Проектирование систем холодоснабжения

При разработке проектов кондиционирования воздуха необходимо учитывать как специфику обслуживаемых помещений, общую нагрузку на систему холодоснабжения, так и располагаемые ресурсы на привод холодильной станции. Под кондиционированием воздуха традиционно понимаются вопросы тепловлажностной обработки воздуха, подразумевающие не только охлаждение, но также и увлажнение/осушение воздуха в зависимости от технологических требований к обслуживаемым системой кондиционирования помещений. В рамках данной статьи речь пойдет о системах холодоснабжения систем кондиционирования.

Существуют три принципиально разных схемных решений, каждый из которых имеет свою область рационального применения с точки зрения соотношения эксплуатационных/капитальных затрат в зависимости от требуемой суммарной холодопроизводительности:

• до 30 кВт- сплит системы;
• от 30-150 кВт- VRF системы;
• свыше 150 кВт- централизованные холодильные станции на базе холодильных машин с применение промежуточного хладоносителя.

При выборе принципиального решения необходимо также учитывать объемно- планировочные особенности зданий, требования по сезонности работ систем кондиционирования. Все вышеперечисленные имеют свои достоинства и недостатки.

В свою очередь центральные холодильные станции на базе холодильных машин, применяющихся на практике кондиционирования зданий, можно разделить по принципу привода на парокомпрессионные (источник привода электрическая энергия) и теплоиспользующие - в том числе абсорбционные холодильные машины (источником для привода может служить горячая вода, прямое сжигание газа, вторичные энергоресурсы - дымовые отработанные газы и т.д.). Уникальные пароэжекционные и воздушные машины по своей специфике не получили достаточного применения для целей кондиционирования зданий.

Существует четыре основных схемных решения на базе парокомпрессионных холодильных машин:

1.1 машины внутренней установки с выносными конденсаторами воздушного охлаждения. В качестве хладоносителя применяется вода, часто с температурами прямой/обратной +7/+12 С. Выносные конденсаторы необходимо устанавливать на открытом воздухе.

Достоинствами такой системы являются:
- возможность применения в качестве хладоносителя воды;
- относительно низкое (по сравнению с другими схемными решениями парокомпрессионных машин, как будет видно далее) потребление электроэнергии;
- меньшее количество вспомогательного оборудования холодильной станции (по сравнению с другими схемными решениями парокомпрессионных машин, как будет видно далее);

Недостатки:
- необходимость установки машин в отапливаемом помещении;
- ограничения по длине и перепаду высот трубопроводов хладагента на участке от машин до конденсаторов;
Данное схемное решение рационально для систем кондиционирования с внутренними доводчиками (фэнкойлами, охлаждающими балками) и секциями охлаждения приточных вентиляционных агрегатов.

1.2 Моноблочные машины внешней установки, контур холодильного агента сосредоточен в агрегате. Машины наиболее часто устанавливаются на кровлях зданий. Внешняя установка машин предполагает использование в качестве хладоносителя водных растворов солей, имеющих более низкую температуру замерзания по сравнению с водой. Данное решение целесообразно только в случае охлаждения воздуха в центральных вентиляционных агрегатах, при этом благодаря более низкому значению теплоемкости водных растворов солей требуется вентиляционные агрегаты с большими секциями охлаждения, чем в случае воды.

Применение данного решения для холодоснабжения внутренних доводчиков нерационально. Поскольку применять в качестве хладоносителя водный раствор этиленгликоля недопустимо по причине токсичности и возможности попадания на людей в обслуживаемых помещениях при протечках, возникает необходимость или применять более дорогой и худший с точки зрения теплофизических характеристик (по сравнению с водой и водным раствором этиленгликоля) водный раствор пропиленгликоля или включать дополнительный промежуточный контур хладоносителя (пластинчатый теплообменник). В случае применения теплообменника появляется водный раствор этиленгликоля, циркулирующий между холодильными машинами и промежуточным теплообменником и вода, циркулирующая между промежуточным теплообменником и оконечными приборами. Данное решение приводит к увеличению вспомогательного оборудования станции (насосных групп, арматуры). Для получения воды с температурами +7/+12 на оконечных устройствах чиллеры должны работать на более низких температурах первого контура (в общем случае +5/+10), что приводит к необходимости снижать температуру кипения в испарителях холодильных машин. Тем самым повышается электроптребление системы, и возникает необходимость применения более мощных холодильных машин. Капитальные затраты по причине увеличения количества вспомогательного оборудования также растут.

Достоинства системы:
- однозначное решение в случае охлаждения только секций охлаждения;
- размещение крупногабаритного оборудования исключительно на кровле;
- возможность применения чиллеров со встроенной системой фрикулинга;

Недостатки в случае работы с внутренними доводчиками:
- большее количество элементов станции;
- большее по сравнению с 1.1 потребление электроэнергии;
- необходимость наличия отапливаемого помещения для гидромодуля воды и теплообменника;

1.3 Моноблочные машины внутренней установки с конденсаторами "водяного охлаждения", выносными сухими охладителями.
В данном решении в качестве хладоносителя применяется вода. Для отвода теплоты конденсации в окружающую среду применяется промежуточный контур с теплоносителем- водным раствором этиленгликоля. Промежуточный контур приводит к увеличению температуры конденсации хладагента в чиллерах по сравнению с решением 1.1 при прочих равных условиях (температура уличного воздуха) и приводит к необходимости применять машины большей производительности, потребление электроэнергии также выше, чем в случае 1.1.

Достоинства системы:
- в качестве хладоносителя вода;
-возможность схемного решения "фрикулинг" в случае дополнительной комплектации промежуточным теплообменником.
- отсутствие ограничений по взаимному расположению сухого охладителя и чиллеров.

Недостатки по сравнению с 1.1:
- большее количество элементов холодильной станции;
- большее потребление электроэнергии;

1.4 Моноблочные машины внутренней установки с конденсаторами "водяного охлаждения", выносными мокрыми охладителями (открытыми вентиляторными градирнями).
Отличие от предыдущего варианта заключается в возможности получения более низких температур конденсации благодаря испарительному охлаждению, в качестве теплоносителя вода, потребление электроэнергии может быть снижено за этот счет.

Основными недостатками являются недостатки открытых градирен- необходимость постоянной подпитки, периодической замены теплоносителя по причине постоянного увеличения растворенных солей, необходимость размещения градирен выше гидромодулей оборотного водоснабжения. Наличие поддонов и развитой поверхности контакта часто приводят к большему весу мокрых градирен.

Холодильные машины также отличаются типом компрессоров (объемного или динамического принципа действия), типом регулирования (плавное, ступенчатое), типом холодильного агента.

В случае наличия вторичных энергетических ресурсов высокого потенциала однозначным рациональным решением центральной холодильной станции является применение абсорбционных холодильных машин. Часто, в случае наличия в качестве энергоресурсов горячей воды или газа и при отсутствии достаточного количества электроэнергии или сложностью получения электроэнергии для нужд, также применяют данное оборудование.

Достоинство - низкое потреблении электроэнергии, высокий ресурс работы (при надлежащей эксплуатации достигает 30-40 лет).

Недостатки: - больший вес и габариты, необходимость применения градирен открытого типа (недостатки применения градирен описаны выше), необходимость эксплуатации котельной на большей мощности в теплое время года (в случае применения теплоносителя от котельных).