Кондиционирование Вентиляция Сантехника Отопление
Кондиционирование Вентиляция Сантехника Отопление
СОК СОК
Главное меню
Главная
Новости
СОК онлайн
Рубрики
О журнале
Медиаплан
Реклама
Реклама на сайте
Выставки
Семинары
Контакты
Поиск
Форум
Библиотека
Фотогалерея
Рубрики
Сантехника
Отопление
Кондиционирование
Вентиляция
Энергосбережение
Нормативная База
Объекты
Рекомендуем
Кондиционеры Daikin
Aqua-Term 2013
Top100+ :: Teplo.com
c-o-k.ru
Тепловые насосы, Телпый пол и Воздушные фильтры
Кондиционеры, вентиляция, тепловые насосы.
Системы воздушного отопления

Оптимизация диаметров воздуховодов систем В и КВ Версия для печати Отправить на e-mail
30.05.2012
В статье описана методика технико-экономической оптимизации диаметров воздуховодов систем механической вентиляции и кондиционирования воздуха (В и КВ), учитывающая текущие значения цен и тарифов на материалы и энергоносители, а также уровень инфляции и рисков капиталовложений.

Как известно, основная идея технико-экономической оптимизации какого-либо инженерного решения и, в частности, энергосберегающих мероприятий при использовании метода совокупных дисконтированных затрат (СДЗ) [1] заключается в нахождении значения некоторого параметра, характеризующего степень реализации данного мероприятия, при котором величина СДЗ принимает минимальное значение для заданного расчетного срока Т.

В качестве параметра может быть, например, сопротивление теплопередаче ограждения, диаметр трубопровода или воздуховода, скорость теплоносителя, габариты вентиляционной установки, температурная эффективность теплоутилизатора и т.д. Оптимизация возможна, если при одном и том же изменении параметра капитальные затраты К увеличиваются, а эксплуатационные Э — уменьшаются или наоборот, т.е. меняются в разных направлениях. Например, при повышении теплозащиты ограждающих конструкций, с одной стороны, снижаются расходы Э на тепловую энергию за счет уменьшения трансмиссионных теплопотерь, а с другой — возрастают затраты К на теплоизоляционный материал. Аналогично, при уменьшении диаметров трубопроводов или воздуховодов сокращается их стоимость К из-за уменьшения массы металла, но увеличиваются затраты на электроэнергию Э для привода насосов или вентиляторов вследствие возрастания потерь давления при движении теплоносителя.

Таким образом, технико-экономическая оптимизация представляет собой обобщение примеров, когда сравниваются только два варианта, для которых выполняется соотношение К1 > К2, но Э1 < Э2, потому что теперь речь идет о бесконечном множестве непрерывно переходящих друг в друга сочетаний параметров, среди которых и нужно вы-брать наилучший в смысле минимальной величины СДЗ.

Рассмотрим задачу технико-экономической оптимизации диаметров воздуховодов систем механической вентиляции и кондиционирования воздуха (В и КВ). В работе [2] для удельных потерь давления на трение в стальных воздуховодах было получено выражение:
Оптимизация диаметров воздуховодов систем В и КВ
где w — скорость воды в трубопроводе, м/с; dэкв — эквивалентный диаметр воздуховода, мм.

Удельная мощность, необходимая для перемещения воздуха через один погонный метр воздуховода, может быть определена по следующей формуле [3]:
Оптимизация диаметров воздуховодов систем В и КВ
где L — объемный расход воздуха на рассматриваемом участке воздуховода, м3/ч; k — коэффициент учета потерь на мест-ных сопротивлениях, который при их доле в общей сумме, равной примерно > 75, составит 1/(1 - 0,75) = 4; ηвент — коэффициент полезного действия вентилятора в приточной или вытяжной установке. Для обычно используемых радиальных вентиляторов низкого и среднего давления одностороннего и двустороннего всасывания среднее значение ηвент можно принимать в размере около 0,7.

Если теперь выразить скорость воздуха через его расход и диаметр воздуховода и подставить в соотношение для Nуд, получаем формулу для эксплуатационных затрат на электроэнергию для привода вентилятора, отнесенных к одному погонному метру:
Оптимизация диаметров воздуховодов систем В и КВ
где В = 3,92 — коэффициент, получающийся из постоянных величин, входящих в выражения для Ээл, R и Nуд; Сэл — тариф за электрическую энергию, руб/ (кВт-ч). В отличие, например, от системы отопления, системы вентиляции и кондиционирования воздуха, как правило, действуют не круглосуточно, но чаще всего круглогодично или, по крайней мере, за исключением нерабочих дней, поэтому при расчете энергозатрат на привод продолжительность рабочего времени zр, часов в сутки, и число рабочих дней за год Np в формуле (3) должны приниматься, исходя из действительного режима работы систем.

Капитальные затраты на воздуховоды с комплектующими будут пропорциональны поверхности воздуховода, а значит, тоже будут зависеть от диаметра. В данном случае, в отличие от систем отопления, эта зависимость в первом приближении будет все-таки линейной, поскольку удельная поверхность одного погонного метра связана с dэкв для круглых воздуховодов очевидным соотношением Fуд = πd х 10-3 (в данном случае dэкв = d — фактический внутренний диаметр). Отсюда для капитальных затрат получаем:
Оптимизация диаметров воздуховодов систем В и КВ
где Свв — стоимость воздуховодов с комплектующими в расчете на 1 м2 поверхности воздуховода с учетом повышающего коэффициента на монтаж и наладку, равного примерно 1,5-1,6.

В работе [4] предлагается следующая формула для СДЗ:
Оптимизация диаметров воздуховодов систем В и КВ
где р — норма дисконта, %. Она учитывает упущенную выгоду от того, что средства в размере К вложены в энергосбережение вместо размещения под проценты в банке. В расчетах ее можно принимать на уровне не ниже ставки рефинансирования Центрального Банка России. По состоянию на середину 2010 г. она равна 8,25% годовых. Величина р связана с текущей величиной этой ставки, а также с коммерческими рисками капиталовложений. В [1] предлагается использовать на ближайшую перспективу значение р = 10%.

Подставляем соотношения для Квв и Ээл вместо К и Э в (5),вычисляем производную d(СДЗ)/d(d) и приравниваем ее нулю, откуда после некоторых преобразований для оптимального значения d [мм] находим:
Оптимизация диаметров воздуховодов систем В и КВ
Принимая:
Nр = 365 сут., zр = 12 ч,
Свв = 400 х 1,5 = 600 руб/м2 по среднерыночной цене 2010 г. для спиральных воздуховодов,
hвент = 0,7, Сэл = 3,01 руб/(кВт-ч) по данным ОАО «Мосэнергосбыт» для нежилых потребителей на 2010 г. и р = 10% годовых, как в предыдущих примерах, для Т= 5 лет — dопт = 9,67L0,482.

Анализ формулы (6) показывает, что стоимость энергетических ресурсов и суровость климатических условий оказывают повышающее воздействие на оптимальный диаметр, а стоимость материала — понижающее. Однако показатель степени при расходе воздуха весьма близок к 0,5, что позволяет предположить очень слабую зависимость оптимальной скорости воздуха от воздухопро- изводительности, что и будет показано ниже. Для данной задачи к повышению dопт приводит еще и увеличение значений Np и zр, потому что это тоже вызывает рост фактического потребления электроэнергии.

Выражая оптимальную скорость воздуха через его расход и оптимальный диаметр воздуховода, получаем следующую зависимость [м/с]:
Оптимизация диаметров воздуховодов систем В и КВ
или при T = 5 лет — wопт = 3,9410,037 (для Москвы), что в условиях рассматриваемого примера дает величину около 5,4 м/с, если принять L = 5000 м3/ч. Для расхода воздуха вентиляции, равного 15000 м3/ч, оптимальная скорость будет несколько выше и составит 5,63 м/с. В целом, это соответствует обычному уровню скоростей в воздуховодах, рекомендуемому для гражданских зданий [3].

Заметим, однако, что при использовании других значений параметров, входящих в формулу (7), получаемые данные будут варьироваться в достаточно узких пределах, поскольку показатели степени при переменных и их комплексах невелики, так что порядок результата сохраняется.

На рис. 1 представлена зависимость wопт от L при T = 5 лет. Видно, что при росте расхода величина wопт действительно приближается к величине 6 м/с [3], так что ее можно рассматривать как некоторую предельную при максимальном L. Следовательно, в среднем можно принимать мош порядка 5,5-6 м/с, а при малых расходах — около 5 м/с, и вычислять оп-тимальный диаметр по формуле:
dопт = (7,8-8,4)√L.

Оптимальная скорость воздуха в воздуховодах wопт и расход воздуха на участке L

Таким образом, мы получили методику технико-экономической оптимизации диаметров воздуховодов систем механической вентиляции и кондиционирования воздуха, учитывающую текущие значения цен и тарифов на материалы и энергоносители, а также уровень инфляции и рисков капиталовложений. Методика достаточно проста и пригодна для использования в инженерной практике и учебном процессе.

1. Дмитриев А.Н., Табунщиков Ю.А., Ковалев И.Н., Шил кин Н.В. Руководство по оценке экономической эффективности инвестиций в энергосбере-гающие мероприятия. — М.: АВОК-Пресс,2005.
2. Самарин О.Д. О режиме движения воздуха в стальных воздуховодах // С.О.К. (Москва), №7/2006.
3. Каменев П.Н., Тертичник Е.И. Вентиляция. — М.: АСВ,2006.
4. Гагарин В.Г. Методы экономического анализа повышения уровня теплозащиты ограждающих конструкций зданий. Ч. 1 // АВОК, №1/2009.


Автор: О.Д. САМАРИН, к.т.н., доцент МГСУ

Последнее обновление ( 30.05.2012 )
 
< Пред.   След. >

Будем благодарны, если воспользуетесь одной из этих кнопок: