Оценка эффективности систем холодоснабжения общественных зданий

Часть 2. Экономическая и экологическая эффективность

А. С. Стронгин, канд. техн. наук, главный специалист отдела инженерных систем АО «ЦНИИПромзданий»

Экономическая эффективность систем холодоснабжения

На втором этапе выбора вариантов определяется их экономическая эффективность – основной фактор выбора оптимальной конфигурации и опционального оснащения системы холодоснабжения. Принципы расчета экономической эффективности изложены в [1]. Цель расчета – оценка эффективности инвестиционных потоков. Выбирается базовый вариант с наименьшими первоначальными затратами и наибольшим годовым электропотреблением. Сравниваемые варианты требуют дополнительных первоначальных затрат, которые снижают электропотребление и трактуются как инвестиции в энергосбережение. Принята математическая модель непрерывного дисконтирования денежных потоков.

В таблице* приведены исходные данные и расчетные показатели доходности инвестиций в энергосберегающие мероприятия. Основными показателями являются чистый дисконтированный доход,  дисконтированный срок окупаемости и индекс доходности.

Экологическая эффективность систем холодоснабжения

Завершающим этапом выбора вариантов является расчет экологической эффективности. Исходными данными для расчетов является годовое энергопотребление системы, а также экологические показатели хладагента (хладона) приведенные в таблице**.

В соответствии с нормативами [2] определяется по формуле (1) (см. Формулы) показатель полного эквивалентного вклада системы холодоснабжения в парниковый эффект TEWI (total equivalent warming impact). Первые два слагаемых в формуле (1)  характеризуют прямой вклад в парниковый эффект от попадания хладона в атмосферу, а третье – косвенный вклад от выработки электроэнергии для работы холодильной станции. Доля косвенного вклада, как правило, существенно превышает долю прямого вклада, что указывает на важность применения энергоэффективного оборудования.

Формула (1) не учитывает сокращение эмиссии диоксида углерода при рекуперации сбросного тепла конденсатора холодильной машины. Предлагается учитывать показатели энергопотребления, приведенные к расходу первичного топлива. Годовое потребление энергии в формуле может быть рассчитано по формуле (2).

В дальнейшем, при соответствующем изменении законодательства (например, при введении «углеродного налога»), возможно денежное выражение показателя TEWI и его использование при расчетах экономической эффективности.

Пример. Сравнение вариантов схемных решений холодильной станции

Для торгово-развлекательного центра, требующего круглогодичной выработки холода, необходима холодильная станция мощностью 5 МВт. Рассмотрим различные схемные решения (рис. 1).

Рис. 1. Сравнение различных вариантов схемных решений холодильной станции мощностью 5 мВт торгово-развлекательного центра: а) Вариант 1, б) вариант 2, в) вариант 3

Вариант 1. Все три воздушных чиллера – инверторные, с одновинтовыми компрессорами. Два чиллера с холодильной мощностью Q_Х = 1 800 кВт каждый подключены напрямую к первичному контуру. Это позволяет сократить как стоимость основного оборудования за счет уменьшения типоразмера чиллеров и отказа от насосной станции на вторичном контуре, так и затраты на электроэнергию. Эти чиллеры работают в диапазоне от 36 до 10 ⁰С, а в зимний период консервируются гликолем.

Чиллер с холодильной мощностью 1 500 кВт в паре с сухим охладителем (драйкулером) с холодильной мощностью 1 000 кВт (фрикулинг) обеспечивают круглогодичную работу холодильной станции. Это оборудование установлено на гликолевом контуре. Фрикулинг начинается от температуры 5 °С и работает в паре с чиллером до температуры наружного воздуха –2 °С. При меньших температурах система выходит на 100 %-ный фрикулинг. Помимо основной задачи (обеспечения необходимой холодопроизводительности), чиллер (мощностью Q_Х = 1 500 кВт) работает в диапазоне температур наружного воздуха от 27 до 36 °С, обеспечивая совместно с двумя другими чиллерами (мощностьюQ_Х =  1 800 кВт) расчетную холодопроизводительность хладоцентра 5 МВт.

Вариант 2. Холодильная станция представляет комбинацию центробежного и одновинтового чиллеров с водяным охлаждением конденсатора холодильной мощностью 2 050 и 3 000 кВт соответственно, двух градирен закрытого типа и драйкулера на гликоле. Холодильная станция работоспособна при низких температурах (до –10 °С) и при частичной загрузке: градирни при этом работают в «сухом» режиме. Фрикулинг начинает работу от температуры 5 °С и при температуре наружного воздуха –6 °С выходит на 100 % расчетной мощности.

Вариант 3. Холодильная станция состоит из двух чиллеров с водяным охлаждением конденсатора с холодильной мощностью 2 050 кВт и двух градирен закрытого типа. Эти машины работают в диапазоне от 36 до 10 °С наружного воздуха, обеспечивая основную холодопроизводительность хладоцентра.

Кроме того, в состав холодильной станции входит сухой охладитель с холодильной мощностью 1 000 кВт и воздушный чиллер холодильной мощностью 1 200 кВт, которые работают в диапазоне температур наружного воздуха от 10 °С и ниже. Режим фрикулинга начинается от температуры 5 °С и работает в паре с чиллером с холодильной мощностью 1 500 кВт до температуры наружного воздуха –3 °С, при меньших температурах система выходит на 100 %-ный фрикулинг.

Помимо обеспечения необходимой холодопроизводительности чиллер холодильной мощностью 1 200 кВт работает в диапазоне температур наружного воздуха от 27 до 36 °С, обеспечивая совместно с чиллерами мощностью Q_Х = 2 050 кВт расчетную холодопроизводительность хладоцентра 5 МВт.

Расчеты выполнены для климатических условий Москвы, результаты расчетов приведены в таблице.

Таблица 1 Результаты расчета эффективности различных схемных решений холодильной станции торгово-развлекательного центра

Оптимальным оказался вариант 1, имеющий наибольший показатель энергоэффективности и наименьший дисконтированный срок окупаемости.

Выполним сравнение вариантов применения оборудования с рекуперацией тепла холодильной станции супермаркета.

Приняты данные чиллеров с воздушным охлаждением конденсатора, снабженных опцией нагрева воды для горячего водоснабжения (полная и частичная рекуперация тепла). Базовый вариант – чиллер без рекуперации тепла. Величина тепловой энергии, сэкономленной опцией рекуперации тепла, определялась исходя из данных о недельном изменении требуемой мощности системы горячего водоснабжения объекта (рис. 2). Результаты расчетов приведены в таблице***. Оптимальным оказался вариант 2 – чиллер, снабженный опцией частичной рекуперации тепла.

Рисунок 2. Недельное изменение тепловой мощности ГВС

Вывод. Для объективного выбора оптимальной системы холодоснабжения необходимы расчеты ее энергетической, экономической и экологической эффективности по предлагаемым показателям.

Литература

1. Дмитриев А. Н. Руководство по экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия. М.: АВОК-ПРЕСС, 2005.
2. ГOCT EN 378-1–2014. Системы холодильные и тепловые насосы. Требования безопасности и охраны окружающей среды. Часть 1. Основные требования, определения, классификация и критерии выбора.

P. S. Автор выражает глубокую благодарность за предоставленные материалы и сотрудничество Б. П. Харитонову, А. Б. Харитонову («Даичи»), А. Н. Гаврилову («Глобус»), М. В. Никулину, А. В. Аносовой («ЦНИИПромзданий»).