Energoefektivitāte ventilācijas un gaisa kondicionēšanas sistēmās: normatīvi un pieredze Latvijā un pasaulē

1. Rīgas Tehniskā universitāte
Enerģētikas un elektrotehnikas fakultāte
Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūts
www.videszinatne.lv
Energoefektivitāte ventilācijas
un gaisa kondicionēšanas
sistēmās: normatīvi un
pieredze Latvijā un pasaulē
prof. Andra Blumberga

2. Energoefektivitātes trilemma

3. Apģērbs
Metaboliskais
siltums/
cilvēka
aktivitāte
Klimata un
sezonālās
izmaiņas
Vecums un
dzimums
Uzturēšanās
ilgums telpās
Gaisa
temperatūra
Gaisa kustības
ātrums
Gaisa mitrums
Apkārtējo
ķermeņu
temperatūra
(starošanas
temperatūra)
Cilvēka ķermeņa komfortu ietekmē:

4. Komfortabli apstākļi
 Cilvēks nejūt aukstumu;
 Cilvēks nejūt karstumu;
 Cilvēks nejūt gaisa kustību ap sevi
Cilvēks jūtas komfortabli tādā vidē, kur
no viņa tiek novadīts tieši tik daudz
siltuma un mitruma, cik izstrādā viņa
ķermenis

5. Piemērs: produktivitātes kritums ēkās ar
gaisa kondicionēšanu
Avots:

6. Gaisa piesārņojums
Dzīves vietās:
 Cilvēki;
 Izgarojumi no mēbelēm,
būvmateriāliem, paklājiem,
tīrāmajiem līdzekļiem;
 Putekļu daļiņas no degšanas
procesa;
 Piesārņots āra gaiss netālu no
rūpnīcām un ielām un ceļiem;
 Smēķēšana – nepieciešams
55-60 m3/h cilv. svaiga gaisa
Darba vietās:
 Dažādas ķīmiskas vielas
 Tiek noteikts maksimālais
piesārņojuma līmenis (ppm);
 Daudzām vielām vēl joprojām
nav pierādīta ietekme uz
cilvēka organismu;
 Piesārņojuma līmenis ir kā
viens no galvenajiem izejas
datiem ventilācijas un gaisa
kondicionēšanas aprēķinos

7. Pieplūdes gaisa daudzums ir atkarīgs no:
 Siltuma izdalījumiem telpā;
 Mitruma izdalījumiem telpā;
 Kaitīgo vielu daudzuma.
 Aprēķinos izmanto maksimālo vērtību.

8. Empīriskās gaisa apmaiņas kārtas vērtības dažādās
telpās
telpa
gaisa
apmaiņas
kārta, 1/h
WC 6…10
akumulatoru telpas 4…6
vannas istabas 4…6
stādaudzētavas 5…15
bibliotēkas 3…5
dušas telpas 20…30
biroji 3…6
krāsotāja darbnīca 5…10
krāsošanas kameras 20…50
garāžas 4…5
ģērbtuves 3…6
viesu istabas 5…10
auditorijas 8…10
ēdnīcas 6…8
universālveikali 4….6
kinoteātri un teātri 4…6
laboratorijas 15…20
veikali 6….8
operāciju zāles 15…20
datorlaboratorijas 60….65
baseini 3…4
konferenču zāles 6….8
ēdamistabas 4…6
seifi 3…6
ģerbtuves baseinā 6…8
veļas mazgātavas 10….15
ražošanas cehi bez
specifiskiem piesārņotājiem 3….6
skolas, slimnīcas, virtuves speciālas tabulas

9.  Sausā termometra
temperatūra;
 Mitrā termometra
temperatūra;
 Relatīvais mitrums;
 Mitruma saturs;
 Entalpija;
 Gaisa blīvums.
GALVENIE GAISA
PARAMETRI

10. Gaisa apstrādes procesi
 Sildīšana
 Dzesēšana
 Mitrināšana
 Sausināšana

11. Rīgas Tehniskā universitāte
Enerģētikas un elektrotehnikas fakultāte
Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūts
www.videszinatne.lv
Likumdošana Latvijā

12.  LBN 231-15 “Dzīvojamo un publisko ēku apkure un ventilācija”
 LVS EN 13779:2007 “Nedzīvojamo ēku ventilācija. Ventilācijas un gaisa kondicionēšanas
sistēmu veiktspējas prasības “
 LVS EN 15239:2007 “Ēku ventilācija. Ēku energoefektivitāte. Ventilācijas sistēmu
inspicēšanas vadlīnijas “
 LVS EN 15240:2009 L “Ēku ventilācija. Ēku energoefektivitāte. Gaisa kondicionēšanas
sistēmu pārbaudes vadlīnijas”
 LVS EN 15241:2009 L “Ēku ventilācija. Aprēķina metodes ventilācijas un infiltrācijas radīto
enerģijas zudumu noteikšanai nedzīvojamās ēkās”
 LVS EN 15242:2009 L “Ēku ventilācija. Aprēķina metodes gaisa apmaiņas noteikšanai ēkās
(ieskaitot infiltrāciju)”
 LVS EN 15243:2009 L “Ventilācija ēkām. Telpu temperatūras, kā arī siltumslodzes un
enerģijas aprēķins ēkām ar telpu kondicionēšanas sistēmām“
 LVS EN 15251:2007 “Telpu mikroklimata (gaisa kvalitātes, temperatūras režīma,
apgaismojuma un akustikas) parametri ēku projektēšanai un to energoefektivitātes
novērtēšanai”
 LVS EN ISO 15265:2004 “Aukstas un karstas vides ergonomika - Apdraudētības
noteikšanas stratēģija stresa vai sliktas pašsajūtas profilaksei aukstos un karstos darba
apstākļos”
 LVS EN 15265:2007 “Ēku energoefektivitāte. Telpu apsildīšanas un dzesēšanas
energovajadzību rēķināšana ar dinamiskām metodēm. Vispārīgie kritēriji un validēšana”
 LVS EN 12792:2004 “Ēku ventilācija - Simboli, terminoloģija un grafiskie simboli”.
 LBN 003-01 “Būvklimatoloģija”

13. LBN 231-15 “Dzīvojamo un publisko ēku
apkure un ventilācija”
 96. Ventilācijas sistēmu ražīgumu aprēķina atbilstoši izejas datiem.
Ventilācijas sistēmu ražīgumam jābūt pietiekamam, lai nodrošinātu svaiga
gaisa padevi, apmierinošu komfortu vai tehnoloģiskos apstākļus
apkalpojamā zonā. Telpas gaisa piesārņojuma avotus novērtē atbilstoši
standartam LVS EN ISO 7730:2006 (....) un standartam LVS CR 1752:2008
(....), ja projektēšanas uzdevumā attiecīgās ēkas ekspluatācijai nav
paredzētas īpašas prasības.
 97. Ja vienīgais telpas gaisa piesārņojuma avots ir cilvēki, svaigā gaisa
padeves absolūtais minimums ir 15 m3/h uz cilvēku.
Komforta prasības (ISO 7730)
Vasara Ziema
Operatīvā temperatūra 23-26C 20-24C
Gaisa temperatūras starpība
1,1 m un 0,1 m virs grīdas
< 3C < 3C
Vidējais gaisa ātrums < 0,25 m/s < 0,15 m/s

14. Direktīva 2009/125/EK par ekodizaina
prasībām pret ventilācijas iekārtām
 stājas spēkā sākot ar 2016. gada 1.janvāri
 nosaka prasības gan dzīvojamo māju iekārtām, gan
nedzīvojamo ēku gaisa apstrādes iekārtām

15. Enerģijas patēriņš ES
50% tiek patērēti
ventilācijai un
gaisa
kondicionēšanai

16. Ventilācijas un
GK sistēmas
Tradicionālie
risinājumi
Alternatīvie risinājumi
 Pasīvās solārās sistēmas un dabīgā
ventilācija gaisa kondicionēšanas vietā;
 Jūtamās dzesēšanas sistēmu un
ventilācijas atdalīšana;
 Ventilācijas sistēmas ar zemu gaisa
kustības ātrumu un maināmu gaisa
daudzumu;
 Ēkas masivitātes izmantošana aukstuma
slodzes nobīdīšanai uz nakti;
 Aizvietojošās ventilācijas izmantošana;
 Iztvaikošanas dzesēšanas izmantošana;
 Sausināšanas izmantošana dzesēšanā;
 Utt.

17. Piemērs: Nihon University ēka
http://www.ibec.or.jp/jsbd/Z/tech.htm

18. Gaisa apstrādes sistēmas
• Dabīgā ventilācijas sistēma
• Mehāniskā ventilācijas sistēma
• Vietējā
• Centrālā
• Hibrīdventilācija
Ventilācijas
sistēmas
• vietējā
• centrālā
Gaisa
kondicionēšanas
sistēmas

19. Rīgas Tehniskā universitāte
Enerģētikas un elektrotehnikas fakultāte
Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūts
www.videszinatne.lv
VENTILĀCIJAS SISTĒMAS

20. Ventilācijas sistēmas
 Dabīgā ventilācija
 Mākslīgā (mehāniskā) ventilācija
 Hibrīdventilācija

21. Rīgas Tehniskā universitāte
Enerģētikas un elektrotehnikas fakultāte
Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūts
www.videszinatne.lv
DABĪGĀ VENTILĀCIJA

22.  Viegli izveidojama telpās ar nelielu gaisa apmaiņas
kārtu
 Grūti kontrolējama
 Atkarīga no āra gaisa parametriem, ēkas
konstrukcijas, novietojuma, būvniecības kvalitātes
utt.
 Apdzīvotās vietās tā saistīta ar āra gaisa
piesārņojumu, trokšņu līmeni
 Ēkās, kur nepieciešama pastiprināta drošība, to
nevar izmantot
 Tiek izmantota energoefektīvās ēkās.

23. Dabīgās ventilācijas darbība
 Vēja efekts
 Skursteņa efekts
 Vēja un skursteņa kombinētais efekts

24. Dabīgās ventilācijas izmantošanu
ierobežojošie faktori
 Maksimālais telpas dziļums
 Vēja ātrums
 Bezvēja biežums
 Izmeši
 Telpas gaisa parametri

25. Piemērs: vēja nosūces un pieplūdes:
Velsas parlaments
www.bbc.co.uk/wales/southeast/sites/assembly/

26. http://www.publicserviceevents.co.uk/wshop_pdf/sp08_rationel_ruralzed.pdf
Piemērs: aktīvā dabīgās ventilācijas sistēma

27. Piemērs: vēja torņu modernais risinājums
Vēja tornis ar saules
skursteni:
 Vējainā laikā
darbojas vēja tornis
(līdz 20 h-1 pie vēja
ātruma 1 m/s);
 Bezvēja laikā
darbojas vēja tornis
+ saules skurstenis
(līdz 60 h-1)

28. Rīgas Tehniskā universitāte
Enerģētikas un elektrotehnikas fakultāte
Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūts
www.videszinatne.lv
MEHĀNISKĀ
VENTILĀCIJA

29. Mehāniskās ventilācijas sistēmu veidi
 Pieplūdes-nosūces sistēma;
 Vietējās nosūces;
 Vietējās pieplūdes;
 Gaisa aizkari;
 speciālie ventilatori.

30. Nosūces ventilācija Pieplūdes ventilācija
Pieplūdes-nosūces
ventilācija

31. Energoefektīva pieplūdes-nosūces sistēma

32. HIBRĪDVENTILĀCIJA

33. Kāpēc hibrīdventilācija?
 Dabīgās ventilācijas enerģijas patēriņš ir neliels;
 Tās lietojumu ierobežo:
 klimats
 Siltuma izdalījumi
 Ar gaisa kondicionēšanu var nodrošināt
sistēmas vadību, taču tas tiek sodīts ar enerģijas
izmaksām
 Hibrīdventilācija - dabīgā ventilācija un
mehāniskās sistēmas darbojas, viena
otru papildinot.

34. Ēkas ar hibrīdventilāciju
 Daudz līdzības ar ēkām ar dabīgo ventilāciju;
 Tām ir daudz zemas enerģijas ēkas
raksturlielumi:
 Laba siltumizolācija
 Blīvas
 Laba saules enerģijas patēriņa vadība
 Laba dienasgaisma
 Energoefektīvs mākslīgais apgaismojums
 Masīva konstrukcija

35. Nakts ventilācija
 Vienmēr tiek izmantota hibrīdventilācijas sistēmās;
 Var būt gan dabīgā, gan mehāniskā;
 Automātiska logu vai atvērumu atvēršana;
 Darbību kontrolē ar temperatūru starpību

36. Piemērs
- The Ionica building,
Cambridge
- Atvērtā plānojuma biroju
ēka un telpas ar lieliem
siltuma izdalījumiem
(datu centri un
laboratorijas)
- Masīva konstrukcija un
efektīva mehāniskā
ventilācija
- Ātrijs un vēja torņi
- Nakts dzesēšana
- Dažas zonas ar dzesēšanu

37. Rīgas Tehniskā universitāte
Enerģētikas un elektrotehnikas fakultāte
Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūts
www.videszinatne.lv
GAISA
KONDICIONĒŠANAS
SISTĒMAS

38. http://www.reliant.com/en_US/Page/Generic/Public/esc_purchasing_advisor
_rotary_screw_chillers_bus_gen.jsp
Centrālā GK sistēma

39. Vietējās GK sistēmas
 Vietējie kondicionieri;
 Gaisa
dzesēšanas/sildīšanas
ierīces (fan coil);
 Aukstie griesti (chilled
beams)

40. GAISA SADALES IERĪCES

41. Gaisa sadales sistēmas
 Samaisīšanās (mixing)  Aizvietošana (displacement)
• virzuļa (piston)

42. Katrai telpai ir gaisa plūsmas kontrole
1 gaisa plūsmas kontrole
uz visu zonu

43. Rīgas Tehniskā universitāte
Enerģētikas un elektrotehnikas fakultāte
Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūts
www.videszinatne.lv
ENERĢIJAS PATĒRIŅA
SAMAZINĀJUMS

44. Siltuma atgūšanas metodes
 Recirkulācija
 Siltuma rekuperatori – aparāti, kuros siltuma un
mitruma apmaiņa starp āra un recirkulācijas gaisa
plūsmām notiek caur atdalošo sieniņu:
 Plākšņu
 Savienotās baterijas
 Siltuma reģeneratori – aparāti, kuros caur masīvu
kontaktslāni, kas labi akumulē un atdod siltumu un
mitrumu, pārmaiņus plūst āra vai recirkulācijas
gaiss.
 Rotējošais

45. Recirkulācija

46. Recirkulācija
Plusi:
 Tiek izmantota nosūces
gaisa entalpija;
 Zemākas uzstādīšanas
izmaksas salīdzinot ar
citiem siltuma atgūšanas
aparātiem;
 Zemākas uzturēšanas
izmaksas
Mīnusi:
 Max noteiktas
samaisīšanās
proporcijas;
 Netīrais nosūces gaiss
samaisās ar pieplūdes
gaisu;
 Ierobežota lietošana

47. Rotējošais siltuma utilizators
 Siltuma efektivitāte līdz pat
80%(pretējas plūsmas, jo paralēlu
plūsmu gadījumā efektivitāte ir uz
pusi mazāka):
 no 01.01.2016.: min 67%*;
 no 01.01.2018.: min 73%*
 Mazs spiediena kritums;
 Aizņem nedaudz vietas;
 Aprīkots ar automātisko kontroli;
 Nedrīkst lietot vietās, kur
pieplūdes gaiss nedrīkst
saskarties ar nosūces gaisu.
* - efektivitāte pie āra gaisa un iekštelpu temperatūras starpības 13 K bezkondensācijas apstākļos (nosūces
gaisa RM –0%)

48. Rotējošais siltuma utilizators
•Siltuma pāreja ir atkarīga no:
•Gaisa plūsmas un
temperatūras starpības
pieplūdes un nosūces gaisam;
•Gaisa kustības ātruma
utilizatorā;
•Relatīvā mitruma nosūces
gaisā
•Izgatavots no alumīnija vai
plastmasas;
•Rotora griešanās ātrums 0…15
apgr/min

49. Rotējošo siltuma utilizatoru veidi
 Kondensēšanās (nehigroskopisks rotors):
 jūtamais siltums no nosūces gaisa nonāk pieplūdes
gaisā;
 nosūces gaiss rotorā nokrīt zem rasas punkta
temperatūras un izkrīt kondensāts, kas nonāk
pieplūdes gaisā
 sorpcijas (higroskopiskais) rotors:
 Alumīnijs ir pārklāts ar speciālu klājumu, kas uzsūc
mitrumu no nosūces gaisa un to nodod pieplūdes
gaisam (tiek pārnests gan jūtamais, gan slēptais
siltums)

50. Plākšņu siltuma utilizators

51. Plākšņu siltuma utilizators
 Siltuma efektivitāte:
 No 01.01.2016.: min 67%*;
 No 01.01.2016.: min 73%*.
 Atkausēšanas režīmā un
vasarā darbojas
apkārtgaitas vārsts;
 Var lietot vietās, kur
pieplūdes gaiss nesaskaras
ar nosūces gaisu
* - efektivitāte pie āra gaisa un iekštelpu temperatūras starpības 13 K bezkondensācijas apstākļos (nosūces
gaisa RM –0%)

52. Plākšņu siltuma utilizators
 Siltuma pāreja ir atkarīga no:
• Gaisa plūsmas un temperatūras starpības
pieplūdes un nosūces gaisam;
• Gaisa kustības ātruma utilizatorā;
• Relatīvā mitruma nosūces gaisā.
Āra gaiss
Nosūces
gaiss

53. Atkausēšanas režīms
 Nepieciešams, ja āra gaisa temp.<-7°C
 Atkausēšanas režīmi:
 Pieplūdes vārsti uz utilizatora veras ciet viens aiz otra
(katrs 15 min stundas laikā)– temperatūras efektivitāte ir
90% no max efektivitātes*;
 Ventilatora izslēgšana vai gaisa daudzuma
samazināšana;
 “aukstā stūra” kontrole – ja temp. visaukstākajā
siltuma utlizatora stūrī ir zem +2°C, daļa vārstu
aizveras un gaiss iet pa apkārtgaitu – max
temp.efektivitāte samazinās par 20-40%*.
* - jāņem vērā, aprēķinot sildītāja jaudu.

54. Nosūces
gaiss
Sajaukšanās
vārsts
Sūknis Āra
gaiss
Siltuma pāreja ir atkarīga no:
•Gaisa plūsmas un temperatūras starpības pieplūdes un nosūces gaisam;
•Gaisa kustības ātruma utilizatorā;
•Relatīvā mitruma nosūces gaisā;
•Cirkulējošā šķidruma.
Savienoto bateriju siltuma utilizators

55. Siltummainis ar siltumnesēju (antifrīzu)
 Siltuma efektivitāte:
 No 01.01.2016.: min 63%*
 No 01.01.2018.: min 68%*
 Vietās, kur pieplūde atrodas tālu
no nosūces;
 Aprīkots ar automātisko kontroli
pret aizsalšanu;
 Aiz nosūces baterijas jāliek
pilienu ķērājs;
 Process I-d diagrammā kā
sildīšanai (d=const).
* - efektivitāte pie āra gaisa un iekštelpu temperatūras starpības 13 K bezkondensācijas apstākļos (nosūces
gaisa RM –0%)

56. Ventilatoru SEL faktors
 SEL – īpatnējais elektrības efektivitātes
rādītājs – cik daudz enerģijas
nepieciešams, lai pa gaisa vadiem
transportētu 1 m3 gaisa
 Jaunām ventilācijas sistēmām SEL nosaka
Ekodizaina direktīvas prasības, atkarībā
no iekārtas veida.

57. Direktīva 2009/125/EK par ekodizaina
prasībām pret ventilācijas iekārtām
 Nedzīvojamo ēku ventilācijas iekārtām jābūt:
 Ventilatoriem vai nu ar vairāku pakāpju
ātrumu kontroli vai bezpakāpju kontroli;
 Visām iekārtām jābūt siltuma atgūšanai;
 Visām siltuma atgūšanas iekārtām jābūt ar
siltuma apkārtgaitas vārstu, lai siltuma
atgūšanas efektivitāte būtu 0%

58. GAISA DZESĒŠANA,
IZMANTOJOT ADIABĀTISKO
MITRINĀŠANU

59. Adiābātiska nosūces gaisa
dzesēšana

60. Gaisa sausināšana: sorpcijas
reģenerators
 Rotori: vairāki ražotāji dažāda izmēra iekārtas ar kvarca
gēls vai litija hlorīds: šobrīd ekonomiski izdevīgi virs
10000 m3/h
 Slapjie sausinātāji: pagaidām tikai pilotprojekti ar litija
hlorīdu

61. Sausināšana un iztvaikošanas dzesēšana
(desiccant and evaporative cooling (DEC))

63. PARADIGMAS MAIŅA
ĒKU BŪVNIECĪBĀ

64. Statiskas
ēkas
Klimata
adaptīvas
ēkas

65. Klimata adaptīvas ēkas norobežojošās
konstrukcijas: mainīgie lielumi
Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūts
Siltumenerģija
Optika Gaisa plūsma
Elektrība
R.Loonen, Climate Adaptive Building Shells, MSc Thesis, 2010

66. Klimata adaptīvas ēkas norobežojošās
konstrukcijas
Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūts
Tehnoloģisko risinājumu izstrādes metodes:
• Pasīvie risinājumi, fizikālas parādības
• Algoritmi, sensori, vadība
• Biomimikrija

67. Ūdens siena
q'
q’'
q'=q’'
q' – siltuma zudumi
q'’ - siltuma atgūšana
-30 o
C
+20 o
C
+5 o
C
Zemes siltummainis
Ūdens siena
Telpa
Āra gaiss
Grunts
0 o
C
+3 o
C
Gatis Žogla, inovatīvu pieeju izmantošana ēku energoefektivitātes
politisko un tehnoloģisko risinājumu modelēšanā, Promocijas darbs,
RTU, 2012
Klimata adaptīvas ēkas norobežojošās
konstrukcijas piemērs

68. Klimata adaptīvas ēkas norobežojošās
konstrukcijas
Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūts
Mainīga caurspīdīgo konstrukciju gaismas
caurlaidība
Hoberman, C. (2009) Adaptive fritting
http://hoberman.com/portfolio/gsd.php?projectname=Adaptive%20Fritting

69. Klimata adaptīvas ēkas norobežojošās
konstrukcijas
Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūts
Mainīga caurspīdīgo konstrukciju U vērtība
Gruber, P. (2008), ‘The signs of life in architecture’, Bioinspiration &
Biomimetics 3(2): 1-9

70. Klimata adaptīvas ēkas norobežojošās
konstrukcijas
Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūts
Gaisa apmaiņa, vēdināšana
Imbabi, M. (2006) ’Modular breathing panels for energy efficient, healthy
building construction‘,
Renewable Energy 31(5): 729-738

71. Klimata adaptīvas ēkas norobežojošās
konstrukcijas
Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūts
Elpojoša siena
Badarnah, L. and Knaack, U. (2007) ‘Bio-Inspired Ventilating System for Building Envelopes’, in
Proceedings
of the International Conference of the 21st Century: Building Stock Activation, Tokyo, Japan. pp: 431-438

72. 2017.gadā
RTU Vides aizsardzības un siltuma
sistēmu institūts izdos grāmatu
par ēku energoefektivitāti