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.
.png "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.
.png "Рис. 2. Влияние работы Chillbooster на энергопотребление чиллера") |
| Рис. 2. Влияние работы Chillbooster на энергопотребление чиллера |
.png "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).
.png "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).
.png "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.
.png "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».