Влияние микроклимата на энергоэффективность оборудования

…Применение решений от Rittal позволяет повысить энергоэффективность охлаждаемого оборудования…

Ежов А.Н., менеджер по продукции Системы контроля микроклимата ООО «РИТТАЛ»

Мы привыкли к электроэнергии, как к воздуху, и это не только мое субъективное мнение: раньше при строительстве жилья закладывали всего одну или две розетки на комнату, а сейчас нам требуется только у спального места не менее двух штук. Промышленность развивается еще быстрее: наращивается производство, увеличиваются мощности, открываются новые площадки. Опережающими темпами развивается IT-направление, где потребление электроэнергии составляет ключевую долю расхода на эксплуатацию.

Как хорошо известно, любое устройство, потребляющее или пропускающее через себя электроэнергию, выделяет тепло. Особенно ощутимо это в закрытых пространствах, таких как корпус двигателя, распределительный шкаф или даже целое производственное помещение.

При этом любое оборудование имеет требования по допустимой температуре эксплуатации, а выход за пределы этого диапазона приводит к нарушению функционирования и аварийной остановке. Кроме того, значительно сокращается срок службы самого оборудования, что чревато скорым капитальным ремонтом или его полной заменой.

Компания Rittal существует на рынке уже более 60 лет и известна по всему миру своими передовыми и надежными решениями как для промышленности, так и для IT-сферы. И это относится не только к распределительным и сетевым шкафам, но и к направлению электрораспределения, а также системам контроля микроклимата. Кстати, в этом году представлено решение для НКУ на токи до 6 300 А включительно (полностью совместимо с активным оборудованием известных производителей и сертифицировано по стандарту IEC 61439-1/2).

Предлагаю подробнее рассмотреть именно системы контроля микроклимата, но назревает невольный вопрос: как это связано с энергоэффективностью?

Вспомним, что энергоэффективность — это рациональное использование энергетических ресурсов, с помощью которого достигается уменьшение потребления энергии при том же уровне нагрузочной мощности. При этом КПД двигателя, а следовательно, и его энергетическая эффективность зависят не только от коэффициента загрузки и применяемых технологий, но и от окружающей температуры. Дело в том, что в процессе преобразования энергии
в работу в любом двигателе часть ее выделяется в виде тепла. А в случае высокой температуры окружающей среды, эта энергия не рассеивается, а нагревает двигатель и его части: происходит интенсивный рост температуры, повышается сопротивление витков изоляции и увеличивается давление на подшипники. При этом, чем больше окружающая температура — тем выше потери, а следовательно, — ниже энергоэффективность.

Подобная проблема снижения энергоэффективности касается не только двигателей, но и любых других устройств, например, частотного преобразователя, контроллера, сервера, пускателя и даже простого провода. Но есть и обратная сторона медали — сами системы контроля микроклимата: они также являются потребителями электроэнергии и их энергоэффективность имеет прямое влияние на ежемесячные счета за энергоресурсы. Особенно ощутимо это в IT-сфере, где системы контроля микроклимата потребляют до 40% от всей электроэнергии.

Компания Rittal использует в своих решениях передовые технологии, и системы контроля микроклимата — не исключение. Самые «простые» устройства этого направления — системы подогрева и осушения воздуха в распределительных шкафах. Это устройства измерения и управления (термостаты и гигростаты), а также линейка обогревателей различной мощности. При этом обогреватели мощнее 200 Вт оснащены вентилятором, который позволяет максимально равномерно и быстро прогревать воздух в шкафу, что, с одной стороны, не создает локальных точек перегрева, а с другой — позволяет минимизировать время работы обогревателя и потребляемую электроэнергию.

Системы принудительной вентиляции (воздушного охлаждения) — это устройства для организации внутренней циркуляции воздуха, фильтрующие вентиляторы настенного и потолочного исполнения для прямого охлаждения окружающим воздухом, а также воздухо-воздушные теплообменники для агрессивных сред, где попадание окружающего воздуха в шкаф недопустимо. Все вентиляторы Rittal могут похвастаться высокой энергоэффективностью — при равном расходе воздуха энергопотребление ниже, чем у конкурентов, более чем на 20%. Например, если рассматривать один конкретный вентилятор с потреблением 40 Вт, то экономия в 8 Вт кажется ерундой, но в масштабах предприятия, где их используется около 1 000 шт. — экономия 15,8 МВт в год при работе по 8 часов в день и 5 дней в неделю. А если производство круглосуточное и вентиляторы с потреблением более 150 Вт, то речь уже о 250 МВт в год. При этом наибольшую энергоэффективность демонстрируют вентиляторы с регулировкой оборотов, например, электронно-коммутируемые (EC-технология) или стандартные с внешним регулятором. Они отличаются минимальными пусковыми токами и низким энергопотреблением, так как у любого вентилятора пик энергоэффективности приходится именно на 40–70% мощности.

Системы охлаждения с фреоновым контуром гораздо сложнее, и разница в энергопотреблении еще заметнее. Например, моноблочные кондиционеры Rittal серии «Blue e+» внешне отличаются промышленным 4,3” сенсорным дисплеем с мультиязычным меню и беспроводной технологией NFC. Но главное их отличие — внутри: это электронный терморегулирующий вентиль (ЭРВ), дополнительный пассивный фреоновый контур, инверторный компрессор, EC-вентиляторы и микроканальный конденсатор.

Регулирующий вентиль обеспечивает необходимый уровень заполнения испарителя фреоном для эффективного охлаждения воздуха. Менее известный факт: электродвигатель компрессора охлаждается всасываемыми парами фреона из испарителя, поэтому его энергопотребление и срок службы также зависит от правильной работы этого вентиля. При этом классический механический терморегулирующий вентиль (ТРВ) регулируется давлением газа в термочувствительном баллоне, обладает большой инерцией, малой точностью и надежностью. А использование ЭРВ, благодаря многопозиционной электромагнитной катушке, а также электронным датчикам температуры и давления, позволяет быстрее и точнее регулировать расход фреона, а также не допускать перегрева двигателя компрессора.

Дополнительный контур охлаждения представляет из себя полностью независимый фреоновый контур, без компрессора и регулирующего вентиля. Данный контур работает по принципу тепловых трубок и эффективен при температуре окружающего воздуха ниже установленной. Это позволяет значительно экономить электроэнергию и охлаждать воздух без использования компрессора, так как именно он является основным потребителем электричества в кондиционере.

Такие компоненты, как инверторный компрессор и электронно-коммутируемые вентиляторы (EC-технология) испарителя и конденсатора, позволяют избегать пусковых токов, плавно регулировать производительность, оддерживать необходимую температуру воздуха в шкафу и давление фреона в конденсаторе. Применение микроканального конденсатора позволяет не только уменьшить необходимый объем фреона, но и использовать менее мощные компрессоры, что еще больше снижает энергопоребление при сохранении холодопроизводительности.

Чиллеры для охлаждения жидкости серии Blue e+ (до 6 кВт) также обладают всеми преимуществами технологии «е+». Отмечу, что в 2022 году планируется
полный переход линеек промышленных чиллеров в напольном и шкафном исполнении (до 50 кВт) на технологию «e+». Напоминаю, что все чиллеры Rittal комплектуются встроенным гидромодулем, а по запросу устанавливаются инверторные насосы, системы прямого охлаждения «Free cooling» и прочие опции, позволяющие сократить энергопотребление.

Компания Rittal также предлагает энергоэффективные системы контроля микроклимата для IT: моноблочные наружные или монтируемые внутрь стойки кондиционеры, EDGE-решения с высокой степенью защиты, а также рядные
водяные, фреоновые или гибридные кондиционеры. Последние имеют встроенный гидромодуль с инверторным насосом и позволяют использовать прямое охлаждение без чиллера. Все описанные модели уже в стандартной версии оснащены передовыми энергосберегающими компонентами, такими как инверторный компрессор, вентиляторы с плавной регулировкой оборотов
(EC-технология), электронный расширительный вентиль и микроканальный конденсатор, что позволяет заметно сократить расходы на электроэнергию.

Таким образом, применение решений от Rittal позволяет повысить энергоэффективность не только охлаждаемого оборудования, но и снизить энергозатраты непосредственно на сам процесс охлаждения. А применение технологии «e+» позволяет в годовом значении экономить до 75% энергии по сравнению с продукцией других производителей, что особенно важно при условии роста цен на энергоресурсы и квотирования их потребления.