30 августа 2013 г.

Геотермальное охлаждение для IT серверов.

Геотермия в центрах обработки данных (ЦОД) – охлаждение из земли.





   За последние годы система геотермического охлаждения всё активнее используется в частных секторах. Владельцы домов всё чаще используют энергию земли для обогрева жилых помещений зимой и их охлаждения летом. Однако применение такого метода в центрах обработки данных (ЦОД) является, скорее, редкостью. Хотя в этом подходе кроется большой потенциал: согласно недавним выводам аналитиков исследовательской IT-компании Gartner, около 35-50 % энергозатрат ЦОД приходится на кондиционирование. А с применением геотермии часть таких затрат заметно снижается. В отличие от применяемых сегодня традиционных кондиционеров, геотермический подход вообще не использует машинное охлаждение. Наоборот, охлаждение производится с помощью холодной воды, которая по закрытой системе труб подаётся на глубину порядка 100 метров. На такой глубине почва сохраняет постоянную температуру: в зависимости от состава грунта, эта температура составляет от 8 до 10 °С.  В течение года эта температура практически не меняется.

   Циркуляция воды  по трубам обеспечивается двумя насосами, которые могут взаимозаменять друг друга в работе (резервирование). Работает то один, то другой насос. Система бесперебойного питания насосов делает такую систему ещё более надёжной и исключает её выход из строя. В обычных системах кондиционирования такой надёжности добиться трудно, а то и невозможно: часто случается перегрев конденсатора из-за высокого тока. 

  В ЦОД холодная вода подаются в специальный охлаждающий прибор. Он находится в непосредственной близости к источнику тепла. Таким образом будет обеспечиваться прямое охлаждение стеллажа с сервером или его охлаждение с помощью кондиционера. При этом серверный шкаф ни в коем случае не соприкасается з компонентами, обеспечивающими подачу воды. То есть даже в случае протечки никакой угрозы важному оборудованию не будет. Теплообменник типа «воздух-вода» забирает тепло IT-компонентов. Направление его работы совпадает с направлением воздушных потоков в приборах — оно горизонтальное. При этом холодная вода нагревается до 20-35°. И насосы, обеспечивающие циркуляцию воды, по закрытым трубам перегоняют воду в грунт, где вода отдаёт своё тепло.

При этом температура воды в трубах может значительно подниматься. Это тоже является преимуществом системы, поскольку таким образом не достигается температура, при которой начинает появляться конденсат. Другими словами, охлаждение теплообменника происходит без образования конденсата! В зависимости от того, какой именно проект выберет клиент, возможна дополнительная установка наружного устройства FreeCooler (сухая градирня), в котором можно выбрать широкий диапазон настроек. В самые холодные месяцы года это устройство с помощью технологии непрямого свободного охлаждения обеспечит образование и подачу холодной воды. То есть геотермическое оборудование, описанное выше, может немного «передохнуть». При этом почве не будут постоянно передаваться высокие температуры, и она в это время тоже может «отдохнуть».


25 августа 2013 г.

Наше мнение по переводу жилых зданий на отопление и горячее водоснабжение за счёт электрической энергии.

     Учитывая значительный рост цен на импортируемый газ, а также то, что Украина является крупнейшим производителем электроэнергии в Европе, просим сообщить Ваше мнение по переводу жилых зданий на отопление и горячее водоснабжение за счёт электрической энергии.


            О возможности заменить импортный газ отечественной электроэнергией теперь говорят и пишут часто. Наш ответ таков:

            Увеличение стоимости природного газа не меняет физической сущности процесса производства электрической энергии, коэффициент полезного действия которого не превышает 0,4 в отличие от кпд котлов, величина которого близка к 0,9. Поэтому использование электрической энергии с непосредственной её трансформацией в энергию тепловую было, есть и всегда останется невыгодным.
            Что касается возможностей украинской электроэнергетики, то действительно, её избыточные мощности сегодня оцениваются на уровне около 10 МВт. Это нормальный резерв мощности, совершенно необходимый с учётом намечающегося роста экономики Украины. Однако, резерв этот не сопоставим с теми потребностями коммунальной энергетики , которые возникли бы, если бы было принято решение о переводе всех жилых зданий на отопление и горячее водоснабжение от электрической энергии. В этом случае пришлось бы дополнительно построить электрические станции общей мощностью около 120 МВт. Построить 120 чернобыльских блоков, которые к тому же нужно останавливать на лето- задача нереальная и бессмысленная.
            Вместе с тем, электрическая энергия в зданиях могла бы более широко применяться в следующих случаях:
            - При использовании тепловых насосов, потому что их электрическая мощность в 3-5 раз меньше тепловой мощности;
            - При использовании электроэнергии в ночное время, потому что энергосистемы  терпят убытки в часы ночных провалов потребления электроэнергии, которая от 23 до 6 часов отпускается по льготному тарифу;
            - В полотенцесушителях, устанавливаемых в ванных комнатах, потому что электрические  приборы включаются жителями по мере надобности, в то время как полотенцесушители, присоединённые к системе горячего водоснабжения, отдают тепло круглый год в любое время суток.

            - Для приготовления пищи в электрических плитах вместо газовых, потому что тепло от электрической конфорки передаётся, в основном, кастрюле, а от газовой горелки, в значительной части, воздуху помещения. Кроме того, объёмы утечек газа через повреждённые коррозией открыто проложенные  по стенам зданий газопроводы, возможно, уже сопоставимы с объёмами его использования в газовых плитах.

23 августа 2013 г.

Тепловой насос в многоэтажном жилом доме выгоден уже сегодня.

Тепловой насос в многоэтажном жилом доме.
Это на перспективу или уже сегодня?
            Опыт применения теплового насоса в 6-этажном общежитии, где источниками тепла для горячего водоснабжения служат канализационные стоки здания и грунт, расположенный под ним, не остался незамеченным заказчиками строительства, озабоченными качественным уровнем строящегося жилища. И обратили они свое внимание на наш проект, прямо скажем, не из-за энергетической эффективности использования низкопотенциальных источников тепла и не из желания быть пионерами в этой сфере, а из-за обстоятельств куда менее привлекательных. Не секрет, что во многих регионах отопительные котельные перестали в летний период подавать теплоноситель в тепловую сеть, и жители домов, присоединённых к ней, не имеют возможности пользоваться горячей водой.
            Тепловой насос открывает новые возможности. Горячая вода в доме с тепловым насосом будет всегда, и обитателям этого дома в этом смысле позавидуют даже жители многих элитных столичных зданий, часто сетующие на перебои в подаче горячей воды во время летних испытаний тепловых сетей.
            Весь вопрос в стоимости.

            По заказу одного из инвесторов, строящих 120-квартирный жилой дом в Запорожье, было выполнено технико-экономическое обоснование строительства теплонасосной установки горячего водоснабжения в этом здании. Наряду с тепловым насосом, который должен будет использовать теплоту канализационных стоков и грунта, в рамках ТЭО была выполнена оценка использования солнечных коллекторов для горячего водоснабжения в летний период.



Охлаждённый в испарителях тепловых насосов 1 водный раствор этиленгликоля насосами 10 подаётся в ёмкость 8, через которую насосом 12 прокачивается через сточно-гликолиевый теплообменник 3 и грунтовые теплообменники 2, где охлаждённый раствор подогревается, отнимая тепло от стоков и грунта. В конденсаторе теплового насоса подогревается вода, которая подаётся насосами 9. Ночью подогретая до 500С вода накапливается в напорных баках-аккумуляторах 7. Летом днём один из насосов 9 переключается на солнечный коллектор 4, где вода при наличии прямого солнечного излучения подогревается до температуры 500С без использования теплового насоса.
            Анализ капитальных затрат на сооружение системы теплоснабжения в том виде, как она показана на рисунке, показал, прежде всего, нецелесообразность устройства солнечных коллекторов. На них пришлось бы потратить 60% всех денежных средств, в то время как их максимально возможный вклад в годовое производство тепла не превышал бы 20%. Поэтому из дальнейшего анализа солнечные коллекторы исключены, и вся тепловая нагрузка системы будет обеспечиваться только работой тепловых насосов.
            Оказалось, что для создания всех устройств, необходимых для производства тепла, расходуемого системой горячего водоснабжения 120-квартирного жилого дома, потребуется 310 тыс.грн., из которых 130 тыс.грн. составляет стоимость тепловых насосов, 35-40 тыс.грн. придётся потратить на грунтовые и сточно-гликолиевые теплообменники, и ещё примерно столько же- на аккумуляторы тепла. Остальные затраты пойдут на закупку вспомогательного оборудования и трубопроводов, а также на монтажные работы.
            Стоит обратить внимание на то, что все эти затраты приведут к увеличению стоимости одной квартиры, в среднем, на 2550 грн., а удорожание одного квадратного метра общей площади жилого дома составит только 38 грн.
            Не так уж велика плата за автономное горячее водоснабжение!
            Эксплуатационные расходы напрямую зависят от тарифов на тепловую и электрическую энергию. Оценивать эти расходы, основываясь на действующих у нас сегодня тарифах, таких неустойчивых и повсеместно непризнанных, было бы неправильно. В Запорожье, как нам сообщили, электроэнергию продают уже по вполне европейской цене (39,108 коп/кВт-ч), а тепло- по всё ещё очень невысокой (149,25 грн./Гкал) стоимости, рассчитанной, исходя из цены природного газа 95 долларов за 1000 м³. Но даже при этих явно перекошенных тарифах затраты жителей 120- квартирного дома, оборудованного тепловыми насосами, на покупку энергоносителей будут на 10 тыс. грн. в год меньше, чем в случае приготовления горячей воды в бойлерной централизованного теплоснабжения.
            На самом деле, цена природного газа на мировом рынке составляет около 300 долларов за 1000 м³, и нужно рассчитывать на то, что украинские потребители природного газа уже через несколько лет будут вынуждены платить за газ по мировой цене. В этом случае экономия эксплуатационных расходов, включающих в себя не только затраты на покупку энергоносителей, но и амортизационные отчисления от капитальных затрат (они весьма значительны для варианта с тепловыми насосами) составит для 120-квартирного жилого дома 78 тыс.грн. в год. При этом срок окупаемости капитальных затрат на сооружение теплонасосной  системы составит 3,5 года.
            Технико-экономический расчёт не оставил сомнений в том, что на вопрос, вынесенный в заголовок этой статьи, имеется однозначный ответ.
            Тепловой насос в многоэтажном жилом доме выгоден уже сегодня.

#теплонасос #отопление #охлаждение #кондиционер #энергосбережение