Умные технологии охлаждения повышают энергоэффективность систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха

В больших коммерческих зданиях системы чиллеров служат основным охлаждающим оборудованием, и их энергоэффективность напрямую влияет на эксплуатационные расходы и устойчивость. Однако часто упускается из виду, что само помещение чиллера представляет собой значительный источник тепла. Эффективное управление и контроль тепловых нагрузок в этих помещениях стали критическим фактором в оптимизации общей производительности холодильной системы.

Если чиллеры представляют собой «сердце» систем охлаждения, то помещения чиллеров функционируют как «вены и нервы», поддерживающие этот жизненно важный орган. Тем не менее, эти скромные помещения таят в себе значительный потенциал энергопотребления. Различные электрические компоненты в помещениях чиллеров — включая двигатели компрессоров, двигатели насосов, приводы с регулируемой частотой (VFD) и трансформаторы — генерируют значительное количество тепла во время работы. Эта тепловая мощность не только снижает эффективность и срок службы оборудования, но и увеличивает потребности в охлаждении в помещении, что в конечном итоге повышает энергопотребление всей системы.

Чтобы добиться интеллектуального охлаждения и снижения энергопотребления в чиллерных установках, инженеры должны сначала всесторонне понимать источники тепловой нагрузки — подобно врачам, диагностирующим заболевания перед назначением лечения.

Двигатели компрессоров обычно представляют собой крупнейший источник тепла в чиллерных установках. Они делятся на две категории в зависимости от методов охлаждения:

• Герметичные чиллеры: Двигатели и компрессоры размещены внутри герметичных блоков, охлаждаемых циркуляцией хладагента. Эта конструкция передает тепло двигателя непосредственно хладагенту, сводя к минимуму воздействие на окружающую среду.
• Чиллеры с открытым приводом: Двигатели соединяются с компрессорами через внешние муфты, используя воздушное или водяное охлаждение. Эти конструкции выпускают тепло двигателя непосредственно в помещения, увеличивая нагрузку на охлаждение.

Хотя отдельные двигатели насосов могут генерировать меньше тепла, чем двигатели чиллеров, несколько насосов, работающих одновременно, могут производить значительную тепловую мощность. Стандарт ASHRAE 90.1 требует минимальных требований к эффективности для двигателей коммерческих зданий, при этом более крупные агрегаты (200+ лошадиных сил) достигают эффективности 95%+. Однако даже эти высокоэффективные двигатели преобразуют часть энергии в тепло.

Хотя VFD улучшают эффективность при частичной нагрузке, регулируя скорость двигателя, они генерируют тепло во время преобразования энергии. Методы охлаждения различаются:

• VFD с воздушным охлаждением: Используются для небольших насосов и вентиляторов градирен, они выпускают тепло непосредственно в помещения.
• VFD с водяным охлаждением: Обычно используются для управления чиллерами, они передают тепло охлаждающей воде, уменьшая воздействие на окружающую среду. Однако средневольтные VFD (4160 В+) часто все еще требуют воздушного охлаждения.

• Трансформаторы, расположенные в помещениях
• Оборудование для подавления гармоник
• Теплопередача через оболочку здания
• Различные источники (освещение, неизолированные трубы, системы ИБП и т. д.)

После выявления источников тепла инженеры должны реализовать соответствующие подходы к управлению, в основном посредством вентиляции или механического охлаждения.

Вентиляция обеспечивает экономичное удаление тепла путем подачи наружного воздуха. Стандарт ASHRAE 15 требует минимальной скорости вентиляции 0,5 кубических футов в минуту на квадратный фут или 20 кубических футов в минуту на одного человека, при этом максимальный перепад температур не должен превышать 18°F. Основные соображения включают:

• Схемы воздушного потока, охватывающие все источники тепла
• Правильно отфильтрованные воздухозаборники
• Жалюзи, рассчитанные на эффективный воздушный поток (с учетом типичной свободной площади 50–60%)

Когда вентиляция оказывается недостаточной, становится необходимым механическое охлаждение с использованием воздухонагревателей, фанкойлов или аналогичного оборудования. Проектирование требует установления заданных значений температуры, расчета тепловых нагрузок и выбора соответствующего оборудования.

• Выбор высокоэффективного оборудования
• Оптимизация компоновки оборудования для эффективного воздушного потока
• Внедрение строгих программ технического обслуживания
• Использование интеллектуальных средств управления с мониторингом в реальном времени
• Изучение возможностей утилизации отработанного тепла

В конечном итоге, управление тепловой нагрузкой чиллерной установки представляет собой критический, но часто упускаемый из виду аспект проектирования HVAC. Благодаря тщательной планировке и реализации инженеры могут разрабатывать высокоэффективные системы охлаждения, поддерживающие устойчивую эксплуатацию зданий.