Кондиционирование воздуха на крупных объектах
Сегодня потребителю предлагается широкий спектр системных решений для кондиционирования воздуха в больших зданиях. В статье приводится краткий обзор доступных на рынке изделий и технологий, а также тенденций в этом сегменте рынка.
Чиллеры
Холодильная мощность чиллеров, которые используются для кондиционирования воздуха в зданиях, колеблется в пределах примерно от 30 кВт (в отдельных случаях, например для операционных, от 5 кВт) до 30 МВт и больше. В системах может применяться воздушное или водяное охлаждение.
Водяные чиллеры используются для охлаждения воды или иного хладоносителя; охлаждение происходит через распределительный контур. Чиллеры различаются по своей холодильной мощности или типом компрессора. В чиллерах, холодильной мощностью от 700 кВт и более, чаще всего используются турбокомпрессоры. Кроме того, чтобы достичь очень больших холодильных мощностей, можно использовать несколько модульных чиллеров с винтовыми компрессорами. С точки зрения затрат энергии предпочтение следует отдавать водяному охлаждению благодаря его меньшему (а в отдельных случаях гораздо меньшему) потреблению энергии.
Чиллеры на гидрофторуглеродах
Чиллеры промышленного изготовления холодильной мощностью около 100 кВт предлагаются на рынке как продукция, готовая к монтажу. Количество хладагента, заправленного в такие чиллеры, составляет от 1 до 50 кг. Их трубопроводы изготавливаются в основном из меди, а это означает, что в них нельзя использовать аммиак. На объекте такие чиллеры нужно только подсоединить к водопроводной системе. Сегодня они работают почти исключительно на гидрофторуглеродах (ГФУ), например на R407C, а ранее - на хладагенте R22. Кроме кондиционирования воздуха в административных зданиях эти системы также применяются в промышленности, медицине и, в известной степени, в торговле. Гидрофторуглероды, такие как R134a или R407C, также часто используются в более мощных, до 900 кВт, системах.
Рис.1. Типовой чиллер на гидрофторуглероде
До запрета хлорфторуглеродов (ХФУ) водяные турбоагрегаты, мощностью 250 кВт и более, почти полностью работали на R11. На сегодня новые установки заправляют R134a.
Варианты чиллеров без ГФУ
В чиллерах технически возможно использование любого хладагента. В отличие от гидрофторуглеродных систем, которые сравнительно недавно стали использоваться в производстве систем охлаждения и относительно которых существуют нечеткости в технических требованиях (стандартах и др.) и в практическом использовании, аммиачные технологии опробованы и признаны уже на протяжении многих лет. Этот вариант производители считают более надежным.
Аммиачные системы
Сегодня на рынке уже есть аммиачные чиллеры холодильной мощностью около 30 кВт, предназначенные для небольших домов. Во время изъятия ХФУ, которое происходило с начала до середины 1990-х годов, первыми готовыми к монтажу чиллера, которые в большом количестве появились на рынке, были именно аммиачными. Однако эта тенденция приостановилась с началом продаж чиллеров на ГФУ, которые иногда дешевле в плане капитальных затрат, но обычно потребляют больше энергии, поэтому повышают эксплуатационные расходы.
Промышленные чиллеры уже очень давно работают на аммиаке. Аммиачные чиллеры с винтовыми компрессорами, холодильной мощностью около 0,2 МВт и более, являются технически разумным решением для кондиционирования воздуха в средних по размеру зданиях. Также чиллеры на аммиаке используются для кондиционирования воздуха в больших зданиях во многих странах. Например, в вокзальном комплексе Остбангоф в Берлине, который состоит из торгового пассажа, гостиницы и офисных помещений, для кондиционирования используются четыре компактных чиллера общей мощностью 1600 кВт.
Рис.2. Чиллер на аммиаке
Что касается выбора хладагента для чиллера, то здесь важно учитывать их размещение при установке. Действующие правила и нормативы запрещают установление аммиачных систем в местах, где часто бывают люди. Поэтому всегда необходимо проверять, есть ли возможность установить оборудование в отдельном машинном помещении, нужно ли обрабатывать воздух в многоэтажном здании, может ли быть размещена система в подвале (в машинном отделении), на крыше или на техническом этаже, а также, сколько людей будет находиться в помещениях. Гибкие водопроводные системы позволяют разместить небольшие установки сравнительно свободно. При проектировании новых зданий важность определения места установки, которое бы давало возможность использовать аммиак, еще большая.
Анализ потребления энергии на основе показателей СОР, который опубликовала eurammon (общеевропейская инициативная группа, состоящая из предприятий, организаций и частных лиц, занимающихся активным продвижением и внедрением природных хладагентов), свидетельствует, что аммиачные чиллеры (500 кВт, винтовой компрессор) потребляют меньше энергии, чем системы, работающие на R134a. Это означает, что расходы на энергию, как правило, существенно ниже в случае использования аммиака как хладагента.
Хотя капитальные затраты на аммиачные системы выше расходов, которых требуют системы на ГФУ, точную разницу в расходах определить почти невозможно. Они зависят от индивидуальных требований и особенностей конструкции. Поэтому чтобы оценить экономические показатели применения аммиака и ГФУ в качестве хладагентов, необходимо выполнить общий расчет рентабельности.
Гидроуглеродные системы
По данным UNEP (Программа ООН по охране окружающей среды), европейские производители предлагают чиллера (с водяным или воздушным охлаждением) на основе гидроуглеродов для кондиционирования воздуха в зданиях с 1997 - 1998 годов. В данном случае используются хладагенты R1270 (пропилен), R290 (пропан) и смесь R290 с R170 (пропан-этановый). Количество хладагента, заправляемого в систему, колеблется от 3 до 34 кг. Диапазон мощности - от 20 до 1265 кВт, хотя конкретная величина мощности зависит от желаемого диапазона температур. Энергоэффективность сравнима с чиллерами, работающими на R134a.
Рис.3. Чиллер на хладагенте R1270
Установка гидроуглеродных чиллеров, по сути, осуществляется по таким же принципам, что и установка аммиачных систем. Кроме того, необходимо принимать меры для предотвращения взрыва. Этот фактор и меньшие объемы производства систем по причине их опасности способствуют тому, что чиллеры с гидроуглеродными хладагентами являются более дорогими. К тому же, гидроуглеродные чиллеры требуют большого количества хладагента, а поэтому их использование для кондиционирования воздуха на крупных объектах, что требует высокой холодильной мощности, почти невозможно. Однако ряд примеров в Великобритании показывает, что установленные на улице в специальных местах чиллеры на R290 являются альтернативой системам на ГФУ, применяемых для кондиционирования воздуха в больших зданиях.
Системы на основе R723
Хладагент R723 - азеотропная смесь, состоящая из 60% аммиака и 40% диметилового эфира, прочно закрепился на рынке как безопасный для окружающей среды и эффективный альтернативный хладагент, не содержащий ГФУ. Системы мощностью 10 кВт и более имеют широкий спектр применения, в частности пригодные для кондиционирования воздуха в зданиях. Компоненты к системам небольшой мощности производятся в сравнительно малых количествах, что увеличивает капитальные затраты на такие системы примерно на 20-30% по сравнению с системами, работающими на ГФУ. Однако эти высокие издержки компенсируются высокой энергоэффективностью систем на R723, что снижает текущие энергетические затраты на 25 - 30% и обеспечивает короткий период окупаемости (два-три года).
Рис. 4. Холодильая машина на R723
Системы на CO2
Так же, как в случае с VRF-системами, возможность использования CO2 как хладагента в крупных централизованных системах еще несколько лет назад даже не рассматривалась, поскольку температурный диапазон, который они обеспечивали, не удовлетворял потребности потребителей. К тому же, компоненты для работы, при определенных величинах давления, не были доступны, а их разработки в среднесрочной перспективе не ожидалась. Причиной такого положения было то, что уровни энергоэффективности, которых можно было достичь, используя CO2 в области кондиционирования, не считались достаточными, чтобы конкурировать с системами на ГФУ.
Рис. 5. Центральная система кондиционирования на CO2
Несмотря на эти препятствия, недавно было объявлено о системе кондиционирования для офисных зданий с диапазоном мощности от 50 до 340 кВт. Поскольку это система прямого испарения, то для нее не требуется дополнительный водяной контур и применение насосов. Поэтому ее энергоэффективность превышает энергоэффективность обычных систем, работающих на ГФУ, на 10 - 20%. Кроме того, стоимость этой установки также ниже по сравнению с системами, работающими на ГФУ.
Холодильные пароэжекторные машины на воде
Вода применяется, как хладагент, в пароэжекторных холодильных установках, принадлежащих к группе холодильных машин, использующих тепло. Преимуществами воды является, прежде всего, ее достаточное количество, низкая цена, простота использования и нетоксичность
Пароэжекторные машины изготавливаются холодопроизводительностью от 300 кВт до 2 МВт. Одним из недостатков этих систем является необходимость поддержания большого объемного расхода воды, около 50 м3/с. С энергетической же точки зрения эти системы не хуже других, а иногда и лучше их. Эксплуатационные расходы на эти системы являются меньшими, чем на ГФУ-системы, но капитальные затраты заметно больше тех, которых требуют системы на ГФУ.
Рис. 6. Холодильная пароэжекторная машина
Причиной такого положения является то, что водные системы производятся несерийно. Наиболее широко пароэжекторные машины применяются для кондиционирования воздуха на промышленных предприятиях, весьма перспективны они также для кондиционирования воздуха на судах, где выделяется большое количество тепла, особенно при работе главной энергетической установки.
Абсорбционные системы охлаждения
Еще одна возможность кондиционирования воздуха в больших зданиях - применение абсорбционных холодильных систем. В целом, количество абсорбционных систем, устанавливаемых для кондиционирования воздуха в зданиях, является большим. Как рабочие жидкости (хладагент и растворитель) в этих системах могут использоваться различные вещества, но на сегодняшний день это лишь две пары веществ: «вода и бромид лития» и «аммиак и вода». Мощность систем колеблется от 10 кВт до 17,5 МВт. Капитальные затраты на абсорбционные системы выше, чем на системы охлаждения с механическим приводом.
Поскольку для сжатия хладагента не требуется компрессор, абсорбционные системы потребляют гораздо меньше электроэнергии, чем компрессорные системы охлаждения. Они также в значительной мере влияют на выравнивание пиков потребления энергии в жаркие летние дни, когда большое количество энергии необходимое для работы кондиционеров, работающих по компрессорному принципу. Следовательно, эта технология частично или полностью предотвращает выбросы парниковых газов от двух источников - производства электроэнергии и хладагентов.
Рис. 7. Абсорбционная система охлаждения
С экономической точки зрения использования абсорбционной технологии особенно выгодно в случае наличия удобного источника теплоты (сбросной теплоты). Абсорбционные холодильные системы используют простую, надежную технологию, которая не требует большого объема работ по техническому обслуживанию. В Массачусетском институте технологии в Бостоне (США) абсорбционный чиллер обеспечивает охлаждение с конца 1930-х годов.
Адсорбционные холодильные системы
Как и в абсорбционных, в адсорбционных системах не применяются ГФУ. Они работают, используя источники теплоты не очень высокой температуры, особенно солнечную энергию или отработанное тепло, даже сбросное. Как уже отмечалось, одним из важных преимуществ применения солнечной энергии является простота удовлетворения потребности в энергии в периоды пиковых нагрузок летом. По сравнению с компрессорными системами адсорбционные можно эксплуатировать с помощью простых, доступных и почти бесплатных источников энергии, если в течение года такой энергии производится достаточно, а коэффициент энергоэффективности (EER) оборудования достаточно велик.
Рис.8. Адсорбционная холодильная система
Адсорбционные системы охлаждения являются новейшими разработками, и в последние годы они стали все чаще использоваться для кондиционирования воздуха. Рабочими жидкостями в них являются смеси «силикагеля и воды» и «цеолита и воды». В Центре солнечной информации в Фрайбурге (Германия) жидкостная адсорбционная пилотная система, в которой в качестве хладагента используется смесь хлорида лития и воды, обеспечивает кондиционирование воздуха в офисном помещении площадью 310 м2. Преимущество жидкостных адсорбционных систем состоит в том, что адсорбированная часть солнечной энергии может храниться в системе, поэтому периоды высокой солнечной активности не влияют на процесс охлаждения, интенсивность которого определяется только потребностями потребителей. Конструкция адсорбционных холодильных систем проста и очень надежна. Эти системы требуют больших капитальных затрат, чем компрессорные. Примером такой системы может быть новое здание Федерального агентства по охране окружающей среды в Десаи (Германия), где используется адсорбционная система холодильной мощностью около 70 кВт.
Выводы
Кондиционирование воздуха на объектах, где используются холодильные системы, альтернативные ГФУ-систамам, реализуется во многих проектах и является современным технологическим решением. На рынке сейчас предлагаются следующие варианты:
Абсорбционные холодильные системы; - Адсорбционные холодильные системы; - Аммиачные чиллеры холодильной мощностью 20 кВт и более; - Чиллеры на ГФУ холодильной мощностью от 20 до 1200 кВт; - Холодильные пароэжекторные установки на воде.
Выбор между компрессорными и абсорбционными или адсорбционными холодильными системами зависит во многом от общей концепции охлаждения и доступных источников энергии. Если как техническое решение выбран чиллер, выбор компрессора (спиральный, винтовой или турбокомпрессор) будет зависеть от нужной холодильной мощности. Мощность альтернативных систем сегодня может достигать 20 кВт и более.
Капитальные затраты на установку аммиачных чиллеров несколько выше, чем на установку систем на ГФУ. В большинстве случаев эти дополнительные затраты можно компенсировать низкими эксплуатационными расходами (меньшее потребление энергии и т.п.). Следовательно, использование аммиака часто имеет больше преимуществ, если принять во внимание все экономические факторы, но детальную оценку можно дать на основе общего подсчета рентабельности. Также преимуществом аммиачных систем является то, что они, в отличие от ГФУ-систем, более экологичны.
Холодильные пароэжекторные машины на воде, несмотря на то, что они еще не слишком прочно закрепились на рынке по причине небольшого объема их производства и высоких капитальных затрат, являются интересной и перспективной технологией с экологической точки зрения. Их энергетическая эффективность такая же, как и в ГФУ-системах, или даже выше. К тому же, благодаря каждой такой системе, можно извлечь из использования большое количество гидрофторуглеродных хладагентов.
Если выбрать абсорбционные или адсорбционные холодильные системы, то они дадут возможность использовать наиболее доступные и дешевые виды энергии. Оба типа систем имеют простую конструкцию и очень надежны. И хотя эти системы требуют более высоких капитальных затрат, однако есть возможность сэкономить на эксплуатационных расходах. Всего же сейчас на рынке предлагается широкий выбор абсорбционных холодильных систем мощностью от 10 кВт до нескольких мегаватт.
Правила использования материалов сайта
|
|
