СтатьиО некоторых преимуществах абсорбционных холодильных машин

О некоторых преимуществах абсорбционных холодильных машин

проф. Бурцев С.И.проф. Бурцев С.И.

ЗАО «Бюро техники кондиционирования и охлаждения»

Примерно 10 лет назад в нашей стране началось сначала единичное, затем широкое практическое применение кондиционеров для создания комфортных условий в помещениях различного назначения. В подавляющем большинстве случаев это были сплит-системы (системы с раздельным компрессорно-конденсаторным и испарительным агрегатами). Нередко можно было наблюдать, как на фасадах реконструируемых административных зданий появлялось до двух сотен наружных блоков этих систем.

По существу это не были кондиционеры, они не могли поддерживать заданный газовый состав воздуха в помещении, регулировать его влажность. Единственной их функцией являлось охлаждение воздуха за счет кипения хладона в испарительном агрегате.

Позднее для таких объектов как отели, бизнес-центры и другие подобные здания, требующие для своего функционирования обеспечения определенного микроклимата, стали применять парокомпрессионные водоохлаждающие машины (ПКХМ), приточные камеры для подачи свежего наружного воздуха и вентиляторные доводчики.

Сейчас рост потребности в холоде для систем кондиционирования воздуха (СКВ) продолжается. Величина требуемой холодопроизводительности для новых крупных объектов, таких как аквапарки, торгово-развлекательные центры площадью 30 000 – 100 000 м2, складские зоны логистических терминалов для обработки фармацевтической продукции, листового чая и табака возрастает до 5 000 - 8 000 кВт. Использование на подобных объектах парокомпрессионных машин порождает ряд технических проблем, решение которых существенно удорожает выработку «холода».

Следует отметить, что и роль систем кондиционирования для упомянутых объектов возрастает. Из систем, только обеспечивающих комфортные условия в помещениях, они становятся для них частью технологического процесса. Так, каждая минута пребывания человека в торговом центре увеличивает его доход, поэтому разрабатываются специальные технологии удержания покупателей в зале. И СКВ существует уже не как дополнительная опция, а способствует развитию доходности предприятий и становится одной из основных технологических систем.

Можно считать, что тенденция роста площади единичного строительного объекта определилась окончательно. Появление сверхкрупных объектов в Москве, а затем и в Санкт-Петербурге указывает на то, что в течение ближайших 3 - 5 лет эта тенденция распространится и на другие города России.

Таким образом, если строительство объектов площадью 30 000 – 100000 м2 становится тенденцией, то полезно выработать принципиальный подход и к системам холодоснабжения этих объектов.

Все инженерные системы любого объекта связаны друг с другом либо функционально, либо через систему управления. Рассматривая варианты решения проблемы холодоснабжения, нужно в первую очередь учитывать, как решены вопросы тепло- и электроснабжения. Проблема теплоснабжения крупных объектов решается обычно путем устройства автономной котельной. Решение же проблемы электроснабжения, а речь идет о мегаваттах электрической мощности, решается крайне сложно и дорого.

В том случае, если объект оснащается автономной газовой котельной, для систем холодоснабжения с требуемой холодопроизводительностью Q0 > 500 кВт существует безальтернативное решение – абсорбционные холодильные машины (АБХМ).

Первым и основным преимуществом абсорбционной холодильной машины является то, что она не потребляет электроэнергию на реализацию холодильного цикла. Электроэнергия расходуется только на перемещение сред – работу насосов и вентиляторов. В данном случае дело не в том, что электроэнергия дорога для потребителя, а в том, возможно ли подключение к сети, и если возможно, то стоимость «подключения к сетям» ОАО «Ленэнерго» в отдельных случаях доходит до 1000 долл. США за 1 кВт. Аналогичные проблемы могут возникнуть и в других городах, снабжаемых электроэнергией от РАО «ЕЭС России».

Рассмотрим варианты применения абсорбционных и парокомпрессионных холодильных машин на примере.

Предположим, что для работы СКВ требуется холодопроизводительность Q0 = 1000 кВт. При холодильном коэффициенте ε = 3,0 для выработки Q0 = 1000 кВт потребуется электрическая мощность Ne= Q0/ε = 1000/3 ≈ 330 кВт. Из приведенного расчета следует, что кроме затрат на собственно парокомпрессионную машину (это примерно 200 000 долл. США за 1,0 кВт «холода»), инвестор должен заплатить за присоединение к электросети сумму, равную ~ 330 000 долл. США, т.е. общие инвестиции в холодильную машину (но не в систему холодоснабжения) составят 530 000 долл. США.

Иначе складывается ситуация с использованием абсорбционных холодильных машин. Если в автономную котельную все инвестиции уже сделаны, никакие дополнительные затраты не требуются. Собственно абсорбционная холодильная машина холодопроизводительностью 1000 кВт стоит примерно 150 000 долл. США, а с учетом стоимости градирни (она составляет ~ 15% от стоимости АБХМ), затраты на абсорбционную машину составят ~ 175 000 долл. США.

Соотнося инвестиционные затраты обоих рассматриваемых вариантов, мы получаем (в тысячах долларов) 530/175 ≈ 3,0, из чего следует, что абсорбционная холодильная машина имеет существенные преимущества перед парокомпрессионной.

Рассмотрим теперь эксплуатационные характеристики обеих машин. Фактическая потребность в холоде для СКВ (для климатических условий Санкт-Петербурга) возникает с середины мая до середины сентября. Заметим, что автономная котельная в этот период либо остановлена, либо работает только на нужды горячего водоснабжения с нагрузкой, составляющей около 20% от расчетной. Продолжительность периода, когда есть потребность в «холоде», составляет примерно 120 суток. Принимая интегральную загрузку холодильной машины равной 0,5 от номинальной холодопроизводительности (исключая ночное время, выходные дни), определим затраты на работу ПКХМ, исходя из расчета стоимости электроэнергии 1,45 руб/кВт∙ч. Они составляют ≈ 689 000 руб., т.е.

ЭПКХМ = 0,69 млн.руб. за весь теплый период года.

Одноступенчатые абсорбционные холодильные машины, работающие на горячей воде с tw = 90 - 98°С, имеют тепловой коэффициент ζ = Q0 / Qг = 0,75, где Qг – количество теплоты, поступающее в машину от греющей среды. Отсюда следует, что в автономной котельной необходимо сжечь определенный объем природного газа для получения этого количества теплоты, а именно: Qг = Q0 / 0,75 = 1 000 / 0,75 = 1330 кВт.

Принимая КПД котельной равным 0,9 при теплотворной способности природного газа ~ 35 000 кДж/м3, определим общий расход газа за теплый период года:

V = 1330 × 120 × 0,5 × 3600/35000 = 197 000 м3, т.е. практически расход природного газа за весь теплый период года составляет 200 000 м3. При стоимости газа 1,85 руб. за м3 его стоимость составит 370 000 руб.

В обоих вариантах потребление электроэнергии насосами и вентиляторами (они должны быть примерно равны) мы не учитываем.

Соотнеся оценки эксплуатационных затрат на выработку холода аналогично инвестиционным затратам для обеих машин, получим: 0,69/0,37 = 1,86.

Из соотношения эксплуатационных затрат следует второй важный вывод: эксплуатация абсорбционных машин обходится почти в два раза дешевле, чем эксплуатация парокомпрессионных машин. Важность этого вывода станет более понятна, если иметь в виду, что по регламенту до капитального ремонта машины проработают 20 лет.

Выше отмечалось, что АБХМ работает на горячей воде, подаваемой от автономной котельной, которая обычно в теплый период времени года бывает отключена. Работа абсорбционной холодильной установки повышает коэффициент загрузки котельной, снижая таким образом срок ее окупаемости, что, в свою очередь, повышает эффективность вложенных инвестиций.

Еще одним важным преимуществом абсорбционных машин является низкий уровень шума при их работе. Уровень собственных шумов абсорбционных установок при Q0 ≥ 1500 кВт не превышает 65 дБа.

Кроме того, они отвечают требованиям протоколов Монреаля и Киото, т.е. не способствуют разрушению озонового слоя и глобальному потеплению, т.к. в абсорбционных машинах не используются хладоны, утечка которых и является причиной разрушению озонового слоя.

Если вместо горячей воды в АБХМ в качестве греющей среды используются продукты сгорания газа после котельной, газовой турбины, газотурбинной или газопоршневой когенерационной установки, то ее работа будет осуществляться по двухступенчатой схеме, и ее тепловой коэффициент ζ = Q0 / Qг будет равен 1,32. Тогда для нашего примера при Q0 = 1000 кВт потребуется объем газа не 200 000 м3/сезон, а только 114 000 м3.

Из материала статьи у читателя может сложиться мнение о наличии некой панацеи в области холодильной техники: дешево, просто, экологически чисто и почти бесшумно. Все это действительно так. Однако есть некоторые «но».

Абсорбционные холодильные установки имеет большую, чем парокомпрессионные, массу, и эту массу при размещении на кровле здания необходимо распределить. В контуре АБХМ предусмотрена градирня, имеющая значительные размеры и массу, работа которой сопровождается шумом, тогда в условиях жилой застройки могут быть необходимы глушители и акустические экраны. В некоторых случаях вместо градирни устраивают функционально-декоративные фонтаны. Однако стоимость фонтана превышает стоимость градирни. Для работы градирни или фонтана необходима подпиточная вода. Для нашего примера максимальный расход подпиточной воды составляет до 3,4 м3/ч. Ее тоже нужно получить и подать.

Таким образом, становится очевидно, что снижение инвестиционных затрат почти в три раза, а эксплуатационных – приблизительно в два раза дается не так легко, как может показаться на первый взгляд. Однако существует несколько интересных инженерных решений по преодолению некоторых противоречий при рассмотрении всего комплекса инженерных систем здания, а не изолированной системы холодоснабжения.

Несколько слов о применяемом оборудовании. Практикующий инженер должен следить за информационным полем, находить эффективные схемные решения и оборудование для реализуемых проектов. Так, в настоящее время заводы Китая по отдельным направлениям предлагают продукты высокого качества по умеренным ценам.

В число «ТОР – 20» лучших заводов Китая входит компания «Broad». Заводу чуть больше 10 лет, и его единственный продукт – абсорбционные машины. Будучи по оснащенности и технологичности заводом мирового класса и специализируясь только на абсорбционной технике, «Broad» не имеет на мировом рынке конкурентов по номенклатуре производимых машин, их техническим характеристикам, качеству и уровню цен.

И последнее. В абсорбционной технике, действительно привлекательной для инвесторов, присутствует и некоторый социальный компонент. Снижение инвестиций и сокращение сроков окупаемости проекта невольно содействует снижению цен на потребительском рынке, на котором инженер-разработчик уже сам выступает в роли покупателя товаров и услуг.