Регистрация / Вход
Прислать материал

14.576.21.0037

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.576.21.0037
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
Общество с ограниченной ответственностью "НПО ТЕРМЭК"
Название доклада
Энергоэффективные системы вентиляции и кондиционирования воздуха с локальными рециркуляционными воздухораспределителями
Докладчик
Капко Дмитрий Владимирович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цель проекта – разработка энергоэффективных систем вентиляции и кондиционирования воздуха с локальными рециркуляционными воздухораспределителями, обеспечивающими экономию энергии не менее 30%.
Реализация работы модернизирует существующий класс систем вентиляции и кондиционирования воздуха с центральной рециркуляцией. Системы вентиляции с локальными рециркуляционными воздухораспределителями позволят использовать потенциал охлаждения наружного воздуха для ассимиляции внутренних теплоизбытков в холодный и переходный периоды года.
Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:
- разработать технические решения воздухораспределителей с локальной рециркуляцией;
- разработать алгоритм расчета и математическую модель воздухораспределения систем вентиляции и кондиционирования воздуха с рециркуляционными воздухораспределителями (РВР);
- оценить энергетическую эффективность систем вентиляции с РВР;
- изготовить экспериментальный образец РВР и стенд для его испытаний;
- провести испытания;
- разработать методику оценки комфортности параметров микроклимата в обслуживаемой зоне помещений при применении систем вентиляции и кондиционирования воздуха с РВР;
- разработать технические рекомендации по применению систем вентиляции и кондиционирования воздуха с РВР;
- разработать пилотный проект системы вентиляции и кондиционирования воздуха с РВР для общественного здания;
- разработать рекомендации по области применения систем вентиляции с РВР;
- разработать технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации РВР с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера - организации реального сектора экономики.
Актуальность и новизна исследования
Как за рубежом, так и в России широко применяются системы вентиляции и кондиционирования воздуха с центральной рециркуляцией. Главным достоинством и причиной популярности данных систем является снижение расхода тепловой энергии на нагрев наружного воздуха.
Потребность в рециркуляционных системах вентиляции и кондиционирования воздуха выросла с повышением уровня теплозащиты наружных ограждений зданий и связанным с этим ростом избыточных тепловыделений. Не редко внутренние тепловыделения от освещения, людей, оргтехники превышают трансмиссионные теплопотери в общественных зданиях при температуре наружного воздуха -5…0 °С. К таким категориям помещений относятся офисные, торгово-развлекательные, учебные, спортивные.
К недостаткам систем с центральной рециркуляцией следует отнести:
- увеличение расхода электрической энергии на привод вентиляторов для транспортировки рециркуляционного воздуха из помещения к вентиляционной установке и обратно;
- перенос загрязняющих и болезнетворных частиц из одного помещения по всех другим, обслуживаемым системой;
- невозможность учета тепловлажностных процессов в каждом помещении.
Использовать потенциал внутренних теплоизбытков с целью нагрева наружного воздуха и исключить недостатки систем вентиляции и кондиционирования воздуха с центральной рециркуляцией возможно путем разработки систем с локальными рециркуляционными воздухораспределителями.
Системами вентиляции с рециркуляционными воздухораспределителями планируется заменить системы вентиляции с центральной рециркуляцией воздуха, а также традиционные прямоточные системы вентиляции с целью снижения энергопотребления общественных зданий различного назначения.
Описание исследования

Исследование структурировано в 5 этапов:

1. Разработка технических решений воздухораспределителей с локальной рециркуляцией.

На этапе проведены аналитический обзор современной литературы и патентные исследования, разработаны варианты схемных и технических решений воздухораспределителей с локальной рециркуляцией, алгоритм расчета и математическая модель аэродинамики рециркуляционного воздухораспределителя и технические требования к вентилятору рециркуляционного воздухораспределителя.

2. Разработка математической модели воздухораспределения систем вентиляции и кондиционирования воздуха с рециркуляционными воздухораспределителями.

На этапе разработаны алгоритм расчета и математическая модель воздухораспределения систем, программа расчета систем, технические требования к конструкциям рециркуляционных воздухораспределителей и предложения по их параметрическому ряду.

3. Разработка эскизной конструкторской документации на экспериментальный образец и стенд для его испытаний.

На этапе разработаны эскизная конструкторская документация на экспериментальный образец и стенд для его испытаний, программа и методика испытаний, методика оценки комфортности параметров микроклимата в обслуживаемой зоне помещений; проведены маркетинговые исследования и оценка потенциала коммерциализации разработки, выполнены предварительные расчеты аэродинамических характеристик рециркуляционных воздухораспределителей, изготовлен экспериментальный образец рециркуляционного воздухораспределителя.

4. Проведение экспериментальных исследований.

На этапе проведена оценка энергоэффективности систем вентиляции и кондиционирования воздуха с рециркуляционными воздухораспределителями, разработаны технические рекомендации по применению систем, создан стенд для испытаний рециркуляционного воздухораспределителя, проведены испытания воздухопроизводительности, аэродинамического сопротивления, акустических характеристик, динамических характеристик регулирования рециркуляционных воздухораспределителей.

5. Разработка пилотного проекта.

На этапе по результатам экспериментальных исследований скорректирована математическая модель аэродинамики рециркуляционных воздухораспределителей, разработаны пилотный проект системы вентиляции с рециркуляционными воздухораспределителями для общественного здания, технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации рециркуляционных воздухораспределителей с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера - организации реального сектора экономики, методика определения цены жизненного цикла и рекомендации по области применения систем вентиляции и кондиционирования воздуха с рециркуляционными воздухораспределителями, Техническое задание на ОКР по теме исследования.

Результаты исследования

При выполнении исследования получены следующие научно-технические результаты:

1) Разработаны схемные и технические решения воздухораспределения с локальной рециркуляцией воздуха в помещении, которые позволяют реализовать перемешивающую вентиляцию с подачей воздуха сверху вниз - приоритетную схему воздухораспределения для общественных зданий различного назначения;

2) Разработан алгоритм расчета и математическая модель воздухораспределения систем вентиляции и кондиционирования воздуха с рециркуляционными воздухораспределителями (РВР), которые позволяют определить параметры приточной струи (температуру и скорость движения) на входе в рабочую зону помещения.

3) Проведена оценка энергоэффективности систем вентиляции и кондиционирования воздуха с РВР, которая показала значительный потенциал применения систем во всех регионах России при условии величины внутренних тепловыделений более 20 Вт/м2.

Проведенная оценка показала, что экономия тепловой энергии наблюдается при увеличении коэффициента эффективности теплоутилизатора, отапливаемого объема помещения и значения удельных тепловыделений; при сниижении удельного расхода приточного воздуха и высоты помещения.

4) Проведены испытания экспериментального образца РВР, в том числе аэродинамические и акустические испытания на стендах лаборатории индустриального партнера и испытания на изготовленном стенде, представляющем собой офисное помещение.

По результатам испытаний установлено, что аэродинамическое сопротивление РВР по контурам наружного и рециркуляционного воздуха имеет низкое значение, что обеспечивает низкую потребность в электроэнергии для подачи приточного воздуха в рабочую зону помещения. В процессе испытаний был заменен вентилятор РВР, что позволило обеспечить уровень звукового давления, генерируемый воздухораспределителем, ниже 40дБ(А) на расстоянии 2-2,5 м.

Проведенные испытания в офисном помещении подтвердили обеспечение в автоматическом режиме комфортных параметров микроклимата в холодный и переходный периоды года в рабочей зоне помещения (температуры и скорости движения воздуха, звукового давления), при применении систем вентиляции с РВР в условиях изменения температуры наружного воздуха, подаваемого в РВР, а также температуры рециркуляционного воздуха (за счет изменения тепловой нагрузки в помещении).

5) Разработана методика оценки комфортности параметров микроклимата в обслуживаемой зоне помещений при применении систем вентиляции и кондиционирования воздуха с РВР, в основе которой лежит алгоритм расчета параметров воздушной струи на входе в рабочую зону и методика оценки комфортности параметров микроклимата в помещении, разработанной проф. О. Фангером.

6) Разработаны технические рекомендации по применению систем вентиляции с рециркуляционными воздухораспределителями, в которых приведены, в том числе, методика расчета годового тепло- и электропотребления систем за отопительный период и энергетической эффективности этих систем; требования к управлению и эксплуатации систем.
7) Разработан пилотный проект системы вентиляции и кондиционирования воздуха с РВР для общественного здания;
8) Разработаны рекомендации по области применения систем вентиляции с РВР;
9) Разработаны технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации РВР с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера - организации реального сектора экономики.

Практическая значимость исследования
Системы вентиляции и кондиционирования воздуха с локальными рециркуляционными воздухораспределителями представляют собой новый класс этих систем с широкой областью применения: торгово-развлекательные комплексы, спортивные объекты, офисные и административные здания, учебные заведения.
Основные характеристики практических результатов при применении систем вентиляции и кондиционирования воздуха с рециркуляционными воздухораспределителями:
- снижение расхода электроэнергии на рециркуляцию воздуха с 0,4-0,45 Вт/м3 в час до 0,1-0,17 Вт/м3 в час (по сравнению с центральными системами);
- снижение потребления тепловой энергии в холодный и переходный периоды года не менее 30% (по сравнению с прямоточными системами).
Результаты ПНИ подтвердили высокую эффективность и целесообразность применения предложенного решения, а также получили поддержку со стороны научного сообщества. Участники секции «Способы снижения энергопотребления системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха» IX Международного конгресса «Энергоэффективность. XXI век. Инженерные методы снижения энергопотребления зданий», проведенного в ноябре 2015 года в г. Санкт-Петербург, в ходе дискуссии выработали следующее предложение: «Ходатайствовать в Минобрнауки России о продолжении научно-исследовательской работы в форме опытно-конструкторских работ по созданию локальных рециркуляционных воздухораспределителей» (отражено в Резолюции конгресса).