Испарительное охлаждение как способ минимизации затрат

В последнее время при строительстве зданий и сооружений подрядные организации обращаются к альтернативным технологиям охлаждения.

По оценкам, на системы кондиционирования воздуха (ОВКВ) приходится порядка 40% всей энергии, расходуемой объектами коммерческого назначения. Этим обусловлен интерес владельцев и администраторов данной недвижимости к поиску возможных путей сокращения затрат на электричество. Одним из способов является оснащение зданий системами испарительного охлаждения (СИО), имеющими относительно низкую стоимость и потребляющими  значительно меньше энергии по сравнению с другими видами кондиционеров.

Технологии испарительного охлаждения находят все большее применение в дата-центрах (ЦОД), что обусловлено новым руководством по проектированию Американского общества инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE). Более того, на протяжении уже многих лет данные установки широко используются в других типах объектов коммерческого назначения. Энн Вуд, директор по маркетингу компании Phoenix Mfg.Inc. (PMI)., привела несколько примеров возможных применений систем испарительного охлаждения: коммерческие кухни, прачечные,  химчистки, теплицы, погрузочно-разгрузочные и строительные площадки,  складские помещения,  заводы, цехи и т.д . “Данные технологии являются оптимальным решением для объектов, требующих большого воздухообмена, для которых применение DX-систем непосредственного охлаждения является неприемлемым по причине высокой стоимости”.

Что предлагает рынок

Большой модельный ряд систем испарительного охлаждения включает установки прямого, непрямого и гибридного типа.

"Испарительные охладители прямого типа идеально подходят для объектов, требующих отвода большого количества тепла и позволяющих использовать для этого наружный воздух", - отмечает Харольд Симмонс, глобальный директор по стратегическому управлению United Metal Products, производителя полной линейки систем непрямого и двухстадийного (прямого-непрямого) испарительного охлаждения и мультирежимных установок.

В агрегатах прямого испарительного охлаждения приточный воздух смешивается с нагретым возвратным внутренним воздухом, обеспечивая подачу в обслуживаемое помещение воздушной смеси требуемой температуры. При слишком высокой Tº снаружи забираемый извне воздух увлажняется и охлаждается до температуры мокрого термометра. Наименее дорогими, как правило, являются испарительные охладители открытого цикла, гарантирующие отличные эксплуатационные характеристики при установке, например, в открытых складских помещениях.

Компания PHOENIX MANUFACTURING, INC. производит испарительные охладители прямого типа: воздухонагнетатели с загнутыми вперед лопатками и вентиляторы производительностью  5 500-24 000 фут3 /мин.

“Нагнетали применяют в объектах, для которых большое значение имеет статическое давление в воздуховодах,” - ответила Вуд. "При непосредственной подаче потока воздуха в здание или помещение создается небольшое статическое давление. Для его поддержания достаточно оборудовать систему маленьким двигателем, который позволит существенно сократить количество потребляемой зданием электроэнергии".

Особенность испарительных систем закрытого цикла состоит в том, что влажный воздух не контактирует с кондиционируемой средой. По словам Симмонс, это позволяет с максимальной эффективностью использовать особенности  процесса испарения и потенциал охлаждения, обуславливаемый разницей между температурами сухого и влажного термометра. "Системы непрямого типа больше подходят для объектов, в которых, с одной стороны, необходимо обеспечить энергоэффективное охлаждение помещения, что возможно  с помощью технологии испарительного охлаждения, и , с другой,  исключить возможность насыщения влагой воздушного потока, подаваемого внутрь".

По мнению Мэтта Скалли, вице-президента компании (Americas), Seeley Intl., системы закрытого цикла – подходящее решение для  помещений коммерческого и промышленного назначения средней или большой площади. "Модель испарительного охладителя непрямого типа Climate Wizard обеспечивает подачу 100% сухого, свежего, охлажденного воздуха. Данный модуль может использоваться отдельно, в качестве установки первичного охлаждения, для предварительного кондиционирования приточного воздуха, как вспомогательный охладительный блок в традиционных ОВКВ и в системах гибридного охлаждения, например, совместно с системами переменного потока хладагента [VRF] или обогрева”.

Компания также предлагает линейку испарительных охладителей прямого типа Breezair, энергопотребление которых на 80% меньше, чем у рефрижераторных систем охлаждения.

Особенности систем испарительного охлаждения

Помимо очевидных преимуществ испарительных агрегатов в различных областях применения, при проектировании и монтаже данных систем необходимо учитывать ряд специфических характеристик. Системы испарительного охлаждения более эффективны в засушливых регионах, например, в США в таких городах, как Феникс, Лас Вегас и Денвер.

“Они не только понижают температуру, но и увлажняют воздух внутри помещения, что особенно ценится жителями данных районов: влажный воздух не раздражает и не пересушивает кожу и слизистые стенки носа”,-отметила Вуд. “Тем не менее, эффективность испарительного охлаждения зависит от разности температур влажного и сухого термометра, поэтому на этапе проектирования для определения потенциала охлаждения здания обязательно выполняется оценка климатических особенностей региона”.

Симмонс признает, что системы испарительного охлаждения не являются универсальным решением для любого проекта, тем не менее, советует рассматривать предлагаемые данными установками возможности в части энергосбережения для зданий и сооружений, находящихся в высокогорных и/или засушливых районах.

"Экономное потребление энергии зависит от множества факторов и проектных параметров. Во многих случаях правильная установка данных систем обеспечивает сокращение затрат на электричество до 50% ",-отмечает Вуд. 

Для работы систем испарительного охлаждения требуется вода, что нередко вызывает беспокойство в отношении увеличения потребления водных ресурсов и эксплуатационных расходов. Однако к данному вопросу следует подходить комплексно и рассматривать экологический след от применения данных установок глобально. “В некоторых регионах страны электростанции затрачивают большое количество воды для выработки энергии, следовательно каждый кВт*ч, сэкономленный на работу отдельной системы охлаждения, благодаря использованию энергосберегающих решений, способствует меньшему расходу воды”.

В качестве примера Симмонс приводит штат Аризона, где для производства 1кВт*ч гидроэлектростанция расходует 7,85 галлонов воды.

“Таким образом, каждый 1кВт*ч, не потраченный на охлаждение обслуживаемого объекта за счет использования энергоэффективных систем, позволяет сохранить огромное количество водных ресурсов. Естественно, проще сделать вывод, что DX-системы не нуждаются в воде, в то время как испарительные установки потребляют  X галлонов, увеличивая общий расход данных ресурсов, но в действительности, DX-системы оказывают значительно большее воздействие на водную среду".

В последнее время в регионах с засушливым климатом системы испарительного охлаждения помогают существенно сократить потребление энергии и, соответственно, общие эксплуатационные затраты по сравнению с компрессорными охлаждающими устройствами",- отметила Вуд. “Модели закрытого цикла позволяют использовать преимущества процесса испарения, не насыщая при этом воздух влагой, в том числе в местностях с незасушливым климатом. Например, в зонах с высокой влажностью испарительные охладители способны обеспечить понижение температуры окружающего воздуха на 8°-12°F”.

Скалли приводит пример горячего влажного района Квинсленд в Астралии, где в сети ресторанов McDonald’s используются охладители Climate Wizard.

“Данная технология легко справляется и с чрезмерной влажностью воздуха снаружи и с высокой температурой в зоне кухне и залов для посетителей,”-отметил Скалли. “Охладители Climate Wizard обеспечивают отличные показатели комфорта как для гостей, так и для работников ресторанов. Анализ наших установок в Квинсленде, проведенный консультантами и специалистами в области систем кондиционирования, показал снижение энергопотребления по сравнению с традиционными рефрижераторными установками".

Испарительное охлаждение приобретает все большую популярность  ввиду простоты монтажа и обслуживания. Для обеспечения эксплуатационной пригодности установок, по словам Вуд, необходимо всего лишь поддерживать чистоту испарительных панелей, своевременно выполнять смазку двигателя и периодически проверять натяжение привода.

“Важным параметром, который разработчики нередко упускают на этапе проектирования, является способ удаления отработанного воздуха из обслуживаемого помещения”.

Для правильного отвода воздуха необходимо во время работы системы обеспечить наличие вытяжных воздуховодов и/или открытых окон (проемов)", - отмечает Вуд.

“Система испарительного охлаждения предусматривает непрерывное удаление воздуха из охлаждаемого помещения наружу, для чего обязательно наличие вытяжной системы. Другим важным параметром является направление ветра: если окно, проем или вытяжное отверстие выходят на юг, сильный встречный ветер с юга будет замедлять или препятствовать надлежащему отводу воздуха.

"Как и в любой установке ОВКВ, правильное применение технологий испарительного охлаждения сочетает в себе науку и искусство, -отмечает Симмонс, - главное, что получаемые в результате решения позволяют экономить значительные средства за счет сокращения энергопотребления".

“В последние 10 лет наблюдается значительный рост интереса к системам испарительного охлаждения, обусловленный повышением экологической культуры владельцев крупных промышленных и коммерческих объектов и их заинтересованностью в экономических преимуществах, которые предлагает внедрение данной технологии", - отмечает Симмонс. 

Испарительные градирни - еще один способ экономии средств

Градирни - охлаждающие установки, работающие на принципе испарения жидкости, применяемые для отвода тепла от здания.

Градирни открытого цикла используют принцип прямого охлаждения и являются высокоэффективным способом удаления теплоты с точки зрения уменьшения экологического следа и  мощности мотор-вентиляторов. Градирни позволяют снизить потребление энергии, но при этом процесс охлаждения требует непрерывного снабжения установки водой, пояснил Адам Рэдфорд, глобальный менеджер по продукции  компании Evapco Inc., занимающейся производством  охладителей закрытого цикла.

В охладителях закрытого цикла используется принцип непрямого охлаждения рабочей жидкости за счет испарения с поверхности теплообменника.

“Основными достоинствами систем охлаждения закрытого цикла является протекание всех процессов в замкнутой системе без сообщения с внешней средой, повышение эксплуатационной эффективности остального оборудования, задействованного в процессе,  уменьшение потребления водных ресурсов, сухое охлаждение воздуха (без изменения влагосодержания) и резервирование системы охлаждения в критически важных объектах с водяным охлаждением", -отметил Рэдфорд. “Охладители закрытого цикла являются идеальным решением для проектов, в которых приоритетными являются минимизация  эксплуатационных расходов и «зеленое» строительство”.

Вопрос использования большого количества воды охлаждающими градирнями в настоящее время решен производителями, предлагающими новые технологии, которые позволяют ограничить ее расход.

“У Evapco имеется несколько новых моделей гибридных охладителей закрытого типа, в которых применяются оребренные теплообменники, потребляющие воду только в условиях максимальной нагрузки,”-отметил Рэдфорд. “ Данная технология позволяет эксплуатировать установку в сухом режиме на полную мощность при определенных погодных условиях, как правило с октября по май в большинстве регионов, в  том числе при более высоких температурах переключения в режиме частичной нагрузки. Испарительное охлаждение - высокоэффективная технология отвода тепла с точки зрения как стоимости внедрения, так и эксплуатационных издержек".