Проектные решения по холодоснабжению

В разработанной нашей организацией проектной документации приняты принципиальные решения по холодоснабжению многофункционального комплекса.

проект ХС холодоснабжение

Холодоснабжение

Проект системы ХС

Система холодоснабжения предназначена для обеспечения работы систем вентиляции и кондиционирования здании, а также стилобатной части. Построение системы холодоснабжения выполняется в соответствии с предписаниями СТУ.

Общая производительность системы холодоснабжения составляет 14,38 МВт. Система холодоснабжения здания построена на водоохлаждаемых холодильных машинах модели PFS 350.2 C XE ST производства компании McQuay (или аналог), а также на аккумуляторах холода (26 шт.), модели TSU-480C производства компании BALTIMORE AIRCOIL COMPANY (или аналог).

Холодильные машины и аккумуляторы холода

Холодильные машины обеспечивают высокоэффективное охлаждение при низких энергетических затратах (коэффициент EER 4,66 в штатном режиме).

система холодоснабжения здания

Аккумуляторы холода применены с целью существенного снижения нагрузки на холодильные машины. Применительно к данному проекту нагрузка непосредственно на холодильные машины за счет применения аккумуляторов холода составит 9 МВт, при общей нагрузке на систему холодоснабжения 14,78 МВт. Т.е. аккумуляторы холода обеспечат дополнительно мощность в дневное время примерно 5,5 МВт. Это соответствует 44 МВт час при их работе в дневное время в течение 8-ми часов. Холодильные машины и аккумуляторы холода размещаются в холодильном центре в здании где будут размещены все аккумуляторы холода.

Холодильная станция

Холодильная станция работает круглосуточно и круглогодично.

Отдельная группа из холодильных машин в специальном режиме когда холодоноситель подготавливается с отрицательной температурой - первая группа: 6 x 643 кВт в ночное время суток вырабатывают холод для аккумуляторов холода, чтобы обеспечить объем льда необходимый для холодоснабжения систем кондиционирования в дневное время. При этом в дневное время эта же группа из 5-ти холодильных машин, но в нормальном режиме (6 x 1040 кВт) работает на потребителей параллельно с аккумуляторами холода, в которых идет процесс таяния льда в связи ассимиляцией тепла, поступающего от систем кондиционирования здания. Подача холодоносителя от аккумуляторов холода начинается при пиковых нагрузках, когда производительности холодильных машин не хватает.

Отдельная подсистема с тремя холодильными машинами (вторая группа: 3 x 1040 кВт) работает круглосуточно и круглогодично на потребителей, где такой режим необходим центр обработки данных (ЦОД), серверные, диспетчерские, посты охраны, помещения трансформаторных подстанций.

Холодоносителем в контуре холодильные машины – аккумуляторы холода и первая батарея промежуточных теплообменников является 20% раствор пропиленгликоля, это связано с необходимостью обеспечения отрицательных температур на вводах в аккумуляторы холода.

Все холодильные машины одного производителя. Каждая холодильная машина оборудована несколькими компрессорами не менее 4-х. Производитель гарантирует работу холодильной машины без ее остановки при вышедшем из строя одном компрессоре и во время его демонтажа и ремонта. Кроме того, все холодильные машины одного типоразмера и схема их присоединения к трубопроводам позволяет переводить любую холодильную машину в любую из двух групп. Аккумуляторы холода предусмотрены в количестве 22 шт. В целом данное решение обеспечивает требование резерва по оборудованию холодильной станции не менее 83 % (выход из строя одной машины соотнесенный с необходимостью работы 6-ти машин на заморозку льда) при требовании Задания на проектирование – 75%.

Допускается замена производителя холодильных машин и аккумуляторов холода с сохранением в допустимых пределах всех необходимых технических характеристик (габариты, вес, производительность, расчетные параметры работы). В качестве возможных производителей холодильных машин могут быть такие компании как «Cofely Refrigeration», Carrier или аналоги. В частности могут быть применены холодильные машины серии Quantum модели B210-P7J-72.300.3_83.240.3_5,0. Эти холодильные машины оборудованы безмасляными турбокомпрессорами. Конструкция безмасляных турбокомпрессоров предусматривает магнитные подшипники, т.е. исключено как трение скольжения, так и трение качения. Холодопроизводительность таких холодильных машин 1666 кВт в нормальном режиме и 1100 кВт в режиме заморозки льда. От компании Carrier в качестве аналога машин PFS 350.2 C XE ST McQuay, могут быть предложены, например, машины модели 30HXC 375, которых потребуется также 5 шт.

Максимальное количество единовременно работающих машин составляет 4 шт. При этом максимальный тепловой поток, отводимый от контуров конденсатора составляет 10400кВт. Таким образом, для отвода тепла от холодильных машин используются закрытые градирни испарительного типа в количестве 2-х шт. общей холодопроизводительностью 9 МВт модели VXI-430-3 производства компании BALTIMORE AIRCOIL COMPANY или аналоги. Градирни располагаются в двусветном помещении инженерного центра стилобатной части здания. Насосная станция контура холодильные машины - градирни и насосная станция первичного контура холодильные машины - потребители располагаются в помещении холодильного центра на подвально этаже здания. Холодоносителем в контуре холодильные машины - градирни является 40% раствор пропиленгликоля, это связано с необходимостью обеспечения круглогодичной работы системы холодоснабжения.

Допускается замена производителя градирен с сохранением в допустимых пределах всех необходимых технических характеристик (габариты, вес, производительность, расчетные параметры работы).

В связи со значительной высотой обслуживаемой части здания, в системе холодоснабжения применена каскадная схема. Система разбита на три основных каскада посредством установки промежуточных теплообменников типа «вода – вода». Промежуточные теплообменники установлены на технических этажах. В связи с этим запорная и регулирующая арматура, насосы и теплообменники выдерживают согласно техническим данным производителей рабочее давление до 25 бар. У каждого каскада системы холодоснабжения есть дополнительные контура, которые обеспечивают холодоснабжение потребителей расположенных в отдельных пожарных отсеках. Каждый каскад и контур системы холодоснабжения оснащается отдельной насосной группой, размещенной на соответствующих технических этажах.

Параметры холодоносителя

Контур холодильные машины – градирни: 40% водный раствор пропиленгликоля с расчетными температурами для летнего периода и дневного режима работы: +33°С/+39°С; 

Контур холодильные машины – аккумуляторы холода: 20% водный раствор пропиленгликоля с расчетными температурами для летнего периода и ночного режима работы: «минус» 8°С /«минус» 3°С; 

На выходе из холодильной станции (холодильные машины + аккумуляторы холода) – на входе в первую группу теплообменников типа вода – вода:

Вода с расчетными температурами для летнего периода и дневного режима работы +1…+3°С/+6…+8°С;

В дальнейшем, при прохождении очередного промежуточного теплообменника, температура воды увеличивается на 2°С или (в верхней части здания) на 1°С, достигая на последнем потребителе значения +9°С/+14°С.

Потребители холода

Основными потребителями, поставляемого системой холодоснабжения, холода (холодной воды) являются:

Приточно-вытяжные вентиляционные агрегаты, расположенные на технических этажах здания. В вентиляционных агрегатах происходит охлаждение и осушение приточного воздуха;


Локальные доводчики систем кондиционирования. В офисных помещениях здания в качестве доводчиков используются охлаждающие балки, обеспечивающие максимальный уровень комфорта бесшумная работа балок, оптимальная подвижность воздуха в рабочей зоне. В общественных зонах в качестве доводчиков используются фанкойлы. Для обеспечения требований по работоспособности (температура воды не ниже +16°С) в контуры, обеспечивающие охлажденной водой, балки встроены дополнительные смесительные узлы регулирования рабочей температуры воды.

Трубопроводы системы холодоснабжения диаметром Ду50мм и более выполняются из стальных электросварных труб по ГОСТ 10704-91. Трубопроводы Ду40мм и менее – трубы из сшитого полиэтилена, производства компании Rehau. Компенсация температурных деформаций обеспечивается за счет углов поворота трубопроводов.

Заправка и слив раствора пропиленгликоля через накопительные емкости осуществляется посредством отдельных насосных станций, расположенных в помещениях холодильной станции. Предварительно из автоцистерн пропиленгликоль заливается в промежуточные пластиковые емкости объемом 2000л. Емкости из зоны разгрузки посредство мобильного такелажного оборудования и лифтов доставляются в помещения холодильной станции, где подключаются к соответствующим заправочным насосам и системе водоснабжения. Пропиленгликоль в емкостях разбавляется водой до необходимой концентрации (20% или 40%). Далее полученный раствор посредством заправочных насосов поступает в соответствующую систему трубопроводов. При заправке используется несколько пластиковых емкостей. Опорожненные емкости доставляются обратно в зону разгрузки автотранспорта, где снова заполняются пропиленгликолем и процесс повторяется.

Пропиленгликоль не является токсичной жидкостью.

Холодильные машины заправлены хладагентом (фреоном) марки R 134a. Предусматривается система предохранительных штатных встроенных в холодильные машины и не штатных дополнительных предохранительных клапанов и трубопроводов из отожженной меди. Схему отведения и аварийного выброса фреона от предохранительных клапанов холодильных машин – см. лист проекта.

По трубопроводам из отожженной меди фреон собирается и отводится на улицу. Устье выхлопной трубы отвода паров фреона выводится на 2 метра выше уровня кровли стилобатной части здания. Подключение каждой холодильной машины производится в местах установки предохранительного клапана, через гибкую вставку в металлической оплетке.

Размер поперечного сечения трубопровода аварийного выброса хладагента определен из условия: поперечное сечение отводящего трубопровода должно быть не менее 50% суммы сечений отдельных отводящих трубопроводов при числе отводящих трубопроводов более четырех. Проектом предусмотрено 9 (девять) отводящих трубопроводов. Трубопровод аварийного выброса – Ду40мм.

Все помещения холодильной станции оборудуются системами общеобменной вентиляции. В системах общеобменной вентиляции холодильной станции обеспечена функция переключения их на аварийный режим работы (при утечках фреона по сигналу от соответствующих датчиков (газоанализаторов)).

Автоматизация системы холодоснабжения

Каждая холодильная машина оборудована собственной автоматикой с микропроцессором, имеет возможность дистанционного управления через центральную систему контроля и управления, кроме этого предусмотрено дистанционное снятие параметров холодильных машин через встроенный в них цифровой интерфейс через САУЗ.

Система автоматизации и диспетчеризации предусматривает работу холодоснабжения в зимнем и летнем режимах. Переход на летний/зимний режим осуществляется по команде диспетчера.

Оборудование системы холодоснабжения работает в режимах местного, дистанционного и автоматического управления. Перевод оборудования системы в местное управление осуществляется на щите управления переключателями ручной/автомат. Работа в дистанционном режиме предполагает изменение уставок оператором с ЦДС или с пульта оператора, встроенного в щит автоматики. В автоматическом режиме работы система автоматизации отрабатывает заложенные в неё алгоритмы. Штатным режимом работы является автоматический режим работы.

Для контроля концентрации хладагента (фреона) в воздухе помещений холодильных станций предусматривается установка датчиков её измерения. При утечках хладагента выдаётся сообщение в диспетчерскую САУЗ и СМИС.

Система САУЗ должна контролировать

  • параметры теплоносителя (температуру давление) в характеристических точках системы;
  • параметры окружающей среды (температуру и влажность);
  • состояние автоматических выключателей, контакторов, ключей «ручной/автоматический» для насосов;
  • положение моторизированных клапанов и задвижек по сигналу обратной связи от оборудования.

Для контроля состояния системы холодоснабжения в диспетчерскую САУЗ передаются сигналы:

  • состояние (работа и дежурный режим и отключено);
  • температура холодоносителя на входе и выходе холодильных машин.

Система САУЗ по разделу холодоснабжние включает в себя щиты с контроллерным оборудованием и датчики и не включает щиты управления электродвигателями, клапаны, задвижки и приводы к ним.

Автоматизация системы холодоснабжения

Обеспечивает

  • управление работой холодильных машин с учетом режима работы субарендаторов. Холодильные машины поставляются комплектно с автоматикой. Контроллер, поставляемый комплектно с холодильной машиной получает сигнал на запуск машины от системы автоматизации (управления);
  • поддержание постоянного перепада давления между прямой и обратной магистралями холодоснабжения для стабилизации работы потребителей холода;
  • контроль состояния холодильных машин (работа/авария, вкл./выкл.). Сигналы типа «сухой контакт» поступают от контроллера, входящего в состав холодильной машины;
  • защиту циркуляционных насосов от кавитации вследствие падения давления в системе;
  • предварительный пуск циркуляционных насосов, осуществляемый автоматически перед включением холодильной машины;
  • стабилизацию температуры охлаждающей жидкости подаваемой к холодильным машинам за счет управления производительностью насосов внешнего контура осуществляемую плавно с помощью частотного регулятора по температуре охлаждающей жидкости.
  • работу систем в режимах полной и неполной нагрузок.
  • дистанционное включение циркуляции через резервные промежуточные теплообменники в случае потери параметров холодоносителя (давление, температура);
  • автоматическое регулирование температуры холодоносителя, подаваемого к потребителям, осуществляемое управлением регулирующим клапаном на трубопроводе подачи холодоносителя в теплообменник;
  • автоматическое включение подпитки в случае падения давления в контурах системы;
  • автоматическое включение резервных циркуляционных насосов в случае аварии работающих насосов и его отключение.
  • в системе теплоснабжения второго подогрева приточного воздуха автоматическое включение циркуляции через резервные промежуточные теплообменники в случае падения температуры теплоносителя ниже установленного значения;
  • контроль температуры и давления прямого и обратного холодоносителя (воды) во всех контурах системы холодоснабжения;
  • передачу по сети аварийных сигналов.

Мероприятия по защите от шума

Для снижения передачи вибраций от оборудования на несущие конструкции здания:

  • насосы устанавливаются на виброизолирующих опорах;
  • для соединения трубопроводов с патрубками насосов применяются виброизолирующие вставки;
  • жесткая заделка трубопроводов в стены здания не допускается.

Размеры отверстий для пропуска труб через стены должны обеспечивать зазор между поверхностями теплоизоляционной конструкции трубы и строительной конструкции здания. Для заделки зазора следует применять эластичные водогазонепроницаемые материалы.

Для снижения уровня шума предусмотреть:

  • дополнительную обшивку стен с заполнением промежутка между стеной и обшивкой мягким звукопоглощающим материалом (п.9.17 СНиП 23-03-2003);
  • акустический шов по периметру помещений до грунта, заполненный нетвердеющей латексной мастикой РСП-239-72 или пол на упругом основании (п.11.7 СНиП 23-03-2003);
  • дверь с повышенной звукоизоляцией со сплошным заполнением, с порогом и плотным притвором по периметру

В качестве мероприятий по уменьшению шума от вентиляторов градирен предусматривается:

  • применение антивибрационных компенсаторов
  • штатный шумоглушитель
  • установка градирен на виброопоры.

Защита трубопроводов от коррозии

Для защиты трубопроводов холодоснабжения от коррозии трубопроводы покрываются грунтовкой в один слой и эмалью ПФ115 в два слоя. В качестве теплоизоляции принята теплоизоляция рулонного типа и трубки K-Flex - вспененный каучук. К-Flex обладает закрытой пористой структурой. Такая структура препятствует проникновению влаги вглубь теплоизоляции, что позволяет обойтись без пароизоляции.

В качестве покровного защитного слоя приняты алюминиевые скорлупы.

Организация теплосъема от градирни

Градирни располагаются в двухсветном помещении, где две наружные стены и кровля представляют собой вентиляционные решетки (см. лист. 37). Над этим помещением свободное пространство (воздух), под этим помещением фундамент и грунт. У наружных стен с решетками свободное пространство (десятки метров до ближайших строений).

При включении вентиляторов обдува, наружный воздух через решетки в наружных стенах поступает в градирню. Параллельно с этим, сверху теплообменника, в котором циркулирует пропиленгликоль, обеспечивается подача воды на орошение. Воздушный поток направленный снизу вверх, подхватывает капли воды, образуя водяной туман, из мелкораспыленной воды. В дальнейшем, газовоздушная смесь из водяного тумана проходит через теплообменник, в котором циркулирует раствор пропиленгликоля. Ввиду того, что теплообменник имеет более высокую температуру, происходит моментальное испарение влаги с поверхности теплообменника. Нагретый водяной пар удаляется через наружные жалюзийные решетки в кровле стилобатной части, унося с собой значительное кол-во тепловой энергии.

В целях уменьшения парения, сверху устанавливается сухой теплообменник РАС, в котором циркулирует пропиленгликоль.