Системы кондиционирования

Энергетическое обследование систем кондиционирования позволяет определить, сколько электроэнергии расходуется на охлаждение помещений, насколько фактическая холодопроизводительность соответствует тепловой нагрузке и какие причины мешают поддерживать необходимую температуру. При обследовании рассматривают работу компрессоров, теплообменников и вентиляторов, условия отвода тепла, режимы регулирования и теплопритоки обслуживаемых зон.

Кондиционер может потреблять много электроэнергии и при этом недостаточно охлаждать помещение по разным причинам. Загрязнение конденсатора ухудшает отвод тепла и может повышать требуемое давление конденсации. Неправильная работа компрессора при частичной нагрузке изменяет эффективность холодильного цикла. Но недостаточная температура охлаждения может быть связана и с самим зданием: например, с увеличением солнечных теплопритоков. Поэтому прежде чем признавать холодильную машину неэффективной, необходимо сопоставить её фактическую холодопроизводительность с электрической мощностью и условиями эксплуатации.

Что определяет энергопотребление кондиционирования

Система кондиционирования поддерживает заданный температурный режим за счёт отвода тепла из обслуживаемых помещений. Для выполнения этой задачи используется холодильное оборудование, потребляющее электрическую энергию. При этом количество отводимого тепла и электрическая мощность установки не являются одной и той же величиной.

Холодопроизводительность характеризует способность оборудования отводить тепловую энергию. Потребляемая электрическая мощность показывает энергетические затраты на работу холодильного цикла и соответствующих компонентов установки.

При оценке эффективности необходимо рассматривать обе величины одновременно. Одинаковая электрическая мощность может соответствовать разной холодопроизводительности при изменении наружной температуры, загрузки компрессора или условий теплообмена.

Кроме того, энергетическая нагрузка зависит от самого помещения. Если увеличились теплопоступления через ограждающие конструкции или от работающего оборудования, системе необходимо отводить больше тепла для сохранения прежней температуры.

Поэтому высокий расход электроэнергии может характеризовать как повышенную потребность в охлаждении, так и неблагоприятный режим холодильной машины. Для выбора мероприятия эти причины необходимо разделить.

Холодопроизводительность и холодильный коэффициент

Один из основных показателей энергетической эффективности холодильного оборудования — коэффициент преобразования, или холодильный коэффициент. Он характеризует отношение полезной холодопроизводительности к электрической мощности, необходимой для её обеспечения в рассматриваемом режиме.

Чтобы определить фактический коэффициент, необходимо знать количество отводимого тепла и соответствующее электрическое потребление. По одному показанию электросчётчика или паспортному значению мощности установить фактическую эффективность невозможно.

Например, если компрессор потребляет значительную электрическую мощность, это ещё не доказывает его неэффективность. При высокой холодильной нагрузке такая мощность может соответствовать необходимому объёму отвода тепла.

Другая ситуация возникает, когда электрическая мощность сохраняется высокой, а полезная холодопроизводительность уменьшается. Тогда требуется проверить условия холодильного цикла, состояние теплообменников и режим регулирования оборудования.

Для корректного сравнения используют показатели, полученные при сопоставимой нагрузке. Под сопоставимой нагрузкой понимаются условия эксплуатации, при которых различия холодопроизводительности и электрической мощности можно оценивать без смешения существенно разных требований к охлаждению.

Особенно важно учитывать наружную температуру. Измерения одной установки в прохладный день и при сильной жаре могут дать разные энергетические показатели даже без изменения её технического состояния.

Без измерения полезной холодопроизводительности нельзя утверждать фактический холодильный коэффициент. Паспортные сведения используются как исходные характеристики оборудования, но не заменяют результаты обследования в конкретном режиме.

Влияние наружной температуры на работу холодильной машины

При работе системы кондиционирования тепло, отведённое из помещений, необходимо передать во внешнюю среду. Условия такого теплоотвода влияют на параметры холодильного цикла и электрические затраты компрессора.

При повышении наружной температуры отвод тепла через конденсатор может становиться более затруднённым. В соответствующих условиях изменяется давление конденсации, что влияет на энергетическую эффективность оборудования.

Поэтому увеличение электропотребления холодильной машины в жаркий период не всегда означает неисправность. Оно может быть связано с изменением внешних условий при сохранении нормальной работы установки.

Для оценки специалист сопоставляет наружную температуру, фактическую холодопроизводительность, электрическую мощность и параметры работы компрессора.

Если сравниваются разные периоды, необходимо установить, насколько близкими были условия теплоотвода. Иначе изменение холодильного коэффициента можно ошибочно отнести к техническому состоянию оборудования.

Такая проверка особенно важна для сезонных систем. Режим максимальной наружной температуры характеризует лишь определённую часть эксплуатации и не отражает автоматически энергетические показатели за весь период охлаждения.

Загрязнение конденсатора и повышение затрат на теплоотвод

Конденсатор обеспечивает отвод тепла от холодильного оборудования во внешнюю среду. Состояние его теплообменной поверхности непосредственно влияет на условия передачи тепловой энергии.

Если поверхность конденсатора загрязнена, теплообмен может ухудшиться. Для передачи необходимого количества тепла холодильной системе может потребоваться более высокое давление конденсации, что сопровождается увеличением энергетических затрат.

В результате холодильная машина может потреблять больше электроэнергии без соответствующего увеличения полезной холодопроизводительности.

При обследовании специалист рассматривает состояние конденсатора и сопоставляет его с параметрами работы холодильной машины. Для технического вывода необходимо установить, действительно ли условия теплоотвода влияют на наблюдаемый режим.

Например, если система недостаточно охлаждает помещение и одновременно наблюдаются признаки затруднённого отвода тепла, загрязнение конденсатора становится одной из проверяемых причин.

Однако недостаточное охлаждение само по себе не подтверждает загрязнение теплообменника. Аналогичный результат может возникнуть вследствие увеличения теплопритоков помещения или особенностей регулирования компрессора.

Поэтому решение о техническом обслуживании должно опираться на подтверждённое состояние оборудования и сопоставимые эксплуатационные параметры.

Работа компрессора при частичной холодильной нагрузке

Холодильная нагрузка помещений изменяется в течение суток и сезона. При снижении теплопритоков системе требуется отводить меньше тепла, чем в период максимальной нагрузки.

В таких условиях энергетические показатели зависят от способа регулирования компрессора. Его работа при частичной загрузке может отличаться по эффективности от режима с высокой холодопроизводительностью.

Поэтому паспортная эффективность для одного режима не позволяет непосредственно определить потребление оборудования при всех вариантах эксплуатационной нагрузки.

Для обследования специалист сопоставляет фактическую холодопроизводительность, электрическую мощность и продолжительность работы компрессора в различных режимах.

Если оборудование значительную часть времени работает с небольшой холодильной нагрузкой, необходимо установить, как его система управления обеспечивает требуемую производительность.

При этом нельзя признать частичную загрузку неэффективной только потому, что она отличается от номинальной. Важно определить, сколько полезного холода производится и какая электрическая энергия расходуется в соответствующем режиме.

Полученные данные позволяют оценить, требуется ли проверка регулирования компрессора либо повышенное энергопотребление объясняется фактической нагрузкой охлаждения.

Частые пуски компрессора и работа автоматики

Частые включения и отключения компрессора могут быть связаны с особенностями управления холодильной машиной. Одна из возможных причин — несоответствие режима регулирования фактической потребности в охлаждении.

Другим возможным объяснением становится неправильный подбор мощности оборудования относительно характерной холодильной нагрузки.

Если установленная холодопроизводительность существенно отличается от потребности помещений в определённые периоды, работа системы может сопровождаться повторяющимися короткими циклами.

Однако сама по себе высокая частота пусков не доказывает ни неправильный подбор оборудования, ни конкретную величину энергетических потерь.

Для проверки специалист сопоставляет режимы компрессора, температурные показатели помещений и фактическую холодильную нагрузку. Необходимо установить, при каких условиях возникают пуски и как они связаны с работой системы управления.

Например, если компрессор часто запускается при небольшой тепловой нагрузке, это служит основанием проверить согласованность его производительности и настроек регулирования с фактической потребностью помещений.

Если же повторяющиеся включения происходят вследствие изменения теплопритоков, требуется учитывать соответствующий характер эксплуатации.

Таким образом, анализ пусков позволяет определить направление дальнейшей проверки, но не заменяет измерения холодопроизводительности и электрической мощности.

Солнечные теплопритоки и охлаждающая нагрузка здания

Недостаточное охлаждение помещения не всегда связано с низкой эффективностью холодильного оборудования. Система может работать исправно, но фактическое количество поступающего тепла превышает условия, для которых выбран или настроен режим эксплуатации.

Одной из возможных причин являются солнечные теплопритоки. Они увеличивают потребность помещения в охлаждении и могут приводить к росту электрического потребления кондиционера.

Для проверки необходимо сопоставить температуру помещений, наружные условия, характер теплопритоков и работу холодильного оборудования.

Если недостаточное охлаждение проявляется преимущественно в периоды интенсивного солнечного воздействия, следует исследовать влияние тепловой нагрузки здания, прежде чем заключать, что компрессор работает неэффективно.

Например, рост температуры в помещении может происходить одновременно с увеличением холодопроизводительности системы. Это означает, что оборудование отводит больше тепла, но фактическая нагрузка может возрастать ещё сильнее.

В такой ситуации замена холодильной машины без анализа теплопритоков не обязательно будет наиболее обоснованным решением.

Результат обследования должен отдельно показывать признаки недостаточной эффективности холодильного цикла и признаки повышенной охлаждающей нагрузки помещения.

Внутренние тепловыделения и температурные требования

Помимо наружных условий, охлаждающая нагрузка может зависеть от работы оборудования внутри обслуживаемых помещений.

Если внутренние теплопритоки увеличиваются, системе кондиционирования необходимо отводить дополнительное количество тепла. Поэтому повышение электрической мощности при изменившейся работе помещения может быть технологически обоснованным.

Для анализа специалист сопоставляет графики использования помещений с температурой воздуха, работой компрессоров и электрическим потреблением охлаждения.

Особенно важно учитывать помещения с технологическим охлаждением. Для них допустимый температурный диапазон определяется производственным процессом, а не только представлениями о комфортной температуре.

Поэтому уменьшение холодопроизводительности или повышение заданной температуры нельзя рекомендовать исключительно ради сокращения расхода электроэнергии.

Если температурный режим необходим для выполнения технологической операции, возможность его изменения должна быть подтверждена соответствующими условиями эксплуатации.

Таким образом, оценка энергетической эффективности не должна подменять технические требования обслуживаемой зоны.

Температура, влажность и фактический результат кондиционирования

Для оценки системы кондиционирования необходимо установить, какие параметры воздуха фактически поддерживаются в помещениях.

Температура характеризует тепловое состояние воздуха. Влажность является самостоятельным параметром микроклимата и также должна учитываться, если соответствующий режим предусмотрен условиями эксплуатации.

Поэтому проверка результата кондиционирования не ограничивается показаниями электрического счётчика и заданной температурой контроллера.

Специалист сопоставляет фактическую температуру и влажность воздуха с режимами работы компрессоров и вентиляторов. Затем определяет, при каких условиях система обеспечивает предусмотренные параметры и когда возникают отклонения.

Если температура не поддерживается, необходимо выяснить, связано ли это с недостаточной холодопроизводительностью, режимом управления или повышенными теплопритоками.

Если фактический микроклимат соответствует необходимому режиму, повышенное электрическое потребление требует отдельной проверки энергетической эффективности, а не автоматического изменения температурной уставки.

Одновременное охлаждение и нагрев воздуха

В некоторых режимах подготовки воздуха могут одновременно возникать нагрузки охлаждения и нагрева. Это создаёт встречный расход энергетических ресурсов, который требует отдельного анализа.

Если одна часть системы отводит тепло, а другая одновременно подводит его, необходимо установить, чем обусловлено такое сочетание и соответствует ли оно требованиям обработки воздуха.

Однако одновременное включение нагрева и охлаждения само по себе не подтверждает ошибку эксплуатации. Оценивать режим необходимо с учётом предусмотренных температурно-влажностных условий.

При обследовании специалист сопоставляет графики работы оборудования, фактические параметры воздуха и тепловую нагрузку обслуживаемых помещений.

Если встречные энергетические процессы не связаны с необходимыми условиями эксплуатации, появляется основание для проверки алгоритма управления.

При этом возможное изменение управления должно сохранять требуемые температуру и влажность. Уменьшение расхода энергии не может оцениваться отдельно от результата подготовки воздуха.

Почему наружные условия важны при сравнении холодильных машин

Сравнивать энергопотребление систем кондиционирования необходимо при сопоставимых условиях наружной температуры и холодильной нагрузки.

Если одна установка исследуется в жаркий период, а другая — при умеренной наружной температуре, различие электрической мощности может отражать условия теплоотвода, а не эффективность оборудования.

Аналогично сравнение работы одной машины в разные дни требует учёта загрузки компрессора и количества отводимого тепла.

Поэтому при обследовании измерения группируют по характерным эксплуатационным режимам. Для каждого режима сопоставляют полезную холодопроизводительность и электрическую мощность.

Только после этого можно оценивать, какие различия связаны с холодильным циклом, а какие объясняются внешними условиями или изменением нагрузки.

Почему расчёт по максимальной температуре не показывает годовую экономию

Для сезонных систем кондиционирования режим максимальной наружной температуры представляет лишь часть годовой эксплуатации.

Большую часть периода охлаждения установка может работать при других температурах и с иной холодильной нагрузкой. Следовательно, энергетический результат модернизации или изменения управления зависит от того, как часто возникают соответствующие режимы.

Например, улучшение показателей холодильной машины при максимальной нагрузке не позволяет автоматически определить годовое снижение электропотребления. Необходимо учитывать продолжительность такой нагрузки и характеристики оборудования в остальные периоды.

Поэтому для оценки сезонного результата специалист сопоставляет электрическое потребление, холодопроизводительность и графики использования помещений за характерные интервалы эксплуатации.

Если расчёт основан только на одном максимальном значении наружной температуры, полученная оценка не подтверждает величину годовой экономии.

Это ограничение необходимо учитывать при выборе мероприятий и сравнении альтернативных вариантов оборудования.

Исходные данные для энергетического обследования кондиционирования

Для определения причин повышенного энергопотребления необходимы сведения о холодильной машине, обслуживаемых помещениях и фактических условиях эксплуатации.

• Паспорт и схема холодильного контура, сведения о зонах обслуживаемых помещений. Позволяют установить состав оборудования, конструктивные границы обследования и связь холодильной системы с соответствующими помещениями.
• Температуры и влажность воздуха, режимы компрессоров и вентиляторов. Необходимы для сопоставления фактических условий кондиционирования с работой оборудования и определения характерных эксплуатационных режимов.
• Электропотребление охлаждения, сведения о теплопритоках и графики использования помещений. Позволяют установить связь энергетической нагрузки с потребностью в охлаждении и проверить причины изменения расхода электроэнергии.

Паспорт и схема определяют технические характеристики и границы холодильного цикла. Измерения температуры, влажности и режимов оборудования показывают фактические условия эксплуатации. Данные об электрическом потреблении и теплопритоках помогают установить, какая нагрузка соответствует получаемому охлаждению.

Если отсутствуют сведения о фактической холодопроизводительности, невозможно подтвердить холодильный коэффициент установки. Если неизвестны теплопритоки помещения, нельзя обоснованно отнести недостаточное охлаждение только к состоянию холодильной машины.

Поэтому полнота исходных данных непосредственно определяет достоверность заключения.

Как устанавливают причину повышенного расхода электроэнергии

Проверка причинного механизма означает последовательное сопоставление наблюдаемого отклонения с техническими процессами, которые могут его вызывать.

Сначала определяют, какую полезную холодопроизводительность обеспечивает установка при фактическом электрическом потреблении. Эти показатели необходимо получить в одинаковом режиме эксплуатации.

Затем проверяют условия теплоотвода, включая состояние конденсатора и наружную температуру. Если теплообмен затруднён, необходимо установить, как это влияет на параметры работы компрессора.

Следующий этап — анализ частичной нагрузки и управления. При частых пусках рассматривают соответствие режима компрессора потребности в охлаждении и проверяют возможность неправильного подбора мощности.

После этого сопоставляют фактические теплопритоки помещений с обеспечиваемой холодопроизводительностью. Это позволяет разграничить недостаточную эффективность холодильной машины и ситуацию, когда охлаждающая нагрузка превышает возможности действующего режима.

Если система обслуживает помещения со специальными температурными требованиями, все возможные изменения оценивают с учётом соответствующих технологических ограничений.

В результате каждое предполагаемое объяснение должно быть связано с определёнными измерениями, а не только с высоким показанием электросчётчика или недостаточно низкой температурой помещения.

Как выбирают приоритет технических мероприятий

Приоритет дальнейших действий зависит от установленной причины отклонения.

Если подтверждено ухудшение теплоотвода, предметом проверки становится состояние холодильного оборудования, прежде всего соответствующего теплообменника.

Если отклонение связано с частичной загрузкой и частыми включениями компрессора, необходимо рассмотреть работу управления и соответствие характеристик машины фактической холодильной нагрузке.

Если оборудование функционирует в подтверждённом рабочем режиме, но охлаждающая нагрузка повышена вследствие теплопритоков здания, целесообразно отдельно оценивать причины поступления тепла в помещения.

Если обнаружена встречная работа охлаждения и нагрева, проверяют согласованность соответствующих алгоритмов управления.

Таким образом, обследование позволяет определить, что требует приоритетного внимания: холодильный цикл, система регулирования или условия охлаждающей нагрузки.

При этом выбор мероприятия не должен основываться только на предполагаемом уменьшении электрической мощности. Необходимо сохранять требуемый результат кондиционирования при соответствующем температурно-влажностном режиме.

Результаты энергетического обследования систем кондиционирования

Результатом становится проверка холодильной машины и теплопритоков обслуживаемых помещений с разграничением причин повышенного электропотребления и недостаточного охлаждения.

При наличии достаточных измерений специалист сопоставляет полезную холодопроизводительность с электрической мощностью в характерных режимах. Отдельно оцениваются условия теплоотвода, работа компрессора при частичной нагрузке и соответствие регулирования фактическим требованиям помещений.

Если недостаточное охлаждение связано с теплопритоками, вывод должен отражать эту причину отдельно от технической эффективности холодильного оборудования.

Если причиной отклонения может быть загрязнение конденсатора или неправильная работа управления, результат позволяет определить необходимость соответствующей дополнительной проверки или наладки.

Для заказчика это создаёт основу выбора между обслуживанием холодильной машины, корректировкой управления и мероприятиями по снижению теплопритоков.

При этом нельзя утверждать фактический холодильный коэффициент без измерения полезной холодопроизводительности. Также нельзя обещать годовую экономию по результатам одного измерения при максимальной наружной температуре.

Энергетическое обследование кондиционирования отличается от проверки вентиляции основным предметом анализа. Вентиляция рассматривается прежде всего как система обеспечения необходимого воздухообмена, а кондиционирование — как система отвода тепла и поддержания температурного режима. Эти функции могут быть связаны, но их энергетические показатели необходимо разграничивать.

Практический результат обследования заключается в том, что повышенное потребление электроэнергии рассматривается вместе с реально произведённым холодом и фактической нагрузкой помещений. Это позволяет не подменять проверку холодильной машины общими рекомендациями и выбирать мероприятия, соответствующие подтверждённой технической причине.

Общее направление представлено на странице «Вентиляция и холодоснабжение». Комплексное обследование относится к услуге «Энергоаудит инженерных систем». Оценка возможностей сокращения электрической нагрузки связана с задачей «Снижение потребления электроэнергии». Влияние подготовки воздуха на общие энергетические нагрузки дополнительно рассматривается в материале «Влияние вентиляции на теплопотери и энергопотребление здания».