Кондиционирование Вентиляция Сантехника Отопление
Кондиционирование Вентиляция Сантехника Отопление
СОК СОК
Главное меню
Главная
Новости
СОК онлайн
Рубрики
О журнале
Медиаплан
Реклама
Реклама на сайте
Выставки
Семинары
Контакты
Поиск
Форум
Библиотека
Фотогалерея
Рубрики
Сантехника
Отопление
Кондиционирование
Вентиляция
Энергосбережение
Нормативная База
Объекты
Рекомендуем
Кондиционеры Daikin
Кондиционеры, вентиляция, тепловые насосы.
Системы воздушного отопления
Тепловые насосы, Телпый пол и Воздушные фильтры
Top100+ :: Teplo.com
c-o-k.ru
Aqua-Term 2013

Системы «свободного охлаждения» (Free Сooling) Версия для печати Отправить на e-mail
27.10.2006
Авторы В.В. Шишов, главный инженер компании «Фармина», М.Ю. Клоков, менеджер продаж компании AHI CARRIER

Охлаждая помещение при температуре наружного воздуха ниже +10 °С, можно отказаться от искусственных методов получения холода, используя естественный переход теплоты с высокого температурного уровня на более низкий. Реализовать его на практике можно разными способами, например, использованием приточной вентиляции: температура в помещении регулируется изменением количества подаваемого воздуха (можно решить многие задачи с помощью тепло- и тепло-массообменных вентиляционных блоков).

Широкое распространение получили энергосберегающие холодильные системы, использующие в зимний период контур с промежуточным хладоносителем (ПХ). Перенос теплоты осуществляется жидкостью, охлаждаемой в теплообменнике, расположенном на улице. Во избежание замерзания воды в тонких трубках воздушного теплообменника (при отрицательных температурах наружного воздуха) в условиях России в качестве ПХ применяются растворы этиленгликоля (ЭГ).

Это охлаждение с легкой руки фирмы LIBERT называют «свободным», или часто «экономным». Энергия расходуется только на привод насосов и вентиляторов, при этом увеличивается долговечность и надежность всей установки. Холодильные машины (ХМ) с опцией «свободного охлаждения» (СО) представлены в модельном ряду многих производителей.

СО применяется в холодное время года для поддержания в охлаждаемых объектах плюсовых температур (выставочные, спортивные залы, казино, боулинг — клубы, серверные, помещения с телекоммуникационным оборудованием, с интенсивным освещением, хранилища фруктов и овощей), для соблюдения пивных технологий, технологий созревания сыров, в кондитерской, винодельческой промышленностях и проведения различных технологических процессов. Работоспособность в суровых климатических условиях очень важна при выборе ХМ (в том числе кондиционеров), выход которых из строя может порою привести к материальным потерям, превосходящим стоимость оборудования. Применение местных обогревов картеров компрессоров, дренажных трубок; установка компрессоров во внутренних блоках, размещение внешних блоков в технических помещениях не могут решить всех проблем.

Современный уровень автоматизации, широкое применение пластинчатых тепло-
обменников, позволяющих сократить разницу температур между хладагентом и ПХ до 3…4 К, использование в холодную погоду СО позволяют, с полной уверенностью, сказать о возрождении систем «рассольного» охлаждения, которые имеют значительные эксплутационные преимущества:
❏ автоматизация холодильных установок такого типа не особо сложна;
❏ за счет рационального комбинирования узлов системы можно значительно уменьшить объем холодильной установки, заполненной хладагентом. При этом повышается экологическая безопасность системы и сокращаются затраты при высокой цене новых хладагентов;
❏ уменьшаются размеры магистралей, количество швов на холодильных трубопроводах; облегчается поиск утечек, меньше окислов в системе после монтажа, надежнее возврат масла в картер компрессора;
❏ упрощается эксплуатация холодильных установок при использовании в качестве хладагентов зеотропных смесей.

СО с ПХ позволяет отключать в холодное время года контур с хладагентом. Использование «нулевого» закона термодинамики вместо второго приводит не только к весомой экономии электроэнергии и увеличению ресурса работы компрессора, но и упрощает обслуживание установки. На рис. 1 показаны часто применяющиеся схемы СО для круглогодичного охлаждения помещений с плюсовыми рабочими температурами [1]. Контур с хладагентом ограничен пунктирной линией и состоит из стандартного перечня компонентов: компрессора (КМ), конденсатора (КД), регулирующего вентиля (РВ) и испарителя (И) (может включать в себя дополнительные устройства, оптимизирующие его работу). Когда температура окружающей среды выше температуры охлаждаемого объекта работает холодильный контур (вентили ВН1, ВН2 — открыты, ВН3, ВН4 закрыты). При понижении температуры окружающей среды ниже ~1 °С контур с хладагентом отключается и промежуточный теплоноситель охлаждается в теплообменнике ТО2 (ВН1, ВН2 закрыты, ВН3, ВН4 открыты), расположенном на улице.
Image
В кожухотрубных теплообменниках разница между температурой фазового перехода хладагента и температурой ПХ составляет около 6 К. Дополнительные потери холодопроизводительности достигают 23% для систем с ПХ в испарителе и 7% для ПХ в конденсаторе (при температуре кипения t0=+5 °С и конденсации tк = +45 °С) по сравнению с системами непосредственного охлаждения. Применение эффективных пластинчатых теплообменников позволяет сократить величину недорекуперации до 3 К, поэтому в СО с пластинчатым теплообменником потеря холодопроизводительности составляет величину 12% и 3% соответственно. Как показала практика, неизбежное увеличение гидропотерь в пластинчатых теплообменниках не приводит к заметным изменениям эффективности циклов. С другой стороны их применение значительно улучшает массогабаритные и эксплуатационные характеристики системы.

На рис. 2 видно, что применение СО с пластинчатым теплообменником становится в один ряд с самыми экономными способами охлаждения. Особую выгоду сулит применение систем СО в странах с умеренным и холодным климатом.
Image
В последнее время появились чиллеры, укомплектованные системой «Free Cooling» на заводе-изготовителе (дополнительный трубчато-ребристый теплообменник СО расположен непосредственно на раме ХМ сверху или под основным фреоновым конденсатором), таким образом от заказчика не требуется проведения каких-либо мероприятий для организации системы СО.

Схема установки, работающей в режиме СО с плавным отключением и включением ХМ («смешанное» охлаждение), представлена на рис. 3 [2]. В обычном режиме работы вода, возвращающаяся от «потребителя», подается насосом (8) в теплообменник (9), где обменивается теплотой с ЭГ. В свою очередь ЭГ через пропорциональный трехходовой клапан (2) подается циркуляционным насосом (3) в испаритель (5), в котором он охлаждается, отдавая теплоту кипящему фреону. Когда температура наружного воздуха становится ниже температуры ЭГ, поступающего в ХМ, трехходовой клапан (2), управляемый контроллером, направляет часть ЭГ в теплообменник СО (1), при этом положение трехходового клапана выбирается на основании показаний трех параметров: температур окружающего воздуха, конденсации и ЭГ на выходе из ХМ. Как только температура окружающего воздуха становится достаточно низкой, компрессоры выключаются и температура ЭГ поддерживается изменением расхода воздуха через теплообменник СО (1), обеспечивая снятие всей тепловой нагрузки. Если температура окружающего воздуха повышается, и мощности СО становится недостаточно для снятия тепловой нагрузки, контроллер ХМ, параллельно к работающей системе СО, подключает фреоновый холодильный контур. При дальнейшем росте  температуры окружающего воздуха автоматика выводит из процесса теплообменник СО, а поддержание заданной температуры выходящего ЭГ полностью возлагается на фреоновый холодильный контур.
Image
Снижение затрат электроэнергии при СО зависит от климатической зоны: в странах Центральной Европы экономия составляет до 30%. Кроме того, режим СО увеличивает срок службы компрессоров на 40…50%. Добавление контура ПХ и соответствующей автоматики приводит к усложнению ХМ и к увеличению ее стоимости (при лавинообразном росте стоимости цветных металлов — стоимость меди за три года выросла в 4 раза — трубчато-ребристый теплообменник становится одним из самых дорогостоящих элементов ХМ). Срок окупаемости ХМ с режимом СО для России составляет 2…4 года и зависит от региона установки оборудования и его мощности. В современных ХМ режим СО включается уже при разнице в 2 К между температурами обратного ЭГ и окружающего воздуха.

Такая схема СО с ПХ имеет свои недостатки: применение ЭГ при круглогодичной эксплуатации системы зачастую ведет к увеличению типоразмера чиллера и дополнительным затратам на ЭГ, увеличению сопротивления гидравлического контура, а следовательно, мощности циркуляционных насосов и сопутствующей арматуры; увеличению массы иразмеров чиллера; уменьшению  эффективности из-за увеличения энергопотребления вентиляторов (двойной теплообменник — двойное сопротивление движению воздуха), ухудшению шумовых характеристик по той же причине (более мощные вентиляторы).

ПреимуществаСО с ПХ по сравнению с работой классической ХМ очевидны: энергосбережение, снижение шума и тепловыделений в окружающую среду, сокращение времени работы, но не сроков эксплуатации, холодильных компрессоров.

В последнее время появились системы СО, в которых теплота в холодное время года переносится хладагентом в холодильном контуре (компрессор не работает) — фреоновое свободное охлаждение (ФСО). Эта задача реализована компанией TRANE на ХМ серии CenTraVac [3]. Данная серия представляет собой водоохлаждаемые ХМ на базе центробежных компрессоров с кожухотрубными испарителем и конденсатором. В чиллерах TRANE CenTraVac (хладагент — R 123) используется ФСО. Источником холода, как и везде в СО, при остановленном компрессоре является наружный воздух. Теплота в окружающую среду отводится от ЭГ конденсатора (1) (рис. 5), проходящего по трубкам (2), который затем подается насосом в охлаждающий теплообменник, расположенный на улице. При работе ХМ в режиме ФСО необходимо в конденсаторе 1 поддерживать температуру R 123 не выше 12 °С (-0,4 бар), а в испарителе — более высокую температуру 13 °С (-0,35 бар). Благодаря разности давлений хладагента в испарителе и конденсаторе, по обводному трубопроводу 6 пары R 123 будут подниматься в верхнюю часть конденсатора (1). При контакте с холодной поверхностью трубок (2), по которой проходит охлажденный потоком холодного наружного воздуха ЭГ, R 123 будет конденсироваться. Жидкий хладагент собирается в нижней части конденсатора (1) и по обводному трубопроводу (3) стекает в нижнюю часть испарителя (4).
Image
При температуре наружного воздуха соответствующей температуре конденсации 12 °С, автоматический блок переводит ХМ в режим ФСО. Автоматически останавливается приводной электродвигатель турбокомпрессора и открываются клапаны на обводных трубопроводах (3) и (6) при этом холодопроизводительность составляет до 40% от паспортного режима.

Оригинальное решение ФСО было реализовано компанией CARRIER на ХМ серий 30RB (спиральные компрессоры — R410А) [4] и 30XA (винтовой компрессор — R134A) (рис. 4) [5]. В системе применен принцип термосифона: газообразный хладагент из относительно теплой зоны (испаритель) перемещается в относительно холодную зону (конденсатор) в обход компрессора через открытый обратный клапан, перенося теплоту.
Image
Работа вентиляторов повышает интенсивность этого процесса. Только небольшой циркуляционный насос для жидкого хладагента и теплообменная поверхность ребер конденсатора поддерживают этот процесс (при отключенном компрессоре в качестве жидкости, переносящей теплоту от испарителя к конденсатору, используется фреон). Для реализации этой схемы СО в традиционную схему ХМ были добавлены лишь два обратных клапана и фреоновый насос. Таким образом, обеспечены следующие преимущества ФСО перед традиционными системами СО с ПХ:
❏ отпадает необходимость в применении градирни, дополнительного теплообменника т.к. для реализации режима ФСО применяется штатный конденсатор ХМ;
❏ гидравлическое сопротивление системы ниже по сравнению со случаем, когда последовательно к испарителю включается дополнительный теплообменник СО, т.е. нет необходимости переразмеривать циркуляционный насос;
❏ массогабаритные характеристики ХМ близки к стандартным, в отличие от машин с дополнительным теплообменником, где масса установки может увеличиться на 25…30%;
❏ на машинах, оснащенных ФСО, применяются стандартные вентиляторы охлаждения конденсатора, поэтому показатели шумности и энергоэффективности остаются неизменными;
❏ все элементы ФСО монтируются на раму чиллера на заводе-изготовителе, поэтому нет необходимости в проведении дополнительных мероприятий для реализации режима СО;
❏ в умеренных климатических зонах можно отказаться от применения ЭГ, т.к. испаритель ХМ оснащен защитой от замораживания. В случае применения воды в качестве вторичного хладоносителя нет необходимости в применении таких элементов системы как промежуточный теплообменник с сопутствующей арматурой. ■

Литература
1. Шишов В.В., Шибаев С.С. Cистемы с промежуточным теплоносителем для СКВ: новый подход к традиционным решениям // Холодильная техника. — 1998. — № 11.
2. Карпов А. А., компания АЕРМЕК. Cистемы свободного холода.
3. Кокорин О.Я., Левин И.А. Применение турбохолодильных машин в режимах «свободного охлаждения» (Free Сooling) // Холодильная техника. — 2005. — № 3.
4. Шишов В.В., Клоков М.Ю. Чиллеры большой производительности на R 410A // С.О.К. — 2005. — №3.
5. Каталоги фирмы Carrier.

Последнее обновление ( 26.01.2007 )
 
< Пред.   След. >

Будем благодарны, если воспользуетесь одной из этих кнопок: