スマート冷却技術がHVACのエネルギー効率を向上

大規模な商業ビルでは、チラーシステムが主要な冷却設備として機能し、そのエネルギー効率は運用コストと持続可能性に直接影響します。しかし、しばしば見過ごされがちなのは、チラープラントルーム自体が重要な熱源となっていることです。これらの空間内の熱負荷の効果的な管理と制御は、全体的な冷凍システムの性能を最適化するための重要な要素として浮上しています。

チラーが冷却システムの「心臓」であるとすれば、チラープラントルームは、この重要な臓器を維持する「血管と神経」として機能します。しかし、これらの控えめな空間には、かなりのエネルギー消費の潜在能力が秘められています。チラー室内のさまざまな電気部品（コンプレッサーモーター、ポンプモーター、可変周波数ドライブ（VFD）、変圧器など）は、運転中にかなりの熱を発生させます。この熱出力は、機器の効率と寿命を低下させるだけでなく、プラントルームの冷却需要も増加させ、最終的にはシステム全体のエネルギー消費を増加させます。

チラープラントでインテリジェントな冷却とエネルギー削減を実現するには、エンジニアはまず、治療を処方する前に病気を診断する医師のように、熱負荷源を包括的に理解する必要があります。

コンプレッサーモーターは、通常、チラープラントで最大の熱源です。これらは、冷却方法に基づいて2つのカテゴリに分類されます。

• 密閉型チラー： モーターとコンプレッサーは、冷媒循環によって冷却される密閉ユニット内に収容されています。この設計により、モーターの熱が冷媒に直接伝達され、環境への影響が最小限に抑えられます。
• オープン駆動チラー： モーターは、外部カップリングを介してコンプレッサーに接続され、空気または水冷を使用します。これらの設計では、モーターの熱がプラントルームに直接放出され、冷却負荷が増加します。

個々のポンプモーターは、チラーモーターよりも少ない熱を発生させる可能性がありますが、複数のポンプが同時に動作すると、かなりの熱出力が発生する可能性があります。 ASHRAE Standard 90.1は、商業ビルのモーターの最小効率要件を義務付けており、大型ユニット（200馬力以上）は95％以上の効率を達成しています。ただし、これらの高効率モーターでさえ、一部のエネルギーを熱に変換します。

VFDは、モーター速度を調整することにより部分負荷効率を向上させますが、電力変換中に熱を発生させます。冷却方法は異なります。

• 空冷VFD： 小型ポンプや冷却塔ファンに使用され、熱をプラントルームに直接放出します。
• 水冷VFD： 通常、チラー制御に使用され、熱を冷却水に伝達し、環境への影響を軽減します。ただし、中電圧VFD（4160V以上）は、多くの場合、依然として空冷が必要です。

• プラントルーム内にある変圧器
• 高調波抑制装置
• 建物の外皮の熱伝達
• その他の熱源（照明、断熱されていないパイプ、UPSシステムなど）

熱源を特定した後、エンジニアは、主に換気または機械冷却を通じて、適切な管理アプローチを実装する必要があります。

換気は、外気を導入することにより、経済的な熱除去を提供します。 ASHRAE Standard 15は、0.5 cfm/sq.ftまたは占有者あたり20 cfmの最小換気率を要求し、最大温度上昇は18°Fを超えないようにします。主な考慮事項は次のとおりです。

• すべての熱源をカバーする気流パターン
• 適切にろ過された吸気口
• 効果的な気流のために適切なサイズのルーバー（一般的な50〜60％の自由面積を考慮）

換気が不十分な場合は、エアハンドラー、ファンコイル、または同様の機器を使用した機械冷却が必要になります。設計には、温度設定値の設定、冷却負荷の計算、適切な機器の選択が必要です。

• 高効率機器の選択
• 効果的な気流のための機器レイアウトの最適化
• 厳格なメンテナンスプログラムの実装
• リアルタイム監視機能を備えたスマートコントロールの利用
• 廃熱回収の機会の探求

最終的に、チラープラントの熱負荷管理は、HVAC設計の重要でありながら、しばしば見過ごされがちな側面を表しています。綿密な計画と実行を通じて、エンジニアは、持続可能な建物の運用をサポートする非常に効率的な冷却システムを開発できます。