Холод без фреона? Энергозатраты на кондиционирование воздуха можно существенно снизить

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.

http://www.oilru.com/media/read/863/