Реклама

 

Системы прецизионного кондиционирования являются неотъемлемой частью инженерных систем центров обработки данных, серверных и других помещений для ИТ-инфраструктуры, обеспечивая комфортное пребывание для людей и поддерживая требуемые параметры для технологических процессов.

В условиях быстрого экономического роста в середине нулевых и сопутствующего ему строительного бума для охлаждения, вентиляции и кондиционирования (ОВиК) обычно использовались наиболее простые и дешевые решения. Отчасти это было обусловлено отсутствием опыта проектирования современных систем с рекуперацией и других энергоэффективных решений. Однако главной причиной было стремление минимизировать капитальные затраты, поэтому ставка делалась на самое дешевое оборудование. Мало кто пытался соотнести «сегодняшнюю» экономию и «завтрашние» высокие затраты на эксплуатацию такого здания.

В результате энергопотребление эксплуатируемых сегодня систем ОВиК оказалось во многих случаях неоправданно высоким, и различные способы уменьшения энергопотребления действующих систем кондиционирования становятся чрезвычайно востребованными. Одним из способов решения этой задачи является применение технологии испарительного охлаждения.

ИСПАРИТЕЛЬНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ ВОЗДУШНЫХ КОНДЕНСАТОРОВ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН

Основным потребителем энергии в системе кондиционирования является холодильная машина (прецизионный кондиционер, компрессорно-конденсаторный блок или чиллер), обеспечивающая охлаждение приточного или рециркуляционного воздуха. У наиболее распространенных машин — с воздушным охлаждением выносного конденсатора — энергопотребление напрямую зависит от температуры конденсации, которая, в свою очередь, зависит от того, насколько прохладен наружный воздух.

Снижение температуры воздуха, охлаждающего конденсатор, позволяет сократить энергопотребление. Это можно сделать с помощью мелкодисперсного распыления воды возле ламелей конденсатора. Поскольку она испаряется в воздухе, а не на ламелях, как в случае орошения непосредственно конденсатора, известковый налет на нем не образуется.

Описанная технология применяется достаточно давно в странах с жарким климатом, однако данных о фактической энергоэффективности такого решения, которыми мог бы воспользоваться проектировщик, в России до последнего времени не было.

Рис. 1. Установка испарительного охлаждения Chillbooster для чиллера CLINT CHA/K 27012-P ST/MN/AM в системе кондиционирования гипермаркета «Волжский»
Рис. 1. Установка испарительного охлаждения Chillbooster для чиллера CLINT CHA/K 27012-P ST/MN/AM в системе кондиционирования гипермаркета «Волжский»

 

Для восполнения этого пробела компания CAREL осуществила в 2015 году реализацию пилотного проекта по мониторингу энергопотребления чиллера, работающего на секцию охлаждения центрального кондиционера гипермаркета в г. Волжский. На конденсаторе была смонтирована распылительная система испарительного охлаждения Chillbooster производительностью 1000 л/ч (см. рис. 1). Сравнительные замеры фактического энергопотребления чиллера CLINT CHA/K 27012-P ST/MN/AM проводились с мая по октябрь 2015 года. Как видно из графика на рис. 2, включение испарительного охлаждения конденсатора ведет к заметному уменьшению энергопотребления.

Рис. 2. Влияние работы Chillbooster на энергопотребление чиллера
Рис. 2. Влияние работы Chillbooster на энергопотребление чиллера

 

Рис. 3. Среднесуточное энергопотребление чиллера
Рис. 3. Среднесуточное энергопотребление чиллера

 

В результате выполнения пилотного проекта была получена зависимость энергопотребления чиллера от среднесуточной температуры наружного воздуха (рис. 3). Чтобы оценить потенциальную экономию, в качестве среднемесячных значений температуры в теплый период года использовались данные из СП 131.13330.2012 «Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99» с поправкой на прогрев воздуха на крыше здания. Расчет энергосбережения (в кВт×ч) и снижения финансовых затрат производился исходя из текущих тарифов: 4,5 руб. за 1 кВт×ч электроэнергии и 22 руб. за 1 м3 воды (см. таблицу).

Оценка экономической эффективности использования испарительного охлаждения
Оценка экономической эффективности использования испарительного охлаждения

 

Таким образом, дооснащение действующей холодильной машины системой испарительного охлаждения воздушного конденсатора позволяет получить существенную экономию электроэнергии (15–25% от текущего потребления холодильной машины). При курсе доллара на момент реализации проекта (лето 2015-го) около 60 руб. расчетный срок окупаемости решения составлял около полутора лет для климатической зоны Волгограда. При текущем курсе (для аналогичных проектов) он увеличивается до двух-трех лет.

Как показывает опыт использования схожих систем в Саудовской Аравии, благодаря очень низкой влажности воздуха и длинному жаркому периоду года, годовая экономия электроэнергии может достигать 55%, но эта величина близка к максимально возможному значению.

В Европе подобные решения применяются для снятия пиковых нагрузок летом, поэтому система может быть спроектирована в расчете на меньшую температуру наружного воздуха и, соответственно, с чиллером меньшей мощности, что дает дополнительную экономию за счет снижения капитальных затрат.

Полученные данные для прямого испарительного охлаждения (процент экономии электроэнергии в зависимости от среднесуточной температуры) могут быть использованы проектировщиками при выборе оборудования на начальной стадии проекта, в том числе для центров обработки данных, поскольку характер и профиль тепловой нагрузки для ЦОДа и гипермаркета схожи.

КОСВЕННОЕ ИСПАРИТЕЛЬНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ В СИСТЕМЕ ПРИТОЧНО-ВЫТЯЖНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ

Система центрального кондиционирования на базе приточно-вытяжного вентагрегата с пластинчатым или роторным рекуператором стала уже достаточно распространенным решением. Для повышения ее энергоэффективности в летнее время используется метод косвенного испарительного охлаждения: за счет мелкодисперсного распыления воды вытяжной воздух охлаждается до температуры насыщения (относительная влажность около 100%). В результате теплообмена приточный воздух, проходящий через рекуператор, становится более холодным (рис. 4).

Рис. 4. Схема косвенного испарительного охлаждения в центральном кондиционере с пластинчатым рекуператором
Рис. 4. Схема косвенного испарительного охлаждения в центральном кондиционере с пластинчатым рекуператором

 

Описанная технология применяется относительно недавно и используется в основном в странах с сухим климатом, однако данные по фактической энергоэффективности такого решения для России, которыми мог бы воспользоваться проектировщик, отсутствовали.

Для восполнения этого пробела в 2014 и 2015 годах был осуществлен пилотный проект по мониторингу энергопотребления центрального кондиционера гипермаркета в г. Уфе. На вытяжном плече действующей вентустановки была смонтирована распылительная система испарительного охлаждения optiMist производительностью 200 л/ч. Сравнительные замеры фактического энергопотребления центрального кондиционера VS-230-R-PHC/SS, VTS-Clima номинальной производительностью 24 000 м3/ч проводились в период с мая по октябрь 2015 года.

Применение косвенного испарительного охлаждения позволяет понизить температуру приточного воздуха на 3–4°С, что, в свою очередь, существенно уменьшает энергозатраты на секцию охлаждения, а в умеренной климатической зоне полностью исключает ее использование.

Оценка энергетической эффективности косвенного испарительного охлаждения, выполненная по результатам испытаний, показала, что при понижении температуры приточного воздуха в среднем на 3,7°С, паспортном расходе вентагрегата 24 000 м3/ч и паспортном холодильном коэффициенте чиллера 2,68 ежегодная экономия электроэнергии при 10-часовой работе в сутки в течение четырех месяцев равна 12 240 кВт×ч. При среднем тарифе 4,5 руб/кВт×ч годовая экономия составит около 55 000 руб. в год. На рис. 5 показаны результаты измерений парциальной эффективности системы косвенного испарительного охлаждения для центрального кондиционера с пластинчатым рекуператором.

Рис. 5. Экспериментальное определение парциальной эффективности адиабатического охлаждения
Рис. 5. Экспериментальное определение парциальной эффективности адиабатического охлаждения

 

Таким образом, использование технологии испарительного охлаждения, как прямого, так и косвенного, открывает большие возможности для энергосбережения как на проектируемых, так и на эксплуатируемых системах вентиляции, кондиционирования и холодоснабжения.

Модернизация действующих систем создает условия для существенного повышения экономической эффективности эксплуатируемого объекта и является перспективным направлением работы для профильных компаний в нынешних экономических условиях.

Андрей Брук — генеральный директор «Карел Рус».

Купить номер с этой статьей в PDF