Спрос на технологии охлаждения и кондиционирования воздуха за последние годы значительно вырос. Особенно это касается современных сооружений с великолепными стеклянными фасадами, которые летом должны охлаждаться, чтобы обеспечить комфортную температуру внутри здания. В промышленном секторе системы охлаждения и кондиционирования воздуха наиболее часто используются в производственных зданиях, складах, а также для обеспечения процесса охлаждения.

Ввиду растущих цен, энергия, потребляемая для производства и распределения холода, становится все более важной, таким образом, в этой сфере может преуспеть компания, специализирующаяся по оптимизации систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Именно она может предложить энергосберегающую и экономичную эксплуатацию этих систем. Использование высокоэффективных насосов с регулируемой скоростью и оптимизированных гидравлических систем может привести к значительной экономии.

Тем не менее, эксплуатационные издержки должны приниматься в расчет уже на стадии планирования новых сооружений или во время подготовки к реконструкции. Некоторые клиенты не знают особенностей разных предложений, а другие полагают, что инвестиции и расходы на техническое обслуживание и ремонтные работы будут максимально низкими. В случае с насосным оборудованием, такой подход является не совсем верным. Во время эксплуатации становится ясно, что казалось бы недорогая система не является дешевой покупкой, т.к. затраты на электроэнергию составляют крупнейшую часть расходов на протяжении всего срока службы системы.

Здесь требуется планирование и консультация специалистов. Низкие энергозатраты, а также надежная работа системы являются в первую очередь результатом тщательного и досконального подбора всех узлов. И здесь важно не только использование насосов с низким энергопотреблением, но также оптимизация гидравлических систем и гидравлическое балансирование распределительных сетей охлаждения.

 

При выработке холода до 20% затрат относятся к потреблению энергии нерегулируемым циркуляционным насосом. И если не происходит включения и выключения насоса по требованиям системы охлаждения, то стоимость удваивается до 40%. Это может произойти, например, если воздух в офисах продолжает безконтрольно охлаждаться. Кроме подбора размеров насоса, согласно требованиям на этапе проектирования, внимание следует также уделить времени работы насоса. Оно не должно превышать время, требуемое для охлаждения здания. В таких случаях использование насосов с регулируемой скоростью может существенно снизить энергопотребление систем кондиционирования воздуха.

 

Низкая мощность насыщения системы с высокоэффективными насосами.

 
С высокоэффективными насосами “Wilo-Stratos” мощность насыщения системы может быть снижена от 5% до 10% производительности компрессора. Они представляют собой герметичные насосы с электронным управлением для изменением частоты вращения, но не требующие частотного преобразования, для чего оснащены специальным магнитным ротором. Они основаны на так называемых моторах с электронным управлением и позволяют вдвое повысить эффективность в сравнении с насосами с традиционным частотным приводом. Дальнейшее энергосбережение достигается через автоматическое приспосабливание к меняющимся характеристикам систем кондиционирования воздуха.

Высокоэффективные насосы "Wilo-Stratos" оптимально приспособлены к рабочему режиму систем охлаждения и кондиционирования воздуха, что заложено в их программе регулирования. Насосы подходят для большого колебания температур от -10°C и до +110°C. Они защищены от коррозии благодаря катафорезному покрытию. Более того, место размещения мотора оснащено дренажем, через который можно сливать накапливаемый конденсат. Все это ведет к эффективной защите мотора. Таким образом, срок службы насоса удлинен и в то же время снижены эксплуатационные расходы.

 

Кроме того, для насосов "Wilo-Stratos" доступен специальный клима-изоляционный кожух "Wilo-ClimaForm". Она состоит из гибкого эластомера AF/Armaflex с высоким диффузионным сопротивлением водяным парам и низкой теплопроводностью. Оболочковая система изготовлена заводским способом и заключает в себя корпус насоса, не влияя на функцию системы удаления конденсата. В отличии от традиционной изоляции, в этом случае монтаж не является трудоемкой работой и занимает несколько минут даже в сложнейших ситуациях.

 

Эффективность несмотря на высокие затраты на приобретение
В сравнении с высокоэффективными насосами и даже электроуправляемыми с частотным регулированием, нерегулируемые насосы часто являются не лучшим выбором, несмотря на низкую цену насоса. Экономия также может быть достигнута с помощью продуманного проектирования систем.

Пример показывает эту взаимосвязь и рассматривает первичную цепь охлаждающей системы, которая состоит из трех испарителей, подключенных параллельно и соединенных через гидравлический шунт. Каждый из испарителей должен быть оснащен отдельным насосом, который должен достигать производительности примерно 29 м³/ч при напоре 10 м. На выбор предложены четыре варианта: регулируемые насосы с мокрым ротором, нерегулируемые насосы с мокрым и сухим ротором, а также высокоэффективные насосы. В стандартном процессе проектирования, один регулировочный клапан и один обратный клапан изначально предусмотрен для каждого испарителя. Чтобы сравнить различные модели насосов, подсчитывается прибыльность за десятилетний период. Результат представлен затратами на приобретение и затратами на электричество потребляемое насосом (таблица 1).

На первый взгляд – как это можно увидеть в верхней части таблицы – нерегулируемые насосы с мокрым ротором "Wilo-TOP-S" являются первым выбором при идентичной конфигурации системы. Они имеют самые низкие эксплуатационные расходы, составляющие около 18,200 Евро, поскольку высокие затраты на электричество должны быть уравновешены низкой закупочной ценой на насосы. На данный момент существует «самая экономичная модель», а именно "Wilo-VeroLine-IPL" –нерегулируемый насос с сухим ротором стоимостью 800 Евро. Данный насос имеет затраты на электричество в 1,370 Евро в год, самые высокие затраты среди всех сравниваемых моделей. Кроме того, необходимо учитывать дополнительные эксплуатационные расходы на регулярную замену механических уплотнений, стоимость как фактор, возникающий при использовании любых насосов с сухим ротором.

 

Оптимизированная конфигурация системы сохраняет энергию
Причины, почему насосы с электронным управлением имеют преимущества в затратах можно увидеть в нижней части таблицы: клапаны управления и обратные клапаны в распределении холода можно заменить одним регулирующим клапаном. Так, напор насоса может быть уменьшен, но с другой стороны, насос должен был бы справляться с перепадами давления в более чем 50 kPa для преодоления обратного клапана в состоянии полной нагрузки. В результате потребляемая мощность насоса снижается, а также снижается его потребление электроэнергии. Вдобавок к этому, регулируемые насосы могут иметь установку на оптимальную производительность и могут следовать рабочему состоянию, приспосабливаясь к заданному значению.

 

Вывод: Если система оптимально запроектирована, как описано выше, высокоэффективные насосы "Wilo-Stratos" будут опережать в суммарных затратах все другие насосы: в сравнении с нерегулируемыми насосами с мокрым ротором, они потребляют на 56% меньше электричества. Экономия в расходах примерно в 7400 Евро за 10 лет приводит к общему преимуществу в затратах 2650 Евро.

 

Гидравлический баланс систем охлаждения
С гидравлически сбалансированными системами удобство и функциональная надежность увеличиваются при уменьшении затрат энергии. Более детальная информация находится в стандартах VDMA 24199 (Германской ассоциации изготовителей машин и установок).

В сравнениях описанных выше, существует два новых варианта гидравлического баланса регулируемых насосов. Они оба работают без балансировочных клапанов в байпасе. Таким образом, дальнейшие расходы могут быть снижены. С одной стороны, поперечное сечение трубы в байпасе может быть уменьшено настолько, что сопротивление трубы будет соответствовать сопротивлению балансировочного клапана. С другой стороны, задвижки с приводом, которые существуют в системе, предлагают другое решение. Их действие может быть ограничено так, чтобы они закрывались не плотно, а всегда пропускали объем потока, рассчитанный для байпаса. Этот пример показывает, что клапаны и, соответственно, инвестиционные расходы могут быть снижены вполне простыми способами.

 

Управление насосом ориентированное на потребность
В системах обслуживания зданий установка профилей работы является обычным делом. В соответствии с этим требуемая мощность охлаждения меняется, т.к. системы обслуживания зданий не работают в полную силу в течение около 95% всего времени. Современный технический уровень высокоэффективных насосов, таких как "Wilo-Stratos" позволяет им работать с различными режимами управления, которые отвечают требованиям систем охлаждения.

В гидравлически сбалансированных системах электронные насосы могут управляться через вычисление индекса контура. В этом случае, датчик сигналов устанавливается в той системе, которая хуже всего снабжена (рисунок 1). Её сигнал передается распределительному устройству насоса, которое контролирует электронную систему всех связанных насосов.

 Режим управления Δp-c (постоянный перепад давления)

В режиме управления ∆p-c (постоянный перепад давления, рисунок 2) электронная система поддерживает перепад давления, генерируемый насосом постоянным  независимо от изменения подачи насоса, с установленным значением перепада давления HS вплоть до максимальной кривой насосных характеристик. Данный режим управления применяется в цепях с различными объемами, особенно в случае пологой системной кривой. Таким образом, он подходит для первичных цепей с небольшими потерями давления или для системных компонентов, через которые проходит полный объем потока и которые также имеют низкие потери давления.

 

Режим управления Δp-v (переменный перепад давления)
Режим управления Δp-v (= переменный перепад давления, рисунок 3) подходит для систем с переменным изменением подачи с крутой системной кривой. В этом случае, электронные схемы управления, включенные в насос меняют заданное значение напора насоса, которое должно поддерживаться между Hset and ½ Hset в качестве функции объема потока Q. Так, потери на дросселирование в цепях распределения с переменным расходом сведении к минимуму, а энергозатраты на эксплуатацию насосов значительно сокращены. Данный режим управления применяется в первичных контурах с большими потерями давления или в системных компонентах, в которых потери давления отдельных потребителей имеют большое значение.

 

Функция ручного режима управления
Функция ручного режима управления используется для того, чтобы приспособить кривую насосных характеристик ко времени работы системы. В этом случае, скорость насоса задается вручную на постоянную величину между nmin и nmax.  Соответственно, регулирование перепада давление в этом электронном модуле отключается.

Заключение:
Примеры показывают, что просто подобрать оптимальный размер насоса ко времени работы системы недостаточно. Требуется всесторонний анализ, учитывающий покупку и энергозатраты, а также основные гидравлические условия, которые ведут к наилучшим результатам. Кроме того, необходимо тщательное проектирование, особенно это касается крупных систем, с большим количеством насосов. После этого гидравлическое балансирование становится заключительным элементом, который лишь поддерживает энергосберегающее функционирование систем охлаждения и кондиционирования воздуха.

 

Самые распространенные вопросы относительно высокоэффективных насосов и гидравлических систем охлаждения и кондиционирования воздуха:

 

Как можно эффективно сохранять энергию в системах охлаждения и кондиционирования воздуха?
С помощью использования насосов с регулируемой скоростью и оптимальной системы гидравлики.

 

Какие преимущества в затратах предлагает использование насосов с электронным управлением по сравнению с обычными насосами?
Они потребляют значительно меньше электроэнергии и ведут к низким эксплуатационным расходам, потому что они автоматически приспосабливают мощность насоса к изменяющимся характеристикам системы.

 

К каким изменениям в системе гидравлике приведет установка насосов с электронным управлением?
Если они устанавливаются в испарительной установке, то клапан управления и обратный клапан можно заменить регулирующим клапаном. Так, перепад давления и соответственно напор насоса уменьшаются. Это экономит еще больше электричества, т.к. потребление энергии насосом сокращается.

 

Какие режимы подходят для насосов с электронным управлением, если они используются в системах охлаждения и кондиционирования воздуха?
• режим управления ∆p-c (постоянный перепад давления),
• режим управления ∆p-v (переменный перепад давления) и
• функция ручного режима управления.

 

Должны ли насосы в системах охлаждения и кондиционирования воздуха работать круглосуточно?
Нет, потребление электроэнергии можно сократить еще больше, если настроить время работы насоса точно на время необходимое для охлаждения здания.

 

Что надо учитывать при выборе высокоэффективных насосов для охлаждения и кондиционирования воздуха?
Они должны хорошо приспособлены для условий большого колебания температуры перекачиваемой среды, от -10°C и до +110°C, как например, насос "Wilo-Stratos". Корпус насоса должен быть защищен от коррозии, а место размещения мотора должно быть оснащено дренажем конденсата. Также рекомендуется клима-изоляционный кожух, который изолирует поверхность насоса от окружающей среды.