Энергосберегающие системы Stl.

Новый подход к использованию охлаждения льдом в системах кондиционирования воздуха и промышленных холодильных системах

В последнее время за рубежом все чаще внедряются различные технические решения, позволяющие более эффективно использовать энергоресурсы в области холодильной техники для систем кондиционирования воздуха (СКВ), а также для промышленных систем охлаждения. В этих целях применяется разнообразное энергосберегающее оборудование. Учитывая, что СКВ является одним из основных потребителей энергии среди систем жизнеобеспечения современного здания (то же самое можно сказать и о промышленных холодильных установках), данные мероприятия приобретают особую актуальность.

Рис. 1
Рис. 1

На наш взгляд, одним из интересных решений для России и, в частности, для Москвы может стать принцип аккумулирования холода в ночное время суток за счет работы холодильного оборудования и дальнейшего использования холода днем в дополнение к холодопроизводителыюсти водоохладителя (чиллера).

Рис. 2
Рис. 2

Данное техническое решение нашло свое применение при производстве энергосберегающих систем STL фирмы "Cristopia" (Франция), являющейся дочерним предприятием "СГАТ" (Франция) — ведущей европейской компании по производству холодильного и кондиционерного оборудования.

Рис. 3
Рис. 3

В чем суть данного решения и каковы его преимущества?

Рассмотрим применение систем STL для СКВ.

Обычно при расчете традиционной СКВ подбор охлаждающего оборудования производится из условия максимальных тепловыделений в обслуживаемых системой помещениях. Таким образом, подобранное холодильное оборудование большую часть времени работает с неполной нагрузкой и, соответственно, с низкой эффективностью, ведь, как правило, максимальная мощность необходима обычно только в небольшие отрезки времени года (зачастую в течение лишь нескольких часов).

Каким же образом можно повысить эффективность работы оборудования и заодно уменьшить эксплуатационные затраты? В этом случае одним из возможных решений и является использование системы STL.

При проектировании СКВ в дополнение к холодильной машине подбирается аккумулятор холода системы STL. При этом мощность холодильной машины (чиллера) берется на 40–60% ниже расчетной проектной холодопроизводительности с учетом того, что в пиковые промежутки времени, когда требуется максимальная холодопроизводителыюсть, водоохладитель и аккумулятор холода работают совместно, тем самым обеспечивая требуемую холодильную мощность.

Преимущества этого подхода:

  1. Снижение затрат на электроэнергию. Дело в том, что в настоящее время практически во всех европейских странах существует так называемый дневной и ночной тариф использования электроэнергии. При этом ночной тариф, естественно, гораздо ниже дневного. Поэтому благодаря использованию системы STL в ночное время есть возможность существенно сократить эксплуатационные затраты.
  2. Более эффективное использование электроэнергии в течение суток, что особенно важно для районов с жестким лимитом использования электрической энергии (например, центр Москвы).
  3. Использование меньшего типоразмера основного холодильного оборудования.
  4. Равномерная работа оборудования в течение суток.
  5. Система STL совместима с любой системой кондиционирования воздуха или промышленной системой охлаждения.
  6. Система STL может использоваться как резервный источник холода в случае выхода из строя основного холодильного оборудования.

Рис. 4
Рис. 4

Ниже на рис.1 приведен график дневной потребности в холоде СКВ для офисных помещений, а на рис.2 показано, каким образом достигается снижение максимальной мощности холодильной машины.

Рис. 5
Рис. 5

Это решение не является каким-то совершенно новым, "революционным", скорее наоборот позабытым старым, так как основывается на использовании льда в качестве рабочего тела для охлаждения и аккумулятора энергии (в данном случае — холодильной мощности водоохладителя). Основной особенностью решения фирмы "Cristopia" является то, что лед не имеет непосредственного контакта с охлаждающей жидкостью за счет того, что заключается в полиэтиленовые корпуса сферической формы, так называемые сферические заполнители. Диаметр таких заполнителей невелик (96 мм — для СКВ и 77 мм — для промышленных холодильных установок). Тем самым достигается большая площадь теплообмена. Используя различные жидкости, как для охлаждения, так и для заполнения сферических заполнителей, имеется возможность изменять температуру льдообразования.

Рис. 6
Рис. 6

Рассмотрим устройство и принцип работы системы STL. Аккумулятор холода системы STL представляет собой резервуар (цилиндрический или прямоугольный), который заполняется сферическими заполнителями. Резервуар изготавливается из стали и может быть расположен горизонтально, вертикально, а также располагаться непосредственно в земле. Заполнители отлиты под давлением в виде пустотелой сферы из полиэтилена высокой плотности и заполнены специальной жидкостью РСМ (жидкость с изменяющимися свойствами). В резервуаре циркулирует жидкий теплоноситель (обычно водный раствор этиленгликоля) при температуре ниже 0°С, вызывая кристаллизацию РСМ внутри заполнителей. Тем самым достигается аккумулирование энергии в виде скрытой теплоты кристаллизации в период фазового перехода из жидкого состояния в твердое. Механические и химические свойства заполнителей подобраны в соответствии со всеми возможными ситуациями, возникающими в системах охлаждения. Имеющийся ряд жидкостей РСМ позволяет аккумулировать тепловую энергию при температурах от –33 до +27°С. Используемые материалы заполнителей полностью нейтральны как к фазовым изменениям (кристаллизация), так и по отношению к жидкому теплоносителю. Материалы прошли проверку в лабораториях Франции и других стран.

Фирма "Cristopia" предлагает целый ряд сферических заполнителей, разработанных для конкретной отрасли:

  • S 27 — тепловые насосы
  • С — системы кондиционирования воздуха
  • S 00 — компьютерные помещения
  • SN 03 — молочная промышленность
  • SN 06 — центральные кухни
  • SN 10 — коптильни, пивоварни
  • SN 15 — предприятия мясной промышленности
  • SN 18 — фармацевтическая промышленность
  • SN 21 — обеспечение химических процессов
  • SN 26, SN 29–33 — химические производства.

Система STL состоит из 2-х контуров — первичного и вторичного. Первичный контур (abed) служит для зарядки аккумулятора холода. В этом контуре охлаждающая жидкость циркулирует с постоянным расходом и изменяющейся температурой. Во вторичном контуре (efgh) охлаждающая жидкость циркулирует с постоянной температурой, а расход ее может быть постоянным или переменным.

Принцип работы системы STL достаточно прост и может состоять из 4-х основных режимов:

1. Режим зарядки. В ночное время водоохладитель СКВ (СН) работает только на замораживание сферических заполнителей внутри резервуара (STL). В это время обычно охлаждение не требуется, приборы охлаждения в обслуживаемых помещениях отключены. Насос (Pel) выключен, и трехходовой клапан закрывает вход 1 распределительной системы DS (см. рис.3).

Водоохладитель охлаждает жидкость в первичном контуре (abed) до температуры ниже кристаллизации материала в сферических заполнителях, которые затем начинают изменять фазовое состояние, абсорбируя энергию охлаждения. Температура охлаждающей жидкости при этом снижается, так как при кристаллизации коэффициент теплоотдачи постепенно уменьшается, пропорционально снижая абсорбирующую способность заполнителей. Понижение температуры характеризует окончание цикла зарядки, и контрольный термостат отключает холодильную машину.

2. Режим зарядки с одновременной подачей охлаждающей жидкости в СКВ.

Данный режим используется в утренние часы, когда потребность в холоде СКВ ниже, чем холодопроизводительность водоохладителя.

В этом случае насос (Pd) работает, и трехходовой клапан действует в соответствии с сигналами, поступающими отдатчика температуры (thd), контролирующего температуру подачи охлаждающей жидкости в СКВ. Жидкость, циркулирующая под действием зарядного насоса (Pch), частично проходит через вход 1 трехходового клапана, частично — через систему STL в направлении b-с, при этом заряжая систему (рис.4).

3. Режим разрядки с одновременной подачей охлаждающей жидкости в СКВ.

В дневное время суток, когда холодильной мощности водоохладителя становится недостаточно для компенсации тепловыделений в обслуживаемых СКВ помещениях, в работу включается аккумулятор STL.

Насосы Pd и Ph работают, исполнительный механизм трехходового клапана действует по команде от датчика температуры (thd), контролирующего температуру подачи охлаждающей жидкости в СКВ (см. рис.5). Чиллер и аккумулятор системы STL работают одновременно.

4. Режим только разрядки.

Данный режим используется в том случае, когда потребитель намерен выключить чиллер и использовать только систему STL в период пиковых нагрузок.

В этом режиме водоохладитель контролируется электрической стоп-системой, по команде которой зарядный насос (Pch) и компрессор чиллера отключаются в часы пиковых нагрузок. Отключающий клапан, расположенный после испарителя, закрывается автоматически, когда насос (Pch) выключается, в результате чего охлаждающая жидкость проходит только через систему STL (см. рис.6).Нам представляется, что разработанное фирмой "Cristopia" техническое решение может быть использовано и на российском рынке и имеет большие перспективы использования на вновь проектируемых объектах. Особенно следует учесть, что в настоящее время прорабатывается введение в Москве дневного и ночного тарифа использования электроэнергии.

Статья подготовленатехническими специалистами группы компаний "Политерм"



наши проекты
  • АПИК
  • Университет климата
  • Выставка «Мир климата»
  • АПИК-тест