Чтобы повысить энергетическую эффективность центральных кондиционеров, необходимо предпринять меры, которые касаются не только усовершенствования параметров чиллеров. Одинаково эффективными должны быть теплообменники (фанкойлы) и устройства обработки воздушных потоков. Кроме того, вся система в целом должна быть оптимизирована для качественного функционирования. Для решения подобных задач рекомендуется использование частотно-регулируемых приводов и электрических двигателей, имеющих постоянные магниты.
Ситуация на рынке чиллеров
Современные чиллеры могут иметь холодильную производительность как одну холодильную тонну, так и шесть тысяч холодильных тонн. Отметим, что минимальные мощностные параметры свойственны роторным чиллерам, а максимальные – устройствам, имеющим центробежные воздухонагнетатели.
Британская ассоциация маркетинговых исследований и сведений в строительной отрасли (BSRIA) передавала, что по состоянию на конец 2013 года рынок холодильных машин увеличился в объеме почти до 7,7 млрд американских долларов, а теплообменников и устройств обработки воздушных потоков – до более чем 6 млрд долларов. Для реальной оценки рынка центральных кондиционеров на основе чиллеров достаточно сложить имеющиеся показатели. В результате мы имеем объем рынка, равный около 13,8 миллиардам долларов. Если учитывать реализацию дополнительных устройств (трубопроводы и насосное оборудование), можно существенно повысить общую оценку.
Методы повышения эффективности функционирования холодильных машин
Являющаяся неотъемлемой частью центрального кондиционера холодильная машина потребляет не меньше 20 процентов всей энергии, выделяемой для обслуживания здания. Аналогичная доля энергии расходуется на передачу тепла по схеме «хладагент-вода-воздух». Тем самым, в итоге система кондиционирования воздуха потребляет порядка половины энергии, необходимой для обслуживания объекта.
Необходимо учитывать, что комплектуемые чиллерами системы нечасто испытывают максимальные нагрузки. Чтобы оценить их производительность по стандарту ASHRAE 90.1, необходимо воспользоваться показателем неравномерной нагрузки в нестандартных ситуациях (NPLV) и интегральным показателем относительной нагрузки (IPLV).
Действенному повышению энергетической эффективности оборудования в условиях неполных нагрузок способствует частотное управление приводом. Подобными приводами, которыми раньше оснащали системы кондиционирования бытового назначения, в данное время оборудуют системы с чиллерами. Отметим, что в случае установки такого привода цена на холодильную машину увеличивается минимум на 15 процентов. Вместе с тем это способствует значительному сокращению эксплуатационных затрат и уменьшению габаритов агрегатов. Кроме того, подобное решение направлено на увеличение энергоэффективности и дает возможность использовать двигатели, имеющие постоянные магниты.
В данное время имеющие воздушное охлаждение устройства поставляются вместе с теплообменником, в котором образующая тонкую пленку жидкость ложится на поверхность нагреваемых вертикальных трубок. Такие теплообменники заменили погружные испарители холодильных машин центробежного типа. Конструкционно теплообменник с падающей пленкой способствует значительному уменьшению количества холодильного агента в кондиционере. В результате потребитель получает не только экономическую, но и экологическую выгоду.
Оптимизация функционирования воздушных и водяных устройств
Частотным регулированием привода обычно пользуются, чтобы увеличить общую энергетическую эффективность не только компрессорного оборудования холодильных машин, но и насосного оборудования, а также вентиляторов.
Если рассматривать центральные системы кондиционирования, в них изначально происходит охлаждение воды в чиллере, после чего охлажденная жидкость подается к устройствам обработки воздушной массы и фанкойлам. В результате вода циркулирует в первичном и вторичном контуре. Отличительной характеристикой данных контуров является то, что в первом случае наблюдается постоянство потока, а во втором случае на изменение потока влияет потребность в охлаждении. Регулируя поток во вторичном контуре посредством байпаса, система отводит воду в первичный контур с излишним расходованием части энергии. Данные потери могут быть нивелированы посредством изменения скорости потока в первичном контуре. С этой целью используется насос, имеющий частотно-регулируемый привод. Данное решение именовали «переменным потоком в первичном контуре» (VPF) или «переменным потоком холодоносителя» (VWV). При использовании градирни изменение водяного потока происходит аналогично, однако с существенным акцентом на тепловую нагрузку.
Чтобы регулировать воздушный поток с учетом тепловых нагрузок, рекомендуется применение механических систем управления. В частности, речь идет о направляющих и заглушающих заслонках. При этом вентиляторы, оснащенные частотно-регулируемыми приводами, потребляют гораздо меньше электроэнергии. Аналогично компрессорам холодильных машин, двигатели с постоянными магнитами способствуют еще большему повышению энергетической эффективности.
Чиллеры центробежного типа
Доля холодильных машин, имеющих компрессоры центробежного типа, составляет 26 процентов. Основное производство таких чиллеров налажено на территории Соединенных Штатов. Вместе с тем потребительское лидерство занимает Поднебесная.
Центробежный чиллер CWW/ТТY 1801-1÷12806-1 TURBOLINE
После появления центробежных компрессоров началось массовое распространение холодильных агентов, имеющих незначительное рабочее давление. Изначально производители чиллеров центробежного типа перестали использовать в качестве хладагента хлорфторуглероды, а через некоторое время – гидрохлорфторуглероды. Смена приоритетов привела к широкому использованию гидрофторуглерода R134a. В результате это стало причиной активного производства практически всеми японскими и китайскими компаниями холодильных машин центробежного типа на R134a. Кроме того, подобные чиллеры имели двухступенчатый экономайзер.
Используемый раньше холодильный агент ГХФУ-123 имел превосходные термодинамические свойства по сравнению с R134a. Вместе с тем использование последнего способствовало уменьшению габаритов компрессоров, а также увеличению вращательной скорости крыльчатки. Применение хладагента R134a, имеющего высокое рабочее давление, привело к тому, что компании стали выпускать безмасляные компрессоры, которые способны поддерживать большие скорости вращения. Выпустив безмасляные воздухонагнетатели, в которых была установлена магнитная подвеска ротора, производители приступили к разработке мощных электродвигателей с постоянными магнитами.
Американский рынок на 80 процентов насыщен центробежными холодильными машинами, в которых привод имеет частотное регулирование. Использование подобного регулирования в центробежных воздухонагнетателях способствует максимальному приросту эффективности в условиях частичных нагрузок.
Чиллеры спирального, винтового и поршневого типа
Холодильные машины с воздухонагнетателями объемного сжатия поставляются вместе с грунтовыми и водяными тепловыми насосами, а также кондиционерами, используемыми на всевозможных коммерческих объектах. Помимо этого, они могут использоваться вместе с прецизионными кондиционерами в центрах обработки информации. С помощью таких чиллеров охлаждаются производственные процессы и накапливается ледовый слой. Аналогично центробежным холодильным машинам, конструкция данного вида чиллеров крайне редко обходится без частотно-регулируемого привода. В особенности, таким приводом оборудуются винтовые компрессоры.
Чиллер Clint CWW/IY/WP 1352÷4402 с винтовым компрессором
В наше время налажено производство высокоэффективных холодильных машин, имеющих воздушное охлаждение конденсатора. При этом вентиляторы и компрессоры подобных чиллеров наделены частотным управлением и двигателями, в которых применяются постоянные магниты.
Роторные и спиральные компрессоры подвергаются увеличению производительности, чтобы в дальнейшем оснащать ими высокопроизводительные воздушные чиллеры. На японской территории широко распространенными считаются модульные системы, производительность которых может составлять порядка четырех тысяч холодильных тонн. При этом мощность каждого отдельного модуля таких систем составляет в пределах 6-10 холодильных тонн.
Чиллеры абсорбционного типа
Отметим, что в абсорбционных холодильных машинах в качестве энергии используется тепло, а не электричество. Их функционирование происходит без фторсодержащих холодильных агентов. Охлаждение и теплообеспечение в таких чиллерах осуществляется благодаря бросовому теплу.
Подобные холодильные машины отличаются незначительной эффективностью и высокой стоимостью, однако их популярность растет из-за дорожающей электроэнергии и ужесточения требований по экологии. Абсорбционными чиллерами зачастую оборудуются тепловые насосы, а также системы когенерации, которые предназначены для поставок к потребителю холода, тепла и электрической энергии. Кроме того, с их помощью можно утилизировать тепловую энергию, выделяемую в процессе производства определенной продукции.
Принцип работы абсорбционного чиллера
Наибольший спрос (порядка 60 процентов) на холодильные машины абсорбционного типа наблюдается на территории азиатских государств. Больше всего (40 процентов) подобных устройств используют субъекты хозяйственной деятельности Китая.
Нужно сказать и о совершенствовании технологии абсорбционного охлаждения. Еще 10 лет назад одна из компаний разработала и презентовала холодильную машину, работающую благодаря сжиганию газообразного топлива. Коэффициент производительности (COP) такого устройства составлял около 1,7. При этом отметим, что по неизвестным причинам конструкцию не пустили в массовое производство.
На основе материалов из журнала "Мир Климата"
