Официальный дистрибьютор компании EndoEnterprises (UK)

+38(044) 290 4388 +38(095) 677 5532 +38(067) 577 5532

Влияние ПАВ в чиллерных системах на экономию электроэнергии.

Новые исследования демонстрируют, как инженеры могут повысить энергоэффективность чиллерных систем.

Летний всплеск расходов за электроэнергию становится все чаще становится привычной статьей затрат на ведение бизнеса с системами водяного отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВК). Предвидя эти затраты, большинство менеджеров следят за энергосберегающими методами для повышения эффективности, полностью осознавая, что независимо от того, насколько хорошо их система защищена, они теряют деньги. Методы энергосбережения обычно связаны с изменением поведения жильцов здания, нового оборудования или того и другого, что сопровождается целым набором проблем. Часто изменения не решают основных вопросов энергоэффективности системы, таких как количество циклов, изменение температуры (дельта T [∆T]) между подающей и возвратной водой, а также перенос температуры, необходимый для достижения и поддержания заданной температуры окружающей среды.

Методы и проблемы энергосбережения при охлаждении

Поведенческие изменения труднее всего отслеживать или контролировать, поскольку комфорт напрямую связан с моральным духом сотрудников, особенно в жаркий период. Инженеры ОВК рекомендуют установить минимальную заданную температуру в помещении, составляющую 24оC летом, чтобы обеспечивать комфорт. В зависимости от продолжительности цикла системы и настроек системы управления энергопотреблением поддержание рекомендуемого температурного порога в период от умеренной до экстремальной погоды может увеличить потребление энергии и повысить затраты.
В Ежегодном энергетическом прогнозе на 2017 год Управление энергетической информации США (EIA) сообщило, что сектор коммерческого строительства США потребляет примерно 17,83 квадриллиона британских тепловых единиц (БТЕ) первичной энергии. Из этого количества на системы ОВК потреблялось 5,35 квадриллиона БТЕ, что составляло 30% от общего энергопотребления коммерческого здания. Почти треть из них была потрачена на охлаждение. (см. Рисунок 1).

Рисунок 1. Потребление первичной энергии, ОВК, квадриллионы БТЕ в год (2017).

Системы охлаждения в целом потребляют ≥1,49 квадриллиона БТЕ в год. Пропорциональное потребление энергии основано как на эффективности, так и на общем количестве используемых устройств, поэтому тот факт, что какое-либо оборудование занимает первое место в списке энергопотребления, может больше отражаться на его популярности, чем на его эффективности:

• агрегаты на крыше (0,74)
• чиллеры (0,44)
• центральная сплит-система AC (0,19)
• комнатный кондиционер (0,09)
• газовые системы (0,02)
• геотермальный тепловой насос (<0,01)

Замена оборудования на более энергоэффективные модели всегда обходится дорого и должна основываться на анализе затрат и выгод. Однако независимо от того, насколько эффективна отдельная модернизация, снижение затрат на электроэнергию может быть напрямую связано с плохим ∆T. Неадекватный ∆T приводит к:

• чрезмерные требования к перекачке охлажденной воды для обеспечения необходимой охлаждающей энергии с использованием более низкого перепада температур;
• снижение рабочей мощности чиллера;
• большее количество чиллеров работает с частичной нагрузкой, что снижает эффективность;
• более высокие требования к энергии в чиллерах из-за работы дополнительных машин за пределами их наиболее эффективного рабочего диапазона (при низких нагрузках и высоких расходах);
• увеличение потребления энергии для насосов охлажденной воды;
• дополнительные градирни и водяные насосы конденсатора;
• более высокие требования к энергии водяного насоса конденсатора и градирни для поддержки дополнительных чиллеров;
• чрезмерный износ оборудования и сокращение срока службы из-за увеличения времени работы.

Обычно системы с охлажденной водой сохраняют приемлемый ∆T при высоких нагрузках до 6,7оC. Однако при более низких нагрузках ∆T может упасть до <1,1оC, что приведет к ситуации, когда должна работать только одна машина, а вместо этого работают три или четыре охладителя, чтобы справиться с более высокими расходами. В течение года средняя ∆T может составлять менее 2,0оС.
Более высокие скорости потока распределяются между несколькими чиллерами при низких нагрузках системы, что означает, что каждый чиллер работает около нижнего предела своего диапазона нагрузок, что серьезно снижает эффективность системы. Более того, каждый раз, когда запускается новый чиллер, может также потребоваться работа водяного насоса конденсатора и вентилятора (-ов) градирни. Это значительно увеличивает потребление энергии.
Чтобы максимизировать эффективность, необходимо надлежащим образом управлять расходами, чтобы чиллеры работали в правильном порядке, чтобы каждый чиллер работал с максимальной нагрузкой и с более высокими уровнями эффективности как можно дольше. Уменьшение потока охлажденной воды за счет улучшения ∆T также окажет прямое влияние на потребность в энергии насоса охлажденной воды. Поддерживая фиксированный ∆T охлажденной воды в течение года, операторы должны видеть снижение годового потребления энергии насосом (Рисунок 2).

Расход энергии на охлаждение в зависимости от дельта Т
Рисунок 2. Чем выше разница температур подающей и возвратной воды, тем ниже потребность в энергии в системе

Эффективность использования воды и ее влияние на ∆T

Поверхностно-активные вещества тестировались на протяжении десятилетий на предмет снижения поверхностного натяжения воды и улучшения передачи температуры, но до последнего десятилетия не было достигнуто большого успех. Препятствием была стабильность температуры в ручье. Сравнительно недавние инновации в неионогенных поверхностно-активных веществах как для нагретой, так и для охлажденной воды открыли для руководителей предприятий новый способ повышения эффективности, снижения затрат и улучшения ∆T.
Заливаемые вручную или с помощью дозирующей машины через подпитывающий вход системы отопления, с концентрацией всего 1% в рециркуляционной воде, неионогенные поверхностно-активные вещества улучшают передачу температуры от охлажденной воды к стенке трубы. Это позволяет достичь нескольких энергетических целей, поскольку система:

• быстрее достигает заданных значений температуры помещения, снижая энергетическую нагрузку;
• снижает энергию вентилятора, используемую для сохранения заданных значений;
• повышает эффективность всех технологий охлаждения в системе;
• уменьшает количество циклов чиллера;
• увеличивает ∆T.

По результатам более чем 100 тематических исследований всех типов систем и возрастов, проведенных за десять лет на различных объектах, среднее сокращение энергии и выбросов составило 15%. Более того, было обнаружено, что его безопасно использовать как с ингибиторами, так и с гликолями.

Пример использования

Летом 2019 года Колледж Аллегани в Мэриленде добавил неионогенное поверхностно-активное вещество в свою водяную систему для охлаждения и достиг снижения затрат на электроэнергию на 13,21% и снижения потребления на 14,63 кВт в месяц.
Основанный в 1961 году колледж Аллегани штата Мэриленд обслуживает студентов округа Аллегани и его окрестностей. Кампус расположен в 150 милях (240 км) от побережья в предгорьях Западного Мэриленда, недалеко от города Камберленд. Средняя температура колеблется от 25 до 35оC с середины мая до середины сентября.
Главный кампус состоит из трех одноэтажных зданий, построенных из бетонных блоков и кирпичных материалов, обычных для строительства 1960-х годов. Целью внедрения неионогенного поверхностно-активного вещества, обслуживаемого 220-тонным чиллером, было снижение затрат на электроэнергию и сокращение выбросов для охлаждения зданий, когда занятия начались в середине августа, когда погода была еще довольно жаркой.
Исторические данные были найдены только в счетах за электроэнергию, которые включают потребление, не связанное с ОВК, поэтому электрические подсчетчики были установлены на чиллер в июне 2019 года и продлились до середины сентября, чтобы установить базовый уровень. Система работала в течение трех месяцев для моделирования потребления с коррекцией по градус-днями охлаждения (CDD), полученными от регионального аэропорта Большого Камберленда при базовой нагрузке 18 С (см. Рисунок 3).

Еженедельное потребление энергии на охлаждение
Рисунок 3. Потребление в выходные (синий) обычно ниже потребления в будние дни из-за различных настроек в центре управления.

В ходе анализа был обнаружен явный рост во второй половине лета. Вероятно, это произошло из-за того, что учебный год снова начался, и это стало более частым использованием охлаждения. Аналитики решили использовать данные со середины августа до середины сентября в качестве основной базы, а данные с середины сентября до середины октября для анализа (см. Рисунок 4).

данные за период тестирования ПАВ
Рисунок 4: Желтым цветом обозначен период тестирования (5-15 октября 2019 г.). Зеленый цвет означает выходные дни

Явное изменение характеристик системы наблюдалось во время и после установки неионогенного поверхностно-активного вещества. Среднюю мощность можно преобразовать в потребление для расчета финансовой экономии: потребление энергии (квтч) = мощность (кВт) x время (ч).
Наблюдаемые 327,12 кВт электроэнергии имеют эквивалент углекислого газа (CO2e) 231 кг, такой же объем выбросов выбрасывается автомобилем, проехавшим 566 миль. Ожидаемое сокращение выбросов парниковых газов (ПГ) в течение сезона похолодания составляет 42,1 метрических тонны, или как выбросы от девяти легковых автомобилей, проезжающих более 102 500 миль.
Ежедневно операторы наблюдали экономию энергии на 327,12 кВт, что составляет 5 561,04 квтч за 17 дней. При оплате 0,084 доллара за квтч колледж сэкономил 467,12 доллара. Период охлаждения оценивается в шесть месяцев в году (около 182 дней) и ожидаемая экономия составит 59 535 квтч или 5000 долларов США в год с окупаемостью инвестиций (ROI) в течение двух с половиной лет.

Минимизация затрат за счет улучшения ∆T

Независимо от того, насколько дорого стоит высокоэффективное оборудование, речь идет не о «сравнении оборудовании с неионогенными поверхностно-активными веществами», а о том, как максимально повысить функциональность системы и снизить затраты.
Вывод. В результате применение неионогенных поверхностно-активных веществ и улучшения физических свойств используемой воды как теплоносителя, независимо от срока службы и конструкции, системы охлаждения демонстрируют сокращение потребления энергии и рост энергоэффективность в целом.

by Will Wilson, Pace Solutions Corp.
09/17/2021

Использованная литература

EIA. Annual Energy Outlook 2017. Table: Commercial Sector Key Indicators and Consumption. Reference Case. Aug 2017. eia.gov/outlooks/aeo/data/browser/#/?id=5-AEO2017&cases=ref2017&sourcekey=0
BTO. 2017. Scout Baseline Energy Calculator. Accessed Feb. 2021. trynthink.github.io/scout/calculator.html
WM Group Engineers, “Chilled Water Delta T Study”. Nov. 2008. wmgroupeng.com/sites/wmgroupeng.com/files/CHW%20Delta%20T%20Studynov2008.pdf

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

восемнадцать − двенадцать =

Консультация