Autorius: Mycond techninis skyrius
Oro sausintuvų sistemos yra neatsiejama šiuolaikinių mikroklimato sistemų dalis, tačiau jų poveikis bendram pastato anglies pėdsakui dažnai neįvertinamas. Tinkamas įvertinimas ir CO₂ išmetimų iš skirtingų drėgmės šalinimo technologijų skaičiavimo metodika leidžia parinkti ekologiškai efektyviausią sprendimą konkrečioms eksploatavimo sąlygoms. Šiame straipsnyje aptarsime drėgmės šalinimo metu susidarančių anglies dvideginio išmetimų termodinaminius pagrindus ir palyginsime skirtingas technologijas pagal jų poveikį klimatui.
CO₂ išmetimų termodinaminė prigimtis drėgmės šalinimo procesuose
Drėgmės pašalinimas iš oro reikalauja didelių energijos sąnaudų dėl didelės vandens garavimo šilumos. Garavimo šiluma priklauso nuo temperatūros ir gali būti apskaičiuota pagal formulę: garavimo šiluma = 2501 - 2,38 × temperatūra (kJ/kg). Tai reiškia, kad išgarinti 1 kg vandens esant +20°C reikia apie 2453 kJ energijos.
Šios energijos virtimas CO₂ išmetimais vyksta per pirminės energijos perskaičiavimo koeficientą, kuris elektros tinklams dažniausiai yra nuo 2,0 iki 3,0, o dujoms – nuo 1,1 iki 1,3. Elektros energijos anglies intensyvumas skirtingose šalyse svyruoja nuo 50 iki 800 g CO₂/kWh, o tai tiesiogiai veikia drėgmės šalinimo sistemos ekologinį pėdsaką.
Kondensacinio drėgmės šalinimo energetinis ir anglies profilis
Kondensacinis drėgmės šalinimas pagrįstas oro aušinimu žemiau rasos taško, dėl ko kondensuojasi drėgmė. Šio proceso efektyvumą apibrėžia naudingumo koeficientas (COP), kuris priklauso nuo oro temperatūros. Esant temperatūrai nuo +5°C iki +35°C tipiškas COP gali kisti nuo 1,5 iki 3,5.
Kondensacinių sausintuvų specifinis energijos suvartojimas apskaičiuojamas kaip elektros galios ir drėgmės šalinimo našumo santykis ir paprastai sudaro 0,5–0,8 kWh/kg. Svarbu suprasti, kad kondensacinis sausintuvas į patalpas išskiria šilumą, lygią garavimo šilumos ir elektros galios sumai. Tai sukuria papildomą apkrovą pastato vėsinimo sistemai, didindama netiesioginius CO₂ išmetimus.
Adsorbcinio drėgmės šalinimo energetinis ir anglies profilis
Adsorbcinis drėgmės šalinimas pagrįstas drėgmės sugėrimu kietu adsorbentu, vėliau regeneruojant jį kaitinimu. Regeneracijos procesui reikia pašildyti orą iki 120–180°C, kad iš adsorbento būtų pašalinta drėgmė.
Adsorbcinio sausintuvo specifinis energijos suvartojimas priklauso nuo šilumos rekuperacijos efektyvumo ir energijos šaltinio regeneracijai. Dujinei regeneracijai būdingas 1,2–1,8 kWh/kg suvartojimas, tačiau su mažesniu anglies intensyvumu nei elektrinė regeneracija. Adsorbciniai sausintuvai turi pranašumą esant žemoms oro temperatūroms, nes jų efektyvumas mažiau priklauso nuo temperatūros.
Vėdinimo pagrindu veikiančio drėgmės šalinimo energetinis ir anglies profilis
Vėdinimo drėgmės šalinimas išnaudoja natūralų drėgnio (absoliučios drėgmės) skirtumą tarp lauko ir vidaus oro. Jei lauko oro drėgnis mažesnis nei vidaus, vidaus oro pakeitimas lauko oru lemia drėgmės pašalinimą.
Vėdinimo drėgmės šalinimo efektyvumas priklauso nuo klimato sąlygų ir nuo valandų per metus dalies, kai lauko oro drėgnis mažesnis nei vidaus. Energijos suvartojimas susijęs su tiekiamo oro terminiu apdorojimu ir ventiliatorių darbu. Šiuolaikinės sistemos su šilumos rekuperacija gali sumažinti energijos suvartojimą 50–85%, todėl tinkamomis klimato sąlygomis šis metodas yra vienas mažiausiai anglies intensyvių.
Technologijos pasirinkimo algoritmas pagal minimalių CO₂ išmetimų kriterijų
Norint pasirinkti drėgmės šalinimo technologiją su minimaliais CO₂ išmetimais, reikia atlikti šiuos žingsnius:
- Nustatyti metinį drėgmės šalinimo kiekį pagal drėgmės balansą
- Apskaičiuoti kiekvienos technologijos specifinį energijos suvartojimą
- Atsižvelgti į poveikį pagrindinei ŠVOK sistemai
- Paversti energijos suvartojimą į CO₂ išmetimus taikant perskaičiavimo koeficientus ir anglies intensyvumą
- Atsižvelgti į tiesioginius šaltnešių išmetimus kondensacinėms sistemoms
- Palyginti bendrus skirtingų technologijų išmetimus
Bendros rekomendacijos: jei oro temperatūra žemesnė nei 15°C, adsorbcinis drėgmės šalinimas paprastai turi pranašumą; jei lauko oro drėgnis žemesnis nei vidaus daugiau kaip 4000 valandų per metus, tikslinga naudoti vėdinimo drėgmės šalinimą; jei yra žematemperatūrinio šilumos vartotojas, optimalu kondensacinis drėgmės šalinimas su rekuperacija.
Kondensacijos šilumos rekuperacija: išmetimų mažinimo potencialo skaičiavimas
Kondensaciniame drėgmės šalinime utilizacijai prieinama šiluma yra garavimo šilumos ir sausintuvo elektros galios suma. Ši šiluma gali būti naudojama karštam vandeniui (50–60°C), baseinų pašildymui (26–28°C), oro šildymui (35–50°C) arba technologiniams procesams.
Esant +20°C dirbančio sausintuvo kondensacijos temperatūrinis potencialas paprastai yra 40–55°C. Skaičiuojant rekuperacijos efektyvumą būtina įvertinti minimalų temperatūrų skirtumą tarp šilumnešių (3–5 K). Išmetimų mažinimo potencialas priklauso nuo to, koks energijos šaltinis pakeičiamas: dujinis katilas, šilumos siurblys ar elektrinis šildytuvas.
Viso drėgmės šalinimo sistemos anglies pėdsako skaičiavimo metodika: TEWI metodas
Bendras ekvivalentinis poveikis atšilimui (TEWI) drėgmės šalinimo sistemai apima tris pagrindinius komponentus:
1. Tiesioginiai išmetimai dėl šaltnešio nuostolių = pasaulinio atšilimo potencialas × metiniai šaltnešio nuostoliai × tarnavimo laikas
2. Išmetimai utilizuojant = pasaulinio atšilimo potencialas × užpildo masė × (1 - rekuperacijos dalis)
3. Netiesioginiai išmetimai dėl energijos suvartojimo = tarnavimo laikas × metinis energijos suvartojimas × anglies intensyvumas × perskaičiavimo koeficientas
Adsorbcinėms sistemoms pirmasis ir antrasis komponentai neegzistuoja. Išplėtus sistemos ribas būtina taip pat įvertinti poveikį čileriams ir katilams, kas gali padidinti išmetimų vertinimą 40–80%.
Integracija su atsinaujinančiais energijos šaltiniais: anglies pėdsako mažinimo skaičiavimas
Siekiant sumažinti anglies pėdsaką, drėgmės šalinimo sistemos gali būti integruojamos su atsinaujinančiais energijos šaltiniais. Šilumos siurbliai, kurių naudingumo koeficientas 2,0–3,5, gali būti naudojami adsorbento regeneracijai esant 120–140°C temperatūrai.
Saulės kolektoriai yra veiksmingi adsorbento regeneracijai regionuose su dideliu insolacijos lygiu. Reikalingas saulės kolektorių plotas skaičiuojamas pagal formulę: plotas = regeneracijai reikalinga šiluminė energija / (vidutinė insolacija × kolektoriaus efektyvumas × panaudojimo koeficientas).
Fotovoltinės sistemos kondensaciniams sausintuvams leidžia sumažinti anglies pėdsaką, tačiau reikia apskaičiuoti apkrovos padengimo dalį, atsižvelgiant į sezonišką energijos gamybos ir suvartojimo svyravimą.
Elektros tinklo anglies intensyvumo įtaka technologijos pasirinkimui
Elektros energijos anglies intensyvumas tarp šalių labai skiriasi: nuo 50 g CO₂/kWh Norvegijoje ir Švedijoje iki 800 g CO₂/kWh Lenkijoje. Šis skirtumas kardinaliai veikia optimalų drėgmės šalinimo technologijos pasirinkimą.
Esant mažam anglies intensyvumui (100 g CO₂/kWh), kondensacinis drėgmės šalinimas su COP 2,5 lemia mažesnius išmetimus nei adsorbcinis su dujine regeneracija. Esant dideliam intensyvumui (700 g CO₂/kWh) situacija tampa priešinga. Prognozuojamas anglies intensyvumo sumažėjimas 50% iki 2040 m. gali pakeisti skirtingų technologijų palyginamąjį efektyvumą.
Normatyviniai reikalavimai ir pastatų aplinkosauginės sertifikavimo sistemos
Europos direktyva EPBD nustato reikalavimus beveik nulinės energijos pastatams (nZEB), o tai daro įtaką drėgmės šalinimo sistemų pasirinkimui. Reglamentas 517/2014 dėl fluorintų dujų riboja šaltnešių, kurių pasaulinio atšilimo potencialas viršija 2500 (nuo 2020 m.) ir 150 (nuo 2025 m.), naudojimą.
Pastatų aplinkosauginės sertifikavimo sistemos BREEAM, LEED ir DGNB vertina ŠVOK sistemų, įskaitant sausintuvus, energinį efektyvumą ir išmetimus. Sertifikuojant išsamiai klimato poveikiui įvertinti taikoma TEWI metodika. Stebima tendencija griežtinti reikalavimus dėl didelio pasaulinio atšilimo potencialo šaltnešių draudimų ir mandatų naudoti atsinaujinančius energijos šaltinius.
Tipinės inžinerinės klaidos ir klaidingi įsitikinimai
Vertinant drėgmės šalinimo sistemų anglies pėdsaką, dažniausiai pasitaiko šios klaidos:
- Technologijų lyginimas vien pagal tiesioginį energijos suvartojimą, neatsižvelgiant į poveikį ŠVOK sistemai
- Universalaus anglies intensyvumo rodiklio taikymas neatsižvelgiant į vietinę elektros gamybos struktūrą
- Kondensacinių sistemų šaltnešių tiesioginių išmetimų ignoravimas
- Rekuperacijos potencialo pervertinimas neskaičiuojant realaus vartotojo ir temperatūrinio suderinamumo
- Atsinaujinančių šaltinių vertinimas pagal įrengtą galią, neskaičiuojant panaudojimo koeficiento
- Adsorbcinio drėgmės šalinimo lyginimas su elektrine, o ne su dujine regeneracija
- Įrangos efektyvumo degradacijos per tarnavimo laiką ignoravimas
Metodikų taikymo ribos ir neveiksmingumo sąlygos
Renkantis drėgmės šalinimo technologiją reikėtų įvertinti šiuos apribojimus:
- Kondensacinis drėgmės šalinimas tampa neefektyvus esant žemesnei nei +5°C temperatūrai, kai naudingumo koeficientas krenta žemiau 1,5
- Vėdinimo drėgmės šalinimas veiksmingas tik tada, kai lauko oro drėgnis mažesnis už vidaus, ir neįmanomas drėgname klimate
- Šilumos rekuperacija ekonomiškai pagrįsta esant ne mažesnei kaip 50 kg drėgmės per parą našai
- Saulės regeneracijos efektyvumas ribotas Šiaurės Europoje, kur esant >55° platumai insolacija sudaro mažiau nei 1 kWh/m² per parą
- Nuo 2025 m. norminiai apribojimai draudžia šaltnešius, kurių pasaulinio atšilimo potencialas viršija 150
Dažniausiai užduodami klausimai
Kokį poveikį drėgmės šalinimo technologijos pasirinkimui daro elektros energijos anglies intensyvumas?
Elektros energijos anglies intensyvumas tiesiogiai veikia netiesioginius CO₂ išmetimus. Esant mažam intensyvumui (mažiau nei 200 g CO₂/kWh), pranašumą turi kondensacinės sistemos, o esant dideliam (daugiau kaip 500 g CO₂/kWh) – ekologiškesnės tampa adsorbcinės sistemos su dujine regeneracija arba vėdinimo drėgmės šalinimas.
Ar kondensacijos šilumos rekuperacija visada mažina anglies pėdsaką?
Ne visada. Šilumos rekuperacija ekonomiškai ir ekologiškai tikslinga tik turint realų vartotoją, užtikrinus temperatūrinį suderinamumą ir esant pakankamai sistemos našai (nuo 50 kg drėgmės per parą). Taip pat reikia įvertinti papildomus išmetimus dėl rekuperacijos sistemos gamybos ir montavimo.
Kaip įvertinti drėgmės šalinimo sistemos poveikį bendrai ŠVOK sistemai?
Kondensaciniai sausintuvai išskiria šilumą į patalpas, sukurdami papildomą apkrovą vėsinimo sistemai. Adsorbcinės sistemos gali reikalauti papildomo oro aušinimo po adsorberio. Vėdinimo sistemos daro įtaką šildymo/vėsinimo apkrovoms. Šiuos poveikius būtina įtraukti į visą pastato energinį balansą.
Kuri drėgmės šalinimo technologija Lietuvoje turi mažiausią anglies pėdsaką?
Lietuvoje, kur anglies intensyvumas siekia apie 300–350 g CO₂/kWh ir klimatas yra šaltas, optimalus pasirinkimas dažniausiai yra vėdinimo drėgmės šalinimas sezoniniam taikymui (žiemos laikotarpiu) ir adsorbcinis drėgmės šalinimas su dujine regeneracija ištisus metus, ypač esant žemoms temperatūroms.
Kaip integruoti drėgmės šalinimo sistemas su atsinaujinančiais energijos šaltiniais?
Kondensacinius sausintuvus galima jungti prie fotovoltinių sistemų, o adsorbcinius – prie saulės kolektorių regeneracijai. Lietuvoje saulės regeneracijos efektyvumas ribotas, todėl tikslinga svarstyti kombinuotas sistemas su šilumos siurbliais, didinančiais atsinaujinančios energijos panaudojimo koeficientą.
Išvados
Tiksli drėgmės šalinimo sistemų anglies pėdsako analizė reikalauja kompleksinio požiūrio, į kurį įtraukiami tiesioginiai ir netiesioginiai išmetimai, poveikis ŠVOK sistemai, vietinis energijos išteklių anglies intensyvumas ir viso įrangos gyvavimo ciklo įvertinimas.
Optimalaus drėgmės šalinimo technologijos pasirinkimo kriterijai priklauso nuo daugelio veiksnių: oro temperatūros ir drėgmės, klimato sąlygų, atsinaujinančių energijos šaltinių prieinamumo, tinklo energijos struktūros ir žematemperatūrinės šilumos vartotojų buvimo.
TEWI metodika leidžia korektiškai palyginti skirtingas drėgmės šalinimo technologijas pagal jų poveikį klimatui. Integracija su atsinaujinančiais energijos šaltiniais ir šilumos rekuperacija – pagrindinės strategijos drėgmės šalinimo sistemų anglies pėdsakui mažinti.
Lietuvos ir kitų Šiaurės Europos šalių klimato sąlygomis ekologiškai efektyviausi sprendimai dažniausiai yra vėdinimo drėgmės šalinimas šaltajam metų laikotarpiui ir adsorbcinis drėgmės šalinimas su dujine regeneracija ištisus metus, ypač objektams, kuriuose oras yra žemos temperatūros.
