8 (495) 660-35-14

8 (800) 333-06-27

г. Москва,ул. Рогожский поселок. д.3
E-mail: info@nivey.ru


Warning: count(): Parameter must be an array or an object that implements Countable in /home/nivey/nivey.ru/docs/main.php on line 265

Как сделать чиллер более эффективным?


Warning: count(): Parameter must be an array or an object that implements Countable in /home/nivey/nivey.ru/docs/main.php on line 265

Холодильные станции (чиллеры) считаются достаточно мощным оборудованием, которое работает весьма эффективно. Однако эту эффективность можно увеличить, особенно если срок эксплуатации оборудования уже превысил 5 лет, и оно несколько устарело. Сделать это могут инженеры-механики, которые способны продлить срок службы техники, увеличить ее надежность и экономичность и позволить пользователю более четко контролировать работу всех элементов чиллера.

Для этих целей предусмотрено семь различных методов, позволяющих добиться поставленных целей в кратчайшие сроки. При этом следует учитывать, что все они были разработаны прежде всего для центробежных холодильных машин с электроприводом, которые имеют высокую мощность, однако для оборудования других типов они тоже могут подойти. Решать этот вопрос нужно только на консультации со специалистами.

Как правило, ни один из методов не предполагает какой-либо значительной перестройки климатической техники. В нем заменяются лишь отдельные элементы, а также проводится работа с:

  •     градирнями,
  •     охладителями,
  •     насосами.


Все виды работ обязательно предполагают соблюдение техники безопасности и заданной технологической последовательности действий, что позволит обеспечить максимально эффективное функционирование чиллера в любых условиях. Рассмотрим все 7 методов подробнее.

Первые два метода предполагают внесение изменений в работу установки путем модификации и модернизации внутренних элементов чиллера.


1.    Регулировка температуры конденсаторной и охлажденной воды. Выбор их значений.

Все охладители имеют расчетный режим работы на уровне менее 1% от общей продолжительности функционирования оборудования. Все остальное время они работают в специфических условиях, которые отличаются от расчетных, и вынуждены выдерживать различные уровни температуры и влажности атмосферного воздуха. В этом случае охлаждающая нагрузка чиллера, а также температура оборотной воды, находящейся в конденсаторе, могут быть ниже расчетных показателей. Это позволит сделать холодильную машину более экономной с точки зрения энергопотребления.

Принцип определения показателей температуры уже охлажденной воды используется достаточно давно. Когда нагрузки являются низкими, воздухоохладитель дает охлаждение нужного уровня, даже если температура воды на входе будет более высокой – этому способствует минимальная необходимость в удалении влаги. При повышении температуры воды на выходе снижаются нагрузки компрессора, и это дает возможность уменьшить потребление энергии.

Такой простой метод идеален для центробежных водоохладителей, которые имеют постоянную частоту вращения при рабочих нагрузках на уровне 40-80%. При этом сэкономить можно будет 0,5-0,75% электроэнергии на один градус повышения температуры воды.

Особый подход нужен к центробежным охладителям воды, оборудованным приводом с электронной регулировкой частоты вращения. Для такой техники регулировка температуры имеет больше преимуществ: если нагрузки будут ниже 80%, а температура воды на выходе будет повышаться на 0,8 градусов, водоохладитель будет потреблять на 2-3% меньше электроэнергии. И такие показатели сохранятся даже при снижении нагрузки на 10%.

Также этот метод действует при попытках достичь экономии энергии в оборудовании, имеющем непрерывную циркуляцию охлажденной воды. Но если циркуляция будет переменной, прежде чем выбирать значение температуры воды, нужно провести ряд дополнительных исследований. Если все будет сделано верно, повышение температуры воды на выходе позволит снизить энергопотребление охладителя за счет повышения расхода, которое даст насос, – для охлаждения до нужного уровня температуры ему понадобится намного больше охлаждающей воды. При этом от особенностей самой системы зависит, насколько экономия энергии в охладителе будет существенной, если сравнивать этот показатель с дополнительным расходом в насосе.

Все эти преимущества можно получить и при выборе более низкого показателя температуры конденсаторной воды, получаемой на входе. Большинство изготовителей климатической техники указывают для нее минимальный уровень температуры, стремясь сэкономить энергию.
При этом все чаще в продаже можно встретить охладители с более низкими значениями температуры конденсаторной воды, и если обычно ее уровень находится в пределах 21 градуса, то в новейшей технике можно встретить модели с уровнем в 13 градусов. Это позволяет уменьшить давление хладагента и температуру конденсации и понизить давление компрессора, в результате чего его двигатель начнет работать экономичнее.

В итоге даже если дать на чиллер полную нагрузку, он сможет экономить 1,5% энергии при каждом понижении температуры воды на входе на 1 градус. Еще большего показателя можно будет добиться, если холодильная станция будет работать на неполную мощность. Особенно это актуально для охладителей, имеющий привод с электронной регулировкой частоты.

2.    Перераспределение нагрузок между разными чиллерами.

Этот метод разработал и исследовал представитель общества отопления, кондиционирования и охлаждения воздуха в США Гил Эйвери. По его словам, из работы чиллера в нерасчетных условиях можно извлечь немалую выгоду. Речь идет о центробежном оборудовании, функционирующем на повышенных мощностях, превышающих номинальные показатели. Такая эксплуатация холодильных установок, работающих на воде, вполне возможна (если показатель мощности не превышает номинальный более чем на 40%), однако в этом случае температура конденсаторной воды на входе должна быть ниже расчетной (обычно она составляет 29 градусов), и расход энергии (кВт/т) также будет ниже.

Испытав чиллеры в таких условиях работы, исследователь получил уникальные результаты, согласно которым один охладитель, функционирующий на повышенной мощности, будет более экономичным, чем два таких устройства, работающих при неполных нагрузках. Экономия в данном случае достигается потому, что насос конденсаторной воды и вторая градирня не задействуются.

Чтобы добиться таких результатов, можно модифицировать практически все установки, представленные на рынке, причем для этих целей можно использовать разные схемы холодильных станций, включая и те, которые имеют несколько чиллеров. Правда, такие системы требуют особого подхода, поскольку некоторые из них просто не могут работать на максимальных нагрузках при постоянной циркуляции охлаждающей жидкости. В этом случае систему с несколькими чиллерами следует преобразовать в одноконтурную, а расход воды сделать переменным и направить через чиллеры.

В такой ситуации пользователь сможет эксплуатировать систему охлаждения в любых условиях, ведь поток охлаждающей жидкости и показатели температуры будут постоянно меняться. А чтобы модифицировать такую систему, ее следует оснастить обратным клапаном, который устанавливается на байпасной линии, а также поменять программу, отвечающую за управление охладителем. Благодаря такой методике эффективность работы чиллера можно повысить как минимум до 15%, сэкономив при этом около 25% трат на энергообеспеение, а также поспособствовав скорейшей окупаемости расходов на модернизацию оборудования.

_________________

Также при повышении эффективности чиллеров используется еще 5 методов, которые предполагают достаточно серьезную модификацию техники, что позволяет добиться действительно заметных показателей ее работы.


3.    Комплектация центробежных чиллеров регулируемыми приводами.

Большая часть современных систем охлаждения работает в нерасчетных условиях, и оснащение их приводом с электронной регулировкой частоты вращения сможет не только сделать оборудование более экономичным (экономия в год может составить до 30%), но и продлить ему «жизнь». Это возможно потому, что регулируемый привод, которым оснащено оборудование, приводит в соответствие скорость работы двигателя компрессора с предварительной закруткой потока хладагента: это позволяет изменить объем потока, идущего через компрессор, что снижает расход энергии при возникновении нерасчетных нагрузок и работе с водой нерасчетной температуры.

Охладитель такого типа работает, в частности, в здании компании Sony Disc Manufacturing (г. Спрингфилд, штат Орегон, США). Этой компании необходимо было создать круглосуточное охлаждение всех своих помещений, и для этих целей был выбран чиллер мощностью 2,4 тыс. кВт с регулируемым приводом. Вначале такой чиллер работал лишь как вспомогательное оборудование, но он очень быстро стал основным, ведь именно он оказался более экономичным в обслуживании, в то время как охладитель мощностью 1,4 тыс. кВт, имеющий постоянную частоту вращения, начал требовать больше расходов на обслуживание даже зимой, когда нагрузка на него была низкой. Использование чиллера с регулируемым приводом, позволяющим регулировать температуру, позволило снизить энергопотребление до 0,054 кВт/т (нагрузка составляла 50%). Этот показатель оказался рекордным для Sony Disc Manufacturing. Ежегодная экономия энергии на предприятии составил 460 тыс. кВт. В денежном эквиваленте это было равно 20 тыс. долларов в год!

Преимуществом использования такой методики является также и то, что современные регулируемые приводы были разработаны специально для центробежных чиллеров и оснащены функцией контроля адаптивной мощности. Она позволяет:

  •     выбирать оптимальную частоту работы компрессора в соответствии с внешними условиями,
  •     точно задавать настройки для лопастей предварительной закрутки потока,
  •     определять показатели, до которых можно снижать скорость регулируемого привода.


Это, в свою очередь, опять-таки позволяет снизить потребление электроэнергии и при этом установить охладитель на безопасный режим работы без появления перенапряжения в сетях. В такой ситуации при включении чиллера регулируемый привод плавно его запустит, не превышая 100%-ной амплитуды его полной загрузки. Затем частота вращения оборудования будет линейно нарастать до полной, а лопасти предварительной закрутки будут работать так, чтобы соответствовать заданной нагрузке.

При этом в таком режиме работы чиллер будет также контролировать движение потока в петле воды, подвергнувшейся охлаждению. Функция контроля оценит рабочие параметры оборудования и подберет оптимальное снижение скорости, снизит частоту вращения и задаст соответствующие настройки для лопастей предварительной закрутки потока. Все эти параметры позволят поддерживать заданную температуру воды на выходе, причем частота вращения понизится до минимального уровня, позволяющего поддерживать установленный режим работы. Это также станет еще одним шагом на пути к экономии, а в память оборудования будут занесены оптимальные значения скоростей для разных условий работы и режимов функционирования чиллера. Когда эти условия появятся еще раз, функция контроля передаст соответствующий сигнал регулируемому приводу, и он задаст нужную частоту вращения компрессора и установит соответствующие настройки лопастей закрутки автоматически.

4.    Модернизация инструментов управления чиллерами.

Этот метод позволит улучшить характеристики работы охладителей, которые уже побывали в эксплуатации, но находятся в хорошем техническом состоянии. Оснащение их современными средствами управления (в частности, новейшими пультами с дисплеями) позволят оператору такой техники легко получать все данные о ее работе в режиме реального времени. Они будут отображаться при помощи графического интерфейса и откроют быстрый доступ к любым рабочим параметрам и всем переменным цикла. Также благодаря такой модернизации операторам будет легче настраивать чиллеры и получать информацию о различных неполадках в системе, чтобы своевременно их устранить и провести нужный ремонт. В будущем это позволит обезопасить оборудование от серьезных поломок и защититься от внепланового простоя или слишком больших затрат на ремонт. Дополнительно улучшить ситуацию поможет ведение специального журнала, в котором будут содержаться все данные. Это позволит легко анализировать их, хранить все параметры настроек и рабочих режимов и при необходимости быстро их получать и распечатывать.

Кроме того, многие современные средства управления позволяют оптимизировать некоторые функции чиллеров. К примеру, алгоритмы управления могут:

  •     определять перенапряжение в сети,
  •     включать функцию плавного запуска,
  •     включать функцию ограничения энергопотребления.


Это позволит дополнительно снизить расходы на обслуживание охладителя, сократить время его возможного простоя и при этом соблюсти все необходимые параметры безопасности.

И, конечно же, локальные системы управления чиллерами можно полностью интегрировать в автоматику, управляющую всеми системами здания. Это создаст ряд удобств и при этом позволит осуществлять удаленный мониторинг работы оборудования. Также усовершенствованные инструменты управления могут быть частью системы автоматического управления охладителем, которая описывается в следующем методе.

5.    Оснащение центробежного чиллера автоматикой.

В целом, система управления холодильной машиной представляет собой инструменты, которые позволяют:

  •     регулировать энергопотребление,
  •     оптимизировать работу всех элементов оборудования, включая насосы, охладители и градирни.


Зачастую эти инструменты включаются в более широкую систему управления всеми инженерными сетями здания, и эта система позволяет контролировать целый ряд функций холодильного оборудования:
 

  •     функцию ограничения энергопотребления – система следит за объемами энергии, которые потребляет все здание в целом, а затем применяет одну из заданный стратегий, автоматически ограничивая расход электроэнергии;
  •     функцию регулирования температуры охлажденной воды на выходе – это производится автоматически, что также дает возможность снизить потребление энергии;
  •     функцию включения/выключения чиллера в зависимости от времени дня – система контролирует этот процесс, получая данные о температуре внешнего воздуха и некоторых других факторах, автоматически удовлетворяя все потребности здания в охлаждении и позволяя создавать в нем «экономный» климат;
  •     функцию оптимизации последовательности – система управления следит за режимом нагрузки, определяя последовательность работы градирен, охладителей и насосов, а также ее порядок;
  •     функцию обслуживания – система сама ловит сигнал о необходимости обслуживания техники, а затем передает его пользователю, используя данные обо всех рабочих показателях чиллера, позволяя ему работать с максимальной производительностью.


При этом сама система автоматики может быть очень простой и экономичной. Ее решение предложил еще один член общества отопления, кондиционирования и охлаждения воздуха в США Томас Хартман, который объединил насосы, охладители и градирни с вентиляторами. Эта установка получила название «Система Хартмана»: она позволяет управлять всем оборудованием в целом и задавать последовательность его работы при определенных нагрузках, дополнительно повышая производительность. Фактически внедрение такой системы является стратегией повышения эффективности системы охлаждения, которая на небольших установках может быть реализована вручную.

В любом случае экономия расходов, которую дает такая автоматика, ежегодно будет составлять от 6 до 28 и более долларов на 1 кВт. Уровень экономии будет зависеть от климата, способа использования стратегии и тарифов на энергию, которые существуют в том или ином регионе. Эксперты называют этот подход к обустройству системы кондиционирования стоимостно-эффективным и экологически приемлемым.

6.    Модернизация охладителя с оснащением оборудования новым приводом компрессора.

Эта методика предполагает оснащение оборудования новым приводом компрессора без проведения замены теплообменных аппаратов. С чиллерами, бывшими в употреблении, это практикуется нечасто, но целесообразность использования такой методики достаточно велика.

Во-первых, она актуальна потому, что мощность охладителя всегда выше максимальной тепловой нагрузки здания, чему способствуют принятые меры по энергосбережению. Однако благодаря снижению мощности нового привода производительность чиллера начинает соответствовать реальной тепловой нагрузке, что повышает эффективность работы оборудования. Аналогичным образом она увеличится, если оснастить чиллер новым, маломощным компрессором, не заменяя при этом теплообменники, размеры которых значительно превышают габариты компрессора. В такой ситуации создается достаточно обширная поверхность теплообмена, что позволяет уменьшить нагрузку на компрессор, а производительность нового двигателя, которая и так не слишком мала, будет еще больше увеличена.

Во-вторых, такая методика целесообразна потому, что чиллер уже использовался ранее, и если вдруг ему понадобится ремонт, затраты на него будут достаточно высоки. Однако оснащение оборудования новым приводом позволит его усовершенствовать, обезопасив детали компрессора от поломки, и такая установка будет намного дешевле монтажа новой системы охлаждения. При этом некоторые современные компрессоры продаются без функции контроля уровня масла, и это позволяет еще больше удешевить модернизацию чиллера. Кстати, параллельно с этой модернизацией будет проведен и перевод оборудования на более новую и современную систему управления.

В-третьих, такая модернизация будет выгодна тем, кому сложно попасть в машинный зал, и чтобы демонтировать ранее установленные чиллеры (например, если они находятся в подвале или на чердаке), нужно будет провести ряд очень трудоемких работ, которые могут даже предполагать частичные разрушения перекрытий здания. В этом случае модернизация поможет пройти этот этап без лишних проблем: для этого достаточно лишь не заменять кожухи теплообменников, являющиеся крупнейшим компонентом охлаждающей системы. Части же нового привода обычно имеют малые размеры, поэтому их можно будет легко пронести в любое помещение.

В-четвертых, такая методика позволяет перевести чиллер на озонобезопасные хладагенты, что будет значительно дешевле, нежели полная замена оборудования. И этот подход будет особенно актуальным, когда нужно будет учесть все вышеупомянутые особенности.

7.    Полная замена чиллера.

Если устаревшая холодильная система не поддается модернизации, и эффективность ее работы повысить нельзя, следует подумать о полной замене чиллера. Современное оборудование считается более выгодным, ведь его производительность улучшена за счет установки:

  •     высокоэффективных теплообменников,
  •     новейших двигателей,
  •     более выносливых компрессоров,
  •     совершенных автоматических систем управления.


Также новейшие холодильные машины работают на хладагентах типа R-134a, которые не разрушают озоновый слой.

При этом в продаже представлены как чиллеры с электроприводом, так и охладители без него – последние способны работать с альтернативными источниками энергии и отлично комплектуют гибридные охладительные установки. В такой чиллер может быть встроена абсорбционная установка, которая работает с газовыми горелками или на пару, а некоторые центробежные охладители оснащаются газовыми двигателями или паровыми турбинами.

Безусловно, покупка такого современного оборудования предполагает серьезные материальные затраты, поэтому прежде чем сделать выбор, нужно будет оценить ваш бюджет, проанализировав:

  •     затраты на тонну охлаждаемой жидкости,
  •     расходы на новый охладитель,
  •     капитальные затраты на покупку и установку нового чиллера,
  •     деньги, которые будут сэкономлены после его замены.


Если сравнение этих показателей продемонстрирует всю выгоду покупки, а выбранная модификация охладительной системы впишется в концепцию ее эксплуатационных функций, стоит выбрать именно эту методику. В дальнейшем владельцу такой системы нужно будет лишь соблюдать принципиальные правила ее обслуживания и регулярно заботиться о повышении эффективности работы ее элементов и их модернизации. И если все указанные выше методы будут вовремя выбираться и грамотно сочетаться друг с другом, любой охладитель будет работать максимально качественно.