Реклама: Р-Климат | ИНН 7706739893 | ERID: 2VtzqvyKdmr

Summary:

Экономика систем кондиционирования воздуха с аккумулятором холода

Economics of Air Conditioning Systems with Cold Accumulators

Yu. M. Seliverstov, General Director of LLC “TechnoEngPromStroy”,
V. V. Efremov, Leading Engineer at LLC “TechnoEngPromStroy”

Keywords:cold accumulator, air conditioning sysytem, Investment costs, operating costs

The advantages of application of cold accumulators in air conditioning systems are well known. However the real experience with design and construction of such systems in Russia today includes only individual projects. It is believed that use of cold accumulators is justified starting with 1 MW cold production capacity. In this article we will show that it is not quite so.

Описание:

О преимуществах применения аккумуляторов холода в системах кондиционирования воздуха хорошо известно. Однако реальный опыт проектирования и строительства таких систем в России на сегодняшний день исчисляется единичными объектами. Считается, что применение аккумуляторов холода оправданно начиная с величин холодопроизводительностей в 1 МВт. В настоящей статье мы покажем, что это не совсем так.

Ключевые слова: система кондиционирования воздуха, эксплуатационные затраты, аккумулятор холода, инвестиционные затраты

Экономика систем кондиционирования воздуха с аккумулятором холода

Ю. М. Селиверстов, генеральный директор ООО «ТехноИнжПромСтрой», otvet@abok.ru

В. В. Ефремов, ведущий инженер ООО «ТехноИнжПромСтрой»

О преимуществах использования аккумуляторов холода в системах кондиционирования воздуха хорошо известно – это техническое решение применяется за рубежом с середины прошлого века. Однако реальный опыт проектирования и строительства таких систем в России на сегодняшний день исчисляется единичными объектами. Количество действующих в Москве объектов с аккумуляторами холода можно пересчитать по пальцам одной руки. При этом количество объектов с крупными холодильными станциями на основе чиллеров исчисляется сотнями. Считается, что применение аккумуляторов холода оправданно начиная с величин холодопроизводительностей в 1 МВт. В настоящей статье мы покажем, что это не совсем так.

Рассмотрим пример холодильной станции офисного здания площадью 1500 м². Пиковые дневные тепловыделения на данном объекте составили 78 кВт при суточном потреблении холода 740 кВт·ч. Для сравнения взята традиционная система «чиллер – фэнкойл», рассчитанная на пик тепловыделений, и системы с тремя различными по емкости аккумуляторами холода. Теплоемкости аккумуляторов холода взяты равными 90, 270 и 450 кВт·ч.

При расчетах принято, что аккумуляторы холода заряжаются в период с 23.00 до 7.00. Это позволяет наиболее полно использовать преимущество низкого ночного тарифа на электроэнергию. На рис. 1, 2 и 3 представлены суточные графики распределения холодильной нагрузки при использовании аккумуляторов различной емкости.

Рисунок 1.

Диаграмма суточного распределения холодильной нагрузки при использовании аккумулятора холода емкостью 90 кВт·ч

Рисунок 2.

Диаграмма суточного распределения холодильной нагрузки при использовании аккумулятора холода емкостью 270 кВт·ч

Рисунок 3.

Диаграмма суточного распределения холодильной нагрузки при использовании аккумулятора холода емкостью 450 кВт·ч

Рассмотрим экономические аспекты применения аккумулятора емкостью 270 кВт·ч. В табл. 1 приведено сравнение двух систем: традиционной системы с чиллером и фэнкойлами, где чиллер рассчитан на покрытие пиковой нагрузки в 74 кВт, и системы с чиллером и фэнкойлами совместно с аккумулятором холода. Применение аккумулятора холода емкостью 3 м³ позволило снизить мощность холодильной машины с 74 до 49 кВт. Инвестиционные затраты при этом снизились на 27,2%. В расчете помимо стоимости оборудования учитывалась также стоимость подключения электрических мощностей. В качестве затрат на подключение электрической мощности взята цифра в 60 тыс. руб./кВА.

Таблица 1
Сравнение инвестиций в аккумулятор емкостью 270 кВт·ч

	Традиционная система «чиллер – фэнкойлы»	Система с аккумулятором холода
Оборудование	Холодильная машина 74 кВт Стоимость: 0,89 млн руб.	Холодильная машина 49 кВт, аккумулятор холода 270 кВт·ч (3 м³), дополнительная арматура Стоимость: 0,79 млн руб.
Подключение электри- ческих мощностей	28 кВт Стоимость: 1,68 млн руб.	18 кВт Стоимость: 1,08 млн руб.
Итого	2,57 млн руб.	1,87 млн руб.

Помимо начальных капитальных затрат, необходимо также рассмотреть изменение эксплуатационных затрат. При применении аккумулятора холода примерно 40% потребляемой электроэнергии приходится на время, когда действует ночной тариф, размер которого в 4 раза ниже пикового. За счет этого суточная экономия на оплате электроэнергии получается равной 20,7% (табл. 2).

Таблица 2
Сравнение эксплуатационных затрат для аккумулятора емкостью 270 кВт·ч

Суточная зона	Тариф, коп.	Традиционная система «чиллер – фэнкойлы»		Система с аккуму- лятором холода
Суточная зона	Тариф, коп.	Потребление, кВт·ч/сут.	Плата, руб.	Потребление, кВт·ч/сут.	Плата, руб.
Ночь (с 23.00 до 7.00)	95	–	–	118,3	112,3
Пик (с 7.00 до 10.00 и с 17.00 до 21.00)	380	75,6	287,3	53,9	204,8
Полупик (с 10.00 до 17.00 и с 21.00 до 23.00)	320	194,0	620,8	125,8	402,5
Итого			908,1		719,6

В табл. 3 приведены сводные экономические показатели для трех аккумуляторов холода различной емкости. Применение аккумулятора энергоемкостью 90 кВт·ч позволяет получить снижение начальных инвестиций и эксплуатационных расходов соответственно на 7 и 11%. Величины могут показаться небольшими, однако установка такого аккумулятора практически не влияет на требуемые под насосную станцию площади, поскольку аккумулятор холода имеет емкость 1 м³ и сравним по габаритам с остальным оборудованием. Аккумулятор емкостью 270 кВт·ч позволяет достигнуть более значительных показателей снижения эксплуатационных (20,7%) и инвестиционных (27,2%) затрат. Аккумулятор большей емкости, как видно, еще более снижает затраты на оплату электроэнергии, но увеличивает начальные затраты. Это обусловлено тем, что для зарядки аккумулятора большой емкости за 8 ч действия ночного тарифа требуется мощная холодильная машина, которая работает при частичной загрузке в дневное время.

Таблица 3 (подробнее)

Сравнение экономических показателей применения аккумуляторов холода

В табл. 3 также представлен расчет стоимости жизненного цикла холодильной станции при условии годовой выработки холода 90 тыс. кВт·ч в четырех вариантах: системы без аккумулятора холода и систем с аккумуляторами энергоемкостью 90, 270 и 450 кВт·ч. На рис. 4 построена аппроксимированная кривая стоимости жизненного цикла в зависимости от коэффициента замещения аккумулятором суточного потребления холода. Видно, что для офиса с временем работы днем в течение 10 ч и зарядкой аккумулятора в течение 8 ч ночью (время действия низкого ночного тарифа) оптимальным с точки зрения затрат является аккумулятор энергоемкостью около 30–40% от суточного холодопотребления. Такая оптимизация проста и может быть проведена для каждого конкретного случая, в зависимости от режима работы объекта и особенностей суточной кривой тепловыделений.

Рисунок 4.

Стоимость жизненного цикла при различных коэффициентах замещения аккумулятором холода суточного потребления холода

На сегодняшний день на российском рынке отсутствуют отечественные производители аккумуляторов холода для систем кондиционирования – данный класс оборудования представлен исключительно зарубежными производителями. Авторами статьи в рамках федеральной программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007–2012 годы» разработана и испытана собственная оригинальная конструкция аккумулятора холода. Принцип аккумулирования холода основан на фазовом переходе воды в твердое состояние. Это позволяет достигать высокой плотности аккумулирования холода, достигающей 70 кВт·ч/м³. Отбор тепла от воды осуществляется высокоэффективным теплообменником, погруженным в объем воды. Теплообменник выполнен в виде плоских секций, каждая из которых представляет собой змеевик из тонкостенной гофрированной трубки, уложенной с определенным интервалом. Толщина стенки трубок 0,3 мм, материал – нержавеющая сталь. Гофрированная поверхность стенки трубок позволяет увеличить интенсивность теплообмена на 15% по сравнению с плоской стенкой. Теплообменник выполнен по бифилярной схеме, при которой направление движения теплоносителя в соседних плоских секциях противоположно. За счет этого замораживание воды в аккумуляторе холода происходит равномерно во всех сечениях. К сборным коллекторам секции теплообменника подсоединяются через резьбовые фитинги, что увеличивает гибкость конструкции и ремонтопригодность теплообменника. На сегодняшний день разрабатывается типоразмерный ряд аккумуляторов холода различной емкости и идет подготовка к их серийному производству. Данная разработка конкурентоспособна по цене по сравнению с зарубежными аналогами и не уступает им по техническим характеристикам. Экономический анализ, приведенный в этой статье, выполнен на основе этой разработки.

Литература

Наумов А.Л., Селиверстов Ю.М., Ефремов В.В., Протасов Г.В. Системы кондиционирования воздуха с аккумулятором холода // АВОК. – 2012. – № 3.