Energy-focused substantiation of the choice of an air conditioning system for an office and shopping building

Introduction.

The air conditioning system is the main consumer of electricity inside office and shopping buildings. The cooling needs arise inside such buildings all over the year due to high amounts of heat emitted by people and equipment (computers, office equipment, cash registers), solar radiation (the envelopes of the majority of these buildings have continuous glazed facades) and sources of artificial lighting. A conventional cooling system has a compressor and condensers. The most important step towards an optimized and low-energy cooling system is the abandonment of compressor and condensers; in addition, the cold extracted from the outdoor air, is used in the system. This cooling technique is called an atmospheric cooling system. The climatic features of Russia allow for a large-scale application of the cooling technology that uses natural cold. However, for a start, a decision was made to focus on a central region of the Russian Federation, namely, Moscow, rather than any northern areas of the country.

Materials and methods.

The problem is solved by the calculation method applied to the case of a 35-storey office building in Moscow. Various outdoor temperature options were considered as the bases for a transition to an atmospheric cooling system. The co-authors also compare different installation options for dry coolers, which in turn affect the routing length of refrigeration circuits. The annual demand for cold is calculated for all analyzed options.

Results.

Some results are presented in the form of tables of annual energy consumption by different types of air cooling systems.

Conclusions.

The co-authors have found that the location of dry coolers strongly affects the power consumption by a cooling system. Power consumption by cooling systems was analyzed, and it was found out that transition to machine refrigeration at the higher outdoor temperature of +8 °C is more efficient from the standpoint of energy efficiency than the same transition at +5 and 0 °C.

1. Фролова А.А. Влияние теплозащиты офисного здания с большими теплоизбытками на мощность и энергопотребление системами отопления-охлаждения // Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании : сб. мат. Междунар. науч. конф. М., 2017. С. 794-799.

2. Цой А.П., Бараненко А.В., Грановский А.С., Цой Д.А., Корецкий Д.А., Джамашева Р.А. Компьютерное моделирование годового цикла работы комбинированной системы хладоснабжения с использованием ночного радиационного охлаждения // Омский научный вестник. Серия: Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2020. Т. 4. № 3. С. 28-37. DOI: 10.25206/2588-0373-2020-4-3-28-37

3. Гаряев А.Б., Коротке Ю.В. Оценка масштабов и перспектив использования холода окружающей среды для экономии энергии // Вестник Московского энергетического института. Вестник МЭИ. 2018. № 4. С. 58-70. DOI: 10.24160/1993-6982-2018-4-58-70

4. Paiho S., Abdurafikov R., Hoang H. Cost analyses of energy-efficient renovations of a Moscow residential district // Sustainable Cities and Society. 2015. Vol. 14. Pp. 5-15. DOI: 10.1016/j.scs.2014.07.001

5. Малявина Е.Г., Фролова А.А., Силаев А.С. Энергетическая и экономическая оценка систем свободного и машинного охлаждения для кондиционируемых помещений офисов // АВОК: Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. 2014. № 1. С. 42-46.

6. Малявина Е.Г., Фролова А.А., Силаев А.С. Энергетическая и экономическая оценка систем свободного и машинного охлаждения для кондиционируемых помещений офисов // АВОК: Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. 2014. № 2. С. 68-72.

7. Ермолов Д.А. Использование естественного холода в качестве нетрадиционного источника холодоснабжения // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. № 12-1. С. 223-225.

8. Серегин А.И. Энергоэффективные решения для торговых центров // АВОК: Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. 2019. № 1. С. 30-37.

9. Евушкин А.И., Шереметьев С.С. Энергоэффективные решения кондиционирования серверных помещений // Наука, техника и образование. 2017. № 3 (33). С. 61-63.

10. Евушкин А.И., Шереметьев С.С. Энергоэффективные решения кондиционирования серверных помещений в климатических условиях московского региона // Политехнический молодежный журнал. 2017. № 3 (8). С. 3. DOI: 10.18698/2541-8009-2017-3-83

11. Поликарпов Е. Высокоточные системы кондиционирования. М. : Медиа Технолоджи, 2013. 82 с.

12. Боломатов В.Н. Вентиляция и кондиционирование воздуха: проблемы отрасли // АВОК: Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. 2019. № 3. С. 50-57.

13. Hani A., Koiv T.-A. Energy consumption monitoring analysis for residential, educational and public buildings // Smart Grid and Renewable Energy. 2012. Vol. 3. Issue 3. Рp. 231-238. DOI: 10.4236/sgre.2012.33032

14. Колесников М.С., Ильина Т.Н. Инновационные способы создания микроклимата в помещениях значительного объема // Альманах мировой науки. 2020. № 1 (37). С. 86-89.

15. Daraghmeh H.M., Wang C.-C. A review of current status of free cooling in datacenters // Applied Thermal Engineering. 2017. Vol. 114. Pp. 1224-1239. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2016.10.093

16. Yang Y., Wang B., Zhou Q. Energy saving analysis of free cooling system in the data center // Procedia Engineering. 2017. Vol. 205. Pp. 1815-1819. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.10.239

17. Ma Y., Ma G., Zhang S., Zhou F. Cooling performance of a pump-driven two phase cooling system for free cooling in data centers // Applied Thermal Engineering. 2016. Vol. 95. Pp. 143-149. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2015.11.002

18. Суханкин В.П., Финкельштейн Б.И. Как увеличить энергоэффективность климат-контроля телекоммуникационных объектов // Главный энергетик. 2017. № 5-6. С. 83-87.

19. Panchabikesan K., Vellaisamy K., Ramalingam V. Passive cooling potential in buildings under various climatic conditions in India // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2017. Vol. 78. Pp. 1236-1252. DOI: 10.1016/j.rser.2017.05.030

20. Бройда В.А., Дорофеенко Н.С. Эффективность прямого естественного охлаждения в системе кондиционирования воздуха для помещений со значительными поступлениями тепла // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2019. № 4 (50). С. 279-287.