Современные системы кондиционирования

Суть 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 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 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

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.