Холодоснабжение в летнее время.
Значение температуры конденсации для систем холодоснабжения
Главный специалист по разделу «Холодоснабжение», индивидуальный предприниматель Марина МАРЧЕНКО

(Журнал "Микроклимат и Холод" июнь, 2019)

Вот и настала долгожданная летняя пора с жаркими деньками и ярким солнцем! У многих — планы об отпуске и поездках в экзотические страны, солнце, пляж, море, отдых. Особенно часто посещают эти мысли, сидя в жарком офисе, либо по дороге домой в общественном транспорте! Да даже в машине с трудом представляешь, как мы раньше жили без кондиционеров.

Искусственный холод плотно вошел в нашу повседневную жизнь. Далеко не каждый, пользуясь искусственным холодом в быту, задумывается, как это работает и что для этого надо. Летний период времени — наиболее сложный и ответственный для холодильной отрасли, так как в основном в этот период холодильное оборудование испытывает максимальную нагрузку (максимальный теплоприток от инфильтрации, теплоприток от ограждений, работа при максимальной температуре конденсации т. д.). А именно эту самую максимальную нагрузку и одновременно оптимальную температуру конденсации предстоит определить проектировщику раздела ХС. Один из основных факторов, влияющих на оптимальную работу холодильного оборудования, является температура конденсации. И она зависит не только от правильно выбранного конденсатора, его мощности, типа, стороны установки и места размещения, но и от проведения регулярного технического обслуживания (хотя бы осмотра).

Служба эксплуатации холодильного оборудования в летнее время нарасхват. Море звонков и заявок поступает к туда, начиная от заправки кондиционера до остановки холодильного агрегата по причине высокого давления конденсации на предприятии или торговом объекте.
В проектах по разделу «Холодоснабжение» есть указание на то, что обслуживание холодильного оборудования должно производиться специализированными фирмами. Но иногда заказчик экономит на регулярном обслуживании, а вызывают специалистов только по факту поломки, то есть производят, по сути, только ремонтные работы. Отсутствие регулярного сервисного обслуживания уменьшает срок службы холодильного оборудования и увеличивает потребляемую электроэнергию из-за отсутствия периодической настройки режимов работы (даже сезонная наладка по сезону года «зима – лето» дает экономию электроэнергии).

Периодический контроль состояния масла в компрессорах, количества фреона в системе, чистка теплообменников конденсаторов, осмотр электрических соединений способны сэкономить значительные суммы на электроэнергию, ну и производственную безопасность никто не отменял. Если останавливается холодильная машина там, где технологический процесс завязан на охлаждении, то сумма потерь предприятия иногда пропорциональна часам проведения ремонтных работ. И нелишним будет отметить, что подписанный договор на техническое обслуживание гарантирует заказчику выезд специалистов в самые сжатые сроки. Тех же, кто предпочитает экономить и обращаться по факту, ставят в очередь.

Но не только настройка оптимальных режимов работы способна сэкономить значительные средства заказчику. На самом деле, многое начинается с этапа проектирования — когда выбираются схема работы холодильной установки, оборудование, фреон, тип конденсатора, его место установки, расчетные температуры конденсации и наружного воздуха, тип оттайки и прочее.

Основные критерии, по которым следовало бы выбирать холодильное оборудование на этапе даже ДО начала проектирования, — это соотношение начальных затрат на систему холодоснабжения (при закупке) и эксплуатационных затрат.

Под эксплуатационными подразумевается:
— эффективность оборудования: полученная холодопроизводительность по отношению к потребляемой электрической мощности (оценивается показателем «холодильный коэффициент», ХК). ХК почти всегда больше единицы, и чем больше ХК — тем эффективнее работа оборудования и системы в целом;
— стоимость обслуживая: материальные и финансовые затраты на поддержание эффективности системы. В нее включаются заработная плата персонала, занятого в обслуживании холодильного оборудования, стоимость расходных материалов, подлежащих замене согласно техническому регламенту, установленному производителем оборудования, а также стоимость работ специализированной компании по обслуживанию холодильного оборудования (при наличии).
Говоря об эффективности оборудования, на показатель ХК влияет сразу несколько факторов: даже в случае сравнения эффективности одного и того же аппарата следует учитывать применяемый фреон, температуру конденсации системы в целом, наличие рекуперации теплоты (когда полезно используется высокая температура паров фреона на линии нагнетания — на подогрев воды для различных нужд, либо подогрев гликоля и др.).

Теперь немного подробнее о факторах, влияющих на ХК.

Температура конденсации холодильной системы
Чем ниже температура конденсации, тем выше ХК. Как известно, существует три типа конденсаторов:
— воздушный;
— водяной;
— испарительный.

Каждый из этих конденсаторов имеет свои преимущества и недостатки. Выбор того или иного типа конденсатора определяется проектом ХС.
Температура конденсации может приниматься исходя из температуры воды (в случае водяного охлаждения) — данный способ считается дорогостоящим, так как требует большого количества воды и резервуар для воды, насосное оборудование для ее циркуляции, а также химводоподготовку. Поэтому он мало распространен во фреоновом оборудовании, но его следует обозначить как возможный.

При воздушном охлаждении, как наиболее распространенном, температура конденсации системы принимается исходя из расчетной температуры наружного воздуха (температуры по сухому термометру).

В случае применения воздушного конденсатора температура конденсации принимается на 10–15 К выше температуры воздуха в самое жаркое время (из расчета нынешних условий при наружной температуре 32 оС температуру конденсации следует принимать порядка (42–45) оС). В данном случае для получения условных 10 кВт холодопроизводительности нужен мощный компрессор (так как чем выше температура конденсации, тем больше и давление конденсации, значит, требуется более мощное оборудование для сжатия паров). Это влечет за собой большую электрическую мощность компрессора и его стоимость.
Для примера можно сделать сравнение показателя ХК для одного и того же компрессора при различной температуре конденсации и посмотреть, как она влияет на эффективность. Принимаем поршневой полугерметичный компрессор компании Bitzer, данные — по программе подбора компрессоров Bitzer Software v6.10.0.
Компрессор 4NES-14Y-40P — рабочий режим: температура кипения минус 25 оС, температура конденсации 45 оС, фреон R507A, перегрев всасываемых паров 10 К, переохлаждение в конденсаторе 0 К. Холодопроизводительность компрессора (при Тконд = 45 оС) 12,03 кВт, потребляемая электрическая мощность 8,58 кВт; значит, ХК = 1,402.
В случае испарительного конденсатора температура конденсации системы принимается исходя из расчетной температуры наружного воздуха по сухому термометру. При понижении температуры конденсации до 30 оС (это возможно в случае применения испарительного конденсатора) этот же компрессор при аналогичных рабочих условиях выдает: холодопроизводительность (при Тконд = 30 оС) 17,73 кВт, потребляемую электрическую мощность 7,97 кВт; значит, ХК = 2,225.
Таким образом, при снижении температуры конденсации в одном и том же компрессоре мы имеем увеличение производительности на 47,38 % и уменьшение энергопотребления на 7,10 %. Это наглядная разница повышения эффективности компрессора, если сравнивать одно и то же оборудование при разных температурах конденсации.

Если задаться для сравнения требуемой холодопроизводительностью, то те же 12 кВт холодопроизводительности при различной температуре конденсации можем получить разными компрессорами:
— при Тконд = 45 оС компрессором 4NES-14Y-40P с ХК = 1,402 (Qо = 12,03 кВт, Ne = 8,58 кВт) стоимость компрессора 5448 евро (стоимость взята из официального прайса компании Bitzer (2014 год) — для сравнения порядка стоимости оборудования);
— при Тконд = 30 оС компрессором 4TES-9Y-40P с ХК = 2,241 (Qо = 13,09 кВт, Ne = 5,84 кВт) стоимость компрессора 4447 евро. В этом случае экономия электроэнергии составляет 31,94 %.

Из вышеописанного видно, что, понижая температуру конденсации, возможно экономить на капитальных вложениях на закупку холодильного агрегата, при закупке более дешевого оборудования, и в дальнейшем — на эксплуатационных расходах в виде затрат на электроэнергию. В пересчете на годовое потребление холодильного оборудования — это значительная разница.

Еще один фактор, влияющий на оптимальный выбор оборудования системы холодоснабжения, а значит, и на ХК, — выбор холодильного агента. Говоря о фреонах, можно обозначить, что у некоторых самых распространенных в нашей стране фреонов есть условные области наиболее эффективной работы: они зависят от рабочих температур системы. Так, при работе на низком холоде наиболее подходящие характеристики показывают фреоны R507A (R404А), на среднетемпературном режиме возможны варианты: R507A (R404А), R134А, R407C (встречается R407F). В диапазоне высокотемпературной работы оптимальными считаются R134А, R407C.

Стоит отметить, что с 2020 года применение R404А в новых объектах запрещено Монреальским протоколом, поэтому нецелесообразно его рассматривать.

Эффективность холодильной установки можно повысить и полезно используя теплоту горячих паров от линии нагнетания. Здесь важна совместная работа заказчика, проектировщика ХС и специалиста по отоплению и вентиляции. Чем больше система холодоснабжения, тем большее количество теплоты мы можем отдавать на нужды подогрева различных сред: можем греть воду для ГВС, можем греть воду или гликоль для системы отопления, делать предподогрев воды, идущей на газовые котлы (экономия газа) в случае применения пара на предприятии.

Также в последнее время широко применяется оттайка воздухоохладителей горячим гликолем — экономим электроэнергию для оттайки и сокращаем время оттайки в целом.

Из описанного выше можно сделать вывод, что повышать эффективность системы можно с помощью применения испарительных конденсаторов, утилизации тепла, различных фреонов. Следует уделить особое внимание регулярному техническому обслуживанию оборудования для производственной безопасности и экономии средств в процессе эксплуатации холодильной системы.