Что такое промышленные чиллеры?
Коммерческие здания используют системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) для осушения и охлаждения здания. Современные коммерческие здания ищут эффективные системы и компоненты HVAC в рамках более широких инициатив, направленных на повышение производительности и устойчивости зданий. Жильцы здания также возлагают большие надежды на то, что система HVAC будет функционировать по назначению. . . создать комфортную внутреннюю среду вне зависимости от внешних по отношению к зданию условий.
Чиллеры стали неотъемлемым компонентом ОВиК в самых разных коммерческих объектах, включая отели, рестораны, больницы, спортивные арены, промышленные и производственные предприятия и т. д. В отрасли давно признано, что системы чиллеров являются крупнейшим потребителем электроэнергии в большинстве случаев. удобства. Они могут легко потреблять более 50% от общего потребления электроэнергии в сезонные периоды. По данным Министерства энергетики США (DOE), чиллеры могут совместно использовать примерно 20% всей электроэнергии, вырабатываемой в Северной Америке. Более того, по оценкам Министерства энергетики, чиллеры могут расходовать до 30% дополнительного энергопотребления из-за различных эксплуатационных неэффективностей. Эта общепризнанная неэффективность обходится компаниям и строительным предприятиям в миллиарды долларов ежегодно.
Как правило, чиллер облегчает передачу тепла из внутренней среды во внешнюю среду. Это устройство теплопередачи зависит от физического состояния хладагента, когда он циркулирует в системе чиллера. Конечно, чиллеры могут служить сердцем любой центральной системы HVAC.
Как работает чиллер?
Чиллер работает по принципу парокомпрессии или абсорбции пара. Чиллеры обеспечивают непрерывный поток хладагента на холодную сторону системы технологической воды при желаемой температуре около 50°F (10°C). Затем хладагент прокачивается через процесс, извлекая тепло из одной области объекта (например, машин, технологического оборудования и т. д.), когда он возвращается к возвратной стороне системы технологической воды.
В чиллере используется механическая система охлаждения с компрессией пара, которая соединяется с системой технологической воды через устройство, называемое испарителем. Хладагент циркулирует через испаритель, компрессор, конденсатор и расширительное устройство чиллера. В каждом из вышеперечисленных компонентов чиллера происходит термодинамический процесс. Испаритель работает как теплообменник, так что тепло, захваченное потоком технологического хладагента, передается хладагенту. По мере передачи тепла хладагент испаряется, превращаясь из жидкости низкого давления в пар, при этом температура технологического хладагента снижается.
Затем хладагент поступает в компрессор, который выполняет несколько функций. Во-первых, он удаляет хладагент из испарителя и гарантирует, что давление в испарителе остается достаточно низким для поглощения тепла с правильной скоростью. Во-вторых, он повышает давление выходящего пара хладагента, чтобы гарантировать, что его температура остается достаточно высокой для выделения тепла, когда он достигает конденсатора. Хладагент возвращается в жидкое состояние в конденсаторе. Скрытая теплота, выделяемая при переходе хладагента из пара в жидкость, уносится из окружающей среды охлаждающей средой (воздухом или водой).
Типы чиллеров:
Как уже говорилось, две разные охлаждающие среды (воздух или вода) могут способствовать передаче скрытой теплоты, отдаваемой при переходе хладагента из пара в жидкость. Таким образом, чиллеры могут использовать два разных типа конденсаторов: с воздушным охлаждением и с водяным охлаждением.
- Конденсаторы с воздушным охлаждением напоминают «радиаторы», которыми охлаждаются автомобильные двигатели. Они используют моторизованный вентилятор для подачи воздуха через сетку линий хладагента. Если конденсаторы с воздушным охлаждением не предназначены специально для условий высокой температуры окружающей среды, для их эффективной работы требуется температура окружающей среды 95°F (35°C) или ниже.
- Конденсаторы с водяным охлаждением выполняют ту же функцию, что и конденсаторы с воздушным охлаждением, но требуют двухступенчатой передачи тепла. Во-первых, тепло переходит от паров хладагента в воду конденсатора. Затем теплая вода из конденсатора перекачивается в градирню, где технологическое тепло в конечном итоге выбрасывается в атмосферу.
Чиллеры с водяным охлаждением:
Чиллеры с водяным охлаждением имеют конденсатор с водяным охлаждением, соединенный с градирней. Они обычно используются для средних и крупных установок, которые имеют достаточное водоснабжение. Чиллеры с водяным охлаждением могут обеспечить более постоянную производительность для коммерческого и промышленного кондиционирования воздуха из-за относительной независимости от колебаний температуры окружающей среды. Размеры чиллеров с водяным охлаждением варьируются от небольших моделей мощностью 20 тонн до моделей мощностью несколько тысяч тонн, которые охлаждают крупнейшие в мире объекты, такие как аэропорты, торговые центры и другие объекты.
Типичный чиллер с водяным охлаждением использует рециркулирующую воду конденсатора из градирни для конденсации хладагента. Чиллер с водяным охлаждением содержит хладагент, зависящий от температуры воды на входе в конденсатор (и скорости потока), которая функционирует в зависимости от температуры окружающей среды по влажному термометру. Поскольку температура по влажному термометру всегда ниже температуры по сухому термометру, температура (и давление) конденсации хладагента в чиллере с водяным охлаждением часто может работать значительно ниже, чем в чиллере с воздушным охлаждением. Таким образом, чиллеры с водяным охлаждением могут работать более эффективно.
Чиллеры с водяным охлаждением обычно размещаются в закрытом помещении в среде, защищенной от непогоды. Следовательно, чиллер с водяным охлаждением может обеспечить более длительный срок службы. Чиллеры с водяным охлаждением обычно представляют собой единственный вариант для более крупных установок. Дополнительная система градирни потребует дополнительных затрат на установку и обслуживание по сравнению с чиллерами с воздушным охлаждением.
Чиллеры с воздушным охлаждением:
В чиллерах с воздушным охлаждением конденсатор охлаждается окружающим воздухом. Таким образом, чиллеры с воздушным охлаждением могут найти широкое применение в небольших или средних установках, где могут существовать ограничения по пространству. Чиллер с воздушным охлаждением может представлять собой наиболее практичный выбор в сценариях, где вода представляет собой дефицитный ресурс.
Типичный чиллер с воздушным охлаждением может иметь пропеллерные вентиляторы или механические циклы охлаждения для подачи окружающего воздуха через ребристый змеевик для конденсации хладагента. Конденсация паров хладагента в конденсаторе с воздушным охлаждением обеспечивает передачу тепла в атмосферу.
Чиллеры с воздушным охлаждением обладают значительным преимуществом, заключающимся в более низких затратах на установку. Более простое техническое обслуживание также является результатом их относительной простоты по сравнению с чиллерами с водяным охлаждением. Чиллеры с воздушным охлаждением будут занимать меньше места, но в основном будут располагаться за пределами объекта. Таким образом, наружные элементы сократят свой функциональный срок службы.
Комплексный характер чиллеров с воздушным охлаждением снижает затраты на техническое обслуживание. Их относительная простота в сочетании с меньшими требованиями к пространству дает большие преимущества во многих типах установок.
Действия по повышению эффективности чиллерных систем:
Расходы на чиллер занимают значительную часть счетов за коммунальные услуги вашего здания. Какие меры следует предпринять для получения экономии энергии за счет максимальной эффективности системы чиллера? Давайте рассмотрим некоторые возможности.
Текущее обслуживание
Системы охлаждения будут работать более эффективно благодаря надлежащему текущему обслуживанию. Большинство организаций осознают эту ценность и предприняли шаги в рамках своих передовых методов повседневного управления объектами. Некоторые общие передовые методы для систем охлаждения включают:
Осмотрите и очистите змеевики конденсатора. Теплопередача оказывает большое влияние на системы чиллеров и остается фундаментом для эффективной работы чиллеров. При плановом техническом обслуживании следует проверять змеевики конденсатора на предмет засорения и свободного прохода воздуха.
Поддерживайте заправку хладагента. Коэффициент охлаждения чиллера зависит от надлежащего уровня хладагента в системе. Поддержание надлежащей заправки хладагента может значительно повлиять на эффективность использования энергии за счет снижения затрат на охлаждение почти на 5-10%.
Поддержание воды в конденсаторе: Водяные контуры конденсатора, используемые с градирнями, должны поддерживать надлежащий поток воды, как и было задумано. Любой мусор, такой как песок, эрозионные твердые частицы и загрязняющие материалы, может повлиять на водяной контур конденсатора. Загрязнение или образование накипи может препятствовать потоку воды и сильно влиять на эффективность работы чиллера.
Профилактическое обслуживание
Искусственный интеллект (ИИ) продолжает развиваться в повседневных практических приложениях. Алгоритмы искусственного интеллекта, которые могут обнаруживать потенциальные сбои до их возникновения, выиграют от таких машин, как системы охлаждения. Профилактическое техническое обслуживание использует сбор и анализ эксплуатационных данных системы чиллера, чтобы определить, когда следует предпринять действия по техническому обслуживанию до катастрофического отказа. Поскольку системы чиллеров являются сердцем большинства современных систем HVAC, предотвращение катастрофических отказов, которые приводят к значительному «простою», позволит сэкономить на расходах на аварийный ремонт, а также на репутации. Критическая роль, которую играет система охлаждения, требует повышенного внимания. Большие данные и искусственный интеллект сведут к минимуму время простоя и повысят производительность.
Интернет вещей (IoT) предоставляет инструмент сбора данных, который позволяет использовать приложения ИИ, такие как профилактическое обслуживание. На самом деле будущее HVAC — это AI и IoT. Интернет вещей позволяет собирать данные с чиллера в режиме реального времени, чтобы обеспечить непрерывный анализ его работы. Детализированные данные IoT, собранные с чиллера, намного превосходят данные, полученные при визуальном осмотре. Интернет вещей позволяет инженерам-строителям видеть в режиме реального времени критически важные активы HVAC, тем самым обеспечивая информированный мониторинг фактических условий эксплуатации.
Оптимизация
Чиллеры работают как часть сложной системы HVAC. Чиллеры с водяным охлаждением имеют большую сложность из-за подключения к системе градирни. Таким образом, оценка общей производительности холодильной установки будет включать анализ общей потребляемой мощности компрессора, насосов, вентиляторов градирни и т. д. для оценки комплексных показателей эффективности, таких как кВт/т.
Оптимизация всей холодильной установки должна выполняться комплексно. Различные корректировки, направленные на оптимальные заданные значения охлажденной воды, последовательность работы чиллеров и балансировку нагрузки, управление пиковым спросом, управление водой градирни и т. д., могут выполняться только с использованием эксплуатационных данных. Интернет вещей может предоставить инструменты для такой оптимизации, обеспечивая в режиме реального времени мониторинг энергопотребления каждой части холодильной установки, температуры подачи/возврата из чиллера и градирни, скорости потока воды из водяного контура конденсатора и т. д. Интернет вещей обнаружил практическое применение в HVAC для облегчения истинной оптимизации.
Вывод:
Эффективность работы чиллера значительно повлияет на эксплуатационные расходы вашего здания. Текущее текущее техническое обслуживание представляет собой минимум с точки зрения управления объектом. Для профилактического обслуживания и оптимизации системы чиллера требуются оперативные данные в режиме реального времени. Интернет вещей открыл двери новым формам повышения эффективности чиллеров.