Современные системы кондиционированияСуть определения «современная система кондиционирования» заключается в том, что это должна быть система, наиболее сбалансировано учитывающая такие критерии, как первоначальные инвестиции, энергоснабжение, эксплуатационные расходы. Комплексное решение поставленных задач делает эту часть проекта наиболее многовариантной и требует креативных и аналитически обоснованных подходов. Начнем рассмотрение систем кондиционирования (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. Вариант 1. ХС на базе чиллера (чиллеров) с воздушным охлаждением конденсатора наружной установки В качестве холодоносителя в такого рода ХС, 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 несвоевременном сливе воды (требуется квалифицированный персонал), при расположении на кровле - несущая способность, риск вандализма. ___________________ * Здесь и далее все данные и характеристики приведены на условиях Eurovent, если не оговорено иное. В таблице даны основные характеристики ХС различных типов. При расчете параметров в качестве холодильного и теплового оборудования выбран бренд Carrier, насосное оборудование - Wilo. Для полной сравнительной оценки различных вариантов ХС, безусловно, требуются точные количественные показатели.
Рис. 1. Чиллер с воздушным охлаждением конденсатора (вода) Вариант 2. Система, состоящая из чиллера с воздушным охлаждением конденсатора наружной установки с незамерзающей жидкостью в качестве холодоносителя и теплообменника гликоль/вода Чиллер, как правило, работает по температурному графику 5/10 °С, а охлаждаемая вода после теплообменника 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. Воздухоохлаждаемый чиллер 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 конденсаторомПлюсы 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 в большей мере защищен от вандализма. Минусы системы: • свободное охлаждение возможно только как самостоятельная отдельная система; • удорожание по сравнению с вариантом 1 примерно на 40 %; • круглогодичная работа возможна только в южных регионах; • ограничение по расстоянию между чиллером и конденсатором (≤ 30 м); • большой объем фреона в системе; • необходимость высококвалифицированного монтажа. Основные характеристики холодильных систем различных типов
* 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).
Рис. 2. Чиллер с воздушным отоплением конденсатора, теплообменник вода/гликоль и градирня в варианте с системой free-cooling (опция) Вариант 5. Чиллер с жидкостным охлаждением конденсатора + сухая градирня Этот вариант 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 ~ б). 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 актуален для мегапроектов с мощностью ХС 3-20 МВт. Основные плюсы: • максимальная энергетическая эффективность для парокомпрессионных чиллеров; • низкие капитальные затраты. Минусы: • минимальная производительность чиллеров - 30 % от номинала; • требуется подпитка контура охлаждающей воды. Если нет необходимой для холодильной станции энергетической мощности или цена ее подключения высока, но есть возможность присоединения к газопроводу, то неизбежно получаем вариант 7.
Рис. 3. Чиллер со встроенной системой free-cooling (опция)
Рис. 4. Бесконденсаторный чиллер с выносным конденсатором
Рис. 5. Чиллер с водяным охлаждением конденсатора, градирни, free-cooling В качестве примера рассмотрим абстрактное техническое заданиеЗадача: 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. Вариант 7. Газовый абсорбционный чиллер с водяным охлаждением, где в качестве топлива можно использовать привозной сжиженный газ Как в случае с центробежными чиллерами, в этом варианте 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). Минусы: • капитальные затраты на ХС относительно высоки; • минимальная производительность чиллеров ~25 % от номинала; • требуется подпитка контуров охлаждающей воды. Таблица сравнительных характеристик различных ХС дает необходимую, но недостаточную информацию для выбора. 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. Окончательное решение об оптимальном выборе может быть принято путем точных расчетов «наложением» технического задания на возможности различных типов ХС. Статья подготовлена специалистами компании АТЕК. Журнал «АВОК» № 7 2007 г.
|