Energy-saving refrigeration supply of local-central SCR in a shopping mall

Abstract

А refrigeration supply system of local-central air-conditioning system in a trade complex is described in detail. Energy saving is obtained through the use of refrigerating machines only in summer period. Daily fluctuations in refrigeration demand are traced by flexible system of automatic control of York refrigerating machines as used in the project. In winter period the AC system refrigeration demand is provided with cold outside air.

Full Text

В торговом комплексе в Москве, разработанном фирмой “Резерв”, применены местноцентральные СКВ, снабжаемые холодной водой от центральной холодильной станции и использующие холод наружного воздуха.

На рис. 1 представлен разрез торгового комплекса и показаны помещения, обслуживаемые от местно-центральных СКВ. В таблице приведены данные о потребности СКВ в холоде в расчетных условиях теплого и холодного периодов года при параметрах Б в климате Москвы [1]. Для каждой СКВ в таблице даны расчетные потребности в холоде для центрального приточного агрегата и местных вентиляторных агрегатов.

В теплый период года от центральной холодильной станции, расположенной в подвальном помещении на уровне —7,5 м, насосами подается холодная вода с температурой 7 °C к воздухоохладителям центральных приточных агрегатов 7 и к воздухоохладителям местных вентиляторных агрегатов 4, смонтированных под потолком обслуживаемых помещений.

В центральных агрегатах только часть холода, израсходованного на охлаждение приточного наружного воздуха, полезно используется для поглощения теплоизбытков в помещениях, где поддерживается температура t_в = 25 °C.

В местном вентиляторном агрегате весь подводимый к его воздухоохладителю холод поглощает тепл оизбытки. Поэтому энергетически рационально производительность центральных приточных агрегатов ограничить требованием подачи санитарной нормы приточного наружного воздуха. В этом случае 60—70 % расчетных теплоизбытков будет поглощаться охлажденным воздухом местной рециркуляции.

Поданным СНиП [1], температура наружного воздуха в теплый период года в климате Москвы изменяется в сутки на 10,4 °C. Расчетная температура охлаждаемого приточного наружного воздуха принята t_o = = 16 °C. Поэтому потребность воздухоохладителей центральных приточных агрегатов в холоде в течение суток будет изменяться от 100 % в полуденные часы до 17 % ночью. В самих торговых помещениях тепловыделения зависят от числа посетителей во внутренних залах, а для периметральных помещений добавляется еще зависимость от интенсивности поступающей на остекленные конструкции радиации. Поэтому для местных вентиляторных агрегатов потребность в холоде также будет переменной по времени суток.

Неравномерность потребления холода воздухоохладителями СКВ требует применения холодильных машин с гибкими и энергетически рациональными методами автоматического регулирования холодопроизводительности. Этими качествами обладают двухконтурные холодильные машины с двумя компрессорами модели LCH М 230 W на озонобезопасном хладагенте R407C производства фирмы York [2].

На холодильной станции торгового комплекса работают две холодильные машины общей номинальной холодопроизводительностью 754 + 754 = = 1508 кВт (при температуре кипения /₀ = 5 °C и конденсации /_к = 35 °C). Для теплого периода года в проекте принята температура наружного воздуха t_H = 30 °C, что повысит температуру конденсации до /_к = = 45 °C. С повышением температуры конденсации на 28 % снизится холодопроизводительность, которая в расчетном режиме составит 639 кВт. Потери холода в трубопроводах приняты равными 10 %. Тогда используемая расчетная мошность одной холодильной машины в СКВ здания составит 580 кВт, а двух 580 + 580 =1160 кВт, что близко к требуемой холодопроизводител ьности 902 кВт при работе местноцентральной СКВ в расчетном режиме (см. таблицу).

Рис. 1. Схема разреза здания торгового комплекса и расположение потребителей холода от центральной холодильной станции: 1 - центральные приточные агрегаты подачи в обслуживаемые помещения кондиционированной санитарной нормы наружного воздуха LnH; 2 - шумоглушители; 3 — воздухораспределители; 4 — местные подвесные вентиляторные воздухоохладители; 5 — местные вентиляторные агрегаты обдува остекления холодным или горячим воздухом

Потребность СКВ в холоде

Обозначение местно- центральной СКВ	Обслуживаемое помещение	Центральный приточный агрегат		Местный вентиляторный агрегат	Общая потребность в холоде, кВт
		L , м3/ч п.н’ '	Погребная холодопроизводительность, кВт	Потребная холодопроизводительность, кВт
К.1	Торговый зал супермаркета на отм. -4,2 м	11800	64,6	69,2	133,8*
		11800	—	67,5	67,5*
К.2	Торговый зал на отм. 0,00 и 4,5	16600	74,1	108,3	182,4
		1660	—	62	62
К.3	Торговый зал на отм. 4,5 и 9,00	31500	140	278,2	418,2
		31500	—	116,1	116,1
К.4	Бар на отм. 9,00	5000	12,9	29,8	42,7
		5000	—	16,8	16,8
К.5	Административные помещения	2100	13,4	18	31,4
		2100	—	10,4	10,4
М.1	Фонарь атриума	-	—	68	68
				—	—
М.2	Обдув остекления		—	25,3	25,3
					—

На рис. 2 представлена принципиальная схема энергосберегающего холодоснабжения местно-центральных СКВ в торговом комплексе. В помещении холодильной станции на специальных виброизоляторах с регулируемой пружиной установлены две холодильные машины 7 модели LCHM 230 W. Каждая из них на заводе-изготовителе собирается на общей раме и включает два полугерметичных поршневых компрессора с приводом от электродвигателей, охлаждаемых парами хладагента [2], кожухотрубные конденсатор и испаритель, ресивер для сбора жидкого хладагента [2]. На жидкостном трубопроводе установлены запорный вентиль с зарядным штуцером, смотровое стекло с индикатором влажности, терморегулирующий вентиль или дополнительно поставляемый электрон 11 ый регулирующий вентиль, электромагнитный запорный вентиль, фильтр-осушитель. Жидкостный трубопровод между регулирующим вентилем и испарителем, а также весь всасывающий трубопровод имеют гибкую пенопластовую изоляцию. Машина снабжена щитом электропитания и управления. Предусмотрена отдельная дверца для отсека приборов контроля давления хладагента. Отсек управления включает: микропроцессорную панель, панель электропитания, контроллеры электронного регулирующего вентиля. Клавиатура микрокомпьютера и дисплей смонтированы на передней части отсека управления и позволяют производить настройку и выводить на экран значения температур и давлений; состояние рабочих параметров и функций; коды ошибок.

Система холодоснабжения местно-центральной СКВ используется круглый год в двух режимах: “лето” и “зима”. В режиме “лето” за полчаса до начала работы торгового комплекса включается одна из холодильных машин 7. Одновременно открываются соленоидные автоматические клапаны прямого действия Э1 и закрываются клапаны обратного действия Э2, служащие для сезонного изменения направления циркуляции антифриза и охлаждаемой воды. Включаются (сначала по одному) насосы групп Н1 и 7/2, состоящих каждая из трех насосов (по одному резервному). Антифриз С подается насосом 7/7 по трубопроводу 3в воздушные охладители 2 на кровле здания, откуда по трубопроводу 4 поступает в конденсатор холодильной машины 7 (с температурой не ниже 25 °C).

Температура охлажденного антифриза регулируется автоматически изменением числа работающих осевых вентиляторов воздушных охладителей 2. Их число увеличивается при повышении температуры охлажденного антифриза до 30 °C. Рабочие насосы группы Н2 обеспечивают забор отепленной воды G_{w о6} из верхней части бака-аккумулятора 8 через трубопровод 14 и подачу ее по трубопроводу 6 в испаритель работающей холодильной машины 7. Охлажденная до температуры 7 °C холодная вода по трубопроводу 7 поступает в нижнюю часть бака-аккумулятора 8.

Рис. 2. Схема энергосберегающего холодоснабжения местно-центральных СКВ помещений торгового комплекса: 1 - холодильные машины LCHM 230 W; 2 - воздушные охладители антифриза; 3 — трубопровод подачи отепленного антифриза; 4 — трубопровод подачи охлажденного антифриза; 5 — пластинчатый теплообменник (антифриз—вода); 6 — трубопровод подачи отепленной воды; 7 — трубопровод подачи охлажденной воды в бак-аккумулятор; 8 — бак-аккумулятор; 9 — трубопровод подачи холодной воды к насосам; 10 — трубопровод подачи холодной воды к воздухоохладителям центральных приточных агрегатов; 11 - трубопровод подачи холодной воды к воздухоохлаждающим теплообменникам местных вентиляторных агрегатов; 12 — трубопровод отвода отепленной воды от воздухоохладителей центральных приточных агрегатов; 13 — трубопровод отвода отепленной воды от воздухоохладителей местных вентиляторных агрегатов; 14 - трубопровод подачи отепленной воды к насосам; 15 — бак для антифриза; 16 — ручной насос подкачки антифриза; 17 — герметичные расширительные баки; 18 — трехходовой автоматический клапан контроля температуры охлаждаемой воды; Н1 — группа насосов циркуляции антифриза; 112 — группа насосов циркуляции охлаждаемой воды; ИЗ - группа насосов подачи охшждаемой воды к воздухоохладителям центральных кондиционеров; Н4 — группа насосов подачи охлажденной воды к воздухоохладителям местных вентиляторных агрегатов; Э1 - соленоидный клапан прямого действия; Э2 — соленоидный клапан обратного действия

Насосные группы ИЗ и Н4, включающие по 2 насоса (один резервный), начинают работать при наличии холодной воды в баке-аккумуляторе 8. Насосы ИЗ по трубопроводу 10 подают холодную воду к воздухоохладителям центральных приточных агрегатов, а насосы Н4 по трубопроводу 77 — к воздухоохлаждаюшим теплообменникам местных подвесных вентиляторных агрегатов.

Отепленная вода от центральных приточных агрегатов по трубопроводу 12 и от местных вентиляторных агрегатов по трубопроводу 13 поступает в верхнюю часть бака-аккумулятора 8.

Расход холодной воды через воздухоохладители центральных приточных агрегатов регулируется автоматически клапанами, управляемыми датчиком контроля температуры охлажденного приточного наружного воздуха (Г_охпн = 16 °C). Поэтому расход воды по трубопроводам 10 и /2 непостоянен и зависит от температуры охлаждаемого наружного воздуха.

Воздухоохладители местных вентиляторных агрегатов регулируются трехходовыми смесительными клапанами, поэтому расход воды по трубопроводам 11 и 13 будет постоянным. Наличие бака-аккумулятора 8 также обеспечивает постоянный расход воды через насосы группы Н2. Количество циркулирующей воды G = = G_wo6 зависит от числа одновременно работающих холодильных машин 1 и насосов Н2. В нижней части бака-аккумулятора 8 имеется датчик контроля температуры охлажденной воды. При ее возрастании до 8,5 °C автоматически включаются в работу вторая холодильная машина 1 и вторые насосы групп Н1 и Н2. При снижении потребности местно-центральной СКВ в холоде (уменьшилось число людей в помещениях торгового комплекса, снизилась температура наружного воздуха или сократились другие источники теплопоступлений) температура обратной (отепленной) воды становится ниже 12 °C. Это вызовет автоматическое сокращение выработки холода остановкой одной из холодильных машин 7, одного насоса и каждой из групп Н1 и Н21л части вентиляторов воздушных охладителей 2, что обеспечивает экономию электроэнергии на выработку холода.

При температуре наружного воздуха 16 °C и ниже прекращается потребление холодной воды в воздухоохладителях центральных приточных агрегатов.

При температуре наружного воздуха ниже 4 °C система холодоснабжения переключается на работу в режиме «зима». Холодильные машины 1 останавливаются, закрываются соленоидные клапаны Э1 и открываются соленоидные клапаны Э2. Работают по одному насосу групп Н1_Ч Н2 и Н4. Насос группы Н1 обеспечивает циркуляцию антифриза <7_аф по трубопроводу 3 для охлаждения в воздушном охладителе 2. По трубопроводу 4 охлажденный наружным воздухом £_н антифриз G поступает в каналы пластинчатого теплообменника 5, в который насосом Н2 подается охлаждаемая вода. Охлажденная в теплообменнике 5 вода по трубопроводу 7 поступает в нижнюю часть бака-аккумулятора 8, откуда по трубопроводу 9 забирается насосом группы Н4 и по трубопроводу 77 подается к воздухоохлаждающим теплообменникам местных вентиляторных агрегатов.

В расчетных условиях холодного периода года (см. таблицу) потребность в холоде снижается до 273 кВт, что в 3,3 раза меньше расчетного холодопотребления в теплый период года (902 кВт). Поэтому в режиме «зима» энергетически рационально увеличить температуру охлаждаемой воды до 10 °C (с 7 °C летом). Поддержание заданной температуры холодной воды контролируется датчиком, управляющим трехходовым автоматическим клапаном 18. Такое решение позволит увеличить период использования холода наружного воздуха, сократить число работающих вентиляторов воздушного охладителя антифриза 2, включать только по одному насосу в группах Н1 и Н2.

Увеличение периода использования холодного наружного воздуха в СКВ значительно сокращает расход электроэнергии на круглогодовое удовлетворение потребности зданий в холоде.

Местные вентиляторные агрегаты 5 (см. рис. 1) обдува остекленных строительных конструкций имеют подводку к теплообменникам как холодной, так и горячей воды. В летнем режиме в их теплообменники подается холодная вода, а в зимнем горячая, что позволяет охлаждать остекление летом и нагревать его зимой.