Подняться наверх
пн-пт 9:00-18:00
+7 (495) 662-99-84
sales@all-climate.ru
О компании Каталог продукции Наши объекты Гарантии Библиотека Вакансии Партнерам Контакты
Распродажа компрессорно-конденсаторных блоков
  • Библиотека
  • Статьи
  • Система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха: Центробежные холодильные установки
  • 05 Февраль 2012, 11:46

    Система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха: Центробежные холодильные установки

    Установлена ли в вашем здании холодильная установка? Если да, то знаете ли вы, что холодильные установки, как правило, потребляют самое большое количество электроэнергии среди всего энергопотребляющего оборудования, которое обычно устанавливается в коммерческой недвижимости (кроме, пожалуй, вентиляторов огромного размера). Таким образом, неэффективная холодильная установки потребляет большое количество энергии впустую, и даже малозаметное повышение производительности оборудования такого типа позволяет значительно сократить издержки и быстро окупить вложенные в апгрейд деньги.

    Очень важно внимательно подходить к выбору чиллера – покупка оборудования с высокой производительностью не всегда позволяет снизить эксплуатационные издержки. Также очень важно помнить, что холодильная установка является частью системы подачи охлажденной воды, поэтому эффективность и система управления насосами и башенными охладителями также могут оказать существенное влияние на эффективность системы в целом. Максимизация эффективности работы холодильной установки не гарантирует достижения максимальной эффективности системы целиком. Для достижения максимальной экономической эффективности мы рекомендуем провести анализ всей системы подачи охлажденной воды, а также проявлять повышенное внимание при определении необходимой эффективности самой охладительной установки.

    Доступные варианты холодильных установок

    Холодильные установки с центробежными компрессорами

    Чиллер с центробежными компрессорами

    Холодильные установки с винтовыми компрессорами

    Чиллер с винтовыми компрессорами

    Холодильные установки со спиральными компрессорами

    Чиллер со спиральными компрессорами

    Холодильные установки с поршневыми  компрессорами

    Чиллер с поршневыми компрессорами

     

    Конструкция центробежных охладительных установок, этих «рабочих лошадок» индустрии комфортного охлаждения, имеет небольшое количество подвижных компонентов. Таким образом, оборудование такого типа, как правило, обладает высокой надежностью при низких эксплуатационных расходах. Центробежные компрессоры выступают чаще всего в качестве центробежного вентилятора, сжимающего пар, проходящий через компрессор, закручивая его с помощью крыльчатки, позволяя центробежным силам сжимать пар.   Некоторые устройства оснащены несколькими крыльчатками для поэтапного сжатия хладагента.

    Центробежная холодильная установка, данная в разрезе
    Рисунок 1:
    Центробежная холодильная установка, данная в разрезе 

    Источник: York International

    На сегодня различные производители предлагают холодильные установки весом от 70 до 2500 тонн, поставляемые уже собранными на заводе-изготовителе, и установки весом до 9000 тонн, которые собираются на месте. При работе данных установок используются хладагенты HCFC-123, HFC-134a, или HCFC-22. На сегодня максимальной эффективностью обладают холодильные установки, использующие хладагент HCFC-123 (не ниже 0,49 кВт/тонну при полной нагрузке и наличии ARI условий) (см. терминологию). Хотя продавец, как правило, указывает в сопроводительной информации эффективность при максимальной нагрузке, этот показатель не всегда является самым главным при эксплуатации оборудования. Так как большинство холодильных установок большую часть времени работают при неполной нагрузке (более 98% рабочего времени), больше внимания стоит уделять производительности холодильной установки при "непроектных" условиях, т.е. при неполной нагрузке.

    Хотя устройства, в своей работе использующие хладагент HCFC-123, не позволяют получить очень низкие температуры, это не делает их непригодными для использования в большинстве систем охлаждения. Большинство охладительных установок на хладагенте HFC-134a обладают эффективностью 0.55 кВт/тонну при полной нагрузке и наличии ARI условий. Хотя охладительные установки на хладагенте HCFC-22, как правило, обладают меньшей эффективностью, однако они выгодно отличаются от прочих установок большей компактностью при сопоставимой мощности.

    Компоненты типовой системы подачи охлажденной воды
    Рисунок 2:

    Компоненты типовой системы подачи охлажденной воды
    Источник: ESource

    Компоненты системы подачи охлажденной воды Стандартная коммерческая недвижимость (Рисунок 2) оснащается центральной охладительной системой, включающей одну или несколько охладительных установок и  ряд вспомогательных компонентов, которая обеспечивает охлажденной водой систему кондиционирования воздуха. Охлажденная вода прокачивается на одни или более кондиционеров по всему зданию, охлаждая поступающий снаружи воздух. Холодный воздух распределяется по всему зданию через сеть трубопроводов. Система подачи охлажденной воды включает ряд обязательных вспомогательных компонентов (так называемые вспомогательные системы), предназначенные для перемещения охлажденной воды от охладительного устройства к кондиционерам, а также для отвода тепла от охладительного устройства. Список вспомогательных устройств включает насосы, прокачивающие охлажденную воду, насосы конденсатора и башенные охладители.

    Как сделать лучший выбор

    Нижняя планка. Вы можете установить самую эффективную охладительную установку, однако неэффективность системы целиком не позволит вам использовать все преимущества качественной охладительной установки.  Чтобы максимально сократить эксплуатационные издержки, вам необходимо оптимизировать систему подачи охлажденной воды целиком (См. Компоненты системы подачи охлажденной воды).Перед выбором охладительной установки

    Снижение нагрузки на систему охлаждения. Около половины нагрузки неэффективной системы кондиционирования приходится на тепло, которое дает солнечный свет. Таким образом, минимизация данного источника тепла позволит значительно сократить издержки. Модернизация системы освещения также позволит значительно сократить издержки и снизить нагрузку на систему кондиционирования.  Рисунок 3 иллюстрирует многочисленные методы минимизации солнечного нагрева здания.

    Центробежная холодильная установка, данная в разрезе
    Рисунок 3:
    Меры по снижению нагрузки на систему охлаждения здания

    Источник: E Source

    Данный типичный образец коммерческой недвижимости отображает различные методы снижения солнечного нагрева здания, включая полив крыши водой (т.е. охлаждение испарением).

    Оптимизация вспомогательных систем системы нагревания, вентиляции и кондиционирования воздуха Вентиляторы башенного охладителя и насосы охлажденной воды, а также системы распределения воды и воздуха необходимо тщательно проанализировать на предмет возможного усовершенствования.

    Оптимизация управления системой и ее компонентами  Очень часто значительного снижения затрат на энергоснабжение можно добиться путем модификации рабочих характеристик различных компонентов системы охлаждения воды в условиях частичной нагрузки. Компьютерная система автоматизации здания позволяет регулировать рабочие параметры практически в режиме реального времени в целях максимизации эффективности системы охлаждения воды.

    Терминология

    Тонны: Одна тонна – это объем тепла, поглощаемый при плавлении одной тонны льда в течение одних суток, что равно 12000 БТЕ/ч или 3, 516 тепловых кВт.

    Показатель кВ/тон:

    Многие ошибочно понимают этот показатель как показатель эффективности, на деле это входная мощность, подаваемая на двигатель компрессора, поделенная на количество тонн, т.е. киловатт на тонну (кВт/тонн). Чем ниже этот показатель, тем выше эффективность.

    Коэффициент производительности (COP):

    Эффективность охладительной установки, измеряемая в выходе в БТЕ (охлаждение), Поделенном на входе в БТЕ (электрическая энергия). Умножение COP на 3.412 дает показатель выработки холода на единицу энергии.

    Выработка холода на единицу энергии (EER):

    Производительность небольших охладительных установок и устанавливаемых на крышу установок часто измеряется в показателе EER, а не в кВт/тонну. Показатель EER рассчитывается делением охлаждающей способности (БТЕ/ч) на входную мощность (Вт) при полной нагрузке. Чем выше показатель EER, тем выше эффективность оборудования.

    Условия Института кондиционирования воздуха и охлаждения:

    Стандартные исходные условия, при которых производятся измерения производительности охладительной установки, заданные Институтом кондиционирования воздуха и охлаждения: 44°F – температура воды на выходе охладительной установки, температура воды на входе конденсатора, 85°F – при 100-процентной нагрузке, 60°F – при нулевой нагрузке.

    Интегральный показатель эффективности при частичной нагрузке (IPLV):

    Это показатель, которые более точно отображает «среднюю» эффективность охладительной установки в пределах установленного рабочего диапазона.   Данный показатель выражается в кВт/тонну и является средним значением для четырех рабочих режимов согласно стандартной формуле.

    Выбор охладительной установки

    Сравнение эффективности охладительных установок для определения оптимального выбора. Расходы на электроэнергию за год могут достигать суммы, равной трети стоимости закупочной цены охладительной установки. Таким образом, даже небольшое увеличение эффективности позволит значительно сократить издержки и сократить срок окупаемости оборудования. Например, стоимость повышения эффективности 500-тонной охладительной установки на 0,01 кВт/тонну с 0.6 кВт/тонн до 0.56 кВт/тонн в 6 долларов приводит к удорожанию себестоимости на 12 тыс. долларов. Такое повышение эффективности позволит снизить эксплуатационные издержки на 3000 долларов в год при 1500 часах эксплуатации при полной нагрузке и средней стоимости киловатт-часа (кВт-ч) электроэнергии в 10 долларов, учитывая плату за обслуживание.  Таким образом, срок окупаемости апгрейда составляет 4 года. В случае меньшего количества часов эксплуатации и, следовательно, меньшей экономии,  некоторые покупатели могут посчитать невыгодным повышение эффективности и связанные с этим дополнительные расходов. Многие производители предлагают специальное программное обеспечение, которое позволяет просчитывать возможную экономию.

    Сравнение охладительных установок при наиболее возможных условиях эксплуатации. Несмотря на то, что производительность охладительной установки может значительно меняться в зависимости от нагрузки и прочих условий, проектировщики часто выбирают подходящую охладительную установку на основании эффективности при полной нагрузке при стандартных условиях. Однако большинство времени охладительная установка работает при нагрузке 40-70% при условиях, которые заметно отличаются от стандартных условий эксплуатации. Для выбора охладительной установки, которая потребует минимальных эксплуатационных издержек, необходимо оценить эффективность ряда охладительных установок в наиболее вероятных условиях эксплуатации оборудования.

    Точный просчет системы при сравнении охладительных установок.  Хотя может показаться заманчивым повышение эффективности системы подачи охлажденной воды с помощью минимизации энергопотребления каждого ее компонента, это не всегда позволяет добиться максимальной эффективности системы. Компоненты системы подачи охлажденной воды взаимодействуют друг с другом очень сложным образом, таким образом, какие-либо универсальные правила действуют не всегда.   Например, хотя увеличение эффективности охладительной установки может быть достигнуто путем увеличения потока воды, для этого потребуется большая мощность насосов, на это может потребоваться больше энергии, чем было сэкономлено благодаря увеличению эффективности охладительной установки. В результаты мы получим снижение эффективности системы в целом.

    Использование компьютерного моделирования для просчета нагрузки на систему подачи охлажденной воды в течение года. Программы компьютерного моделирования могут использоваться для проведения сложных многочисленных вычислений, с помощью которых можно обрисовать картину потребления энергии при разных условиях.  Самые продвинутые программы позволяют просчитывать потребление энергии зданием с точностью до часа на целый год, а также помогают просчитать характер взаимодействия различных систем здания. Таким образом, имея в своем распоряжении такие мощные инструменты, вы сможете экспериментировать с различными конфигурациями оборудования, чтобы определить наиболее подходящую для конкретных условий. Наиболее популярная среди подобных программ называется DOE-2 (разработка группы Simulation Research Group из лаборатории Lawrence Berkeley National Laboratory), однако на рынке есть другие программные инструменты, ряд из которых разработан производителями оборудования для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. На освоение работы с данными мощными инструментами потребуется некоторое время и практика, поэтому вы можете обратиться к консультантам, специализирующимся на проведении подобных оценок.

    Выбор разноразмерного оборудования для различных охлаждающих систем. Охладительные установки постоянной скорости работают с наибольшей эффективностью при нагрузках, близких к максимальным (около 75% для большинства охладительных установок). Если система подачи охлажденной воды оснащена двумя охладительными установками разного размера, в большинстве случаев одна из двух охладительных установок будет работать под нагрузкой, близкой к максимальной. Возможность переключения между установками различной мощности позволит добиться большей эффективности по сравнению с системой с одной или двумя охладительными установками одного размера, работающими при средних нагрузках.

    Охладительные установки с частотно-регулируемым электроприводом обладают большей эффективности при эксплуатации при неполной нагрузке. Центробежные охладительные установки с регулируемой скоростью сегодня предлагает большинство крупнейших производителей. Такие установки обладают повышенной энергоэффективностью по сравнению со стандартными охладительными установками при работе под неполной нагрузкой. Охладительные установки, оснащенные частотно-регулируемым электроприводом, как правило, обладают интегральным показателем эффективности при частичной нагрузке 0,35 – 0,45 кВт/тонну, значительно превосходя по данному показателю охладительные установки с постоянной скоростью. Некоторые производители только выходят на рынок установок с частотно-регулируемыми приводами, поэтому не лишним будет ознакомиться с достижениями производителя в данной области перед покупкой.

    Что нас ждет в будущем?

    Классический цикл испарения-сжатия используется для охлаждения воды в сложных системах кондиционирования воздуха уже почти столетие, однако в будущем должны появиться новые, более эффективные методы охлаждения…   Сегодня разрабатывается одна интересная система, использующая преимущества, которые дает магнитокалорический эффект, т.е. свойство некоторых металлов нагреваться при намагничивании и охлаждаться при размагничивании. Имеющиеся прототипы системы изготовлены из  редкоземельного металла гадолиния (цилиндры) и сверхпроводящего магнита. Магнитокалорические охладительные установки имеют большой потенциал, однако на сегодня они стоят намного дороже обычных охладительных установок. На сегодня главная задача, которая стоит перед проектировщиками, - снижение стоимости установок такого типа.

    Компания Clint применяет безмаслянные компрессоры Danfoss Turbocor Compressors Inc для своих охладительных установок. Такие компрессоры оснащаются керамическими подшипниками, которые не требуют смешивания смазочного материала с хладагентом. Преимущества данной технологии заключаются в том, что такие охладительные установки могут надежно работать при очень малых нагрузках, с которыми стандартные установки могут не справиться.

    Вернуться в раздел статьи