостью суточный график работы можно использовать для управления системой «вентиляции по требованию» (DCV). Использование детекторов присутствия для включения режима «ожидания посетителей» также позволяет снизить энергопотребление в течение дня. Система автоматизации здания позволяет оптимизировать график включения и выключения устройств кондиционирования и вентиляции. При этом нужно не забывать отслеживать изменения, вносимые в график, для поддержания энергоэффективного режима.

Джон Мерфи, член ASHRAE, инженер-технолог в Trane Commercial Systems в Ла Кросс, Висконсин, Нил Мэлдейс, дипломированный инженер, руководитель отдела энергоснабжения Trane Commercial Systems в Сен-Пол, Миннесота

Литература:

  1. ANSI/ASHRAE/IESNA Standard 90.1–2007, Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings.
  2. Murphy, J. 2007. «Energy-saving control strategies for water-source heat pump systems». Engineers Newsletter 36–2. La Crosse, Wis.: Trane.
  3. Murphy, J. 2005. «C02 based demand-controlled ventilation with ASHRAE Standard 62.1–2004». Engineers Newsletter (34)5.
  4. ANSI/ASHRAE Standard 62.1–2007, Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality.
  5. Murphy, J. 2007. Rooftop VAV Systems applications engineering manual SYS-APM007 EN. La Crosse, Wis.: Trane.


наши проекты
  • АПИК
  • Университет климата
  • Выставка «Мир климата»
  • АПИК-тест