Кондиционирование, безусловно, является частью общей инженерной системы поддержания температурно-влажностных параметров воздуха внутри здания и взаимосвязано с другими подсистемами: вентиляции, отопления, увлажнения, осушения и т.п. Однако мы в первую очередь попытаемся, по возможности, сепарированно рассмотреть некоторые концептуальные подходы разработки СК. Данный раздел является на наш взгляд наиболее важным и интересным в общей структуре ОВК по ряду причин: ❏ во-первых, он требует, как правило, наибольших капитальных затрат; ❏ во-вторых, это наиболее энергоемкая часть проекта; ❏ в-третьих, это наиболее сложная и дорогостоящая с точки зрения эксплуатации подсистема. Суть определения «современная система кондиционирования» как раз и заключается в том, что это должна быть система, наиболее сбалансированно учитывающая такие критерии, как первоначальные инвестиции, энергоснабжение, эксплуатационные расходы. Комплексное решение поставленных задач делает эту часть проекта наиболее многовариантной и требует креативных и аналитически обоснованных подходов. Цель статьи в том, чтобы систематизировать и дать сравнительную оценку применяемых СК на базе холодильных машин (чиллеров) последнего поколения. Эта информация поможет более осознанно подходить к разработке концепций СК, как инвесторам, так и подрядным и проектным организациям, даст материал для аргументированного обоснования своего выбора. Холодильные станции Начнем рассмотрение СК с ключевого по все тем же критериям (инвестиции, энергопотребление, эксплуатация) раздела СК — холодильной станции (ХС). Под холодильной станцией понимается комплекс оборудования, вырабатывающий охлажденную воду, и насосные установки для транспортировки ее по трубопроводам системы холодоснабжения. Рассмотрим шесть вариантов ХС на базе парокомпрессионных холодильных машин и один вариант на базе абсорбционного чиллера. Вариант 1: ХС на базе чиллера (чиллеров) с воздушным охлаждением конденсатора наружной установки. В качестве холодоносителя в такого рода ХС, как правило, применяется вода, т.к. наличие большого объема незамерзающей жидкости внутри здания представляет существенное усложнение эксплуатации. Такое техническое решение является наиболее экономичным и простым для проектирования, монтажа. Однако оно имеет существенные недостатки: работа только при плюсовых температурах, нерегулируемый высокий уровень звукового давления (≥ 62 дБА*), угроза размораживания ХС при неполном или несвоевременном сливе воды (требуется квалифицированный персонал), при расположении на кровле— несущая способность, угроза вандализма. В табл. 1 даны основные характеристики ХС различных типов. При расчете параметров в качестве холодильного и теплового оборудования выбран бренд Carrier, насосное оборудование — Wilo. Для полной сравнительной оценки различных вариантов ХС, безусловно, требуются точные количественные показатели. В варианте 2 предлагается система, состоящая из чиллера с воздушным охлаждением конденсатора наружной установки с незамерзающей жидкостью в качестве хладоносителя и теплообменника гликоль/вода. Чиллер как правило работает по температурному графику 5/10°С, а охлаждаемая вода после теплообменника имеет параметры 7/12°С. Плюсы этого варианта по сравнению с первым: ❏ нет необходимости сезонного опорожнения и заполнения гидравлической системы; ❏ отсутствует угроза размораживания испарителя чиллера; ❏ возможность работы системы при отрицательных температурах наружного воздуха; ❏ возможность интегрирования в систему сухой градирни для реализации режима свободного охлаждения в холодный период года. Однако возникают и существенные минусы: ❏ удорожание ХС ~30% (без учета градирни); ❏ повышение энергопотребления (за счет применения гликоля, более низких температур теплоносителя, добавления второго гидравлического контура); ❏ угроза размораживания теплообменника гликоль/вода при запуске системы зимой, особенно при перерывах в эксплуатации (требуется дополнительная автоматика); Вариант 3 предполагает использование воздухоохлаждаемого чиллера со встроенной градирней для реализации режима свободного охлаждения. В этом случае в холодный период года автоматика чиллера сама выбирает оптимальный режим работы (компрессоры, градирня или смешанный). Таким образом, достигается максимальное энергосбережение. В ряде случаев можно использовать такой тип ХС без промежуточного теплообменника гликоль/вода (например, в технологических процессах). Вариант 4: чиллер внутренней установки с выносным конденсатором. Плюсы системы: ❏ нет угрозы размораживания, возможность работы при отрицательных температурах (ограничения — технические характеристики чиллера:–15–20°С); ❏ возможность уменьшения уровня шума снаружи; ❏ уменьшение весовой нагрузки на кровлю; ❏ чиллер более защищен от вандализма. Минусы системы: ❏ удорожание по сравнению с вариантом 1 примерно на 40%; ❏ круглогодичная работа возможна только в южных регионах; ❏ свободное 2611 Tохлаждение возможно только как самостоятельная отдельная система; Вариант 5 — чиллер с жидкостным охлаждением конденсатора + сухая градирня — имеет в основном положительные стороны: ❏ высокая энергетическая эффективность; ❏ нет угрозы размораживания; ❏ круглогодичный режим работы (до –45°С); ❏ низкий уровень шума снаружи (определяется подбором градирни) ❏ уменьшение нагрузки на кровлю; ❏ защищенность чиллера; ❏ режим свободного охлаждения встраивается с минимальными затратами (добавляется только теплообменник гликоль/вода); ❏ нет ограничений по расстоянию между чиллером и градирней; ❏ нет необходимости в сложном сезонном техническом обслуживании; К минусам можно отнести только удорожание системы по сравнению с первым вариантом примерно на 60%. Вариант 6 отличается от предыдущего тем, что применяются водоохлаждаемые чиллеры с принципиально другим типом компрессоров — центробежным. Такой тип компрессоров позволяет достигать рекордной для парокомпрессионных чиллеров энергетической эффективности (СОР ~ 6). Энергетическая эффективность увеличивается при снижении температуры охлаждающей жидкости.Поэтому в ХС с центробежными чиллерами, как правило, поменяются испарительные градирни, позволяющие поддерживать температуру охлаждающей воды ~30°С. Такой вариант актуален для мегапроектов с мощностью ХС 3–20 мВт. Основные плюсы: ❏ максимальная энергетическая эффективность для парокомпрессионных чиллеров; ❏ низкие капитальные затраты. Минусы: ❏ минимальная производительность чиллеров— 30% от номинала; ❏ требуется подпитка контура охлаждающей воды. Если нет необходимой для ХС энергетической мощности или цена ее подключения высока, но есть возможность присоединения к газопроводу, то неизбежно получаем вариант 7: газовый абсорбционный чиллер с водяным охлаждением, где в качестве топлива можно использовать и привозной сжиженный газ. Как в случае с центробежными чиллерами, целесообразно применять испарительные градирни. Плюсы: ❏ минимальные относительные затраты потребляемой электроэнергии; ❏ минимальная цена за единицу вырабатываемого холода (высокая окупаемость); ❏ в холодный период года чиллер способен генерировать тепло для отопления, горячего водоснабжения… (т.е. нет необходимости в котельной); Минусы: ❏ капитальные затраты на ХС относительно высоки; ❏ минимальная производительность чиллеров ~25% от номинала; ❏ требуется подпитка контуров охлаждающей воды. Таблица сравнительных характеристик различных ХС (табл. 1) дает необходимую, но недостаточную информацию для выбора. Требуются дополнительные данные, касающиеся специфики объектов и пожеланий заказчика, например: ❏ наличие необходимой электрической мощности; ❏ стоимость электроэнергии; ❏ стоимость присоединения дополнительной электрической мощности; ❏ наличие и стоимость сетевого природного газа; ❏ режим эксплуатации ХС (лето, круглогодично); ❏ мощность ХС; ❏ климатические условия региона; ❏ возможность применения испарительных градирен; ❏ желаемые сроки окупаемости дополнительных инвестиций; ❏ возможность наружной и внутренней установки ХС; ❏ расчет эксплуатационных характеристик ХС на частичных нагрузках (в течение года); ❏ требование к параметрам охлажденной жидкости (тип холодоносителя, температура и т.д.); ❏ срок службы; ❏ стоимость годового технического обслуживания (работа + материалы); ❏ другие специфические требования. Окончательное решение об оптимальном выборе может быть принято путем точных расчетов «наложением» технического задания на возможности различных типов ХС. В качестве примера рассмотрим абстрактное техническое задание: Задача: охлаждение серверной. Требуемая холодопроизводительность: 1000 кВт. Режим работы: круглосуточный, круглогодичный. Газ: отсутствует. Стоимость подключения электроэнергий: 1500 $/кВт. Минимальная наружная температура: –40°С. В этом случае возможно применение следующих ХС: вариант 5 с системой free-cooling и вариант 3. При этом вариант 3 на 20% дешевле в первоначальных затратах, а вариант 5 более энергосберегающий. По нашим расчетам (с учетом работы летом, зимой и в переходные периоды), срок окупаемости дополнительных капиталовложений (при равной амортизации и стоимости технического обслуживания) составит за счет экономии электроэнергии пять-семь лет. Однако если потребуется оплатить присоединение дополнительной электрической мощности (~100 кВт— разница в электропотреблении вариантов 5 и 3), то вариант 5 становится предпочтительнее по всем экономическим показателям.
* Здесь и далее все данные и характеристики приведены на условиях Eurovent, если не оговорено иное.
