Кондиционирование является частью общей инженерной системы
поддержания температурно-влажностных параметров воздуха внутри здания и самым
непосредственным образом взаимосвязано с подсистемами вентиляции, отопления,
увлажнения, осушения. Рассмотрим системы кондиционирования для крупных объектов
гражданского и промышленного назначения. Это могут быть офисные и торгово-развлекательные
центры, больницы, гостиницы, производственные цеха и складские помещения.
Разработка системы кондиционирования требует, как правило,
наибольших капитальных затрат, это самая энергоемкая часть проекта. Кроме того,
это наиболее сложная и дорогостоящая в эксплуатации подсистема, создаваемая
с учетом таких критериев как первоначальные инвестиции, энергоснабжение и эксплуатационные
расходы. Комплексное решение поставленных задач делает эту часть проекта многовариантной,
а значит, требует аналитически обоснованных подходов.
Цель статьи – сравнительная оценка систем кондиционирования
на базе чиллеров последнего поколения. Это поможет более
взвешенно подходить к разработке концепций систем кондиционирования – как инвесторам, так и подрядным организациям.
Под холодильной станцией понимается комплекс оборудования,
вырабатывающий охлажденную воду, и насосные установки для транспортировки ее
по трубопроводам системы холодоснабжения. Рассмотрим шесть вариантов таких станций
на базе парокомпрессионных холодильных машин и один вариант на базе абсорбционного чиллера.
![]() ![]() |
Рис. 1. Чиллер с воздушным охлаждением конденсатора (вода) |
Вариант 1. В холодильной станции на базе чиллеров
с воздушным охлаждением конденсатора наружной установки в качестве холодоносителя применяется вода.
Такое техническое решение наиболее экономичное и простое
для проектирования и монтажа.
Существенные недостатки – работа только при плюсовых
температурах, нерегулируемый высокий уровень звукового давления (≥ 62 дБА*),
угроза размораживания холодильной станции при неполном или несвоевременном сливе
воды.
В таблице 1 даны основные характеристики холодильных станций
различных типов. Расчет параметров производился на базе холодильного и теплового
оборудования Carrier и насосов Wilo.
Вариант ХС | Тип
холодильной |
Относи- тельная стоимость*, % |
СОР**
холодильной станции |
Минимальный уровень звукового давления снаружи, дБА |
Минимальная
наружная |
Возможность встраивания системы free-cooling |
Рекомендации по
применению, |
1 | Чиллер с воздушным охлаждением конденсатора |
100 | 2,8 | 62 | +5 | Нет | — ограниченный бюджет — охлаждение требуется только в летний период |
2 | Чиллер с воздушным охлаждением конденсатора + теплообменник гликоль/вода |
130 | 2,3 | 62 | -20 | Да | — охлаждение требуется только в летний и переходные периоды – возможность встроить систему свободного охлаждения |
3 | Чиллер со встроенной системой свободного охлаждения и теплообменником гликоль/вода |
140 | 2,3 | 68 | -40 | Встроена | — требуется круглогодичное охлаждение (технология, серверные и др.), при отрицательных наружных температурах воздуха работает как градирня (потреб- ление энергии в 10 раз меньше) |
4 | Чиллер с выносным конденсатором |
140 | 2,7 | 40 | -20 | Нет | — охлаждение требуется только в летний и переходные периоды |
5 | Чиллер с водяным охлаждением конденсатора + закрытая градирня |
160 | 3,0 | 40 | -40 | Да | — круглогодичное охлаждение – возможность встроить систему свободного охлаждения |
6 | Центробежный чиллер + испарительная градирня (расчет на ХС – 3 мВт) |
90 | 4,8 | 55 | -30 | Нет | — большие ХС (> 2 мВт) – экономия электроэнергии – низкие капитальные затраты |
7 | Газовый абсорбционный чиллер + испарительная градирня |
180 | 16 + 0,08 м3 газа на 1 кВт холода |
55 | -30 | Нет | — при дефиците или высокой стоимости подсоединения электроэнергии – топливо: газ, солярка – низкие эксплуатационные затраты |
![]() ![]() |
Рис. 2. Чиллер с воздушным отоплением конденсатора, теплообменник вода/ гликоль и градирня в варианте с системой free-cooling (опция) |
Вариант 2. Может быть выбрана холодильная станция, 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.
По сравнению с первым этот вариант имеет ряд преимуществ.
Нет необходимости сезонного опорожнения и заполнения гидравлической системы,
отсутствует угроза размораживания испарителя чиллера.
Система работает при отрицательных температурах наружного воздуха, а в холодный
период года можно интегрировать в нее сухую градирню для режима свободного
охлаждения.
Однако есть и существенные минусы – это удорожание
холодильной системы примерно на 30% (без учета градирни), а также повышение
энергопотребления за счет применения гликоля, более низких температур теплоносителя
и добавления второго гидравлического контура. Кроме того, требуется дополнительная
автоматика для предотвращения размораживания теплообменника гликоль/вода при запуске
системы зимой, особенно при перерывах в эксплуатации.
![]() ![]() |
Рис. 3. Чиллер со встроенной системой free-cooling (опция) |
Вариант 3. При применении воздухоохлаждаемого
чиллера со встроенной градирней (для реализации режима
свободного охлаждения) в холодный период года автоматика сама выбирает оптимальный
режим работы – компрессоры, градирня или смешанный. Таким образом достигается максимальное энергосбережение. В ряде
случаев, например, в технологических процессах, можно использовать этот тип
холодильной станции без промежуточного теплообменника гликоль/вода.
![]() ![]() |
Рис. 4. Бесконденсаторный чиллер с выносным конденсатором |
Вариант 4. Система на основе чиллера внутренней
установки с выносным конденсатором работает и при отрицательных температурах
без угрозы размораживания. Уровень шума такой системы ниже, нагрузка на кровлю – меньше.
Однако система примерно на 40% дороже по сравнению с первым
вариантом. Круглогодично она может работать только в южных регионах, свободное
охлаждение возможно только как самостоятельная отдельная система, расстояние между
чиллером и конденсатором не должно превышать 30 м. Минусом можно считать также
большой объем фреона и необходимость высококвалифицированного монтажа.
![]() ![]() |
Рис. 5. Чиллер с водяным охлаждением конденсатора, градирни, free-cooling |
Вариант 5. Чиллер с жидкостным охлаждением
конденсатора и сухая градирня – такая холодильная станция имеет массу
преимуществ: высокая энергетическая эффективность и отсутствие угрозы размораживания,
круглогодичный режим работы (до -45°С), низкий уровень шума снаружи, уменьшение
нагрузки на кровлю и защищенность чиллера. Режим
свободного охлаждения может быть встроен с минимальными затратами – добавляется
только теплообменник гликоль/вода. Система не имеет ограничений по расстоянию между
чиллером и градирней, не требует сложного сезонного
технического обслуживания. Однако по сравнению с первым вариантом ее стоимость
выше примерно на 60%.
Вариант 6.
![]() ![]() |
Рис. 6. Центробежный чиллер |
Наибольшей энергетической эффективностью (СОР ~ 6) отличаются
водоохлаждаемые чиллеры с принципиально другим типом компрессоров – центробежным. Эффективность увеличивается при снижении температуры охлаждающей жидкости,
поэтому применяются испарительные градирни, позволяющие поддерживать
температуру охлаждающей воды около 30°С. Такой вариант может быть актуален
для крупных проектов с мощностью систем 3-20 мВт. Существенное преимущество – низкие капитальные затраты. Минусами является необходимость подпитки контура охлаждающей
воды, а также то, что минимальная производительность чиллеров
составляет 30% от номинала.
![]() ![]() |
Рис. 7. Абсорбционный чиллер |
Вариант 7. Если нет необходимой энергетической мощности, но есть возможность
присоединения к газопроводу, устанавливают газовый абсорбционный чиллер с водяным охлаждением. В качестве топлива можно
использовать и привозной сжиженный газ. Как и в случае с центробежными чиллерами, здесь целесообразно
применять испарительные градирни. Преимущества системы – минимальные относительные
затраты потребляемой электроэнергии и высокая окупаемость. В холодный
период года чиллер способен генерировать тепло для отопления
и горячего водоснабжения. Однако капитальные затраты будут относительно высоки.
Минимальная производительность такого чиллера
составляет примерно 25% от номинала. Кроме того, требуется подпитка контуров
охлаждающей воды.
Таблица сравнительных характеристик различных холодильных
станций (табл. 1) дает необходимую, но недостаточную информацию для выбора. Требуются
дополнительные данные, касающиеся специфики объектов и пожеланий заказчика.
Сюда можно отнести: стоимость электроэнергии; стоимость присоединения дополнительной
электрической мощности; стоимость сетевого природного газа; климатические условия
региона; возможность применения испарительных градирен; желаемые сроки окупаемости
дополнительных инвестиций; возможность наружной и внутренней установки холодильной
станции; расчет эксплуатационных характеристик станции на частичных нагрузках (в
течение года); требование к параметрам охлажденной жидкости; срок службы; стоимость
годового технического обслуживания (работа + материалы); другие специфические требования.
Оптимальный выбор может быть сделан только в результате
точных расчетов и «наложения» технического задания на возможности различных
типов холодильных станций.
В качестве примера рассмотрим абстрактное Задача: охлаждение серверной.
В этом случае
|
Статья подготовлена специалистами
компании АТЕК
* Здесь и далее все характеристики
приведены на условиях Eurovent, если не оговорено иное.