Холодоснабжение, кондиционирование воздуха
Coolling and air conditioning
  Энергосберегающее климатическое оборудование для объектов связи
Telecom free cooling air conditioning
 
Статьи

Методы тестирования и показатели энергоэффективности оборудования с функцией естественного охлаждения для климат-контроля объектов связи

 

Методы тестирования и показатели энергоэффективности оборудования с функцией естественного охлаждения для климат-контроля объектов связи

 

Б. Финкельштейн ( руководитель направления ООО "ВЕНТСПЕЦСТРОЙ" )

 

Введение

Оборудование с функцией естественного охлаждения (фрикулинга) в основном призвано решать только одну задачу: минимизировать затраты электроэнергии на климат-контроль объектов. Диапазон возможной годовой относительной экономии от всего расхода по сравнению с традиционным оборудованием климат-контроля с механическим охлаждением (кондиционером) довольно широк: от 20% и выше у лучших представителей промышленного оборудования с функцией фрикулинга до 5% и ниже у бытовых устройств (см. Сборник трудов. СПРЭС 2013, стр. 95).

Технические требования (ТТ) тендеров, призванные служить барьером для непромышленного оборудования с функцией фрикулинга с невысокой экономией электроэнергии, зачастую не справляются со своей задачей.

Это происходит по различным причинам:

- недобросовестность отдельных участников, подтверждающих полное соответствие ТТ, в то время как на самом деле это далеко не так.

- малодушие технических экспертов (в этой роли обычно выступают энергетики), принимающих к рассмотрению не серийно изготавливаемые изделия и даже не опытные образцы, а оборудование, существующее пока только на бумаге. Кроме того, вместо исключения из тендера оборудования, не отвечающего ТТ, эти специалисты поддаются на обещания некоторых участников «доработать» и «исправить» своё оборудование;

- желание закупщиков допустить до электронных торгов как можно больше устройств и «во что бы то ни стало» приобрести самое дешёвое оборудование, сэкономив на прямых инвестициях, не учитывая ни экономию, ни полную стоимость владения оборудованием за несколько лет, ни даже стоимость монтажных работ.

В результате такого подхода на объекты устанавливается оборудование, не только уступающее другим участникам тендера по экономии и полной стоимости владения, но даже не способное продемонстрировать какой-либо заметный результат своей эксплуатации, зафиксированный счётчиками электроэнергии. Тем самым дискредитируется сама идея фрикулинга.

Выходом из этой малоприятной, в первую очередь для компаний, владеющих объектами связи, например, сотовых операторов, ситуации может служить обязательное объективное тестирование опытных образцов до принятия окончательного решения о победителях тендера.

Принципиальным моментам такого тестирования, позволяющего получить результаты, которые потом гарантировано будут достигнуты на сотнях, а то и тысячах объектах, и посвящён этот доклад.

 

1. Цена 1% относительной годовой экономии электроэнергии

            Зная полный (весь) расход электроэнергии объекта (Рп), например, базовой станции (БС) за один час, количество часов в году, тариф электроэнергии, курс ЦБ РФ рубля к $ США (поскольку довольно часто закупка проводиться по данному курсу), легко рассчитать искомое:

 

                        Ц1%э = Рп*0,01*8760*тариф/курс,

 

при Рп = 5 кВт, тарифе равном 4,5 руб. за 1 кВт*час и курсе 65 руб. получаем:

 

Ц1%э = 5*0,01*8760*4,5/65 = 30 $

 

            В случае разницы относительных экономий отдельных устройств на 10% абсолютная разница стоимости сэкономленной за один год электроэнергии составит 300 $, но, несмотря на этот неоспоримый факт, полноценного тестирования не проводится и победа в тендере отдаётся более дешёвому на значительно меньшую сумму оборудованию.

           

2. Методика тестирования оборудования с функцией фрикулинга

Прежде чем смонтировать опытный образец, необходимо выбрать методику тестирования, которая определяет базу для сравнения расхода электроэнергии при эксплуатации оборудования с функцией фрикулинга и расчёта соответствующей экономии.

Существуют три варианта сравнительной базы:

- другой объект с традиционным климат-контролем, использующим только кондиционер;

- данный объект до установки оборудования с функцией фрикулинга;

- данный объект после установки оборудования с функцией фрикулинга, но автоматически переключаемый через сутки на традиционный климат-контроль с помощью только кондиционера и назад - на климат-контроль под управлением оборудования с функцией фрикулинга.

Первые два варианта дают не совсем объективные результаты. Для первого варианта практически невозможно подобрать по всем основным параметрам похожий на данный объект. К таковым несомненно следует отнести: состав технологического оборудования, нагрузку, теплоизоляцию, местоположение, энергоэффективность кондиционеров. Во втором варианте будут сравниваться затраты электроэнергии за другой месяц, а то и время года, при изменившихся технологических нагрузках.

Наиболее объективным при достаточно большом количестве переключений несомненно является третий вариант. Затраты на его реализацию незначительны и полностью себя оправдывают.

 

3. Продолжительность тестирования оборудования с функцией фрикулинга

Температура наружного воздуха оказывает непосредственное влияние на расход электроэнергии на климат-контроль объекта под управлением рассматриваемого оборудования. Поэтому тестирование должно быть проведено при любых возможных  значениях наружной температуры, что служит основанием для продолжительности тестирования не менее одного года.

Все попытки экстраполировать результаты тестирования за более короткий срок на весь год обречены на неудачу. Например, имея данные за февраль с наружной температурой не выше 0°С и не ниже -10°С, трудно спрогнозировать затраты электроэнергии на климат-контроль, как при более высоких наружных температурах, когда возникнет необходимость увеличения расхода подаваемого воздуха и включения кондиционера, так и при более низких, когда может потребоваться не охлаждение объекта, а его нагрев.

В крайнем случае, с некоторой погрешностью итоговых значений можно воспользоваться результатами полугодового тестирования, с обязательным включением в рассматриваемый 6-ти месячный интервал по полтора зимних и летних месяца.

 


4. Влияние энергоэффективности кондиционеров

Основной источник экономии электроэнергии в результате внедрения оборудования с функцией фрикулинга для климат-контроля - уменьшение расхода кондиционеров за счёт сокращения времени их работы.

Кондиционеры имеют различную энергоэффективность, которая определяется как отношение холодопроизводительности к потребляемой мощности, и зависит не только от модели кондиционера, но и от его возраста и технического состояния.

В среднем этот параметр имеет значение около 3, но может варьироваться приблизительно на 20% в ту или иную сторону. Именно из-за этого фактора одно и то же оборудование с функцией фрикулинга показывает различную экономию на одинаковых по остальным параметрам объектах, а конкурирующие устройства с функцией фрикулинга могут оказаться в неравных условиях.

Следует исключить влияние энергоэффективности кондиционеров на результаты тестирования, определяя для испытаний объекты с одинаковыми по этой характеристике кондиционерами.

 

5. Показатели энергоэффективности оборудования с функцией фрикулинга

Кроме упоминаемой выше относительной экономии электроэнергии от общего расхода электроэнергии объекта (Эо) могут быть использованы другие показатели энергоэффективности оборудования с функцией фрикулинга. Например: относительная экономия электроэнергии от расхода электроэнергии на климат-контроль объекта или изменение PUE (Power Usage Effectiveness, эффективность использования электроэнергии).

Применение первого показателя ограничено двумя причинами:

- необходимостью установки дополнительных счётчиков электроэнергии на климатическое оборудование;

- сложностью вычисления без данных о расходе на климат-контроль ожидаемой экономии на других объектах после установки оборудования с функцией фрикулинга.

В последнее время очень популярным стал другой показатель энергоэффективности – PUE.

                          Pп

PUE = –––– ,

                          Pт

где Pт - расход электроэнергии технологического оборудования объекта или расход на полезную нагрузку. Этот параметр измеряется на многих объектах, его значения передаются и сохраняются системой мониторинга, поэтому установки дополнительных счётчиков не требуется. Главное, чтобы расход любого оборудования для климат-контроля объекта не влиял на величину Рт.

Чем ближе значение PUE к 1, тем выше энергоэффективность вспомогательного оборудования данного объекта, в том числе и оборудования для климат-контроля.

Чтобы иметь возможность оценивать в денежном выражении изменение PUE, найдём зависимость между этим показателем и относительной экономией полного расхода (Эо, в долях).

Если обозначить PUEконд. – PUE при обеспечении климат-контроля только с помощью кондиционеров, а PUEпвв – PUE при обеспечении климат-контроля оборудованием с функцией фрикулинга и кондиционерами, получим абсолютное изменение этого показателя - ∆PUE = PUEконд. – PUEпвв, и относительное ∆PUE, которое будет равно:

               ∆PUE          PUEконд. – PUEпвв

–––––––– = ––––––––––––––––––––   ( 1 ),

            PUEконд.              PUEконд.

                                   Pп

Если   PUEконд. = –––––  получаем,

                                   Pт

                               (1-Эо)*Pп        Рп-Эо*Рп

PUEпвв = –––––––––– = –––––––––– = PUEконд. – Эо* PUEконд. ( 2 )

                                      Pт                    Рт

Подставляя полученное выражение PUEпвв в формулу ( 1 ), получаем :

               ∆PUE         

–––––––– = Эо

            PUEконд.      

 

6. Корректирующие коэффициенты

Для объективного сравнительного анализа всех результатов тестирования, полученных по различным методикам, за разные временные интервалы, при кондиционерах, отличающихся энергоэффективностью, и т.п. целесообразно ввести систему корректирующих коэффициентов.

Например, понижающий коэффициент (меньше единицы) после умножения уменьшает представленный показатель энергоэффективности при сроке тестирования меньше 1 года. Поскольку, как было показано в разделе 3, в этом случае достоверность полученного показателя тем ниже, чем меньше фактическая продолжительность тестирования. Так, для 6-ти месяцев этот коэффициент мог бы быть равным 0,8, для 3-х 0,6, для одного 0,5.

Повышающий коэффициент (больше единицы) может быть использован в случае тестирования на объекте с кондиционерами с более высокой энергоэффективностью, чем на других объектах. Если за базовую энергоэффективность принять 2,5, то при её значении 3,2 вполне уместно было бы увеличить полученные показатели на 20%, т.е. умножить на коэффициент 1,2.

Рассмотрение всех возможных корректирующих коэффициентов и определение их конкретных значений для каждого случая выходит за рамки данного доклада.

 

7. Если катастрофически нет времени на тестирование

В этом случае всё равно следует получить и смонтировать образец. И провести тестирование уже не энергоэффективности, а основных технических параметров: фактического расхода воздуха (с помощью анемометра), минимальной и максимальной потребляемой мощности вентилятора. Определить логику работы: алгоритмы управления клапаном фрикулинга, скоростью вентилятора.

Используя полученные фактические данные и методику оценки ожидаемой относительной годовой экономии расхода электроэнергии от эксплуатации  оборудования с функцией фрикулинга на основании статистических данных экономии УВ ЕНИСЕЙ 2000 (см. Сборник трудов.СПРЭС 2014, стр. 75), можно найти значения экономии, как для отдельных температурных интервалов, так и за целый год.

Для проверки работоспособности данной методики следует сопоставить фактические данные экономии, полученные за время работы образца, со значением оценки в соответствующем температурном интервале. Например, если образец установлен в феврале с наружной температурой не выше 0°С и не ниже -10°С, следует сравнить рассчитанную экономию с оценкой экономии в двух температурных интервалах: [-21,-4]°С и [-3,+11]°С.

 

Выводы

Основная задача оборудования с функцией фрикулинга – экономия электроэнергии на климат-контроль объектов. Значение относительной годовой экономии от всего расхода объекта в результате внедрения конкретного устройства может быть и меньше 5%, и больше 20%. При этом стоимость 1% такой экономии составляет 30 $ США.

Технические требования тендеров, призванные служить барьером для оборудования с функцией фрикулинга с невысокой энергоэффективностью, по ряду причин не справляются со своей задачей. В результате победа присуждается оборудованию на 100 $ дешевле, но с экономией меньше на 10% и ниже, что приводит к ежегодной потере более 300 $.

Решить эту проблему способно тестирование опытных образцов, проведённое по объективной методике, продолжительностью не менее полугода, с учётом энергоэффективности кондиционеров, с использованием при необходимости корректирующих коэффициентов.

Самым объективным и наглядным показателем энергоэффективности оборудования с функцией фрикулинга является относительная экономия от всего расхода объекта, вместе с тем этой экономии равно относительное изменение PUE объекта.

При отсутствии времени на тестирование оборудования с функцией фрикулинга следует провести тестирование основных технических параметров и логики работы, чтобы затем с помощью методики оценки найти значения ожидаемой экономии.

Только на основании полученных значений годовой относительной экономии от всего расхода электроэнергии объекта можно сделать правильный выбор оборудования с функцией фрикулинга для обеспечения в полной мере энергосберегающего климат-контроля многочисленных телекоммуникационных объектов.