Как мы поступаем, если проектируем холодильную систему в регионе с низкими или очень низкими температурами? Правильно, повышаем концентрацию гликоля или вовсе уходим на фреоновую схему.
Не вдаваясь в подробности, об этом подробно написано в статье «Низкие температуры». Упомяну лишь, что фреоновая схема имеет ряд ограничений, и не всегда возможна. Поэтому приходится возвращаться к водяным системам. Повышать концентрацию гликолевых смесей до бесконечности не получится, предельная концентрация, которой еще имеет смысл работать в современных системах холодоснабжения, это 60%. Гликоли при этих температурах становятся вязкими, как масло, что в свою очередь сказывается на всей системе (арматура, трубопроводы, насосы и проч.), и приводит к увеличению инвестиционных затрат на более чем 40%. Хотите ли Вы тратить на систему холодоснабжения так много денег?
Кроме того, у смесей с высокой концентрацией гликолей не такие низкие точки замерзания, как хотелось бы. К примеру, 60% раствор этиленгликоля при -50°C, а 60% раствор пропиленгликоля – при -55°C. Что делать, если по СНИП минимальная температура зимой ниже?
Водные растворы пропиленгликоля и этиленгликоля
| Раствор | Температура замерзания | Плотность при 20°C | Раствор | Температура замерзания | Плотность при 20°C |
| Пропиленгликоль 30% | -13°C | 1,023 | Этиленгликоль 30% | -15°C | 1,038 |
| Пропиленгликоль 35% | -20°C | 1,028 | Этиленгликоль 35% | -20°C | 1,045 |
| Пропиленгликоль 40% | -25°C | 1,032 | Этиленгликоль 40% | -25°C | 1,052 |
| Пропиленгликоль 45% | -30°C | 1,035 | Этиленгликоль 45% | -30°C | 1,058 |
| Пропиленгликоль 50% | -35°C | 1,038 | Этиленгликоль 50% | -35°C | 1,064 |
| Пропиленгликоль 55% | -45°C | 1,04 | Этиленгликоль 55% | -43°C | 1,071 |
| Пропиленгликоль 60% | -55°C | 1,042 | Этиленгликоль 60% | -50°C | 1,077 |
| Пропиленгликоль 65% | -60°C | 1,043 | Этиленгликоль 65% | -60°C | 1,083 |
| Пропиленгликоль 70% | -65°C | 1,044 | Этиленгликоль 70% | -70°C | 1,088 |
Решение есть. Недорогое и очень простое в эксплуатации. Речь о так называемом «теплом доме».
Впервые я столкнулась с этим решением в 2007 году, когда наша команда проектировала систему охлаждения турбины на теплоэнергостанции на севере Канады, где температуры зимой легко могут достигать -50°C.
Заказчик не хотел работать с двумя контурами: гликолевым и водяным, и, конечно, категорически был против увеличения габаритов и стоимости самой турбины в случае одноконтурной системы. Максимальная концентрация гликоля, на которую он готов был пойти, была 30%. Точка замерзания у такой смеси, как известно, -15°C.
В системе предполагалось четыре рабочих драйкулера по 1020 кВт каждый, и один резервный. Хорошие предпосялки для решения «теплый дом». Итак, что же такое «теплый дом»?
Самое страшное для теплообменных аппаратов/моноблочных чиллеров на воде/гликолевых смесях – это боковой ветер. Именно он «выдувает» тепло из аппарата и приводит к резкому охлаждению жидкости в тот период, когда вентиляторы аппаратов просто не работают за ненадобностью. Чтобы убрать этот фактор, группы аппаратов окружают стеной из сэндвич-панелей. Толщина панелей расчитывается специалистами ООО «ПрофАйТиКул» в зависимости от минимальной температуры окружающего воздуха и требуемой концентрации гликолей.
Дополнительно панели служат системой звукоизоляции.
Почему группа аппаратов, спросите Вы?
Не всегда и не все аппараты в системе работают зимой с полной нагрузкой. Есть резервные аппараты, есть аппараты, которые по каким-либо причинам нужно отключить. Для поддержания аппарата в нормальном состоянии и избежание разрыва трубопроводов в случае замерзания жидкости в нем на период остановки/снижения объемов охлаждаемой жидкости необходимо в случае изоляции одиночного аппарата предусмотреть систему аварийного обогрева. Дорого и в этом случае экономически абсурдно.
Когда мы объединяем аппараты в группу, они «греют» друг друга, т.е. аппараты, находящиеся в работе, отдают тепло об охлаждаемой жидкости аппаратам, находящимся в резерве либо работающшим в режиме частичной нагрузки. Таким образом мы не выбрасываем отведенное тепло в атмосферу, а используем вторично. Своебразная бесплатная рекуперация.
Как аппараты получают воздух, необходимый им для охлаждения рабочей жидкости, особенно в теплое время года?
Для обеспечения необходимого для отвода тепла объема воздуха даже в самый жаркий период года группу аппаратов, окруженную сэндвич-панелями, устанавливают на платформе. Высота платформы также расчитывается нашими специалистами.
Для регулирования объема воздуха при понижении температуры в системе предусмотрены жалюзи.
На случай аварии в системе предусмотрен самослив рабочей жидкости и система дополнительного подогрева для запуска системы в холодное время года. В зависимости от условий конкретного проекта подогрев может быть как электрическим, так и горячим гликолем либо горячим газом.
Например, в той же Канаде мы использовали с этой целью горячий гликоль.
Конечно, система снабжена локальной автоматикой. Состав ее может вариироваться от задачи к задаче, но принципиально она состоит из следующих узлов:
Выбирая наше решение «теплый дом», Вы выбираете полностью готовый к эксплуатации продукт.
Решение неэффективно в случае, если в системе холодоснабжения находится небольшое количество теплообменных аппаратов. Поскольку в этом случае теряется эффект взаимного обогрева.
Не рекомендуется использовать это решение в системах с переменной нагрузкой (например, Центры Обработки Данных: в этом случае система будет слишком часто сливаться и наполняться.
Относительно обычных водо-водяных систем решение «теплый дом» позволяет снизить концентрацию гликолевых смесей вдвое, либо вообще круглогодично работать на воде. За счет этого достигается не только значительная экономия инвестиционных затрат за счет снижения стоимости аппаратов, арматуры, насосов и проч. (экономия от 40% и более), но и более энергоэффективная работа за счет снижения нагрузок на насосную группу. Как следствие, экономия ресурсов и денег на всем протяжении работы системы.
Также за счет снижения концентрации рабочей жидкости происходит значительное уменьшение габаритов всей установки.
Благодаря решению «теплый дом» отпадает необходимость в дополнительных мерах защиты аппаратов при температурах ниже -40°C. Иными словами, Вы можете работать на обычных вентиляторах, использовать аппараты из обычных материалов, что создает дополнительную экономию до 50% в стоимости самих теплообменных аппаратов.
Аппараты, находящиеся в системе «теплый дом», меньше подвергаются колебаниям температур и вызванному ими термическому напряжению металлов, чем аппараты, установленные на открытом воздухе. А значит, прослужат Вам гораздо дольше.
Дополнительным эффектами являются снижение уровня шума установки и улучшение эстетики. Тем более, что в большинстве случаев архитектора здания предусматривает некие «эстетические» экраны, из-за которых обычно приходится переразмеривать аппараты, закладывая дополнительные потери по воздуху. Что, в свою очередь, увеличивает Ваши инвестиционные затраты. Почему бы не использовать эти самые экраны в решении, которое, напротив, поможет сэкономить Ваши деньги?
Прелесть этого решения в том, что его можно применять не только в очень холодном климате, как, например, в Канаде, или в Сургуте.
Одним из моих первых проектов в России было охлаждения масла турбины на нефтеперерабатывающем заводе Роснефть в Туапсе. Вы спросите, зачем «теплый дом» в Туапсе, там ведь и морозов-то не бывает?
Это правда, морозов там не бывает, но вот масло, которое использовалось в системе, расслаивалось и безвозвратно теряло свои свойста, как только его температура опускалась ниже +15°C. Первоначально проектировщики хотели поместить в маслоохладители ТЭНы подогрева для поддержания температуры масла. Не говоря уже о конструктивных проблемах, которые возникли бы в этом случае, на поддержание температуры масла только в одном из 18 аппаратов потребовалось бы столько электроэнергии, что пришлось бы строить еще одну ТЭЦ.
Решение «теплый дом» позволило полностью отказаться от ТЭНов подогрева. По настоянию заказчика, который никогда раньше с таким решением не сталкивался, мы оставили 10% от первоначально планируемого количества ТЭНов подогрева. По факту установка была смонтирована в 2011 году, с тех пор ТЭНами подогрева ни разу не пришлось пользоваться.
Мои немецкие и аавстрийские коллеги охотно пользуются решением «теплый дом» при проектировании самых обычных холодильных систем. Просто это позволяет, например, в Мюнхене, где минимальная температура зимой по нормам (да и до недавнего времени по факту) достигает -30°C, работать на гликоле с концентрацией всего лишь 25-30%.
