В Университете ИТМО испытывают новую систему кондиционирования, которая подойдет для модернизации исторических зданий

В небольшом помещении на первом этаже на площадке Университета ИТМО на улице Ломоносова находится один из важнейших и при этом самых незаметных технических узлов здания — выводы системы вентиляции. Каждый день по прямоугольным трубам в здание с улицы нагнетается воздух, чтобы преподаватели и студенты чувствовали себя комфортно, а по другой трубе «использованный» воздух выбрасывается наружу, унося с собой лишнюю влагу, углекислый газ и бактерии.

Несмотря на то, что часы показывают глубоко за полночь, в комнате работают сотрудники Факультета низкотемпературной энергетики — команда изобретателя Сергея Муравейникова. Несколько месяцев назад они установили здесь новую систему кондиционирования собственной разработки, чтобы протестировать ее и создать полностью опробованный и оттестированный прототип, который в дальнейшем можно будет выводить на рынок.

«Мы работаем над повышением энергоэффективности систем вентиляции, — рассказывает Сергей Муравейников. — Для этого мы создали оборудование, которое использует теплоту вытяжного воздуха. То есть практически при любой температуре мы можем "отнимать" тепло у воздуха, который выбрасывается на улицу, и передавать тому, что нагнетается в помещения. При этом потребляется совсем немного энергии, а тепла отдается достаточно много. Это в зимнее время, а в летнее она работает обратным образом, остужая поступающий с улицы воздух».

Ловцы холода

В помещении холодно — инженеры ходят в куртках. Но это редкий случай, когда люди по-настоящему радуются низкой температуре, ведь они ее с нетерпением ждали. Дело в том, что разработанная ими система позволяет, согласно расчетам, успешно регулировать температуру воздуха в помещении без дополнительных теплоносителей при минус пяти градусах (при более низких температурах система все равно будет работать, но дополнительное тепло придется забирать из системы центрального отопления). Однако аномально теплая зима не позволяла им проверить свои расчеты. Именно поэтому они работают ночью, так как еще утром синоптики пообещали падение температуры до – 8 градусов после полуночи.

«Мы ловим температуру, чтобы настроить заправку хладагента, фреона, на оптимальный режим. Вся система чувствительна к настройкам, к заправке хладагента и другим параметрам, и поскольку мы пытаемся оптимизировать все, получить максимальные показатели, то для нас это крайне важно», — поясняет Муравейников.

Вентиляционные трубы университета обвешаны проводами и датчиками. Один компьютер не может обработать все данные, поэтому запись показаний ведут сразу с двух ноутбуков.

Принцип холодильника

Взглянув на систему вентиляции, можно увидеть, насколько компактно решение, предлагаемое Муравейниковым и его коллегами. По сути, вся система располагается всего в трех сравнительно небольших ящиках — один теплообменник на нагнетающей трубе, один на отводной и один — управляющий модуль — рядом. Все они скреплены между собой небольшими трубками, по которым бежит теплоноситель.

«В своей системе мы применили известную технологию решения при нестандартном подходе, — поясняет Муравейников. — Чтобы нагреть воздух, который поступает в помещение, нередко используется тот воздух, который уже есть в помещении. Для этого работают теплообменные аппараты, самый эффективный их тип на сегодня — роторный. Вытяжной воздух температуры, скажем, +22, контактирует с ротором, тем самым нагревает его, а ротор потом контактирует с нагнетаемым воздухом с улицы температурой, скажем, – 22. Однако есть минус — прямой контакт двух воздушных потоков с ротором означает, что никуда не деваются запахи, загрязнения, бактерии. Это накладывает целый ряд ограничений — во многих помещениях такие системы кондиционирования просто нельзя использовать. Кроме того, роторы очень большие, и если у вас в здании уже есть вентиляционная система, то такой узел нельзя просто врезать в него. Обычные же системы кондиционирования очень много потребляют энергии — до 60% всего энергопотребления здания».       

Инженеры подошли к делу иначе: они взяли принцип, похожий на тот, что используется в обычном холодильнике. В линии вентиляции можно поставить по теплообменнику и соединить их с блоком управления. Летом жаркий воздух с улицы поступает по трубе в модуль, там воздух остывает, отдавая энергию теплоносителю (в данном случае это обычная вода, циркулирующая по небольшим трубам). Далее вода идет в испаритель теплового насоса, затем тепло переносится по фреоновому контуру на конденсатор, стоящий уже на вытяжной трубе. Зимой все происходит в обратном порядке. В случае, если система не справляется своими силами, дополнительное тепло можно брать из системы центрального отопления.

Перспективы применения и планы

Наконец, дождавшись подходящей температуры, инженерам удается снять необходимые показания по работе в условиях сравнительно низких температур. Теперь эти данные предстоит обработать, чтобы показать потенциальным заказчикам все расчеты. Далее необходимы будут новые тесты — все, чтобы показать точные цифры по экономии. После модернизации она оценивается более чем в 80% в годовом выражении.

Самое главное, что система может использоваться в историческом центре городов, так как не требует ставить массивные коробки, портящие вид фасадов памятников архитектуры.

«В нашем городе множество памятников — в центре нельзя поставить кондиционер. А мы обеспечиваем кондиционирование без наружных блоков — все внутри. В таких условиях, где никто не может обеспечить необходимый комфорт, мы можем», — говорят в команде проекта.

На следующее утро работы продолжатся, и будут идти вновь и вновь, пока прототип не будет готов к тому, чтобы выйти на рынок. Кстати, у Сергея Муравейникова уже есть успешный опыт вывода на рынок своих разработок — он успешно внедрил в производство разработанную им в рамках магистерской диссертации систему осушения воздуха.   

Параллельно с тестами инженер и его коллеги собирают данные об изменении качества воздуха внутри здания — эти данные нужны для нового проекта коллектива.

«Вентиляция легко адаптируется к изменению внешних нагрузок, но плохо распознает потребности отдельных помещений внутри здания. Адаптивный контроль микроклимата — еще один важный шаг к энергонезависимости зданий и пока нет технологий, позволяющих его сделать. Мы прорабатываем принципиально новый подход к решению этой проблемы», — описывает свои дальнейшие планы Сергей Муравейников.