Алексей Батырь
По некоторым оценкам, в странах с жарким климатом на кондиционирование воздуха приходится до 70–80% суммарного потребления электроэнергии. Так, Саудовская Аравия тратит на охлаждение помещений примерно 160 млрд кВт∙ч в год; ожидается, что к 2030 г. этот показатель удвоится. Ясно, что технологии, которые позволят серьезно сократить энергозатраты на охлаждение воздуха, сулят огромные выгоды.
Одну из таких технологий предлагает российская компания Tesso (производная от фамилии великого электротехника Николы Теслы), обещая на порядок сократить энергопотребление кондиционеров. В десять раз меньше будут и капитальные затраты, и расходы на сервис. По данным компании, на охлаждение ста квадратных метров обычные промышленные кондиционеры тратят 11 кВт∙ч электроэнергии, a системы Tesso – 1,2 кВт∙ч.
Компанию Tesso основали три партнёра из Перми. Один из них, нынешний технический директор компании Михаил Маркман, ещё в 1990-х, будучи студентом, придумал, как поставить классическую теорию адиабатического испарения из учебника физики на промышленные рельсы. Он сконструировал кондиционер, который работает без фреона и компрессора, не шумит, не сушит воздух и не загрязняет окружающую среду.
Мокрое и сухое
Перед инженером стояла задача снижения энергопотребления в железнодорожных вагонах. На смену опущенному стеклу в вагонах приходили фреоновые кондиционеры, требующие немало электроэнергии. Кроме того, для работы компрессора необходим мощный преобразователь постоянного тока в переменный. Всё вместе составляло до 20% стоимости вагона.
В самой распространённой и привычной технологии кондиционирования компрессор перекачивает фреон между испарителем, где он охлаждается и отбирает тепло у воздуха, и конденсатором, где он снова переходит в жидкую фазу, отдавая тепло улице. Но, в отличие от работающего на этом же принципе холодильника, кондиционеру не требуется достигать минусовых температур – достаточно охладить воздух лишь до комфортных 18–20 градусов Цельсия. В случае традиционных систем нередко возникает переохлаждённый воздух, который приходится подогревать ТЭНом до нужной температуры. Понятно, какие при этом получаются затраты энергии.
Кроме того, фреоновый кондиционер в большинстве случаев работает в контуре рециркуляции: он охлаждает воздух, уже имеющийся в помещении. Кондиционер гоняет воздух по кругу вместе с микробами, которые охотно размножаются в его тёплых влажных внутренностях, что не слишком-то полезно для здоровья находящихся в помещении людей. Кроме того, при охлаждении из воздуха порой выпадает влага, он становится слишком сухим.
Изобретение Маркмана засасывает с улицы горячий воздух, который отдаёт своё тепло ребристым полимерным пластинам, пропитанным обыкновенной водой. Но, чтобы охлаждаемый воздух не набирал влагу, он не должен соприкасаться с водой. Поэтому в пластинах предусмотрены каналы двух видов – сухие и мокрые. Три четверти засасываемого извне воздуха проходят через сухие каналы, охлаждаясь примерно до 13 градусов Цельсия, после чего поступают в помещение. Оставшаяся четверть горячего воздуха направляется в мокрый канал, где испаряет содержащуюся в губчатой структуре пластин воду, отбирая у них тепло. В результате пластины охлаждаются до тех самых 13 градусов Цельсия.
При этом воздух в кондиционируемом помещении (вагоне) не застаивается и не сушится, а постоянно поступает извне, то есть помещение одновременно вентилируется. Через пластины воздух гонит вентилятор, который может работать на постоянном токе. Энергопотребление при этом получается намного меньше, чем у компрессорного кондиционера той же холодильной мощности. Высокая эффективность кондиционера на основе регенеративно-косвенного испарительного теплообменника объясняется тем, что он использует тепловую энергию поступающего извне воздуха. Благодаря отсутствию такого «критического» элемента, как компрессор, система получается более простой, надёжной и долговечной. Ещё одно преимущество этой технологии перед фреоновыми кондиционерами (в жарких странах с температурами воздуха более 40 градусов Цельсия их нередко приходится делать двухконтурными – один кондиционер охлаждает другой, чтобы тот мог работать) – увеличение эффективности охладителя с повышением температуры внешнего воздуха.
Конечно, косвенно регенеративные кондиционеры имеют и недостатки. Это, в первую очередь, необходимость подвода воды (или установки бака) и невозможность перехода в режим обогрева.
Расширяя бизнес
До 2012 г. компания работала исключительно на РЖД. Сейчас в Московском метрополитене её продукцией оснащена вся система кондиционирования для трансформаторов и электрооборудования. За 15 с лишним лет компания обустроила более 200 вагонов, используемых РЖД, поставила свои системы в московские аэроэкспрессы и на Магнитогорский металлургический комбинат. У Tesso есть договор об установке кондиционеров во все вновь реконструируемые вагоны. РЖД получает выгоду не только от меньшего потребления электроэнергии, но и потому, что в вагон не нужно устанавливать преобразователь, генератор и дополнительный шкаф управления, которые стоят больше, чем сам кондиционер.
В 2012 г. предприниматели принялись покорять мир. Самые заманчивые перспективы сейчас открываются перед Tesso на Ближнем Востоке. «В этом году я в качестве одного из 20 делегатов России был в Саудовской Аравии. Сейчас арабы рассматривают наши кондиционеры, чтобы обустроить новый остров в Дубае», – рассказывает один из учредителей компании Игорь Горячев.
Все энергетические потребности острова (6 МВт) будут покрывать солнечные батареи, причем 70% этой мощности планируется тратить на кондиционирование. «Наши кондиционеры сократят потребление электричества на острове вдвое: они могут работать напрямую от солнечных батарей, не нужен даже преобразователь, – продолжает И. Горячев. – Такая же история с автобусами на батареях. Местные власти могут рассчитывать только на 3 кВт электричества, а нужно установить кондиционер. “Фреон” потребляет 20 кВт, наша система – 2,7 кВт. То есть мы вписываемся в требования заказчика». Весной этого года компания вышла на рынок Египта.
В штате компании 50 человек. Сейчас Tesso производит около сотни промышленных кондиционеров в год. Ближайшие производственные планы – увеличить годовой выпуск до тысячи кондиционеров. В планах на пятилетку – довести производство до 100 тыс. штук в год и выйти на рынки Ближнего Востока, Европы, США и Китая.
На рынок домашних кондиционеров Tesso не стремится из-за высоких затрат на привлечение каждого мелкого клиента. Рынок промышленного кондиционирования начинается с помещения площадью 300 кв. м. Основные заказчики – строители новых зданий. Тем, кто уже внедрил у себя другие системы кондиционирования, при переходе на продукцию Tesso в большинстве случаев придётся вносить в здания структурные изменения. Для зданий, в которых по проекту предусмотрены центральное кондиционирование и вентиляция, крышные кондиционеры Tesso подойдут наилучшим образом.
Расчёт с клиентами предполагается выстроить по не совсем обычной схеме: за сам кондиционер покупатель платить не будет, но заключит договор на обслуживание и будет ежемесячно выплачивать компании Tesso сумму, равную затратам на электроэнергию при работе со стандартным (фреоновым) оборудованием. «Поставщик холода» планирует сам оплачивать реально потреблённую электроэнергию, а остаток – забирать себе. «Экономия на электричестве за полтора года покрывает стоимость одного кондиционера. Кроме того, мы можем предложить экономию на сервисе, который, например, в Саудовской Аравии, очень дорогой», – объясняет Игорь Горячев.
От редакции "Нефть России"
Пермское изобретение, на наш взгляд, относится к разряду прорывных – оно способно вызвать серьёзные изменения сразу во многих отраслях промышленности.
Медленно, но верно косвенно регенеративные кондиционеры будут распространяться по всему миру, включая Россию. Все предприятия, которые требуют промышленного кондиционирования воздуха (например, универсамы, гостиницы и центры обработки данных), от этого выиграют, а генерирующие компании – проиграют, поскольку сократится производство электроэнергии в жаркое время года.
Основатели Tesso убеждены, что их изобретение способно снизить общемировое потребление электроэнергии на 15%. К тому времени энергетическим компаниям, если они не хотят терять прибыль, нужно каким-то образом поставить новацию себе на службу. Интересно, можно ли использовать новый подход для эффективного охлаждения генерирующего оборудования?
Эта статья первоначально была опубликована в газете «Энерговектор», № 10 за 2016 г. здесь.
Комментарии
Бюджеты на пиар и маркетологи детектед.
смел в Блоги.
так можно о всем новом писать.
Независимую экспертизу и сравнение с конкурентами по основным ТТХ в студию.
А заказных статеек я лишь в рамках АШ видел сотни.
То есть по вашему Московский метрополитен и РЖД пилят деньги на какой то мутной технологии раз вы не имеете о технологии независимых расчетов?
Я работал кое с кем из вышеперечисленных, и наличие заказа с их стороны - авторитета в моих глазах добавляет ровно ноль, уж прости.
Начинать нужно с ТТХ и их разбора, а не жалких пиар-высеров.
Пацаны законы сохранения вещества и энергии обошли? Ну типа никогда не слышали про цикл Карно, а потому по невежеству своему опровергли его?
PS Можно стрелки перевести на ЕГЭ, но надо же и своей головой думать /
А вы наверно не когда не слышали о том что при испарении температура окружающего воздуха понижается? А при образовании льда/снега повышается. Можете освежить память , полистать курс школьной физики.
Всё так. А что, если жарко и влажно? Или пусть сухо, но охлаждать нужно с +45 до +20? Что-то подсказывает мне, "солдат столько брюквы не съест".
Вот бы интересно на физику-математику процесса взглянуть.
Если влажно будет хуже работать, а так там принципиально ничего сложного нет, в нете можете поискать как делают домашние увлажнители побочный эффект это охлаждение. Чем эффективней вы сможете обдувать большую увлаженную поверхность тем и эффективней будет охлаждение. Самый большой минус это то что испарители требуют воду, а не всегда там где жарко имеется ее избыток.
"Слова, слова, слова." (c) Гамлет, принц датский. А особо дотошным предлагается идти в нет и самостоятельно и что-то там смотреть, причём - слабо связанное с обсуждаемой темой. Предоставить же простейшее обоснование (не ля-ля-ля, жу-жу-жу!) - никак не можно, ибо военная коммерческая тайна!
Если человек в теме, он за час (ладно, день) может сделать простейшую презенташку. Например, изобразить зависимость удельной (на м3 рабочего объёма) производительности (кубометров в час) охлаждённого воздуха от температуры окружающей среды для нескольких значений относительной влажности. Разумеется, дополнить графиком зависимости влажности выходного потока от температуры и влажности входного. Для пущей информативности добавить график энергопотребления установки для тех же условий. А чтобы самых упёртых оппонентов сразить - ещё и зависимости расхода воды предоставить.
И всё встанет на свои места. Тут же начнётся драка между шейхами, метростроевцами, гостиничными магнатами и РЖДшниками за место в очереди. Взятки в отдел реализации мешками заносить будут!!! Хотя я бы на первое место претендовать не советовал...
теплоёмкость воздуха при 30 градусах составляет примерно 1 кДж/(кг*град).
плотность воздуха при 30 градусах составляет примерно 1,165 кг/м3
т.е. объемная теплоемкость воздуха составляет около 1,165 кДж/(м3*град).
теплота испарения воды составляет примерно 2250 кДж/кг
испарение воды способно её же переохладить относительно окружающей температуры примерно на 5 градусов.
поэтому, по элементарному тепловому расчету, испарение 1 кг воды позволяет охладить воздух в количестве 386 м3 на температуру на 5 градусов ниже первоначальной.
Понятно, что эффективность этого процесса не может быть 100%, поэтому либо охлаждение будет меньше, либо объем охлаждаемого воздуха, но идея работоспособна.
Этот процесс давно используется в промышленности. В сети встречаются описания градирен: площадь поверхностей испарения 10 тыс м2, объем циркулирующей воды 100 000 м3/час (обычно испаряют около 1% воды за цикл), и при этом этой конструкции достаточно для охлаждения блока АЭС мощностью 1 ГВт.
С учетом КПД АЭС через градирню проходит тепловой поток 2 ГВт.
Как пример, для кондиционирования комнаты 25м2 достаточно мощности охлаждения 3,5 кВт. При проецировании данных градирни к помещению получим необходимую поверхность 0,0175 м2 и циркуляцию воды 0,175 м3/ч.
Для примера. То, что паровая машина может быть реализована - давно доказан, и даже подтверждено практикой. Вот только область применения весьма специфична.
Угу, паровозы местами ещё бегают. По рельсам. А по автомобильным дорогам бегают совсем другие изделия.
маленькую градирню! Возможно, я мысль потерял - нам, вроде, не воду нужно было охлаждать?
для целей НОРМАЛЬНОГО инженера без разницы, что охлаждать. Главное - ему поставить задачу. А вот дальше уже его дело, каким образом оптимально эту задачу решить.
Срезал!!!
Кстати, могу подарить авторам идею - добавить в данную технологию процесс обезвоживания бытовых сточных вод - вот это будет прорыв!
Молодец, выдернул одну сторону процесса теплоотдачи и считаешь, что срезал оппонента. Ну если знание процессов теплообмена на уровне "полистать курс школьной физики", то понятно, откуда такой восторг по поводу незамкнутой системы кондиционирования. С фреоном же такой фортель не прокатит, а тут халява в виде внешнего подвода холодной (sic!) воды. Вот только природу не на..шь .
С чего вы взяли, что вода холодная то, ее ни кто не охлаждает специально.
Именно за счет испарения ваш организм летом или при физической нагрузки охлаждается при этом ваш пот ни кто спецально не охлаждает он имеет температуру вашего тела. Испарение это эндотермический процесс если вы помните что это значит. Так что все таки полистайте школьную физику.
По-видимому вы эту школьную физику даже не листали (судя по такой степени непонимания таких простых вещей)
Вы слышали такое слово - "жажда"? Сразу даже не придумать - школьный курс чего вам порекомендовать "полистать", чтобы вы представили, сколько времени (не теряя сознания) вы сможете потеть, если вам при этом не давать пить?
так все верно. стоит бак с водой, установка трудится, испаряя "пот", потом утоляет жажду с бака.
Чукча не читатель. Вода в испаритель подводится: нет воды- нет испарения -нет охлаждения, в отличии от обычного кондиционера которому нужна только электроэнергия, тут еще бак с водой нужен который еще и пополнять надо. То есть по другому вода расходуется то чно так же как и у человека который потеет, а не циркулирует как фреон в замкнутом контуре.
Ну так об этом вам товарищ и толкует. Подсчитайте затраты энергии на подвод воды и пополнение бака с водой, сложите ее с затратами энергии на работу самого кондиционера - и все сразу станет на свои места.
Только о какой "экономии" энергии (тем более - "на порядок") может идти речь?
С таким же успехом можно сказать, что у этого мопеда -
- движок гораздо экономичнее/мощнее, чем у обычного (правд чтобы было так, для этого еще и педали нужно крутить, а так да)...
если есть чистая условно бесплатная вода (а в рамках РФ это зачастую именно так), то задача её подвода - это не проблема. И энергии на этот подвод воды явно будет потрачено меньше, чем на привод компрессора кондиционера сравнимой холодильной мощности.
но вот в охлаждение до 13 градусов как то верится с трудом.
не, я конечно в курсах, что если накрыть кострюлю мокрым полотенцем, содержимое дольше хранится, но вот до 13..
Все зависит от масштабов. Для себя можете эксперимент провести, взять пластиковую бутылку 5 литровку и вентилятор от ПК на 120 мм. Бутылку на бок и в дне отверстие и крепите вентилятор, горлышко отрезать и отверстие в дне сделайте так что бы в бутылке при положение лежа на боку можно было налить 1-2литра воды. Если у вас в комнате около 24С то на выходе у горлышка будет около 18-20С. Естественно так комнату вы не охладите, не тот поток, не та площадь поверхности, не та толщина слоя воды, просто для демонстрации эффекта испарения.
но даже если вместо бутылки использовать бочку, все равно эффекта не будет)) если не будет вытяжки, то пар снова кондесируется, с выделением тепла)
здесь температура 6 градусов, по тексту же градиент был и 40 градусов. ладно, не буду спорить)) все познается на практике, надо обязательно проверить летом))
Не, "не когда вжыздни" не слышали...
В. Вы всегда любой вопрос лично на свой счет воспринимаете или так чтоб пофлудить ни о чем тут пишите? Вот вижу обогатились знаниями про градирни, а то ерунду какую то про жажду писали, с веломопедом в придачу...
Сразу о том же самом подумал.
а причем тут вагоны метро? они что, РЖД?
речь шла про оборудование метрополитена. а там все чисто, стоит установка на улице, охлаждает воздух, и он подается вовнутрь
Это называется градирня
Первые такие "установки" (основанные на этом принципе действия) были "поставлены на промышленные рельсы" аж в 1918 году.
И поэтому говорить, что какой-то там: "...Михаил Маркман, ещё в 1990-х, будучи студентом, придумал, как поставить классическую теорию адиабатического испарения из учебника физики на промышленные рельсы..." - это... как бы это помягче сказать?
"Еще в 1990-х" конечно много чего "понапридумывали" (начиная с "МММ" и залоговых аукционов), но не до такой же степени, чтобы нести всю эту ахинею до сих пор (вкупе с ахинеей журнализдов "Нефти России" про то, что "это изобретение относится к разряду прорывных")
да курсе я про градирни)) это тоже первое, что на ум пришло.
я не знаю, каков выхлоп у тессы, но судя по тексту, предполагалось использовать охлаждение оборудования метро уличным воздухом.
Этот Алекс тем и занимается. У него только одна мысля в голове, как бы всем стало хреново и конец технологиям а кромя мирного атома. Застойный чел из древнего века.
Угу, антинаучный сайт какой-то! И декадентский к тому же!!!
Угу, очень круто... прям как заново изобрести велосипед. Эта штука называется испарительным охладителем и применяется уже достаточно давно.
Очередная голимая реклама.
Отож! А я, у себя на даче, примерно такое из подручных материалов скулибил. Практически из говна и палок.
Как говаривал один мой бигбосс, это слишком дёшево для того, чтобы это внедрять.
Кстати, странно, но почему "гениальные" япошки в своих сплитках воду с испарителя в водосток отправляют, когда ею же можно охлаждать тот же компрессор в блоке на улице, к примеру. В древнем советском БК 2000 именно так и было сделано, на сколько я помню, и удалялся лишь избыток воды. А, в холодильнике хохлятском тоже так сделано.
не поделитесь секретом? а то я детстве тоже мастерил, в систему отопления тупо накачивал воду с колодца, но вот блин точка росы, о которой я не знал тогда, такой гешефт испортила..
сейчас планирую примерно тоже, колодец, маломощный насос, на чердаке вентилятор от авто, радиатор. слив идет во второй колодец. выгорит нет, хз
Всё так, только слив в тот же колодец. Забор с глубины, слив ниже поверхности сантиметров на 10. Радиатор и вентилятор в помещении под потолком.
но ведь под радиатором, как я понимаю, обязательно образуется влага. пресловутая точка росы. у меня в проекте желобок планируется использовать))
если колодец большой, то прокатит. в скважине нет, нагревается вода. просто у меня уже имеется два колодца) если герметичная система выйдет, может даже обычный циркуляционный насос проканает
> четверть горячего воздуха направляется в мокрый канал, где испаряет содержащуюся в губчатой структуре пластин воду, отбирая у них тепло.
И там откладываются соли из воды, все поры забиваются. Или вода нужна дистиллированная?
в испарительном охлаждении именно соли и проблема.
в градирнях их специально обрабатывают.
Поэтому и пишут в бассейнах градирни: не купаться ))))
В вагонах компрессор непосредственно от колесной тележки приводится, зачем там электромоторы и преобразователи?
Видел такой кондиционер лет 20 назад
Кинули красную тряпку местным извращенцам, которые с упоением радуются неэффективности солнечных батарей, отказываются признавать любые технологии энергоэффективности )))
А тут в связке с кондишником появилась та самая эффективность )))
Молодец. И пусть лопнут от зависти местные извращенцы.
Как только дочитал про переохлажденный воздух и ТЭНы для его подогрева, дальше читать этот бред перестал...
Устройство нуждается в проточной воде. Причем чем больше дельта температур воздуха и воды, тем выше кпд,это очевидно. Значит воду нужно охладить.
А это тоже расход энергии. Чтобы вода стала холодной,ее нужно охладить"(с)
Хрень какая-то
Согласен, хрень, полная.
Обычный кодей гоняет фреон по кругу и хладагент не расходуется, тратится только энергия на гоняние хладагента по кругу.
Предлагаемый ТС кондей тратит воду, и много и безвозвратно она испаряется и уходит в атмосферу. То есть этому типу охладителей, как и паровозу, надо заправляться водой на каждой станции.
Теперь представим, что будет с душной и теперь ещё и 100% влажной атмосферой в метро. В топку такой охладитель. :)
А про стационарный кондей у арабов - так пресная вода у них - ресурс, а её немеряно в атмосферу улетать будет. Кроме того, в вагоне всегда есть "бесплатный" поток воздуха, а в стационарной системе этот поток нужно будет создавать принудительно. Про энергию на создание потока воздуха ТС, видимо, забыл.
Ниже написал комментарий.
Но в условиях когда установка стационарна, воздух с этой установки можно прогонять через оранжереи на крышах или теплицы! Для арабов в самый раз! Всё равно в теплицах вода испаряется немерено, а так в теплицах расход воды можно снизить.
Ещё в жарких странах можно воздух в подземную шахту загонять, а там она будет конденсироваться на стенах.
"А ещё хорошо бы мост через пруд построить". © (Манилов) :)
1) Когда вы подсчитаете все затраты на:
то получите, что охлаждать обычным холодильником выгоднее. И вода не тратится.
2) Кстати, растения в "оранжереях" у арабов растут при искусственном охлаждении. И да, огурцы не растут при 100% влажности.
3) Важна плотность энергетического потока. Ваша шахта не будет холодной вечно:
Ну нагреете вы шахту за месяц до +40о дальше новую копать? См. п.1).
Страницы