Резко континентальный климат предъявляет к системам холодоснабжения особые требования. Летом температура наружного воздуха может подниматься до +35…+40 °C, а зимой опускаться до −40 °C и ниже. В таких условиях оборудование должно сохранять работоспособность и эффективность в предельно широком диапазоне внешних температур — от отвода тепла при экстремальной жаре до защиты водяных контуров от замерзания.
Инженерная задача
К зонам резко континентального климата относятся Восточная Сибирь, Забайкалье, ряд районов Урала и юга Западной Сибири, а также сопредельные территории Казахстана и Монголии.
Для систем холодоснабжения такие условия означают необходимость учитывать не только максимальную летнюю нагрузку, но и зимние режимы, переходные периоды, защиту наружных контуров и стабильность работы автоматики.
На объектах, где имеются источники сбросного тепла — пар, горячая вода, дымовые газы — или существуют ограничения по доступной электрической мощности, обоснованным решением становится применение абсорбционной холодильной машины.
Главное отличие АБХМ от традиционного компрессионного чиллера состоит в том, что холод вырабатывается преимущественно за счёт тепловой, а не электрической энергии. Это меняет сам подход к проектированию системы холодоснабжения.
Особенности резко континентального климата
С инженерной точки зрения резко континентальный климат формируется несколькими характерными факторами: коротким и жарким летом, продолжительной морозной зимой, большими сезонными и суточными перепадами температур и короткими переходными сезонами с частой сменой режимов работы оборудования.
Каждый из этих факторов по-разному влияет на систему холодоснабжения. Летняя жара ухудшает условия отвода тепла и повышает температуру охлаждающей воды. Зимние морозы создают риск замерзания теплоносителей и требуют дополнительной защиты наружных участков системы.
Частые переходы между режимами увеличивают количество пусков, требуют более точного регулирования и повышают роль автоматики.
В условиях резко континентального климата система должна быть рассчитана не только на одну максимальную точку нагрузки, но и на устойчивую работу во всём диапазоне сезонных режимов.
Принцип работы АБХМ
Абсорбционная бромистолитиевая холодильная машина использует в качестве хладагента воду, а в качестве абсорбента — раствор бромида лития.
Основной холодильный цикл включает четыре главных аппарата: генератор, конденсатор, испаритель и абсорбер.
В генераторе за счёт подводимой тепловой энергии из раствора выпаривается вода. Далее водяной пар поступает в конденсатор, где конденсируется, после чего жидкий хладагент направляется в испаритель.
В испарителе вода кипит при пониженном давлении и отбирает тепло у охлаждаемой среды. После этого пары воды поглощаются концентрированным раствором бромида лития в абсорбере, и цикл повторяется.
Охлаждение среды при этом, как правило, обеспечивается до температур порядка +5…+15 °C в зависимости от схемы и рабочих параметров установки.
В отличие от компрессионного чиллера АБХМ не требуется мощный электрический компрессор. Движущей силой цикла выступает тепло.
Источником этого тепла могут служить горячая вода, водяной пар, дымовые и выхлопные газы, тепло ТЭЦ и когенерационных установок, а также прямое сжигание топлива.
Благодаря небольшому количеству движущихся элементов абсорбционные машины отличаются плавностью работы и низким уровнем вибраций.
Важная особенность АБХМ: суммарное тепло холодильного цикла необходимо отвести через контур охлаждающей воды. Поэтому машина работает совместно с градирней или другим устройством теплоотвода.
Применение АБХМ в резко континентальном климате
Именно широкий диапазон наружных температур определяет основные особенности эксплуатации абсорбционной холодильной машины.
Работа летом
При высокой температуре наружного воздуха ухудшаются условия работы градирни и увеличивается температура охлаждающей воды. Это напрямую влияет на холодопроизводительность АБХМ.
Поэтому оборудование теплоотвода необходимо подбирать с учётом расчётной летней температуры конкретного региона, а сама абсорбционная машина должна обеспечивать устойчивую работу при пиковых тепловых нагрузках.
Одним из преимуществ АБХМ становится сравнительно низкая зависимость её холодопроизводительности от состояния электрической сети. Это особенно важно летом, когда электроснабжение предприятия одновременно испытывает нагрузку от кондиционирования, вентиляции и другого технологического оборудования.
Работа зимой
Сама АБХМ обычно устанавливается в отапливаемом помещении. Поэтому зимой основной инженерной задачей становится не защита агрегата от мороза, а защита водяных контуров, трубопроводов, градирен и другого наружного оборудования от замерзания.
Существенный технологический нюанс связан с температурой охлаждающей воды. При её чрезмерном снижении возрастает риск кристаллизации раствора бромида лития.
Поэтому температура охлаждающей воды должна поддерживаться не ниже минимально допустимого значения, установленного производителем оборудования. Для этого применяются подмес, байпас и автоматическое регулирование работы контура теплоотвода.
Зимой также появляется возможность эффективно использовать свободное охлаждение — free cooling. При длительных остановках оборудования должны быть предусмотрены режимы консервации, слива теплоносителей или другие меры защиты наружных участков системы.
Межсезонье
Весной и осенью тепловая нагрузка может быстро изменяться в течение суток, а наружная температура — значительно колебаться.
В таких условиях особое значение приобретает плавное регулирование производительности, согласованная работа АБХМ и градирни, а также защита оборудования от избыточного количества пусков и остановок.
Где применение АБХМ наиболее эффективно
Абсорбционная холодильная машина наиболее оправдана на объектах, где имеется постоянный или достаточно стабильный источник сбросного или технологического тепла.
ТЭЦ, когенерация и тригенерация
На таких объектах доступное тепло присутствует практически круглый год и может использоваться для выработки холода вместо его сброса в окружающую среду.
Нефтегазовые и нефтехимические предприятия
Наличие пара, газа, горячей воды и технологического тепла создаёт благоприятные условия для применения абсорбционных холодильных машин.
Промышленные предприятия
На производствах с непрерывными тепловыми потоками АБХМ позволяет превращать часть избыточной тепловой энергии в полезный холод для технологических процессов.
Центры обработки данных
ЦОД отличаются постоянной тепловой нагрузкой на систему охлаждения. При наличии подходящего источника тепла АБХМ может быть интегрирована в общую схему холодоснабжения, в том числе совместно с режимами свободного охлаждения.
Крупные коммерческие и медицинские объекты
Административные здания, торговые комплексы и медицинские учреждения могут использовать АБХМ при наличии централизованного или собственного источника тепловой энергии.
Общий принцип один: чем стабильнее и дешевле доступный источник тепла, тем выше потенциальная эффективность применения абсорбционной холодильной машины.
Основные преимущества АБХМ
Использование вторичных энергоресурсов
Утилизация сбросного тепла позволяет повысить общую энергоэффективность предприятия и снизить удельные затраты на производство холода.
Снижение потребления электроэнергии
Электрическая мощность требуется в основном для работы насосов, автоматики и вспомогательных систем. Основная энергия холодильного цикла поступает в виде тепла.
Для удалённых регионов и территорий с ограниченной энергетической инфраструктурой снижение нагрузки на электросети может стать одним из ключевых преимуществ.
Высокая надёжность
Небольшое количество движущихся элементов снижает механический износ и способствует длительному сроку эксплуатации оборудования.
Экологичность
В качестве рабочих веществ используются вода и раствор бромида лития. Дополнительный экологический эффект может достигаться за счёт рационального использования ранее сбрасываемой тепловой энергии и снижения косвенного потребления электроэнергии.
Особенности проектирования
Эффективность АБХМ во многом определяется качеством проектирования всей системы холодоснабжения.
В первую очередь необходимо правильно выбрать источник тепла, оценить стабильность его параметров, расход и температурный потенциал.
Мощность АБХМ и оборудования теплоотвода подбирается с учётом расчётных летних и зимних температур конкретного региона. При этом необходимо моделировать не только максимальные нагрузки, но и частичные, переходные и минимальные режимы.
Для наружных трубопроводов учитываются теплоизоляция, температурные расширения, необходимость дренажа и возможность применения промежуточных контуров с незамерзающим теплоносителем.
Важную роль играет защита от замерзания. Для этого могут применяться сливные схемы, промежуточные гликолевые контуры, обогрев отдельных элементов и автоматическое поддержание минимально допустимой температуры охлаждающей воды.
Автоматизация должна обеспечивать плавное регулирование производительности и согласованное управление АБХМ, насосами и системой отвода тепла.
На ответственных объектах предусматривается резервирование. При необходимости абсорбционные машины могут работать совместно с компрессионными чиллерами в гибридной системе холодоснабжения.
Надёжность системы определяется не одной АБХМ, а правильным согласованием источника тепла, холодильной машины, гидравлических контуров, градирни и автоматики.
Экономическая эффективность
Экономический эффект применения АБХМ формируется прежде всего за счёт замещения дорогой электрической энергии более доступной тепловой.
Если предприятие располагает сбросным теплом, которое в противном случае не используется, его преобразование в холод позволяет снизить эксплуатационные расходы и повысить эффективность использования первичной энергии.
Дополнительный эффект связан со снижением нагрузки на систему электроснабжения. В ряде случаев это позволяет уменьшить затраты не только на потребляемую электроэнергию, но и на подключаемую электрическую мощность.
В совокупности эти факторы могут снижать стоимость жизненного цикла системы холодоснабжения.
Однако универсального срока окупаемости для АБХМ не существует. Он зависит от температуры и стоимости доступного тепла, тарифов на электроэнергию, количества часов работы в году, холодопроизводительности, стоимости оборудования и инфраструктуры.
Решение о применении АБХМ целесообразно принимать на основании технико-экономического расчёта для конкретного объекта, а не только сравнения паспортной стоимости холодильных машин.
Решения компании «Энергия холода»
Комплексные системы холодоснабжения на базе АБХМ требуют согласованной работы всех элементов: источника тепла, самой абсорбционной холодильной машины, насосных контуров и оборудования теплоотвода.
Компания «Энергия холода», производитель промышленного холодильного оборудования под брендом NCT, реализует такие хладоцентры комплексно — от разработки инженерной концепции и проектной документации до поставки, монтажа, пусконаладки и последующего сервисного обслуживания.
Абсорбционные бромистолитиевые холодильные машины компания поставляет как эксклюзивный представитель на российском рынке.
Сопутствующее оборудование для отвода тепла — градирни, драйкулеры и испарительные конденсаторы — производится под собственным брендом NCT.
Такой подход позволяет проектировать холодильный центр как единую систему и заранее учитывать работу оборудования при экстремально высоких и низких температурах наружного воздуха.
АБХМ также могут интегрироваться в схемы тригенерации, где одновременно используются электрическая и тепловая энергия и производится холод.
Заключение
Резко континентальный климат не является препятствием для применения абсорбционных холодильных машин, но предъявляет повышенные требования к проектированию всей системы холодоснабжения.
Летом необходимо обеспечить эффективный отвод тепла при высокой температуре наружного воздуха. Зимой — исключить замерзание наружных контуров и не допустить чрезмерного снижения температуры охлаждающей воды. В межсезонье особое значение приобретает плавная адаптация оборудования к изменяющейся нагрузке.
При наличии доступного источника сбросного или технологического тепла АБХМ позволяет значительно уменьшить потребность системы холодоснабжения в электрической мощности и превратить ранее неиспользуемую тепловую энергию в полезный холод.
Компания «Энергия холода» проектирует и реализует комплексные системы холодоснабжения на базе абсорбционных холодильных машин с учётом климатических условий конкретного региона.
Специалисты компании помогут подобрать АБХМ, рассчитать систему теплоотвода и разработать схему работы оборудования для летнего, зимнего и переходных режимов эксплуатации.
Заместитель генерального директора по продукту
Усачев А.