Испарители

1. История вопроса

Испарительные (или адиабатические) охладители (ИО) - устройства, использующие удельную теплоту испарения воды. В них нет компрессора, на питание которого затрачивается 90% энергии в кондиционерах. Вместо нее ИО расходуют воду, пары которой отводятся в окружающую Среду.

ИО эффективны в сухом жарком климате и не способны охлаждать ниже 18 С. Чем выше влажность и ниже температура, тем больше расход воды и хуже производительность. Это ограничивает географию и область применения ИО. Базовые понятия по их устройству и применению см. по этой ссылке (Seeley International, один из производителей).

ИО прямого охлаждения широко используются с начала 20-го века для отвода тепла от тепловых машин. В системах кондиционирования применение ограничено, в основном, из-за роста влажности в помещении, что негативно влияет на окружающие предметы.

Эту проблему устраняет принцип непрямого охлаждения, где охлаждающий влажный воздух проходит по "мокрому" каналу, не смешиваясь с охлаждаемой средой. Вопросы термодинамики подобных устройств хорошо проработаны.

Охладители прямого, косвенного и комбинированного типа применяются в офисах, теплицах, дата-центрах, спортивных сооруженях и др, а также в энергетике.

2. Предложение

Ключевыми факторами, определяющими эффективность технической реализации, являются используемые системы тонкого распыления воды (атомайзеры) и пластинчатые теплообменники. Продолжается поиск материалов и конструкторских решений, позволяющих:

• увеличить скорость испарения с единицы поверхности;

• увеличить теплопередачу между охлаждаемым и охлаждающим каналом;

• уменьшить отложения на поверхности испарения;

• оптимизировать типы устройств под области применения;

Решение проблемы следует искать в подборе достаточно дешевого материала стенки "мокрого" канала, обладающего высокой смачиваемостью, теплопроводностью, стойкостью к образованию накипи или средствам борьбы с нею. По нашему мнению, этим требованиям отвечает композит высокопористого материала с аллюминием в виде профилированных пластин.

Наш опыт работы с нанопокрытиями (в том числе углерода и кремния с алюминием) позволяет получить такой материал на имеющемся оборудовании в объемах, достаточных для создания нескольких вариантов охлаждающего испарителя

Опыт работы в области энергоэффективности и теплотехнического оборудования позволяет разработать варианты конструкций для нескольких областей применения, изготовить опытные образцы, провести необходимые эксперименты, подготовить справочники и другие данные для серийного производства как материалов испарителя, так и конечных устройств.

3. Применение

Испарительные охладители непрямого охлаждения имеют выдающиеся перспективы в создании эффективных энергетических установок, тепломассообменных и энергосберегающих технологий (например, статья). Предлагаем для начала ограничиться тремя направлениями.

Отметим, что ИО дешевле и надежней кондиционера, занимает мало места, имеет простотую конструкцию, малое число деталей, доступные материалы, прост в ремонте и эксплуатации.

3.1 Тепловые и атомные электростанции

Для ввода новых мощностей используют территорию старых ТЭС вместе с прудами-охладителями и градирнями, охлаждающая способность которых ограничивает мощности этих объектов. Из-за потепления и истощения рек, охлаждение действующих мощностей также недостаточно, что приводит к недовыработке энергии и снижению КПД. Ограниченность водных ресурсов и площадей под пруды-охладители будет сдерживать строительство малых ТЭС и ПГУ.

ИО различного типа неизбежно будут применяться для улучшения охлаждающей способности водоемов и градирен, уменьшения площади водоемов, снижения потерь воды и др.

Очевидно, при проектировании больших и средних объектов будут использовать проверенные решения и поставщиков. Свободная ниша - решения для действующих объектов, испытывающих проблемы с охлаждением. Основа решения - ИО, модули которой производятся по нашей технологии, в партнерстве с известными производителями или самостоятельно.

3.2 Системы охлаждения помещений;

Рост цен на электроэнергию стимулирует потребителей к реконструкции действующих объектов, в том числе - систем вентиляции и кондиционирования действующих производств, торговых центров, больниц, жилых комплексов с централизованной системой вентиляции и др.

ИО подходит для реконструкции как основное (в сухом жарком климате) или вспомогательное (при значительном потеплении) решение. ИО резко сокращает время работы кондиционеров, охлаждая воздух перед ними до 18-20 градусов

Движение к массовой реконструкции еще не началось, рынок предложений ИО не сложился. В этом направлении можно предложить производителям материал или полуфабрикат для испарителя, либо организовать производство и продажи готовых модулей и даже решений под ключ.

3.3 Дата-центры и хранилища энергии

Ожидается стремительный рост спроса на данные устройства. ИО неизбежно будут применены минимум для 1\3 части этих устройств, в зависимости от их размера и климата. Производителям ИО можно предложить материал для теплообменников или технологию его изготовления

4. Стратегия

Прорывной характер технологии требует преодоления недоверия и привычек потребителей, практик проектирования и монтажа, сопротивления больших игроков рынка. Необходимо:

• отработать материал и конструкцию испарителя на опытных образцах;

• внедрить несколько установок на интересных фокус-группе типах объектов;

• обеспечить демонстрацию в интернет объективных показателей работы установок в реальном времени и доступном инерфейсе;

Наиболее удобное для старта направление - реконструкция действующих объектов, где возможно продемонстрировать убедительную разницу между "было" и "стало" в терминах, ключевых для принятия решения в пользу технологии. Например, потери Южно-Украинской АЭС в жаркие месяцы доходят до 900 мВт*час, а снижение температуры охлаждающей воды на каждый градус повышает выработку электроэнергии на 30 мВт*час.

Из-за глобального потепления, многие тепловые и атомные станции испытывают проблемы с охлаждающей водой. Чтобы реализовать проект, следует предлагать проблемным ТЭС не покупку охладителя (на что они не согласятся из-за отсутствия референтности), а услугу по снижению температуры воды, приняв риски внедрения технологии на себя. Оплата за услугу - процент от дохода за дополнительную выработку электроэнергии.

Далее эта бизнес-модель может быть масштабирована через франшизу. За собой следует оставить продажу модулей или материала для них, как ноу-хау с наибольшей добавленной стоимостью

5. Структура работ

5.1 Лабораторные изыскания

• Создание лабораторной стенда. Организация лаборатории. Закупка материалов

• Эксперименты с материалами, режимами, профилем канавок

• Подготовка справочника для инженерных и технико-экономических расчетов

5.2 Опытное производство

• Выкуп или долговременная аренда корпуса завода "Технолуч", Киев

• Дозакупка недостающего оборудования

• Разработка технологии и создание опытного образца клеевого композита

• Отработка технологии, выпуск установочной партии испарительных пластин

• Создание опытного образца и установочной партии испарительных картриджей

• Создание нескольких демонстрационных модулей испарительного охладителя

• Комплект конструкторской и технологической документации

5.3 Патентные и рыночные изыскания

• Проведение патентных изысканий и получение патента

• Разбирательства и переговоры с патентодержателями при необходимости

• Проведение рыночных изысканий потребности в продукции (по первым трем направлениям)

• Лабораторные изыскания по другим направлениям

5.4 Вход в рынок

• Создание инфраструктуры для реконструкции действующих систем охлаждения

• Заключение контрактов на реконструкцию

• Выполнение контрактов на продукции Опытного завода

• Создание системы публичного мониторинга показателей реконструированных объектов

• Начало окупаемости инвестиций

5.5 Продвижение

• Проведение испытаний в авторитетных лабораториях

• Проведение информационной и рекламной кампании

• Подбор и аттестация партнеров по изготовлению, проектированию, сопровождению

• Организация продаж

6. Стартап

Необходимо получить объективные доказательства преимуществ материала и конструкции для него, оценить затраты, разработать предложения для крупных игроков.

Мы имеем опыт разработки технологий и оборудования для производства и применения нанопорошков, проведения сложных экспериментов. Рассчитываем получить композит с выдающимися характеристиками, способный упростить и удешевить конструкцию всего испарительного элемента за счет объединения функций теплообменника и прокладки.

Для снижения финансовых рисков, возможно проведение исследований в два раунда:

I. Создать малую лабораторную установку из подручных средств. Получить принципиальные результаты, сделать заключение о целесообразности, стоимости и сроках дальнейших изысканий.

II. Создать лабораторный стенд, провести полномасштабные изыскания. Оценить теоретический предел эффективности. Получить исходные данные для создания опытного производства.

Ориентировочные затраты на оба раунда $100 тыс, срок проведения 7 месяцев от поступления средств на закупку материалов. Первый транш на запуск проекта $30 тыс, создание малой лабораторной установки - 3 месяца от момента поступления средств.