Рекуперация тепла на ледовых аренах НХЛ: Цифры, факты и эффективность

Давайте поговорим о рекуперации тепла без домыслов и заблуждений, без предположений и сомнительных фактов, пользуясь лишь цифрами счетчиков. Из этой статьи вы узнаете, как мы строим свои ледовые арены для НХЛ и насколько рекуперация тепла эффективна. 

Начнем мы с пары слов об авторе. Меня зовут Кадырова Эльвира Маратовна, я закончила СПбГУНиПТ по специальности Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (холодильные установки, оборудование и системы кондиционирования). Сейчас я живу и работаю в Северной Америке и проектирую ледовые арены для НХЛ.

Национальная хоккейная лига предъявляет высокие требования к своим аренам. Во-первых, это качества льда. Лед должен быть определенной температуры, а значит и твердости. Если у вас тает лед, то значит арена спроектирована неправильно, и винить слишком теплых посетителей и аномальную погоду в данном случае, мягко говоря, не совсем корректно. 

Арена должна быть безопасной как для посетителей, так и для персонала. В числе прочего важно учитывать и расположение здания, чтобы в случае утечки не пришлось эвакуировать весь район. 

Ну и в-третьих, арена все-таки коммерческий проект, а значит она должна приносить прибыль, при этом оставаясь абсолютно доступной для всех слоев населения (включая бесплатные массовые катания и бесплатное пользование услугами арены: прогулочные дорожки, воркшопы, семинары и т.д.).

В качестве примера мы рассмотрим недавно обновленную ледовую арену, расположенную в канадской провинции Новая Шотландия. В здании расположено ледовое поле, паб (для тех, кто хочет смотреть хоккей с кружечкой чего-то покрепче), прогулочная дорожка (любимое место местных пенсионеров и бегунов), а также помещения для проведения семинаров и воркшопов.

Сердце арены представляет из себя аммиачную холодильную установку, оснащенную поршневыми компрессорами Mycom, пластинчатым теплообменником-конденсатором Alfa-Laval и кожухопластинчатым теплообменником испарителем Vahterus. 

Холодопроизводительность установки составляет 660 кВт. Эта установка выполняет двойную функцию: с одной стороны, она обеспечивает необходимую холодильную мощность для ледовой арены, а с другой стороны, генерирует тепло, которое эффективно используется в системе отопления всего здания. Тепло от холодильных агрегатов направляется в различные компоненты системы отопления, включая фанкойлы, вентиляционное оборудование, подогрев полов и предварительный подогрев воды. Потребление холодильной установки составляет 26,7% от общего энергопотребления здания.

Излишки тепла, утилизируются через систему градирни. Энергопотребление градирни составляет 2,7%.

Кроме того, в системе отопления арены задействованы насосы, играющие ключевую роль в циркуляции теплоносителя. Они обеспечивают подачу холодного гликоля к ледяному полу и змеевику осушителя, а также подачу горячего гликоля по всему сооружению, а именно в фанкойлы, нагревательные змеевики вентиляционных установок и теплые полы. Энергопотребление насосов составляет внушительные 35,2% и является существенной частью энергетического баланса арены.

Следующий элемент в системе — вентиляторы, которые участвуют в обеспечении воздухообмена и распределения тепла в сооружении. Энергопотребление вентиляторов составляет 12,9% и включает в себя приточные и возвратные вентиляторы осушителя, приточные и возвратные вентиляторы вентиляционных установок, вентиляторы электрических обогревателей и вентиляторы фанкойлов.

Кроме того, освещение составляет 17% в общем энергетическом балансе арены. И наконец, 5,7% общей энергии расходуется на прочие электрические нагрузки.

В балансе не учтено потребление геотермального насоса, по причине того, что в течение года он не использовался. Геотермальный тепловой насос установлен в качестве резервного источника тепла на случай, если здание нуждается в тепловой энергии, а существующая холодильная установка и пропановый котел, не могут удовлетворить потребности здания в отоплении.

Баланс энергопотребления здания после реновации

Управляет зданием система автоматики, благодаря которой мы можем не только мониторить работу установки и управлять ею при необходимости, но также собирать необходимые данные для того, чтобы понимать, насколько предложенное решение эффективно.

На основе данных этой системы и подготовлена данная статья.

За отправную точку мы возьмём данные арены до реновации и сравним с данными после реновации: как здание эксплуатировалось с точки зрения затраченной энергии (тепловой и электрической) в течение года. Базовая единица исчисления – эквивалентный кВт (eкВт).

В таблице приведены данные по потреблению электрической и тепловой энергии ареной до и после обновления оборудования. После реновации потребление электричества зданием сократилось на 7%, расход топлива сократился на 80 %.

Важно подчеркнуть, что EUI (Energy Use Intensity) представляет собой ключевую метрику, которая используется для измерения количества потребляемой энергии в соотношении к общей площади здания. В данном контексте, изначальный показатель потребления энергии составлял 21,1 кВт на каждый квадратный фут здания. Однако, после проведения модернизации этот показатель значительно снизился и составил 17,6 кВт на квадратный фут.

EUI служит важным инструментом для оценки энергетической эффективности здания. Путем измерения количества энергии, потребляемой на каждый квадратный фут, EUI позволяет сравнивать и анализировать энергопотребление различных зданий, независимо от их размера. Этот показатель помогает оценить, насколько эффективно используется энергия в здании и дает основание для внедрения улучшений с целью снижения энергозатрат.

Избыточное тепло, которое не может быть немедленно использовано зданием, утилизируется через градирню, в тех случаях, когда зданию не требуется дополнительное отопление.

В случае, если холодильная установка либо не способна обеспечить достаточное количество тепла для здания, либо находится вне эксплуатации (например, в межсезонье, когда охлаждение не требуется, или когда ледовая арена не используется), резервное отопление осуществляется с использованием пропанового водонагревателя.

Представленный на графике ниже показатель демонстрирует динамику потребления тепла зданием в течение года. Отопление здания на протяжении года обеспечивается за счет тепла, выделяемого холодильной установкой, и котел работает в качестве запасного источника, обеспечивая всего 1,8% от общей тепловой нагрузки.

Тепловая нагрузка здания, екВтч

Чтобы проиллюстрировать все вышесказанное, взгляните на представленную диаграмму. Если взять все тепло, которое было выработано зданием за 100%, а именно от холодильной установки, пропанового водонагревателя и геотермального теплового насоса, то мы увидим следующие цифры:

• 42% от всей тепловой энергии было произведено холодильной установкой и использовано для отопления здания;

• 56,3% от всего выработанного тепла было утилизировано через градирню (потребность здания в отоплении была удовлетворена);

• В феврале – самом холодном месяце в данной провинции 1,8% от всей тепловой энергии было произведено пропановым обогревателем.

• 0% от тепловой нагрузки пришлось на геотермальные насосами. Насосы включали единожды в процессе ежегодного тех обслуживания, данные цифры соответственно в балансе не отражены.

В июне и июле здание не эксплуатируется, в это время проводится ежегодное техобслуживание всех систем.

Распределение тепла, %

В данной статье мы рассмотрели вопрос эффективной рекуперации тепла в контексте проектирования ледовых арен для Национальной хоккейной лиги. Подходя к этой теме строго научно и с использованием фактических данных, мы постарались избежать предположений и недостоверных сведений.

Результаты показали, что рекуперация тепла играет важную роль в обеспечении энергоэффективности арены.

Из представленных данных видно, что более 40% тепловой энергии было восстановлено благодаря холодильной установке, всего 1,8% тепла поступило от резервных источников, и более половины избыточного тепла было утилизировано через градирню. Это подчеркивает важность правильного использования и рекуперации тепла в энергосберегающих системах.

Эффективное использование тепловой энергии может снизить эксплуатационные затраты. В этой статье мы сконцентрировались на технических и энергетических аспектах рекуперации тепла в контексте строительства и эксплуатации ледовых арен для Национальной хоккейной лиги. Однако, не следует упускать из виду важный экологический аспект этой проблемы. Эффективная рекуперация тепла не только снижает затраты на энергию, но также содействует снижению выбросов вредных веществ в атмосферу. Внедрение современных технологий рекуперации тепла может внести свой вклад в уменьшение воздействия на окружающую среду, способствовать созданию более экологичных арен для хоккея и других видов спорта, а также повысить эффективность эксплуатации зданий и бизнеса в целом.

Обсудить статью и задать свои вопросы автору, Эльвире Кадыровой, вы можете в чате Телеграм "Холодильная индустрия".