Децентрализованная система кондиционирования воздуха с утилизацией тепла
- Авторы: Гальперин А.Д.1
-
Учреждения:
- ЗАО «Евроклимат»
- Выпуск: Том 91, № 5 (2002)
- Страницы: 11-13
- Раздел: Статьи
- URL: https://freezetech.ru/0023-124X/article/view/105631
- DOI: https://doi.org/10.17816/RF105631
- ID: 105631
Цитировать
Полный текст
Полный текст
А.Д. Гальперин, ЗАО «Евроклимат»
Одна из новых разработок компании CLIVET - теплонасосная система с водяной петлей (WLPH - Water Loop Heat Pump System), которая может стать альтернативой таким системам, как CITY MULTY-R Mitsubishi Electric или VRV фирмы Daikin, с регулируемым расходом хладагента и переносом тепла и холода между помещениями.
Система с водяной петлей — это децентрализованная система кондиционирования с утилизацией тепла, позволяющая одновременно обогревать одни помещения и охлаждать другие в многозонных или многофункциональных зданиях.
При разработке систем кондиционирования воздуха проектировщики часто недооценивают две отличительные особенности: многообразность и сезонные термические нагрузки, которые характерны для зданий и сооружений с зонами различного функционального назначения.
Многообразность можно определить как неодновременность термических нагрузок летом. Вероятность одновременного присутствия в здании всего персонала, включения всех осветительных приборов и всего обогревательного оборудования (проектная пиковая нагрузка) весьма невелика и тем меньше, чем больше здание. Учитывая это, многие разработчики несколько уменьшают количество монтируемого холодильного оборудования. Однако в случае ошибки или при перепрофилировании здания система охлаждения может оказаться неэффективной.
Важность понятия «сезонные термические нагрузки» становится яснее при ознакомлении с данными статистики, показывающими, что системы кондиционирования воздуха в расчетных (пиковых) условиях функционируют до 5 % времени и более 50 % времени работают менее чем с половинной нагрузкой.
В условиях расчетных нагрузок централизованные системы функционируют достаточно хорошо, однако значительную часть времени они потребляют непропорционально большое количество энергии только для поддержания рабочего состояния.
Вполне понятно желание иметь одновременно и нагрев, и охлаждение поступающих потоков, однако в большинстве случаев это приводит к увеличению энергопотребления, что практически выражается либо в перегреве, либо в переохлаждении кондиционирующего носителя (воды или воздуха).
Первый важный шаг к уменьшению среднегодового потребления энергии для многозонных или многофункциональных зданий был сделан при переходе от централизованного к локальному охлаждению или нагреву помещения с помощью блочного оборудования в зависимости от потребности. Таким образом, соблюдается принцип многообразности при охлаждении, нагреве и потреблении электроэнергии.
Второй шаг заключается в использовании, например, тепловых насосов с водяными конденсаторами (от воды к воздуху) и обеспечении их взаимосвязи через закрытый водяной контур (петлю). Если конечный блок работает в режиме охлаждения, то он сбрасывает тепло в единый водяной контур. Если блок работает в режиме обогрева, то он забирает тепло из единого водяного контура. Если мощности блоков, работающих на охлаждение, соответствуют мощности блоков, работающих на обогрев, то температура жидкости в водяной петле не меняется, т.е. тепло из одного помещения перекачивается в другие помещения.
Закрытый водяной контур позволяет эффективно передавать энергию из зоны с ее избытком к зоне, где она в данный момент необходима. При этом отсутствуют существенные тепловые потери в трубопроводах (циркулирующая вода практически находится в тепловом равновесии с окружающим воздухом), а внутри здания перераспределяется главным образом электрическая энергия, что обеспечивает максимальную эффективность процесса.
В отличие от большинства индивидуальных теплонасосных систем система с водяным контуром может с максимальными преимуществами применяться в холодном климате, например в странах Северной Европы.
Теплонасосная система с водяным контуром состоит из трех главных компонентов (рис. 1):
- реверсивные тепловые насосы с водяными конденсаторами;
- водяной контур со своей насосной станцией и накопительным резервуаром (тепловым аккумулятором);
- источники нагрева и охлаждения. Рассмотрим подробнее эти компоненты.
Puc. 1. Блок-схема теплонасосной системы с водяным контуром
Тепловые насосы
Тепловые насосы являются конечными (терминальными) устройствами системы, дающими местный эффект охлаждения или подогрева. Реверсивность блоков позволяет создавать необходимые температуры в режимах как охлаждения, так и нагрева.
Размещаются теплонасосные блоки в каждой зоне или помещении здания, которые термически однородны.
CLIVET предлагает следующие варианты терминальных устройств:
- Модель WH - консоль с декоративным оформлением или без него (холодопроизводительность 1,9-3,9 кВт).
- Модель VV - потолочная установка (1,4-2,9 кВт).
- Модель СН - блок канального типа (4,0-23,3 кВт).
- Модель CH-V - блок шкафного типа со свободной подачей или канального типа (11,4-81,0 кВт).
- Модель CRH - крышный кондиционер с водяным охлаждением (41,4-142,2 кВт).
Тепловые насосы
Водяной контур
Блоки всех тепловых насосов здания связаны посредством пары водяных труб (прямой и обратной), в нормальной конфигурации составляющих петлю.
Температура воды в трубах обычно находится в пределах 15...35 °С, при этом не требуется изоляции труб. Циркуляция воды осуществляется при помощи насосного узла из одного или более насосов. Расход воды может быть постоянным или переменным, что определяется мгновенными потребностями системы и регулируется насосами.
Применение накопительного резервуара соответствующих размеров позволяет накапливать энергию в течение нескольких часов в день с ее последующим использованием в любое время и утилизовать все дополнительное тепло, произведенное другим оборудованием здания, которое иначе бесполезно пропало бы.
Источники нагрева и охлаждения
Если температура воды в петле выходит за заданные фиксированные пределы, то для восстановления температурного баланса должны включаться источники нагрева или охлаждения.
При необходимости подогрева источниками тепла могут быть:
- топливные бойлеры;
- электрические бойлеры;
- теплообменники, связанные непосредственно с отоплением;
- конденсаторы холодильных установок, электрических генераторов и т.п.;
- теплообменники с колодезной или озерной водой в первичном контуре.
При необходимости охлаждения источниками холода могут быть:
- испарители холодильных установок,
- градирни с открытым контуром - с промежуточным теплообменником или без него. Последний элемент оборудования рекомендуется применять для предотвращения попадания примесей в систему.
Когда выгодно применять систему с водяной петлей
Важной задачей проектировщика в каждом конкретном случае является обоснование эффективности применения системы с водяной петлей прежде всего с точки зрения экономии энергии при сохранении всех остальных преимуществ, гарантированных системой.
При сравнении системы с водяной петлей и традиционной централизованной системы теплохолодоснабжения становится очевидным, что водяная петля (контур) энергетически выгодна в случаях, когда:
- в здании имеются помещения с различными температурными характеристиками (например, зимой при необходимости отопления большинства помещений могут существовать зоны большого скопления людей, повышенных тепловыделений от электроприборов, компьютеров или освещения и т.д., требующие охлаждения);
- в зимний сезон применяются независимые источники теплохолодоснабжения;
- период времени, на протяжении которого требуются одновременно и нагрев, и охлаждение, достаточно продолжителен;
- необходимый расход холода выше расхода тепла.
При выборе системы кондиционирования важно учитывать и такие преимущества системы с водяной петлей как:
- максимальная гибкость при выявлении гомогенных (однородных) зон;
- максимум разнообразия температурных режимов в каждый конкретный момент. определяемый локальным управлением конечных устройств;
- возможность одновременного осуществления нагрева в одной зоне и охлаждения в соседней;
- уменьшение площади технологичного помещения под размещение оборудования по сравнению с дентальными системами теплохолодоснабжения;
- минимизация сети изолированных трубопроводов в результате замены их электрическими кабелями;
- менее трудоемкий монтаж системы;
- максимальная надежность оборудования (оно прошло заводские испытания настройку; неисправность одного устройства не влияет на работу и состояние других);
- простота и меньшая стоимость обслуживания системы (многие элементы при неисправности могут быть легко заменены запасными, а пришедшие в негодность отремонтированы);
- минимум первоначальных капиталовложений для крупных офисных зданий или иных помещений, поскольку система с водяной петлей может разрабатываться и устанавливаться без знания расположения внутренних стен и перегородок;
- практически бесшумная работа (уровень шума корректно установленного оборудования не должен быть выше просмотренного нормами NC 35);
- возможность измерения потребления электроэнергии в каждой конкретной зоне (общие затраты, например, на источники тепла и холода, являющиеся не голь существенными, могут быть легко засчитаны подобно другим затратам, вязанным, в частности, с обеспечением работы лифтов, освещением парковки, уборкой коридоров, лестниц и др.);
- максимальная гибкость архитектурной планировки как для всего здания в целом, так и для внутренних помещений.
Пример работы компонентов одного из вариантов системы с водяной петлей.
Тепловые насосы должны обеспечивать возможность автоматического переключения с режима охлаждения на режим нагрева и наоборот при обязательном удовлетворении требований комфортности, определяемых выбором контрольных точек.
Теплонасосные блоки должны быть связаны с системой централизованного управления сооружением в целях обеспечения дистанционного контроля выполнения функций, мониторинга состояния системы и включения при необходимости аварийной сигнализации.
В рассматриваемом случае источником нагрева служат котлы, работающие на природном газе, которые должны поддерживать температуру проходящей через накопительный резервуар воды в петле от 15 до 25 °С. Этот диапазон устанавливается исходя из следующих соображений:
- поступление в режиме нагрева в тепловые насосы воды с температурой ниже 15 °С будет приводить к тому, что отвод ее из тепловых насосов будет осуществляться при температурах, способных вызывать образование конденсата в неизолированных трубах, проходящих через нагретую внешнюю среду;
- поступление в режиме нагрева в тепловые насосы воды с температурой выше 25 °С будет приводить к повышению температур испарения до значений, превышающих допустимые.
Источники охлаждения представляют собой испарительные охладители, оснащенные двухскоростными вентиляторами.
Охлаждение водяной петли при достижении контрольной точки осуществляется следующим образом:
- частичное или полное закрытие двухнаправленного вентиля с плавной характеристикой, расположенного между подводящей и возвратной трубами испарительного охладителя;
- последовательный пуск насосов водяной градирни;
- последовательный пуск вентиляторов на малых скоростях;
- последовательное соединение вентиляторов, работающих на повышенных скоростях.
Контрольная точка, определяющая начало включения в работу испарительных охладителей, устанавливается по системе постоянного сближения; значений, благодаря которой создается возможность достижения минимальной температуры конденсации в тепловых насосах и, следовательно, получения максимальной холодопроизводительности.
В летний период испарительные охладители работают также и в ночное время для устранения негативного влияния накопительного резервуара и обеспечения оптимальной температуры водяной петли к утреннему запуску.
Насосная станция оснащена двумя насосами, один из которых имеет регулируемый расход для поддержания оптимального режима работ.
Все тепловые насосы системы с водяной петлей снабжены электромагнитным клапаном на стороне воды и взаимосвязаны с работой компрессора. Клапан открывается при включении компрессора и закрывается при его отключении.
Иллюстрация работы системы с водяной петлей во всех возможных режимах представлена на рис. 2.
Рис. 2. Различные режимы работы системы с водяной петлей: а-режим переноса тепла; б-режим охлаждения; в-режим обогрева; 1- источник тепла; 2-сухая градирня (источник охлаждения); 3- теплообменник; 4-циркуляционные насосы; 5 - конечные блоки-тепловые насосы.
Энергетический, экономический и экологический анализ системы теплонасосной установки с водяной петлей свидетельствуют о существенных преимуществах ее использования.
В настоящее время CLIVET представляет на рынке все необходимое оборудование для этих систем.
CLIVET — ЭТО ТРАДИЦИЯ,
CLIVET — ЭТО ПРОГРЕСС!
Дополнительные файлы
