Technologia inteligentnego chłodzenia zwiększa efektywność energetyczną HVAC

W dużych budynkach komercyjnych systemy agregatów chłodniczych służą jako podstawowe urządzenia chłodzące, a ich efektywność energetyczna ma bezpośredni wpływ na koszty operacyjne i zrównoważony rozwój. Jednak często niezauważane jest to, że pomieszczenie z agregatami chłodniczymi samo w sobie stanowi znaczące źródło ciepła. Skuteczne zarządzanie i kontrola obciążeń termicznych w tych przestrzeniach stało się kluczowym czynnikiem optymalizacji ogólnej wydajności systemu chłodniczego.

Jeśli agregaty chłodnicze stanowią „serce” systemów chłodzenia, wówczas pomieszczenia produkcyjne agregatów chłodniczych działają jak „żyły i nerwy”, które podtrzymują ten ważny narząd. Jednak te niepozorne przestrzenie skrywają znaczny potencjał zużycia energii. Różne komponenty elektryczne w chłodniach — w tym silniki sprężarek, silniki pomp, napędy o zmiennej częstotliwości (VFD) i transformatory — generują podczas pracy znaczne ilości ciepła. Ta moc cieplna nie tylko zmniejsza wydajność i żywotność sprzętu, ale także zwiększa zapotrzebowanie na chłodzenie pomieszczenia technologicznego, ostatecznie zwiększając zużycie energii przez cały system.

Aby osiągnąć inteligentne chłodzenie i redukcję energii w instalacjach chłodniczych, inżynierowie muszą najpierw kompleksowo zrozumieć źródła obciążenia cieplnego – podobnie jak lekarze diagnozujący choroby przed przepisaniem leczenia.

Silniki sprężarek stanowią zazwyczaj największe źródło ciepła w instalacjach chłodniczych. Można je podzielić na dwie kategorie w zależności od metod chłodzenia:

• Hermetyczne agregaty chłodnicze:Silniki i sprężarki są umieszczone w szczelnych jednostkach chłodzonych cyrkulacją czynnika chłodniczego. Taka konstrukcja przenosi ciepło silnika bezpośrednio na czynnik chłodniczy, minimalizując wpływ na środowisko.
• Agregaty chłodnicze z napędem otwartym:Silniki łączą się ze sprężarkami za pomocą sprzęgieł zewnętrznych, wykorzystując chłodzenie powietrzem lub wodą. Konstrukcje te uwalniają ciepło silnika bezpośrednio do pomieszczeń technicznych, zwiększając obciążenie chłodnicze.

Chociaż pojedyncze silniki pomp mogą generować mniej ciepła niż silniki agregatów chłodniczych, wiele pomp pracujących jednocześnie może wytwarzać znaczną moc cieplną. Norma ASHRAE 90.1 określa minimalne wymagania dotyczące wydajności dla silników do budynków komercyjnych, przy czym większe jednostki (ponad 200 koni mechanicznych) osiągają sprawność powyżej 95%. Jednak nawet te silniki o wysokiej wydajności przekształcają część energii w ciepło.

Chociaż falowniki poprawiają wydajność przy częściowym obciążeniu poprzez regulację prędkości silnika, generują ciepło podczas konwersji mocy. Metody chłodzenia są różne:

• Przetwornice częstotliwości chłodzone powietrzem:Stosowane w mniejszych pompach i wentylatorach wież chłodniczych, uwalniają ciepło bezpośrednio do pomieszczeń produkcyjnych.
• Przetwornice częstotliwości chłodzone wodą:Zwykle stosowane do sterowania agregatami chłodniczymi, przekazują ciepło do wody chłodzącej, zmniejszając wpływ na środowisko. Jednakże przetwornice częstotliwości średniego napięcia (4160 V+) często nadal wymagają chłodzenia powietrzem.

• Transformatory zlokalizowane w pomieszczeniach technicznych
• Urządzenia łagodzące harmoniczne
• Przenikanie ciepła przez przegrodę budynku
• Różne źródła (oświetlenie, nieizolowane rury, systemy UPS itp.)

Po zidentyfikowaniu źródeł ciepła inżynierowie muszą wdrożyć odpowiednie podejście do zarządzania, przede wszystkim poprzez wentylację lub chłodzenie mechaniczne.

Wentylacja zapewnia ekonomiczne odprowadzanie ciepła poprzez wprowadzenie powietrza zewnętrznego. ASHRAE Standard 15 wymaga minimalnego współczynnika wentylacji wynoszącego 0,5 cfm/ft lub 20 cfm na mieszkańca, przy maksymalnym wzroście temperatury nieprzekraczającym 18°F. Kluczowe kwestie obejmują:

• Wzorce przepływu powietrza obejmujące wszystkie źródła ciepła
• Odpowiednio filtrowane wloty powietrza
• Żaluzje dobrane pod kątem efektywnego przepływu powietrza (uwzględniające typowe 50–60% wolnej powierzchni)

Gdy wentylacja okaże się niewystarczająca, konieczne staje się chłodzenie mechaniczne za pomocą central wentylacyjnych, klimakonwektorów lub podobnego sprzętu. Projekt wymaga ustalenia nastaw temperatury, obliczenia obciążeń chłodniczych i wyboru odpowiedniego sprzętu.

• Wybór sprzętu o wysokiej wydajności
• Optymalizacja rozmieszczenia sprzętu pod kątem efektywnego przepływu powietrza
• Wdrażanie rygorystycznych programów konserwacji
• Wykorzystanie inteligentnych elementów sterujących z monitorowaniem w czasie rzeczywistym
• Badanie możliwości odzyskiwania ciepła odpadowego

Ostatecznie zarządzanie obciążeniem cieplnym instalacji agregatów chłodniczych stanowi krytyczny, choć często pomijany aspekt projektowania HVAC. Dzięki skrupulatnemu planowaniu i realizacji inżynierowie mogą opracować wysoce wydajne systemy chłodzenia, które wspierają zrównoważone funkcjonowanie budynków.