Современные системы кондиционирования воздуха

Блок стилей "STYLE"

В статье речь пойдет о системах кондиционирования (СК) крупных объектов гражданского строительства (офисные и торгово-развлекательные центры, больницы, гостиницы и др.) и промышленности (производственные цеха, складские помещения и др.).

Кондиционирование, безусловно, является частью общей инженерной системы поддержания температурно-влажностных параметров воздуха внутри здания и взаимосвязано с другими подсистемами: вентиляции, отопления, увлажнения, осушения и т.п. Однако мы в первую очередь попытаемся, по-возможности, сепарированно рассмотреть некоторые концептуальные подходы разработки СК. Данный раздел является на наш взгляд наиболее важным и интересным в общей структуре ОВК по ряду причин:

• во-первых, он требует, как правило, наибольших капитальных затрат;
• во-вторых, это наиболее энергоемкая часть проекта;
• в-третьих, это наиболее сложная и дорогостоящая с точки зрения эксплуатации подсистема.

Суть определения «современная система кондиционирования» как раз и заключается в том, что это должна быть система, наиболее сбалансированно учитывающая такие критерии, как первоначальные инвестиции, энергоснабжение, эксплуатационные расходы. Комплексное решение поставленных задач делает эту часть проекта наиболее многовариантной и требуеткреативных и аналитически обоснованных подходов. Цель статьи в том, чтобы систематизировать и дать сравнительную оценку применяемых СК на базе холодильных машин (чиллеров) последнего поколения. Эта информация поможет более осознанно подходить к разработке концепций СК, как инвесторам, так и подрядным и проектным организациям, даст материал для аргументированного обоснования своего выбора.
Рекомендуем Вам канальные кондиционеры mitsubishi.

Холодильные станции
Начнем рассмотрение СК с ключевого по все тем же критериям (инвестиции, энергопотребление, эксплуатация) раздела СК — холодильной станции (ХС). Под холодильной станцией понимается комплекс оборудования, вырабатывающий охлажденную воду, и насосные установки для транспортировки ее по трубопроводам системы холодоснабжения. Рассмотрим шесть вариантов ХС на базе парокомпрессионных холодильных машин и один вариант на базе абсорбционного чиллера для охлаждения воды.

Вариант 1: ХС на базе чиллера (чиллеров) с воздушным охлаждением конденсатора наружной установки. В качестве холодоносителя в такого родаХС, как правило, применяется вода, т.к. наличие большого объема незамерзающей жидкости внутри здания представляет существенное усложнение эксплуатации. Такое техническое решение является наиболее экономичным и простым для проектирования, монтажа.Однако оно имеет существенные недостатки: работа только при плюсовых температурах, нерегулируемый высокий уровень звукового давления (≥ 62 дБА*), угроза размораживания ХС при неполном или несвоевремен-ном сливе воды (требуется квалифицированный персонал), при расположении на кровле — несущая способность, риск вандализма. В табл. 1 даны основные характеристики ХС различных типов. При расчете параметров в качестве холодильного и теплового оборудования выбран брэнд Carrier (Кэрриер) и насосное оборудование Wilo. Для полной сравнительной оценки различных вариантов ХС, безусловно, требуются точные количественные показатели.

* Здесь и далее все данные и характеристики приведены на условиях Eurovent, если не оговорено иное.

Табл. 1
Блок стилей "STYLE"

* За 100% принят вариант 1 — стоимость ХС «под ключ» (без учета системы free-cooling).
** СОР приведены для номинальной потребляемой электрической мощности ХС (чиллеры, теплообменное и насосное оборудование, автоматика).

В варианте 2 предлагается система, состоящая из чиллера с воздушным охлаждением конденсатора наружной установки с незамерзающей жидкостью в качестве хладоносителя и теплообменника гликоль/вода. Чиллер, как правило, работает по температурному графику 5/10 °С, а охлаждаемая вода после теплообменника, который еще называют вентиляторным доводчиком, имеет параметры 7/12 °С. Плюсы этого варианта по сравнению с первым:

• нет необходимости сезонного опорожнения и заполнения гидравлической системы;
• отсутствует угроза размораживания испарителя чиллера;
• возможность работы системы при отрицательных температурах наружного воздуха;
• возможность интегрирования в систему сухой градирни для реализации режима свободного охлаждения в холодный период года.

Однако возникают и существенные минусы:

• удорожание ХС ~30% (без учета градирни),
• повышение энергопотребления (за счет применения гликоля, более низких температур теплоносителя, добавления второго гидравлического контура),
• угроза размораживания теплообменника гликоль/вода при запуске системы зимой, особенно при перерывах в эксплуатации (требуется дополнительная автоматика),

Вариант 3 предполагает использование воздухоохлаждаемого чиллера со встроенной градирней для реализации режима свободного охлаждения. В этом случае в холодный период года автоматика чиллера сама выбирает оптимальный режим работы (компрессоры, градирня или смешанный). Таким образом, достигается максимальное энергосбережение. В ряде случаев можно использовать такой тип ХС без промежуточного теплообменника гликоль/вода (например, в технологических процессах).

Вариант 4: чиллер внутренней установки с выносным конденсатором.
Плюсы системы:

• нет угрозы размораживания, возможность работы при отрицательных температурах (ограничения — технические характеристики чиллера:–15–20°С),
• возможность уменьшения уровня шума снаружи;
• уменьшение весовой нагрузки на кровлю;
• чиллер более защищен от вандализма.

• удорожание по сравнению с вариантом 1 примерно на 40%;
• круглогодичная работа возможна только в южных регионах;
• свободное охлаждение возможно только как самостоятельная отдельнаясистема;
• ограничение по расстоянию между чиллером и конденсатором (≤ 30 м),
• большой объем фреона в системе;
• необходимость высококвалифицированного монтажа.

Вариант 5 — чиллер с жидкостным охлаждением конденсатора + сухая градирня — имеет в основном положительные стороны:

• высокая энергетическая эффективность;
• нет угрозы размораживания;
• круглогодичный режим работы (до –45°С),
• низкий уровень шума снаружи (определяется подбором градирни)
• уменьшение нагрузки на кровлю;
• защищенность чиллера;
• режим свободного охлаждения встраивается с минимальными затратами добавляется только теплообменник гликоль/вода),
• нет ограничений по расстоянию между чиллером и градирней;
• нет необходимости в сложном сезонном техническом обслуживании.
  К минусам можно отнести только удорожание системы по сравнению с первым вариантом примерно на 60%.

Вариант 6 отличается от предыдущего тем, что применяются водоохлаждаемые чиллеры с принципиально другим типом компрессоров — центробежным. Такой тип компрессоров позволяет достигать рекордной для парокомпрессионных чиллеров энергетической эффективности (СОР ~ 6). Энергетическая эффективность увеличивается при снижении температуры охлаждающей жидкости. Поэтому в ХС с центробежными чиллерами, как правило, поменяются испарительные градирни, позволяющие поддерживать температуру охлаждающей воды ~30°С. Такой вариант автоматизации холодильных установок актуален для мегапроектов с мощностью ХС 3–20 мВт.

Основные плюсы:

• максимальная энергетическая эффективность для парокомпрессионных чиллеров;
• низкие капитальные затраты.

• минимальная производительность чиллеров— 30% от номинала;
• требуется подпитка контура охлаждающей воды.

Если нет необходимой для ХС энергетической мощности или цена ее подключения высока, но есть возможность присоединения к газопроводу, то неизбежно получаем вариант 7: газовый абсорбционный чиллер с водяным охлаждением, где в качестве топлива можно использовать и привозной сжиженный газ. Как в случае с центробежными чиллерами, целесообразно применять испарительные градирни.

Плюсы:

• минимальные относительные затраты потребляемой электроэнергии;
• минимальная цена за единицу вырабатываемого холода (высокая окупаемость),
• в холодный период года чиллер способен генерировать тепло для отопления, горячего водоснабжения… (т.е. нет необходимости в котельной),

• капитальные затраты на ремонт холодильных установок относительно высоки;
• минимальная производительность чиллеров ~25% от номинала;
• требуется подпитка контуров охлаждающей воды.

Таблица сравнительных характеристик различных ХС (табл. 1) дает необходимую, но недостаточную информацию для выбора. Для точного проектирования холодильных установок требуются дополнительные данные, касающиеся специфики объектов и пожеланий заказчика, например:

• наличие необходимой электрической мощности;
• стоимость электроэнергии;
• стоимость присоединения дополнительной электрической мощности;
• наличие и стоимость сетевого природного газа;
• режим эксплуатации ХС (лето, круглогодично),
• мощность ХС;
• климатические условия региона;
• возможность применения испарительных градирен;
• желаемые сроки окупаемости дополнительных инвестиций;
• возможность наружной и внутренней установки ХС;
• расчет эксплуатационных характеристик ХС на частичных нагрузках (в течение года),
• требование к параметрам охлажденной жидкости (тип холодоносителя, температура и т.д.),
• срок службы;
• стоимость годового технического обслуживания (работа + материалы),
• другие специфические требования.

В качестве примера рассмотрим абстрактное техническое задание:
Задача: охлаждение серверной.
Требуемая холодопроизводительность: 1000 кВт.
Режим работы: круглосуточный, круглогодичный.
Газ: отсутствует.
Стоимость подключения электроэнергий: 1500 $/кВт.
Минимальная наружная температура: –40°С.

В этом случае возможно применение следующих ХС: вариант 5 с системой free-cooling и вариант 3. При этом вариант 3 на 20% дешевле в первоначальных затратах, а вариант 5 более энергосберегающий. По нашим расчетам (с учетом работы летом, зимой и в переходные периоды), срок окупаемости дополнительных капиталовложений (при равной амортизации и стоимости технического обслуживания) составит за счет экономии электроэнергии пять-семь лет. Однако если потребуется оплатить присоединение дополнительной электрической мощности (~100 кВт— разница в электропотреблении вариантов 5 и 3), то вариант 5 становится предпочтительнее по всем экономическим показателям.

Специалисты компании АТЕК помогут грамотно осуществить расчет холодильной установки для любых помещений.