Официальный дистрибьютор компании EndoEnterprises (UK)

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

Вплив ПАР у чиллерних системах на економію електроенергії та температурний обмін

Нові дослідження демонструють, як інженери можуть підвищити ефективність чиллерних систем.

Літній сплеск витрат за електроенергію стає все частіше стає звичною статтею витрат на ведення бізнесу із системами водяного опалення, вентиляції та кондиціювання повітря (ОВК). Передбачаючи ці витрати, більшість менеджерів стежать за енергозберігаючими методами для підвищення ефективності, повністю усвідомлюючи, що незалежно від того, наскільки добре їхня система захищена, вони втрачають гроші. Методи енергозбереження зазвичай пов’язані із зміною поведінки мешканців будівлі, нового обладнання або того й іншого, що супроводжується цілим набором проблем. Часто зміни не вирішують основних питань енергоефективності системи, таких як кількість циклів, зміна температури (дельта T [∆T]) між водою, що подає і зворотною водою, а також перенесення температури, необхідний для досягнення та підтримки заданої температури навколишнього середовища.

Методи та проблеми енергозбереження при охолодженні

Поведінкові зміни найважче відстежувати чи контролювати, оскільки комфорт безпосередньо пов’язані з моральним духом співробітників, і вони часто короткочасні, особливо у спекотний період. Інженери ОВК рекомендують встановити мінімальну задану температуру в приміщенні, що становить 24 °C влітку, щоб забезпечувати комфорт. Залежно від тривалості циклу системи та налаштувань системи управління енергоспоживанням підтримка рекомендованого температурного порога в період від помірної до екстремальної погоди може збільшити споживання енергії та підвищити витрати.
У Щорічному енергетичному прогнозі на 2017 рік Управління енергетичної інформації США (EIA) повідомило, що сектор комерційного будівництва США споживає приблизно 17,83 квадрильйону британських теплових одиниць (БТО) первинної енергії. З цієї кількості на системи ОВК споживалося 5,35 квадрильйону БТЕ, що становило 30% загального енергоспоживання комерційної будівлі. Майже третина з них була витрачена на охолодження. (Див. Малюнок 1).

Малюнок 1. Споживання первинної енергії, ОВК, квадрильйони БТО на рік (2017).

Системи охолодження загалом споживають ≥1,49 квадрилліона БТЕ на рік. Пропорційне споживання енергії засноване як на ефективності, так і на загальній кількості використовуваних пристроїв, тому той факт, що якесь обладнання займає перше місце в списку енергоспоживання, може більше відбиватися на його популярності, ніж на його ефективності:

• агрегати на даху (0,74);
• чиллери (0,44);
• центральна спліт-система AC (0,19);
• кімнатний кондиціонер (0,09);
• газові системи (0,02);
• геотермальний тепловий насос (<0,01).

Заміна обладнання на більш енергоефективні моделі завжди обходиться дорого і має ґрунтуватися на аналізі витрат та вигод. Однак незалежно від того, наскільки ефективна окрема модернізація, зниження витрат на електроенергію може бути пов’язане безпосередньо з поганим ∆T. Неадекватний ∆T призводить до:

• надмірні вимоги до перекачування охолодженої води для забезпечення необхідної енергії, що охолоджує, з використанням нижчого перепаду температур;
• зниження робочої потужності чиллера;
• більша кількість чилерів працює із частковим навантаженням, що знижує ефективність;
• більш високі вимоги до енергії в чилерах через роботу додаткових машин за межами їхнього найефективнішого робочого діапазону (при низьких навантаженнях та високих витратах);
• збільшення споживання енергії для насосів охолодженої води;
• додаткові градирні та водяні насоси конденсатора;
• більш високі вимоги до енергії водяного насосу конденсатора та градирні для підтримки додаткових чилерів;
• надмірне знос обладнання та скорочення терміну служби через збільшення часу роботи.

Зазвичай системи з охолодженою водою зберігають прийнятний ∆T при високих навантаженнях до 6,7 C. Однак при нижчих навантаженнях ∆T може впасти до <1,1 C, що призведе до ситуації, коли має працювати тільки одна машина, а натомість працюють три або чотири охолоджувачі, щоб впоратися з вищими витратами. Протягом року середня ∆T може становити менше ніж 2,0°С.
Вищі швидкості потоку розподіляються між декількома чилерами при низьких навантаженнях системи, що означає, що кожен чиллер працює біля нижньої межі свого діапазону навантажень, що серйозно знижує ефективність системи. Більш того, щоразу, коли запускається новий чиллер, може також знадобитися робота водяного насоса конденсатора та вентилятора (-ів) градирні. Це значно збільшує споживання енергії.
Щоб максимізувати ефективність, необхідно належним чином керувати витратами, щоб чилери працювали в правильному порядку, щоб кожен чилер працював з максимальним навантаженням та з вищими рівнями ефективності якомога довше. Зменшення потоку охолодженої води за рахунок поліпшення ∆T також вплине на потребу в енергії насоса охолодженої води. Підтримуючи фіксований ∆T охолодженої води протягом року, оператори повинні бачити зниження річного споживання енергії насосом (див. Малюнок 2).

Витрати енергії в залежності від дельта Т
Малюнок 2. Чим вища ∆T, тим нижча потреба в енергії в системі.

Ефективність використання води та її вплив на ∆T

Поверхнево-активні речовини тестувалися протягом десятиліть щодо зниження поверхневого натягу води та поліпшення передачі температури, але до останнього десятиліття був досягнуто великого успіх. Перешкодою була стабільність температури у струмку. Порівняно нещодавні інновації у неіоногенних поверхнево-активних речовинах як для нагрітої, так і для охолодженої води відкрили для керівників підприємств новий спосіб підвищення ефективності, зниження витрат та покращення ∆T.
Заливаються вручну або за допомогою дозуючої машини через підживлювальний вхід системи опалення, з концентрацією всього 1% в рециркуляційній воді, неіоногенні поверхнево-активні речовини покращують передачу температури від охолодженої води до стінки труби. Це дозволяє досягти кількох енергетичних цілей, оскільки система:

• швидше досягає заданих значень температури приміщення, знижуючи енергетичне навантаження;
• знижує енергію вентилятора, що використовується для збереження заданих значень;
• підвищує ефективність усіх технологій охолодження у системі;
• зменшує кількість циклів чиллера;
• збільшує ∆T.

За результатами більш ніж 100 тематичних досліджень усіх типів систем та вікових груп, проведених за десять років на різних об’єктах, середнє скорочення енергії та викидів становило 15%. Крім того, було виявлено, що його безпечно використовувати як з інгібіторами, так і з гліколями.

Приклад застосування

Влітку 2019 року Коледж Аллегані в Меріленді додав неіоногенну поверхнево-активну речовину у свою водяну систему для охолодження та досяг зниження витрат на електроенергію на 13,21% та зниження споживання на 14,63 кВт на місяць.
Заснований у 1961 році коледж Алегані штату Меріленд обслуговує студентів округу Алегані та його околиць. Кампус розташований за 150 миль (240 км) від узбережжя в передгір’ях Західного Меріленду, недалеко від міста Камберленд. Середня температура коливається від 25 до 35 °C із середини травня до середини вересня.
Головний кампус складається з трьох одноповерхових будівель, збудованих із бетонних блоків та цегляних матеріалів, звичайних для будівництва 1960-х років. Метою впровадження неіоногенної поверхнево-активної речовини, що обслуговується 220-тонним чиллером, було зниження витрат на електроенергію та скорочення викидів для охолодження будівель, коли заняття почалися в середині серпня, коли погода була ще досить спекотною.
Історичні дані були знайдені лише у рахунках за електроенергію, які включають споживання, не пов’язане з ОВК, тому електричні підрахунки були встановлені на чиллер у червні 2019 року та тривали до середини вересня, щоб встановити базовий рівень. Система працювала протягом трьох місяців для моделювання споживання з корекцією градусів-день охолодження (CDD), отриманими від регіонального аеропорту Великого Камберленда при базовому навантаженні 18 С (див. Малюнок 3).

Малюнок 3. Споживання у вихідні (синій) зазвичай нижче споживання у будні дні через різні налаштування управління в центрі.

У ході аналізу було виявлено явне зростання у другій половині літа. Ймовірно, це сталося через те, що навчальний рік знову розпочався, і це почастішало використання охолодження. Аналітики вирішили використовувати дані з середини серпня до середини вересня як основну базу, а дані з середини вересня до середини жовтня для аналізу (див. Малюнок 4).

Данні за період тестування ПАР
Малюнок 4: Жовтим кольором є період тестування (5-15 жовтня 2019 р.). Зелений колір означає вихідні дні

Явна зміна характеристик системи спостерігалася під час та після встановлення неіоногенної поверхнево-активної речовини. Середню потужність можна перетворити на споживання для розрахунку фінансової економії: споживання енергії (кВтг) = потужність (кВт) x час (год).
327,12 кВт електроенергії, що спостерігаються, мають еквівалент вуглекислого газу (CO2е) 231 кг, такий же обсяг викидів викидається автомобілем, що проїхав 566 миль. Очікуване скорочення викидів парникових газів (ПГ) протягом сезону похолодання становить 42,1 метричних тони, або як викиди від дев’яти легкових автомобілів, що проїжджають понад 102 500 миль.
Щодня оператори спостерігали економію енергії на 327,12 кВт, що становить 5561,04 кВтг за 17 днів. При оплаті 0,084 долара за кВтг коледж зекономив 467,12 долара. Період охолодження оцінюється в шість місяців на рік (близько 182 днів) і очікувана економія становитиме 59 535 кВтг або 5000 доларів США на рік з окупністю інвестицій (ROI) протягом двох з половиною років.

Мінімізація витрат за рахунок покращення ∆T

Незалежно від того, наскільки дорого коштує високоефективне обладнання, йдеться не про «порівняння обладнання з неіоногенними поверхнево-активними речовинами», а про те, як максимально підвищити функціональність системи та знизити витрати.
Висновок. В результаті застосування неіоногенних поверхнево-активних речовин та покращення фізичних властивостей використовуваної води як теплоносія, незалежно від терміну служби та конструкції, системи охолодження демонструють скорочення споживання енергії та зростання енергоефективності в цілому.

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

Використана література

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

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *

13 − four =

Консультация