Повышение энергоэффективности за счет сертификации

Авторы : Дипломированный инженер Ханнс Кристоф Раузер - HCR CONSULTING - Германия
Стефано Филиппини - председатель Комитета по соответствию для теплообменников

Директива EcoDesign установила высокие стандарты эффективности, и мы все законодательно и морально обязаны обеспечить соответствие систем охлаждения назначению и их максимальную энергоэффективность. Несмотря на то, что директива EcoDesign заставила технологию чиллеров значительно улучшиться за прошедшие годы, экономия энергии может быть еще больше увеличена за счет добавления сухих охладителей. Однако недавнее падение продаж сухих охладителей свидетельствует о том, что многие новые чиллеры упускают важные возможности экономии энергии и финансов.  

Системы чиллеров должны соответствовать минимальным стандартам энергоэффективности (MEPS), а в зависимости от типа чиллера и области применения к ним предъявляются отдельные требования. Обеспечение соответствия систем требованиям MEPS приводит к снижению эксплуатационных расходов, уменьшению воздействия на окружающую среду и возможной защите от дальнейшего развития законодательства. 

Чтобы обеспечить возможность проектирования энергоэффективных систем, производители должны предоставлять данные EcoDesign в соответствии с законодательством. Однако не все данные одинаковы, и для специалиста навигация между сертифицированными и несертифицированными продуктами может стать "минным полем". Например, в период с 2004 по 2008 гг. компания Eurovent Certita Certification (ECC) по просьбе производителей теплообменников, сертифицированных ECC, провела независимые испытания характеристик девяти теплообменников. Они были произведены семью европейскими компаниями, не участвующими в программе сертификации Eurovent. Сравнение проверенных характеристик со значениями, опубликованными в литературе производителей, показало, что снижение мощности достигает 37%. По-настоящему энергоэффективные системы могут быть спроектированы только при наличии правильной информации.

Как сухие охладители повышают эффективность?

Сухие охладители - это, по сути, теплообменные устройства, использующие принудительную конвекцию воздуха для отвода избыточного тепла. Эта технология, известная также как воздухоохладители, может использоваться для охлаждения воды в водяных конденсаторах установок по производству охлажденной воды или для систем естественного охлаждения. Сухие охладители позволяют снизить нагрузку на систему охлаждения за счет отвода технологического тепла и уменьшения работы компрессора.

Основными компонентами сухих охладителей являются воздушно-жидкостный теплообменник и вентиляторный доводчик. Сухие охладители представляют собой систему с замкнутым контуром, в которой для всасывания окружающего воздуха используются вентиляторы. Воздух проходит через теплообменник, который может быть как традиционным ребристо-трубчатым, так и микроканальным. Воздух, проходящий над теплообменником, отводит тепло от находящейся в нем жидкости, которая обычно представляет собой воду или водно-гликолевую смесь. После охлаждения жидкость готова к поглощению тепла от сопутствующего процесса. После этого жидкость возвращается в теплообменник, чтобы снова начать цикл.

Сухие охладители подходят для высокой холодопроизводительности в регионах, где температура окружающего воздуха ниже температуры воды / водно-гликолевой смеси в системе. Даже если температура воздуха холоднее только часть года, экономия будет обеспечена. При использовании сертифицированного чиллера с отдельно установленным конденсатором или рекулером для достижения максимальной энергоэффективности рекомендуется использовать сертифицированный продукт.

Типы конструкций чиллеров

Чиллеры с водяным охлаждением строятся с пластинчато-трубными пучковыми теплообменниками в качестве конденсаторов. В этих системах тепло отводится в окружающий воздух с помощью рекулера во вторичном цикле. Если тепло отводится непосредственно в окружающий воздух через конденсатор, то система называется чиллером с воздушным охлаждением. Они классифицируются либо как компактные чиллеры для наружной установки со встроенным конденсатором воздушного охлаждения, либо как чиллерные сплит-системы с конденсатором воздушного охлаждения для наружной установки. Сегодня в большинстве случаев используются компактные чиллеры с воздушным охлаждением. 

Рынок чиллеров

Большинство чиллеров сертифицировано Eurovent Certita Certification. В настоящее время в программе сертификации участвуют 33 производителя чиллеров. Динамика продаж чиллеров в ЕС в 2014-2021 годах представлена на рисунке 1, а динамика соотношения продаж чиллеров и сухих охладителей - на рисунке 2.

Рисунок 1 - Динамика продаж чиллеров, 2014-2021 годы, по данным Eurovent Market intelligence.
 

Рисунок 2 - Динамика продаж чиллеров и сухих охладителей в ЕС28, 2019-2021 годы, по данным Eurovent Market intelligence.

Доли продаж чиллеров в ЕС в 2021 году в зависимости от типа и размера конструкции представлены на рисунках 3, 4 и 5.
 

Расчетная модель

Для измерения влияния сухого охладителя на энергоэффективность всей системы чиллеров с водяным охлаждением были созданы две тестовые системы. В одной из них использовался сертифицированный сухой охладитель, в другой - несертифицированный сухой охладитель.

Система охлаждения состояла из сертифицированного Eurovent водоохлаждаемого чиллера класса энергоэффективности B, используемого для кондиционирования воздуха (только охлаждение). Холодопроизводительность 1000 кВт при полной нагрузке и температуре окружающей среды 35°C обеспечивалась двумя винтовыми компрессорами, использующими хладагент R134a. Испаритель охлаждал воду с 12°C до 7°C. 

В упрощенной модели предполагалось, что разница температур между температурой конденсации и температурой окружающей среды составляет фиксированные 12К. Конденсатор нагревал вторичную жидкость, которая охлаждалась сухим охладителем. В сухом охладителе вторичная жидкость охлаждалась на 5К до температуры, которая была на 5К выше температуры окружающей среды. Мощность насоса вторичной жидкости не учитывалась. В исследовании зазор по производительности составлял 25%. 

При полной нагрузке несертифицированный сухой охладитель привел к повышению температуры конденсации чиллера на 2,5К. При 75%, 50% и 25% частичной нагрузки скорость вентилятора кондиционера несертифицированного сухого охладителя увеличивалась для достижения той же температуры конденсации, что и при использовании сертифицированного сухого охладителя. Для сравнения обеих систем использовался показатель ESEER (European Seasonal Energy Efficiency Ratio) для всей системы. 

Результаты

Потребляемая мощность вентилятора сухого охладителя находилась в диапазоне от 10% до 20% от общей потребляемой мощности системы при различных режимах нагрузки (рис. 6).

На рис. 7 показан коэффициент энергоэффективности (EER) всей системы с двумя различными сухими охладителями. Значение ESEER для системы с сухим охладителем с разрывом производительности на 4,6% ниже, что объясняется более высоким энергопотреблением чиллера при полной нагрузке и более высоким энергопотреблением вентиляторов сухого охладителя при частичной нагрузке.

Для сравнения: в городе Милан годовая экономия энергии при использовании системы охлаждения с сухим охладителем, рассчитанной на проектную мощность, составляет около 20 000 кВт-ч при расчетных 3542 часах работы.

Для чиллеров с более длительным временем работы или чиллеров, предназначенных для охлаждения технологических процессов, срок окупаемости будет еще короче.

Рисунок 7: EER системы чиллер плюс сухой охладитель при различной нагрузке, по данным Eurovent Market intelligence.

Почему важна сертификация

Полученные результаты показывают, насколько важно использовать сертифицированные компоненты и системы. Корректные данные о производительности теплообменников абсолютно необходимы, поскольку от них зависит энергоэффективность всей системы. В исследовании чиллер с водяным охлаждением, охлаждаемый несертифицированным сухим охладителем с разрывом в производительности 25%, приводил к увеличению энергозатрат на 4,6%. 

Поэтому для достижения максимальной энергоэффективности при использовании сертифицированного чиллера с отдельно установленным конденсатором воздушного охлаждения или сухим охладителем следует применять сертифицированный продукт. Это позволит сэкономить деньги и энергию в долгосрочной перспективе, и вы можете быть уверены, что сертифицированная продукция будет работать так, как задумано.

Просмотреть и сравнить сертифицированную продукцию, такую как чиллеры и сухие охладители, поможет наш удобный каталог сертифицированной продукции. Поиск продукции осуществляется по семейству, типу, марке, названию модели и номеру сертификата. 

Найдите сертифицированную продукцию прямо сейчас