Повышение энергоэффективности объектов путем регенерации тепла от холодильных машин CARRIER П

Промышленный и торговый холод / Инновации
Повышение энергоэффективности
объектов путем регенерации тепла
от холодильных машин CARRIER
Известно, что энергопотребление коммерческих
и жилых зданий составляет около 40 % от общего
потребления первичной энергии, причем бóльшая
часть энергозатрат приходится на выработку тепла
для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, а также на подогрев воды в системах ГВС (рис. 1). Приведенные цифры варьируются
в зависимости от климатических условий [1, 2], но
потенциал мероприятий, направленных на оптимизацию инженерных систем зданий и разработку
энергоэффективных решений, очевиден.
Одним из способов повышения энергоэффективности зданий является использование рекуперации
теплоты конденсации холодильных машин в системах кондиционирования воздуха. Потенциал
для этого заложен непосредственно в холодильном
цикле установки. Для обеспечения работы холодильной машины необходимо отводить в процессе
конденсации хладагента значительное количество
тепла от конденсатора. В классических системах
холодоснабжения зданий все тепло рассеивается в
атмосферу через воздушный конденсатор, причем
количество сбросного тепла значительно превышает холодопроизводительность чиллера. Так,
например, холодильная машина холодопроизводительностью 700 кВт выбрасывает в атмосферу
ориентировочно 1 МВт тепла. Таким образом, осуществив отбор сбросного конденсаторного тепла и
направив его на нагрев воды системы ГВС, можно
Рис. 1.
8
получить существенную экономию на потреблении
горячей воды от центрального теплового пункта
(ЦТП) или бойлера.
Основные методы регенерации тепла
Рассмотрим основные компоненты холодильной
машины (рис. 2). В испарителе теплота хладоносителя (воды), поступающего от компонентов
системы кондиционирования (охлаждающих
теплообменников центральных кондиционеров,
фанкойлов), передается хладагенту (фреону),
вследствие чего он кипит. Через всасывающий
трубопровод пар низкого давления из испарителя
подается в компрессор. Компрессор всасывает пар
из испарителя и сжимает его. В результате этого его
температура и давление повышаются до величины,
когда пар может конденсироваться под воздействием охлаждающей среды (воздух в воздушных
конденсаторах). По нагнетательному трубопроводу
пар с высоким давлением и температурой поступает
в конденсатор. Через поверхность конденсатора
теплота от горячего пара хладагента передается охлаждающей среде, вследствие чего пар сжижается.
По жидкостному трубопроводу жидкий хладагент
течет к расширительному устройству – регулятору
расхода хладагента (CEXV), который дозирует его
количество, поступающее в испаритель, понижая
давление, чтобы кипение происходило при требуемой температуре.
Рис. 2. Схема работы чиллера
№ 10/2013
Частичная рекуперация тепла
Один из вариантов регенерации тепла основан
на дооснащении фреонового контура чиллера
пластинчатым теплообменником (рис. 3). Он устанавливается на линии нагнетания компрессора
перед конденсатором и способен регенерировать
тепло от перегретого хладагента. После сжатия в
компрессоре температура газообразного фреона
становится достаточно высокой, что позволяет
нагревать воду до 80 оС. Однако, поскольку используется только потенциал перегретого пара,
утилизируется лишь до 20 % от общего количества
тепла, производимого машиной. Преимущества
такого решения – невысокая стоимость, незначительность изменений в конструкции машины и
быстрый срок окупаемости. Следует отметить, что
чиллер не контролирует температуру выходящей
горячей воды. Для этого потребуется регулировка
на гидравлической стороне с помощью трехходового клапана.
Рис. 4. Схема чиллера с полной рекуперацией тепла
конденсации
Рис. 5. Схема рекуперации тепла через контур водяного
конденсатора
Рис. 3. Схема чиллера с частичной рекуперацией тепла
Полная рекуперация тепла
Для того чтобы максимально использовать тепловой потенциал чиллера, Carrier разработал чиллеры,
способные регенерировать 100 % конденсаторного
тепла. В конструкцию добавляется ряд вспомогательных компонентов, необходимых для работы
чиллера в режиме охлаждения с одновременным
нагревом воды. На рис. 4 схематично показано
устройство чиллера с функцией полной рекуперации. Главным элементом служит кожухотрубный
теплообменник (регенеративный конденсатор),
установленный параллельно воздушному конденсатору. Он фактически выполняет функцию водяного
конденсатора, где происходит нагрев воды. С помощью электромагнитных клапанов встроенный
контроллер ProDialog+ перераспределяет потоки
хладагента между воздушным и водяным конденсаторами.
№ 10/2013
Алгоритм работы схемы таков. Когда отсутствует
потребность в горячей воде, весь хладагент направляется в воздушный конденсатор, где тепло
рассеивается с поверхности теплообменника в
атмосферу.
При поступлении сигнала от датчиков температуры
горячей воды контроллер чиллера перекрывает доступ
хладагенту в воздушный конденсатор. Одновременно
происходит открытие клапанов на стороне водяного
конденсатора. Весь хладагент перенаправляется в
водяной конденсатор (рис. 5). Циркулирующая в
теплообменнике вода начинает нагреваться теплом
от горячего хладагента. Если заданная уставка по температуре воды не достигнута в течение определенного
времени, то второй контур чиллера тоже переходит
в режим регенерации тепла аналогично первому. В
таком режиме холодильная машина работает на максимальное производство горячей воды.
По сравнению с частичной рекуперацией этот
способ позволяет регенерировать гораздо большее
количество тепла для нагрева воды. При этом максимальная температура воды на выходе составляет
55 оС. К плюсам этого способа можно отнести
высокий экономический эффект и быстрый срок
окупаемости в процессе эксплуатации.
9
Промышленный и торговый холод / Инновации
Холодильные машины Carrier с рекуперацией тепла
Воздухоохлаждаемый чиллер
30RBS/30RQS 039-160
на базе спиральных компрессоров
(хладагент R410А)
Холодопроизводительность
40...160 кВт, нагрев воды до 65 оC
с опцией частичной рекуперации.
Воздухоохлаждаемый чиллер
30RB 162-802 на базе спиральных
компрессоров (R410А)
Холодопроизводительность
162...760 кВт, нагрев воды до 80 оC
с опцией частичной рекуперации или
до 55 оC с опцией полной рекуперации
(модели до 500 кВт).
Воздухоохлаждаемый чиллер
30XA 252-1702 на базе винтовых
компрессоров (R134a)
Холодопроизводительность
280...1700 кВт, нагрев воды до 60 оC
с опцией полной рекуперации
(для моделей до 1000 кВт); для моделей
30 XA1112-1382 с опцией рекуперации
на одном контуре.
Особенности применения и потенциальные проекты
Системы регенерации тепла чиллеров широко
применяются в российских проектах. Компания
Carrier накопила значительный опыт в реализации
проектов различных назначений, где осуществляется подогрев воды от чиллеров. Определяющим
критерием применения систем подобного типа
является одновременное потребление объектом охлажденной и горячей воды. Основываясь на опыте
проектирования, можно выделить ряд категорий
объектов, для которых наиболее эффективна реализация данной системы. Прежде всего это гости-
10
ницы, курортные зоны, медицинские учреждения,
спортивные сооружения с бассейнами, образовательные учреждения, СПА-центры, коммерческие
прачечные и т.д.
За консультацией по вопросу реализации энергоэффективных систем вы можете обратиться к
техническим специалистам AHI Carrier.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Самарин О.Д. Энергетический баланс зданий и
возможности энергосбережения// Новости теплоснабжения. – М.
2. Department of Energy Buildings Energy Databook.
№ 10/2013