Slimme koeltechnologie verhoogt de energie-efficiëntie van HVAC-systemen

In grote commerciële gebouwen dienen koelsystemen als de belangrijkste koelapparatuur, waarbij hun energie-efficiëntie direct van invloed is op de operationele kosten en duurzaamheid. Wat echter vaak over het hoofd wordt gezien, is dat de koelinstallatieruimte zelf een aanzienlijke warmtebron vertegenwoordigt. Effectief beheer en controle van thermische belastingen binnen deze ruimtes is naar voren gekomen als een cruciale factor bij het optimaliseren van de algehele prestaties van het koelsysteem.

Als koelmachines het "hart" van koelsystemen vertegenwoordigen, dan functioneren koelinstallatieruimtes als de "aders en zenuwen" die dit vitale orgaan in stand houden. Toch herbergen deze bescheiden ruimtes een aanzienlijk potentieel voor energieverbruik. Verschillende elektrische componenten in koelruimtes - waaronder compressormotoren, pompmotoren, frequentieregelaars (VFD's) en transformatoren - genereren aanzienlijke warmte tijdens de werking. Deze thermische output vermindert niet alleen de efficiëntie en levensduur van de apparatuur, maar verhoogt ook de koelbehoefte van de installatieruimte, waardoor uiteindelijk het energieverbruik van het hele systeem toeneemt.

Om intelligente koeling en energiebesparing in koelinstallaties te bereiken, moeten ingenieurs eerst de warmtebronnen volledig begrijpen - net als artsen die ziekten diagnosticeren voordat ze een behandeling voorschrijven.

Compressormotoren vertegenwoordigen doorgaans de grootste warmtebron in koelinstallaties. Deze vallen in twee categorieën op basis van koelmethoden:

• Hermetische koelmachines: Motoren en compressoren zijn ondergebracht in afgesloten units die worden gekoeld door koelmiddelcirculatie. Dit ontwerp brengt de warmte van de motor rechtstreeks over op het koelmiddel, waardoor de impact op het milieu wordt geminimaliseerd.
• Open-drive koelmachines: Motoren worden via externe koppelingen aangesloten op compressoren, waarbij lucht- of waterkoeling wordt gebruikt. Deze ontwerpen geven de warmte van de motor rechtstreeks af in de installatieruimtes, waardoor de koelbelasting toeneemt.

Hoewel afzonderlijke pompmotoren mogelijk minder warmte genereren dan koelmachinemotoren, kan het gelijktijdig werken van meerdere pompen een aanzienlijke thermische output produceren. ASHRAE Standard 90.1 schrijft minimale efficiëntie-eisen voor commerciële gebouwen voor, waarbij grotere units (200+ pk) 95%+ efficiëntie bereiken. Zelfs deze zeer efficiënte motoren zetten echter een deel van de energie om in warmte.

Hoewel VFD's de efficiëntie bij deellast verbeteren door de motorsnelheid aan te passen, genereren ze warmte tijdens de energieomzetting. Koelmethoden variëren:

• Luchtgekoelde VFD's: Worden gebruikt voor kleinere pompen en koeltorens, deze geven warmte rechtstreeks af in de installatieruimtes.
• Watergekoelde VFD's: Worden doorgaans gebruikt voor de besturing van koelmachines, deze brengen warmte over op koelwater, waardoor de impact op het milieu wordt verminderd. Medium-voltage VFD's (4160V+) vereisen echter vaak nog steeds luchtkoeling.

• Transformatoren in installatieruimtes
• Harmonische mitigatieapparatuur
• Warmteoverdracht van de gebouwschil
• Diverse bronnen (verlichting, ongeïsoleerde leidingen, UPS-systemen, enz.)

Na het identificeren van warmtebronnen moeten ingenieurs geschikte beheerbenaderingen implementeren, voornamelijk door middel van ventilatie of mechanische koeling.

Ventilatie zorgt voor economische warmteafvoer door buitenlucht toe te voeren. ASHRAE Standard 15 vereist minimale ventilatiesnelheden van 0,5 cfm/sq.ft of 20 cfm per bewoner, met maximale temperatuurstijgingen van niet meer dan 18°F. Belangrijke overwegingen zijn:

• Luchtstroompatronen die alle warmtebronnen bestrijken
• Correct gefilterde luchtinlaten
• Lamellen die zijn afgestemd op een effectieve luchtstroom (rekening houdend met een typisch vrij oppervlak van 50-60%)

Wanneer ventilatie onvoldoende blijkt, wordt mechanische koeling met behulp van luchtbehandeling, fancoils of vergelijkbare apparatuur noodzakelijk. Ontwerp vereist het vaststellen van temperatuurinstellingen, het berekenen van koelbelastingen en het selecteren van geschikte apparatuur.

• Het selecteren van zeer efficiënte apparatuur
• Het optimaliseren van de lay-out van de apparatuur voor een effectieve luchtstroom
• Het implementeren van rigoureuze onderhoudsprogramma's
• Het gebruiken van slimme bedieningselementen met real-time monitoring
• Het verkennen van mogelijkheden voor warmteterugwinning

Uiteindelijk vertegenwoordigt het beheer van de warmtebelasting van de koelinstallatie een cruciaal maar vaak over het hoofd gezien aspect van HVAC-ontwerp. Door middel van nauwkeurige planning en uitvoering kunnen ingenieurs zeer efficiënte koelsystemen ontwikkelen die duurzame gebouwoperaties ondersteunen.