Классификация систем кондиционирования

Классификация систем кондиционирования
Кондиционирование воздуха — это создание и автоматическое поддержание (регулирование) в закрытых помещениях всех или отдельных параметров (температуры, влажности, чистоты, скорости движения воздуха) на определенном уровне с целью обеспечения оптимальных метеорологических условий, наиболее благоприятных для самочувствия людей или ведения технологического процесса.
Кондиционирование воздуха осуществляется комплексом технических средств, называемым системой кондиционирования воздуха (СКВ). В состав СКВ входят технические средства забора воздуха, подготовки (придания необходимых кондиций (фильтры, теплообменники, увлажнители или осушители воздуха), перемещения (вентиляторы) и его распределения, а также средства хладо- и теплоснабжения, автоматики, дистанционного управления и контроля. СКВ больших общественных, административных и производственных зданий обслуживаются, как правило, комплексными автоматизированными системами управления.
Автоматизированная система кондиционирования поддерживает заданное состояние воздуха в помещении независимо от колебаний параметров окружающей среды (атмосферных условий).
Основное оборудование системы кондиционирования для подготовки и перемещения воздуха агрегатируется (компонуется в едином корпусе) в аппарат, называемый кондиционером. Во многих случаях все технические средства для кондиционирования воздуха скомпонованы в одном блоке или в двух блоках, и тогда понятия «СКВ» и «кондиционер» однозначны.
Прежде чем перейти к классификации систем кондиционирования, следует отметить, что общепринятой классификации СКВ до сих пор не существует и связано это с многовариантностью принципиальных схем, технических и функциональных характеристик, зависящих не только от технических возможностей самих систем, но и от объектов применения (кондиционируемых помещений).

Современные системы кондиционирования могут быть классифицированы по следующим признакам:

  • по основному назначению (объекту применения): комфортные и технологические;
  • по принципу расположения кондиционера по отношению к обслуживаемому помещению: центральные и местные;
  • по наличию собственного (входящего в конструкцию кондиционера) источника тепла и холода: автономные и неавтономные;
  • по принципу действия: прямоточные, рециркуляционные и комбинированные;
  • по способу регулирования выходных параметров кондиционированного воздуха: с качественным (однотрубным) и количественным (двухтрубным) регулированием;
  • по степени обеспечения метеорологических условий в обслуживаемом помещении: первого, второго и третьего класса;
  • по количеству обслуживаемых помещений (локальных зон): однозональные и многозональные;
  • по давлению, развиваемому вентиляторами кондиционеров: низкого, среднего и высокого давления.

Кроме приведенных классификаций, существуют разнообразные системы кондиционирования, обслуживающие специальные технологические процессы, включая системы с изменяющимися во времени (по определенной программе) метеорологическими параметрами.
Комфортные СКВ предназначены для создания и автоматического поддержания температуры, относительной влажности, чистоты и скорости движения воздуха, отвечающих оптимальным санитарно-гигиеническим требованиям для жилых, общественных и административно-бытовых зданий или помещений.
Технологические СКВ предназначены для обеспечения параметров воздуха, в максимальной степени отвечающих требованиям производства. Технологическое кондиционирование в помещениях, где находятся люди, осуществляется с учетом санитарно-гигиенических требований к состоянию воздушной среды.
Центральные СКВ снабжаются извне холодом (доставляемым холодной водой или хладагентом), теплом (доставляемым горячей водой, паром или электричеством) и электрической энергией для привода электродвигателей вентиляторов, насосов и пр.

Типовая схема построения сплит-системы с приточной вентиляцией.
Центральные СКВ расположены вне обслуживаемых помещений и кондиционируют одно большое помещение, несколько зон такого помещения или много отдельных помещений. Иногда несколько центральных кондиционеров обслуживают одно помещение больших размеров (производственный цех, театральный зал, закрытый стадион или каток).
Центральные СКВ оборудуются центральными неавтономными кондиционерами, которые изготавливаются по базовым (типовым) схемам компоновки оборудования и их модификациям.

Центральные СКВ обладают следующими преимуществами:

  • возможностью эффективного поддержания заданной температуры и относительной влажности воздуха в помещениях;
  • сосредоточением оборудования, требующего систематического обслуживания и ремонта, как правило, в одном месте (подсобном помещении, техническом этаже и т. п.);
  • возможностями обеспечения эффективного шумо- и виброгашения.

С помощью центральных СКВ при надлежащей акустической обработке воздуховодов, устройстве глушителей шума и гасителей вибрации можно достигнуть наиболее низких уровней шума в помещениях и обслуживать такие помещения, как радио- и телевизионные студии и т. п.
Несмотря на ряд достоинств центральных СКВ, надо отметить, что крупные габариты и проведение сложных монтажно-строительных работ по установке кондиционеров, прокладке воздуховодов и трубопроводов часто приводят к невозможности применения этих систем в существующих реконструируемых зданиях.
Местные СКВ разрабатывают на базе автономных и неавтономных кондиционеров, которые устанавливают непосредственно в обслуживаемых помещениях.
Достоинством местных СКВ является простота установки и монтажа.

Такая система может применяться в большом ряде случаев:

  • в существующих жилых и административных зданиях для поддержания теплового микроклимата в отдельных офисных помещениях или в жилых комнатах;
  • во вновь строящихся зданиях для отдельных комнат, режим потребления холода в которых резко отличается от такого режима в большинстве других помещений, например, в серверных и других насыщенных тепловыделяющей техникой комнатах административных зданий. Подача свежего воздуха и удаление вытяжного воздуха при этом выполняется, как правило, центральными системами приточно-вытяжной вентиляции;
  • во вновь строящихся зданиях, если поддержание оптимальных тепловых условий требуется в небольшом числе помещений, например, в ограниченном числе номеров-люкс небольшой гостиницы;
  • в больших помещениях как существующих, так и вновь строящихся зданий: кафе и ресторанах, магазинах, проектных залах, аудиториях и т. д.

Автономные СКВ снабжаются извне только электрической энергией, например, кондиционеры сплит-систем, шкафные кондиционеры и т. п.
Такие кондиционеры имеют встроенные компрессионные холодильные машины, работающие, как правило, на фреоне-22.
Автономные системы охлаждают и осушают воздух, для чего вентилятор продувает рециркуляционный воздух через поверхностные воздухоохладители, которыми являются испарители холодильных машин, а в переходное и зимнее время они могут производить подогрев воздуха с помощью электрических подогревателей или путем реверсирования работы холодильной машины по циклу так называемого «теплового насоса».
Наиболее простым вариантом, представляющим децентрализованное обеспечение в помещениях температурных условий, можно считать применение кондиционеров сплитсистем.

Неавтономные СКВ подразделяются на:

  • воздушные, при использовании которых в обслуживаемое помещение подается только воздух. (Мини-центральные кондиционеры, центральные кондиционеры);
  • водовоздушные, при использовании которых в кондиционируемые помещения подводятся воздух и вода, несущие тепло или холод, либо то и другое вместе (системы чиллеров-фанкойлов, центральные кондиционеры с местными доводчиками и т. п.).

Однозональные центральные СКВ применяются для обслуживания больших помещений с относительно равномерным распределением тепла, влаговыделений, например, больших залов кинотеатров, аудиторий и т. д. Такие СКВ, как правило, комплектуются устройствами для утилизации тепла (теплоутилизаторами) или смесительными камерами для использования в обслуживаемых помещениях рециркуляции воздуха.
Многозональные центральные СКВ применяют для обслуживания больших помещений, в которых оборудование размещено неравномерно, а также для обслуживания ряда сравнительно небольших помещений. Такие системы более экономичны, чем отдельные системы для каждой зоны или каждого помещения. Однако с их помощью не может быть достигнута такая же степень точности поддержания одного или двух заданных параметров (влажности и температуры), как автономными СКВ (кондиционерами сплит-систем и т. п.).
Прямоточные СКВ полностью работают на наружном воздухе, который обрабатывается в кондиционере, а затем подается в помещение.
Рециркуляционные СКВ, наоборот, работают без притока или с частичной подачей (до 40%) свежего наружного воздуха или на рециркуляционном воздухе (от 60 до 100%), который забирается из помещения и после его обработки в кондиционере вновь подается в это же помещение.
Классификация кондиционирования воздуха по принципу действия на прямоточные и рециркуляционные обусловливается, главным образом, требованиями к комфортности, условиями технологического процесса производства либо технико-экономическими соображениями.
Центральные СКВ с качественным регулированием метеорологических параметров представляют собой широкий ряд наиболее распространенных, так называемых одноканальных систем, в которых весь обработанный воздух при заданных кондициях выходит из кондиционера по одному каналу и поступает далее в одно или несколько помещений.
При этом регулирующий сигнал от терморегулятора, установленного в обслуживаемом помещении, поступает непосредственно на центральный кондиционер.
СКВ с количественным регулированием подают в одно или несколько помещений холодный и подогретый воздух по двум параллельным каналам. Температура в каждом помещении регулируется комнатным терморегулятором, воздействующим на местные смесители (воздушные клапаны), которые изменяют соотношение расходов холодного и подогретого воздуха в подаваемой смеси.
Двухканальные системы используются очень редко из-за сложности регулирования, хотя и обладают некоторыми преимуществами, в частности, отсутствием в обслуживаемых помещениях теплообменников, трубопроводов тепло-холодоносителя; возможностью совместной работы с системой отопления, что особенно важно для существующих зданий, системы отопления которых при устройстве двухканальных систем могут быть сохранены.
Недостатком таких систем являются повышенные затраты на тепловую изоляцию параллельных воздуховодов, подводимых к каждому обслуживаемому помещению.
Двухканальные системы так же как и одноканальные, могут быть прямоточными и рециркуляционными.
Кондиционирование воздуха, согласно СНиП 2.04. 05—91*, по степени обеспечения метеорологических условий подразделяются на три класса:
Первый класс — обеспечивает требуемые для технологического процесса параметры в соответствии с нормативными документами.
Второй класс — обеспечивает оптимальные санитарно-гигиенические нормы или требуемые технологические нормы.
Третий класс — обеспечивает допустимые нормы, если они не могут быть обеспечены вентиляцией в теплый период года без применения искусственного охлаждения воздуха.
По давлению, создаваемому вентиляторами центральных кондиционеров, СКВ подразделяются на системы низкого давления (до 100 кг/м2), среднего давления (от 100 до 300 кг/м2) и высокого давления (выше 300 кг/м2).

Типы кондиционеров:
1. Сплит-системы (настенные, напольно-потолочные, колонного типа, кассетного типа, многозональные с изменяемым расходом хладагента);
2. Напольные кондиционеры и кондиционеры сплит-системы с приточной вентиляцией;
3. Системы с чиллерами и фанкойлами;
4. Крышные кондиционеры (Roof-top);
5. Шкафные кондиционеры;
6. Прецизионные кондиционеры;
7. Центральные кондиционеры.

Оборудование для создания «коммерческого» (промышленного)

Холодильное оборудование широко применяется в технологических процессах, связанных с переработкой и хранением продуктов питания, продукции сельхозназначения, в фармакологической, микробиологической промышленности, а также в области климатических испытаний спецпродукции. В отличие от металлургии, металлообработки, переработки пластмасс и т.д., где можно использовать для процессов охлаждения, так называемый «естественный холод» (температуру открытых водоемов, окружающего воздуха), в вышеуказанных технологических процессах необходимо обеспечивать температуру, ниже температуры окружающей среды (так называемый «искусственный холод»). Для этих целей и предназначены холодильные машины парокомпрессионного типа, которые позволяют получить в замкнутых пространствах (холодильных камерах, сосудах, специальных помещениях) температуру намного ниже температуры окружающей среды.

Условно, холодильное оборудование можно разбить на следующие группы:

1. Оборудование для создания холода при переработке и хранении плодоовощной продукции, молочной и отдельных видов продукции мясопереработки. Под холодом при переработке продукции в данном случае подразумевается циркуляция различного типа хладоносителей через теплообменные аппараты для охлаждения продукции или системы прямого орошения продукции хладоносителем, например водой. Последнее чаще всего применяется при резком охлаждении цельной плодоовощной продукции. Диапазон температуры хладоносителя 0…15°С.

Соответственно, под холодом при хранении этой продукции подразумевается создание в замкнутых пространствах — холодильных камерах такой температуры продукта, которая обеспечивает его длительное или кратковременное хранение с максимальным сохранением полезных свойств. Чаще всего, продукция в камерах хранится в воздушной атмосфере, но иногда, по спецтребованиям, могут быть использованы инертные газы. Диапазон температуры воздушной (газовой) атмосферы 0…+10°С. Для создания таких условий, температура кипения хладагента (различные типы фреонов) в холодильных машинах должна быть в диапазоне -10…0°С.

2. Оборудование для создания холода в специальных помещениях при производстве фармацевтической и микробиологической продукции. Температура воздуха в помещениях +3…+8°С, соответственно температура кипения хладагента -10…0°С.

3. Оборудование для создания холода при заморозке и хранении мясной и рыбной продукции.

При заморозке продукции используются различного рода охлаждающие туннели и камеры, в которые подается холодный воздух, обеспечивающий быстрое охлаждение продукции. Температура воздуха для заморозки -35…-25°С в зависимости от типа продукции.

Хранение замороженной продукции происходит в холодильных камерах с температурой воздуха -25…-18°С. При этом температура кипения хладагента составляет -40…-30°С.

4. Оборудование для создания специальных температурных режимов в микробиологической промышленности и при климатических испытаниях оборудования. Чаще всего для таких процессов требуется создание холода внутри герметичных камер, т.к. параллельно с охлаждением продукции проводится вакуумирование.

Для данных процессов диапазон температуры составит -65…-50°С, а температура кипения хладагента -70…-55°С. Для создания низкого холода применяются либо 2-х ступенчатые, либо каскадные холодильные установки. В качестве хладоносителя для оборудования первых 3-х групп применяется озонобезопасный  фреон R404a, имеющий температуру кипения -47,8°С при нормальном атмосферном давлении. Для оборудования 4-ой группы применяются другие типы фреонов с более низкой температуры кипения или же применяются специальные холодильные циклы (2-х ступенчатые, каскадные и т.д.).

Функционально всё оборудование состоит из двух групп:

1. Холодопотребляющее оборудование.

2. Холодопроизводящее оборудование.

Холодопотребляющее оборудование представлено широким спектром агрегатов, обеспечивающих подачу хладоносителя или холодного воздуха к продукту или в техническую зону. К таким агрегатам относятся:

— воздухоохладители вентиляторного типа, работающие в режиме рециркуляции;

— секции охлаждения воздуха на приточных установках;

— различные морозильные шкафы, туннели, теплообменники, емкости и т.д.

— специальные охлаждающие барокамеры;

— сублимационные установки.

Основным узлом перечисленных агрегатов является теплообменник, в котором хладоноситель  (жидкость, фреон) передает холод потребителю (продукту, воздуху, оборудованию, технологическому процессу и т.д.). Соединение холодопотребляющего оборудования с холодопроизводящим производится при помощи медных трубопроводов (для фреонов), а также стальных и пластиковых (для воды, водных растворов гликоля и т.д.).

Холодопроизводящее оборудование, в свою очередь, компоновочно, можно разделить на 3 группы:

1. Компрессорно-ресиверные агрегаты (централи), размещаемые внутри помещений и соединенные с выносными конденсаторами воздушного охлаждения при помощи фреоновых трубопроводов.

2. Компрессорно-конденсаторные блоки, чаще всего выполненные в виде моноблока и размещаемые снаружи зданий

3. Чиллеры – моноблочные холодильные машины, имеющие в своем составе полный комплект узлов и агрегатов, обеспечивающих захолаживание жидкости и подачу её к потребителю.

Чиллеры могут быть как наружного исполнения с конденсаторами воздушного охлаждения, так и внутреннего – с использованием конденсаторов жидкостного охлаждения.

Автор статьи: Д.В. Казанский, технический директор ООО «АЭРОКОНД МСК»

Eurovent certified performance

Eurovent Certita Certification (ECC) — один из основных органов европейской сертификации климатического и холодильного оборудования. Схемы сертификации ЕСС полностью соответствуют требованиям стандартов ISO/CEN/CENELEC/ECC или их эквивалентов и учитывают потребности производителей и заинтересованных сторон на конкретных рынках.

Во многих странах Eurovent Certita Certification является официальным органом сертификации (свидетельство № 50517 по Сертификации товаров и услуг). Аккредитация COFRAC соответствует правилам Европейского сотрудничества по аккредитации (EA), которое, в свою очередь, является членом Международного форума по аккредитации (IAF), признанного многими странами мира.

Сравнение производительности продукции по результатам тестирования сторонних производителей на основе четко определенных процедур обеспечивает здоровую и прочную конкуренцию на рынке, открытом для всех производителей.

После прохождения тестирования, ЕСС присваивает сертификационный знак «Eurovent certified performance» («Сертификация характеристик Eurovent»).

Этот знак гарантирует проектировщикам, монтажникам и конечным пользователям, что продукты, продаваемые участником программы сертификации, точно подтверждает соответствие технических характеристик систем кондиционирования и холодильного оборудования европейским и мировым стандартам.

Важность и надежность европейского рынка производства оборудования для кондиционирования, холодоснабжения и вентиляции воздуха наглядно продемонстрировали наличие добровольных схем сертификации, созданных и управляемых Сертификационной Компанией «Евровент «.

Сертификация выгодна как для конечных пользователей, так и для производителей.

 Производители, благодаря сертификации ЕВРОВЕНТ, получают площадку для добросовестной конкуренции, где действуют общие для всех правила и имеется возможность достоверного сравнения характеристик. Единые правила для всей отрасли повышают степень доверия между производителями и заказчиками.

Конечные пользователи могут быть уверены, что сертифицированное оборудование функционирует в соответствии с проектной документацией, и его энергопотребление соответствует заявленным величинам. Это позволяет более точно рассчитывать объем стартовых инвестиций.

Компания «АЭРОКОНД МСК» может предложить своим клиентам оборудование, которое прошло тестирование и имеет знак «Eurovent certified performance»:

  • Чиллеры «CLIVET» и «CIAT»;
  • Вентиляционное оборудование «SITAL KLIMA»;
  • Теплообменное оборудование «LU-VE»;
  • Фанкойлы «AERTESI», «CIAT» и «CLIVET» .

Тепловые насосы

Тепловой насос — это устройство, которое может обеспечивать отопление зимой, охлаждение летом и производство горячей воды круглый год.

Тепловой насос использует энергию возобновляемых источников — нагретого воздуха, земли или воды — для производства тепловой энергии. Это преобразование осуществляется с помощью хладагентов.

Принцип действия теплового насоса
Конструктивно любой тепловой насос состоит из двух частей: наружной, которая «забирает» тепло возобновляемых источников, и внутренней, которая отдает это тепло в систему отопления или кондиционирования. Современные тепловые насосы отличаются высокой энергоэффективностью, что на практике означает следующее — потребитель, используя тепловой насос, тратит на обогрев или охлаждение помещения, в среднем, всего четверть тех денег, которые он потратил бы, если теплового насоса не было.

Проще говоря, в системе с тепловым насосом 75% полезного тепла (или холода) обеспечивается за счет бесплатных возобновляемых источников — тепла земли, грунтовых вод или нагретого в помещениях и выбрасываемого на улицу использованного воздуха.

На каждый 1 кВт электроэнергии, потребляемой тепловым насосом для работы его компрессора, в среднем, вырабатывается около 4 кВт полезной тепловой энергии. Это соответствует ~300% эффективности.

Ниже приведено сравнение энергоэффективности отопления с помощью теплового насоса с другими способами по данным EHPA (Европейская ассоциация тепловых насосов).

Тип отопления Энергоэффективность, %
Тепловой насос 150-400
Котел на жидком топливе или газе 70-96
Электрический котел 35-45

Но стоит помнить, что реальные значения эффективности тепловых насосов зависят от температурных условий, т.е. в холодные дни их эффективность падает. Она составляет порядка 150% при температуре −20 °C, и порядка 300% при температуре источника +7 °C. Но технологии тоже не стоят на месте — современные модели отличаются большей энергоэффективностью, причем эта тенденция сохраняется.

По своему принципу действия тепловой насос аналогичен чиллеру. Поэтому в летнее время он может применяться не для обогрева дома, а для его охлаждения или кондиционирования. Принцип работы системы охлаждения с помощью теплового насоса аналогичен системе отопления, только вместо радиаторов используются фанкойлы. При пассивном охлаждении теплоноситель просто циркулирует между фанкойлами и источником холода, т.е. холод напрямую поступает в систему кондиционирования, но сам компрессор при этом не работает. Если пассивного охлаждения недостаточно, включается компрессор теплового насоса, который дополнительно охлаждает теплоноситель.

Достоинства и недостатки тепловых насосов
Одним из главных достоинств тепловых насосов являются их низкие эксплуатационные расходы, т.е. стоимость произведенного тепла или охлаждения для конечного потребителя является самой низкой по сравнению с другими способами отопления/кондиционирования.

Да, тепловой насос для отопления нуждается в электрической энергии (прежде всего, для обеспечения работы компрессора и нагнетающего насоса или вентилятора), но и потребление будет в разы меньше, чем если бы для обогрева помещения использовался электрокотёл. Коэффициент преобразования у тепловых насосов довольно высокий: от 3 до 5. Это значит, что, оплачивая один электрический кВт/час, мы получим до 5 кВт тепла, а этого достаточно, чтобы обогреть помещение в 45-50 м2. Ещё лучших показателей энергоэффективности удаётся добиться, если использовать в системе аккумулирующие ёмкости тепла и уменьшить затраты на электроэнергию, допустим, установив многотарифный счётчик.

Высокий КПД таких систем существенно сокращает расходы на обогрев зданий, что даёт возможность сделать производительное отопление, если поблизости нет газа, а доступные мощности электросетей ограничены. Параллельно с этим решаются вопросы горячего водоснабжения и вентиляции.

Кроме того, система с тепловым насосом безопасна для помещений, т.к. нет горения и в системе используются негорючие и нетоксичные хладагенты. Следовательно, упрощаются требования к системам вентиляции помещений и повышается уровень пожарной безопасности. Что также положительно влияет на стоимость установки этих систем.

Тепловые насосы просты в эксплуатации и весьма надежны, а еще — практически бесшумны. Система легко автоматизируется и может управляться дистанционно, а силовое оборудование без капитального ремонта может проработать до 20-25 лет.

Еще один плюс — вы легко можете переключить тепловой насос с отопления на охлаждение в случае необходимости. Нужно лишь иметь дома не только отопительные радиаторы, но и фанкойлы.

Но есть у них и минусы, главный из которых является оборотной стороной главного плюса — капитальные затраты на их установку весьма существенны. Еще одним недостатком тепловых насосов до недавнего времени была сравнительно низкая температура теплоносителя — не более 60 C. Но последние разработки дали возможность устранить этот недостаток.

К примеру, европейские города с развитой системой центрального теплоснабжения все чаще используют тепловые насосы для повышения ее эффективности. Не так давно высокотемпературный тепловой насос мощностью 255 кВт начал работу в Вене.

Вена является столицей и крупнейшим городом Австрии, ее население составляет примерно 1,8 миллиона человек. При этом всего треть (33%) всех жилых помещений в Вене отапливается за счет централизованной системы теплоснабжения.

Для повышения эффективности использования этой системы без ущерба для окружающей среды было принято решение об установке в систему теплового насоса мощностью 255 кВт. В результате энергоэффективность венской системы теплоснабжения значительно возросла: в годовом исчислении условный коэффициент полезного действия (COP) установленного теплового насоса равен 5,3, т.е. потребители получат в 5,3 больше тепла — и это без увеличения мощности и соответственно, количества потребляемого топлива центральной котельной.

Применяются тепловые насосы и в системе теплоснабжения финского города Мянтсяля с населением 20 тыс. человек. В этом городе действует крупный центр обработки данных (ЦОД), вырабатывающий значительное количество тепла. Городской муниципалитет задействывает отработанное ЦОДом тепло для использования его в системе центрального теплоснабжения, а тепловые насосы мощностью 4 МВт за счет собранного тепла повышают температуру теплоносителя в системе центрального теплоснабжения до 40-85°C. На сегодняшний день уже не менее 1500 домов в городе подключены к этой системе. Но в ближайшем будущем количество подключённых к этой системе домов возрастет до 4000. COP этой системы тепловых насосов равен 4.

Было подсчитано, что после начала применения тепловых насосов в системе центрального теплоснабжения финны не только добились значительной экономии топлива, но и сократил объемы выбросов углекислого газа на 22 000 тонн в годовом исчислении, что улучшило состояние окружающей среды.

Тепловые насосы часть 2

Необходимость экономии энергии характерна для нашей повседневной жизни – дома, в учреждениях и на производстве. Стремление уменьшить затраты первичной энергии (потребление топлива) без снижения или даже с увеличением отдачи энергии конечному потребителю за счёт более рационального способа её преобразования – главная задача современной техники.

Тепловой насос термодинамически идентичен холодильной машине. Большинство квартир, пищевых складов и крупных общественных зданий в промышленно развитых странах оборудовано холодильниками и воздушными кондиционерами. Принципиальное отличие теплового насоса от холодильника состоит в той роли, которую он играет у потребителя. Холодильники и воздушные кондиционеры предназначены для охлаждения, тогда как тепловой насос – для нагрева.

Среди различных типов тепловых насосов наибольшее распространение получили парокомпрессионные установки мощностью от нескольких ватт до нескольких мегаватт. Привод компрессоров осуществляется как электродвигателями, так и тепловыми двигателями внутреннего сгорания. Разнообразны так же и типы применяемых компрессоров.

В 1824 г. Карно впервые использовал термодинамический цикл для описания процесса, и этот цикл остаётся фундаментальной основой для сравнения с ним и оценки эффективности тепловых насосов.

Тепловой насос

Тепловая машина

Тепловой насос можно рассматривать как обращенную тепловую машину. Тепловая машина (ТМ) получает тепло от высокотемпературного источника(Qвыс.) и сбрасывает его при низкой температуре (Tниз.), отдавая полезную работу (А). Тепловой насос требует затраты работы (А) для получения тепла при низкой температуре (Тниз.) и отдачи его при более высокой температуре (Твыс.).

Можно показать, что если обе эти машины обратимы (т.е. термодинамические процессы не содержат потерь тепла или работы), то существует конечный предел эффективности каждой из них, и в обоих случаях это есть отношение полученного количества тепла при высокой температуре(Qвыс.) к затраченной либо полученной работе (А) — Qвыс./А.

Если бы это было не так, то можно было бы построить вечный двигатель, просто соединив одну машину с другой. Для тепловых насосов отношение Qвыс./А называется коэффициентом преобразования (КОП).

Используя определение энтропии и законы термодинамики, включая соотношение Qвыс.=Qниз.+А, можно показать, что коэффициент преобразования для цикла Карно имеет вид:

КОП = Тниз./ (Твыс. — Тниз.) + 1 = Твыс./ (Твыс. — Тниз.) 

Никакой тепловой насос, созданный в пределах нашей вселенной, не может иметь лучше характеристики, и все практические циклы реализуют стремление максимально приблизиться к этому пределу.

Величина КОП отражает меру полезности теплового насоса как выработку большего количества тепла при затрате сравнительно малой работы. Однако, она не отражает того факта, что передача энергии в форме работы представляет большую ценность, чем передача энергии в форме тепла. Это становится очевидным при выборе привода для компрессора. Вообще любая тепловая машина позволяет лишь часть тепла, получаемого от топлива, преобразовать в работу.

Для оценки различных тепло-насосных систем с приводом компрессора за счёт различных топлив или источников энергии применяют коэффициент первичной энергии (КПЭ). Он учитывает не только КОП, но и КПД преобразования первичной энергии (нефть, газ и т.д.) в работу привода компрессора.

Определение КПЭ таково:

КПЭ = (Полезное тепло от теплового насоса/Затраты первичной энергии)

Можно дать другое определение КПЭ, когда для привода компрессора используется тепловая машина с термическим КПД = ɳТ, например, дизельный двигатель.

КПЭ = ɳТ  * КОП

При использовании теплового насоса для отопления или теплоснабжения в промышленности, а также любого применения, где единственным назначением теплового насоса является получение тепла, КПЭ показывает, насколько выгоден тепловой насос по сравнению с обычным водогрейным котлом, а также по сравнению с непосредственным огневым нагревом.  Так дизель – это довольно хорошая тепловая машина, и при полной нагрузке её КПД достигает  ɳТ = 0,4. Следовательно КПЭ = КОП * 0,4. Если принять, что среднее значение для современных тепловых насосов КОП составляет ~ КОП = 3, то:

КПЭ =0,4*3=1,2

Другими словами, тепловой насос даёт на 20% больше тепла, чем прямое сжигание топлива. Если же дополнительно можно использовать 35% первичной энергии, обратившейся в тепло на выхлопе и в радиаторе дизеля, то КПЭ соответственно возрастает:

КПЭ=1,2+0,35 = 1,55

Это можно сравнить с системой обычного теплоснабжения от котельной, у которой КПЭ составляет 0,7-0,8.  Сравнение показывает, что в этом случае тепловой насос даёт вдвое больше полезного тепла на единицу использованного топлива.

Данные продаж оборудования HVAC на финском рынке свидетельствуют о том факте, что сегодня примерно 70% финнов, строящих индивидуальные жилые дома, выбирают отопление — полное или частичное — с помощью теплового насоса. Также, по оценкам специалистов, ежегодная экономия от внедрения тепловых насосов в жилых многоквартирных домах находится в диапазоне от 3 до 5 ТВт*ч., что способствует широкому внедрению тепловых насосов и в теплоснабжение многоквартирных домов.

А согласно данным Федерального статистического управления Германии, в 2017-м году в жилых домах, получивших разрешение на строительство, наиболее популярной системой отопления стали тепловые насосы, которые начинают вытеснять газовые и электрические котлы в качестве основной системы отопления жилых домов. Как показывает практика, в Германии основными факторами роста стоимости жилых многоквартирных домов служат отнюдь не расходы на строительство тепловых насосов, а довольно быстро растущая стоимость земельных участков и высокие затраты на стройматериалы. А переход к отоплению с помощью тепловых насосов дает минимальные дополнительные расходы.

Компания «АЭРОКОНД МСК» может предложить Вам реверсивные тепловые насосы водяного охлаждения собственного производства под маркой «Geocond» с диапазоном мощности от 6 до 296 кВт. Контакты отдела продаж Вы можете узнать здесь.

Система охлаждения термопластоавтоматов

Термопластавтоматы или ТПА выполняют функции формовочных машин, в результате работы которых из заранее подготовленного сырья ПВХ получают пластиковые изделия любых размеров и формы. Эти изделия в дальнейшем широко применяются в самых разных областях жизнедеятельности человека: от машиностроения до строительных материалов, от бытовых приборов до сверхсовременной электронной техники. В связи с тем, что в производственном процессе используются достаточно высокие температуры и рабочие органы станков непрерывно двигаются, выделяя тепло, а готовую продукцию в пресс-формах требуется остужать, для обеспечения бесперебойной работы необходимо предусмотреть полноценное охлаждение станка. Если этому моменту не уделить должного внимания, детали станка станут быстро выходить из строя, а изделия значительно потеряют в качестве. В конце концов, ТПА попросту не сможет продолжить свою работу.

   Что представляет собой технология охлаждения? Циркуляция фреона во внутреннем контуре, охлаждает воду в теплообменнике чиллера. Эта охлажденная вода и выступает охладителем для нагревающихся систем термопластавтоматов и других станков. Несмотря на то, что технология достаточно проста, она очень эффективна и даёт высокие практические результаты.

Охлаждение термопластавтоматов – это как раз та задача, с которой способен легко справиться чиллер, который охлаждает нагретую воду. Холодопроизводительность предлагаемых нами для охлаждения ТПА чиллеров «Geocond» составляет от 5 кВт до 1,5 МВт, что позволяет обслуживать как один небольшой станок, так и целую производственную линию, состоящую из большого количества разнообразных станков.

Чиллер снабжен системами автоматизации, которые соединены с контрольными приборами: термостатами, расходомерами, манометрами, благодаря чему вмешательство оператора требуется лишь на начальном этапе производства, при установке оптимальных параметров теплоносителей. В дальнейшем управление системой ведётся в автоматическом режиме.

Для производства качественных изделий из пластика необходимо охлаждать пресс-форму и масло гидравлической системы термопластавтомата. Температуры теплоносителя, в качестве которого используют техническую воду и, в некоторых случаях, незамерзающую жидкость (раствор гликоля различной концентрации), для этого требуются разные.

Например, для пресс-формы температура подаваемой воды на охлаждение +10…12°С, а для охлаждения масла — температура воды +20…25°C. Нередко бывают случаи, когда оба контура ТПА, т.е. и пресс-форму, и контур охлаждения масла охлаждают водой с температурой + 15°C. В этом случае нужно понимать, что масло (рабочую жидкость гидравлики автомата) главное не переохладить, т.к. вязкость масла может существенно измениться. Температура масла должна быть в пределах 30…45°C, и именно в этих пределах масло сохраняет необходимую вязкость для нормальной работы гидравлической системы ТПА. Термоформовочные машины нередко требуют температуру воды +7…+9°C. Экструдерные линии в большинстве случаев требуют воду для охлаждения с температурой +18…+15°C. Дробилки, миксеры и грануляторы требуют воду с температурой +18…+20°C. Автоматы для выдува ПЭТ тары требуют воду с температурой + 7…+9°C.

Компания «АЭРОКОНД МСК» может рассчитать и подобрать Вам оптимальный чиллер собственного производства под маркой «Geoсond» с диапазоном холодопроизводительности от 5 кВт до 1,5 МВ для охлаждения ТПА и экструдеров.

К каждой поставленной задаче мы применяем индивидуальный подход, что позволяет обеспечить максимально верное, выверенное решение поставленной заказчиком задачи и в результате получить эффективную работу чиллера как на всей линии, так и для охлаждения каждого станка. Все предлагаемые нами машины «Geoсond» оснащаются компрессорами от ведущих мировых производителей и отличаются качеством изготовления, надёжностью и долговечностью.

Контакты отдела продаж вы можете узнать здесь.

Технология «free-cooling».

Технология «free-cooling» преимущественно применяется в странах с континентальным климатом, где холодный период года и «межсезонье» составляют 7-8 месяцев в году. Географически это примерно соответствует южной границе Польши, северу и северо-востоку Украины и России.
В России, где перепад температур в течение года может достигать 80 градусов, зависимость от чиллеров еще выше. Очевидно, что когда с улицы летом в помещение приходят 30 градусов и выше, надо дополнительно охладить воздух. Точно так же нехорошо, когда зимой воздух приходит слишком холодным. Поэтому, практически невозможно обойтись без чиллера летом, а зачастую и зимой: ведь никто не станет подавать воздух, охлажденный до -30 градусов в помещение.

Высокие температуры воздуха в летний период требуют применения чиллеров, а низкие температуры в холодный период года позволяют использовать для целей холодоснабжения холод окружающей атмосферы. Но, поскольку теплый период почти в 2 раза короче холодного периода, то применение технологии «free-cooling» становится экономически оправданной.

Чиллеры, охлаждающие воду в теплое время года, при достаточно низкой температуре на улице отключаются и вместо них в системе начинают использоваться теплообменники, в которых тепло из внутреннего контура отдается наружному. Вся эта система работает в автоматическом режиме.
Чиллер самостоятельно включается, когда того требуют текущие условия. Кроме того, когда температура воды превышает заданную границу, автоматически включается чиллер и начинает охлаждать эту воду. Когда будет достигнут достаточный уровень ее температуры, чиллер автоматически выключится. Вот именно эта вода и поступает в фанкойлы. Как правило вручную вмешиваться в процесс запуска чиллера не требуется, за исключением, конечно, ситуаций, когда он не запускается автоматически из-за каких-либо внештатных ситуаций.

В целом, при реализации системы охлаждения с использованием технологии «free-cooling» несколько усложняется, но экономия на электричестве оправдывает эти затраты. Примерный срок окупаемости в нашем российском климате (конечно, он зависит от погоды, насколько холодными и продолжительными будут зимы и т.п.) составляет в среднем 2,5 года.

Сегодня уже наверное всем известно, как работают стандартные системы охлаждения. Если говорить проще, они охлаждают в одном месте, нагревая в другом. Нагретое охлаждается окружающей средой, для чего собственно и нужен внешний блок обычного кондиционера.

Это испытанный метод, но весьма дорогостоящий. Вероятно, вы не ощутите существенности этих затрат в своем домашнем бюджете, пользуясь домашним кондиционером, но при необходимости охлаждения больших площадей, это становится серьезной статьей расходов.
В этой схеме есть и еще один недостаток – работа подобного блока приводит к осушению воздуха. Ведь нагретый воздух проходит через охлаждающий блок, где из-за низкой температуры происходит концентрация паров воды в воздухе на поверхности охлаждающих элементов. В бытовых системах она просто удаляется из системы (вытекает), но это неизбежно сушит воздух. Сухость воздуха же очень вредна – она повышает способность электроники накапливать статический заряд, это приводит к запылению, а также – засыханию и растрескиваниям пластика и изоляции проводов. Этот эффект также ведет к дополнительным расходам на системы вентиляции и охлаждения – поскольку нужно предусматривать специальные системы, обеспечивающие нужную влажность.

Но на помощь приходит технология «free-cooling» — это охлаждение нагретого воздуха за счет обмена теплом с воздухом окружающей среды. В наших широтах температура воздуха на улице как правило существенно меньше, чем того воздуха, который удаляется из «горячих коридоров». И это дает возможность существенной экономии на системах охлаждения. Для успешной реализации этого метода необходимо обеспечить существенно больший поток воздуха в единицу времени, но даже это существенно экономичнее, чем работа охлаждающего блока по традиционной схеме. Использование современных систем автоматики позволяет системам холодоснабжения автоматически переключаться на несколько режимов, с точки зрения использования источника холода: режим чиллера, смешанный режим, режим «free-cooling».

Другим положительным моментом от систем «free-cooling» является то, что не происходит обмена воздухом с внешней средой. Это позволяет поддерживать необходимую влажность воздуха.

Если применить именно такую схему в проекте, система вентиляции и охлаждения, работающая по технологии «free-cooling», будет являться одним из важнейших компонентов, снижающих стоимость затрат на систему, и позволяющую предложить коммерчески привлекательные и выгодные цены нашим клиентам.

aer_msk_logo-1