Современные тенденции на рынке центральных систем кондиционирования на основе чиллеров

Для повышения энергоэффективности центральных систем кондиционирования недостаточно только улучшать характеристики чиллеров. Кроме этого, необходимо заботиться об эффективности фэнкойлов и устройств обработки воздуха, а также об оптимизации работы всей системы в целом. С этой целью чаще всего используют такие решения, как частотно-регулируемые приводы и электромоторы с постоянными магнитами.
Рынок чиллеров
Холодопроизводительность современных чиллеров варьируется от 1 холодильной тонны (роторные чиллеры) до 6000 холодильных тонн (машины с центробежными компрессорами).
По данным Британской ассоциации маркетинговых исследований и информации в области строительства (BSRIA), в 2013 году объем рынка чиллеров достиг 7,695 миллиарда долларов США, а фэнкойлов и устройств обработки воздуха — 6,055 миллиарда, что в сумме позволяет оценить рынок центральных систем кондиционирования на базе чиллеров в 13,75 миллиарда долларов. С учетом продаж дополнительного оборудования, в частности, насосов и труб, общая оценка должна быть еще увеличена.
Повышение эффективности чиллеров
На долю чиллера центральной системы кондиционирования приходится 20–30% от энергопотребления всего здания, которое она обслуживает. Еще столько же тратится на теплопередачу от хладагента воде, а от воды — воздуху. Таким образом, в целом доля системы кондиционирования в энергопотреблении здания составляет около 50%.
Следует учесть, что системы на базе чиллеров редко работают с полной нагрузкой, поэтому для оценки их производительности стандарт ASHRAE 90.1 предусматривает такие характеристики, как интегральный показатель частичной нагрузки (IPLV) и показатель частичной нагрузки в нестандартных условиях (NPLV).
Частотное регулирование привода — действенный способ повысить энергоэффективность агрегатов при неполной нагрузке. Такие приводы, широко применяемые в бытовых кондиционерах, теперь используются и в системах на базе чиллеров. И хотя такой привод увеличивает стоимость чиллера на 15–20%, он позволяет существенно сократить эксплуатационные расходы и уменьшить габариты оборудования. Повышает энергоэффективность и применение моторов с постоянными магнитами.
Испаритель с падающей пленкой (теплообменник, в котором жидкость в виде тонкой пленки падает на нагреваемые вертикальные трубки), разработанный как альтернатива погружным испарителям центробежных чиллеров, сегодня применяется и в устройствах с воздушным охлаждением. Конструкция этого теплообменника позволяет существенно уменьшить количество хладагента в системе. Это выгодно не только с экономической, но и с экологической точки зрения.
Оптимизация работы водяного и воздушного оборудования
Для повышения общей энергоэффективности систем частотное регулирование привода используют не только в компрессорах чиллеров, но и в вентиляторах и насосах.
В центральных системах кондиционирования вода сначала охлаждается чиллером (первичный контур), а затем проходит через устройства обработки воздуха и фэнкойлы (вторичный контур). Как правило, поток в первичном контуре постоянен, а во вторичном изменяется в зависимости от потребности в охлаждении. При регулировании потока во вторичном контуре за счет отведения воды в первичный контур через байпас часть энергии тратится впустую. Чтобы избавиться от этих потерь, скорость потока в первичном контуре можно менять при помощи насоса с частотно-регулируемым приводом. Это решение получило название «переменный поток холодоносителя» (VWV) или «переменный поток в первичном контуре» (VPF). Аналогичным образом изменяется поток воды в градирне в зависимости от тепловой нагрузки.
Для регулирования воздушного потока в зависимости от тепловой нагрузки традиционно применяются механические системы управления, такие как направляющие или заглушающие заслонки. Использование же частотно-регулируемых приводов в вентиляторах позволяет существенно снизить энергопотребление. Так же как и в случае с компрессорами чиллеров, моторы на постоянных магнитах дают возможность еще более повысить энергоэффективность.
Центробежные чиллеры
На долю чиллеров с компрессорами центробежного типа приходится 26% мирового рынка холодильных машин. Ведущими производителями центробежных чиллеров остаются компании из США, основной их потребитель — Китай.
Изобретение центробежного компрессора привело к широкому распространению хладагентов с небольшим рабочим давлением. Вывод из оборота сначала хлорфторуглеродов (ХФУ), а затем гидрохлорфторуглеродов (ГХФУ) заставил производителей центробежных чиллеров переходить на гидрофторуглерод (ГФУ) R134a. Почти все японские производители, а вслед за ними и ряд китайских компаний приступили к выпуску центробежных чиллеров на R134a с двухступенчатым экономайзером.
Применявшийся ранее хладагент ГХФУ-123 по своим термодинамическим свойствам более эффективен, чем R134a. В то же время компрессоры на R134a имеют меньшие габариты и более высокую скорость вращения крыльчатки. Переход к использованию R134a, отличающегося высоким рабочим давлением, инициировал разработку безмасляных компрессоров, лучше других адаптированных к большим скоростям вращения. Параллельно с созданием безмасляных компрессоров большой производительности с магнитной подвеской ротора были сконструированы мощные электромоторы на постоянных магнитах. (Подробнее о безмасляных компрессорах можно узнать из статьи «Безмасляные компрессоры для холодильного и климатического оборудования», опубликованной в рубрике «Мировые новости» журнала «Мир климата» № 87.)
Более чем в 80% чиллеров центробежного типа, продаваемых в США, используются приводы с частотным регулированием. Именно в центробежных компрессорах частотное регулирование позволяет получить наиболее значительный прирост эффективности при частичной нагрузке. В настоящее время развитие данной технологии идет по пути обеспечения более высокой точности регулирования.
R134a остается основным хладагентом, используемым в чиллерах центробежного типа. Однако из-за того, что это вещество обладает высоким потенциалом глобального потепления (ПГП), от него в ближайшем будущем придется отказаться. Хладагенты, которые должны его заменить, уже разработаны. Так, в 2014 году Trane Europe представила чиллер, работающей на ГФО-1233zd — эффективной альтернативе до сих использующемуся в холодильных машинах Trane ГХФУ-123. Компрессоры для хладагентов с низким рабочим давлением имеют большие габариты и меньшую скорость вращения крыльчатки. Так, например, крыльчатка компрессора на ГФО-1233zd в два раза больше, чем у компрессора на R134a той же производительности. С другой стороны, для работы с ГФО-1233zd требуются меньшие — а соответственно, и более дешевые — теплообменники.
Винтовые, спиральные и поршневые чиллеры
Чиллеры с компрессорами объемного сжатия могут использоваться в грунтовых и водяных тепловых насосах, системах кондиционирования воздуха объектов коммерческого назначения и центров обработки данных, для охлаждения производственных процессов и хранения льда. Как и в случае с центробежными чиллерами, стандартным элементом их конструкции все чаще становится частотно-регулируемый привод. Особенно это характерно для винтовых компрессоров.
Абсорбционные чиллеры
Адсорбционные чиллерыУже выпускаются высокоэффективные чиллеры с воздушным охлаждением конденсатора, в которых частотное регулирование и моторы на постоянных магнитах применяются как в компрессоре, так и в вентиляторах.
Еще одна тенденция — увеличение производительности спиральных и роторных компрессоров, что позволяет использовать их в воздушных чиллерах большой мощности. В Японии повсеместное распространение получили системы, состоящие из отдельных модулей производительностью 6–10 холодильных тонн. Общая мощность такого чиллера модульной конструкции может достигать 4000 холодильных тонн. Абсорбционные чиллеры работают за счет тепловой энергии, а не электричества. Они могут использовать бросовое тепло, применяться для охлаждения и теплоснабжения, для функционирования им не требуются фторсодержащие хладагенты.
Популярности этих устройств, несмотря на довольно высокую стоимость и сравнительно небольшую эффективность, способствуют рост тарифов на электроэнергию и ужесточение экологических норм. Абсорбционные чиллеры (Источник: BSRIA-2013) часто используют в составе тепловых насосов, систем когенерации, обеспечивающих потребителя теплом, холодом и электроэнергией, для утилизации тепла, выделяющегося в ходе производственных процессов.
Около 60% процентов спроса на абсорбционные чиллеры обеспечивают страны Азии. Самым крупным потребителем является Китай, его доля — 40%.
Технология абсорбционного охлаждения продолжает совершенствоваться. В 2005 году был разработан и собран чиллер, работающий за счет сжигания газа, с коэффициентом производительности (COP) 1,6–1,7. Однако широкого распространения эта конструкция пока не получила.

По материалам JARN

Яндекс.Метрика