چیلرها و مصرف انرژی

در این مقاله قصد داریم در مورد چیلرها و مصرف انرژی در آن‌ها صحبت کنیم. ساختمان‌های تجاری برای رطوبت زدایی و خنک سازی ساختمان، از سیستم‌های گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC) استفاده می‌کنند. ساختمان‌های تجاری مدرن به عنوان بخشی از اقدامات گسترده‌تر با محوریت عملکرد و پایداری ساختمان، به دنبال سیستم‌ها و اجزای HVAC کارآمد هستند. ساکنان ساختمان نیز به همین ترتیب انتظارات زیادی دارند که سیستم HVAC برای ایجاد یک فضای داخلی راحت، بدون در نظر گرفتن شرایط خارجی ساختمان، همانطور که در نظر گرفته شده، عمل کند.

چیلرها به عنوان یک جز مهم در تهویه مطبوع در انواع وسیعی برای مصارفی هم چون امکانات تجاری از جمله هتل‌ها، رستوران‌ها، بیمارستان‌ها، سالن‌های ورزشی، کارخانجات صنعتی و تولیدی و … تبدیل شده‌اند. این صنعت عمده‌ترین مصرف کننده انرژی در سیستم‌های تهویه مطبوع مرکزی است. در ساختمان‌های تجاری، که سیستم‌های تهویه مطبوع تقریباً نیمی از کل برق مصرفی را تشکیل می‌دهند. در این بین چیلرها بزرگترین مصرف کننده‌ها هستند؛ بطوریکه به راحتی بیش از 50 درصد کل مصرف برق را در دوره‌های فصلی مصرف می‌کنند.

طبق اعلام وزارت انرژی ایالت متحده (DOE)، چیلرها می‌توانند با هم ترکیب شوند و تقریباً 20 درصد از کل برق تولید شده در آمریکای شمالی را استفاده کنند. علاوه بر آن (DOE) تخمین می‌زند که چیلرها به دلیل ضعف‌هایی در بخش عملیاتی، می‌توانند تا 30 درصد مصرف انرژی اضافی داشته باشند. با انجام بعضی از کارها، می‌توان این مصرف انرژی را کاهش داد. بنابراین در هنگام استفاده از آن‌ها باید میزان کارایی و بازده چیلرها مورد توجه قرار گیرد. میزان کارایی چیلر به عوامل مهمی از جمله شرایط محیطی، طراحی نصب و … بستگی دارد، اما می‌توان کارایی چیلر را با چند پارامتر مهم محاسبه و تخمین زد و در صورت لزوم سیستم را بهینه نمود.

ضریب عملکرد COP

کارایی چیلر معمولاً بر اساس ضریب عملکرد COP آن اندازه گیری می‌شود که به صورت زیر بیان می‌شود:

COP/گرمای جذب شده توسط اواپراتور=[(گرمای رانده شده توسط کندانسور)-(گرمای جذب شده توسط اواپراتور)]

بازده چیلر به نوع کمپرسور در چیلر و استفاده از خنک کننده هوا یا آب نیز بستگی دارد، ضریب عملکرد می‌تواند در چیلرهای کوچک در حدود 5.2 و در چیلرهای بزرگ، آب سرد و گریز از مرکز تا 7 باشد. چیلرهای جذبی ضریب عملکردی 2.1 تا 4.0 دارند.

نسبت راندمان انرژی EER

اما فاکتور مهم دیگر در بیان بازده و کارایی چیلر ها با مفهومی با عنوان EER بیان می‌شود:

(EER=COP×3.412 (Btu/W.hr

هر چقدر نسبت راندمان انرژی بیشتر باشد، نشان دهنده مصرف کمتر انرژی و کاهش هزینه در آن است.

IPLV یا NPLV

میزان کارایی یک چیلر به میزان بسیار بالایی بر روی سیستم کلی تهویه مطبوع تاثیر گذار است. یک معیار مفیدتر بر چیلر، بررسی IPLV (مقدار بار یک پارچه قطعه) یا NPLV ( مقدار بار غیر استاندارد) آن است. مقدار بار یک پارچه قطعه (IPLV) یک ویژگی عملکردی است که توسط موسسه تهویه مطبوع، گرمایش و برودت (AHRI) تعریف شده است. معمولاً برای توصیف عملکرد چیلر با قابلیت تلفیق ظرفیت استفاده می‌شود.

برخلاف EER (نسبت بازده انرژی) یا COP (ضریب عملکرد) که بازدهی را در شرایط بار کامل توصیف می‌کند، IPLV از کارایی تجهیزات هنگام کار در ظرفیت‌های مختلف حاصل می‌شود. از آنجا که چیلر همیشه با ظرفیت 100٪ کار نمی‌کند، EER یا COP نمایشی ایده‌آل از عملکرد معمول تجهیزات نیست. IPLV معیار بسیار مهمی است که باید در نظر گرفته شود؛ زیرا می‌تواند بر مصرف انرژی و هزینه های عملیاتی در طول عمر تجهیزات تأثیر بگذارد. کدهای انرژی مانند ASHRAE Standard 90.1 حداقل مقادیر را برای تجهیزات مشخص می‌کند. IPLV با کارایی تجهیزات در حالی که در ظرفیت های 100٪ ، 75٪ ، 50٪ و 25٪ کار می‌کنند، محاسبه می‌شود.

برای اهداف تجهیزات چیلر، شرایط عملیاتی در جدول 3 استاندارد AHRI 550 / 590-2015 نشان داده شده است. به عنوان مثال برای کار با یک اواپراتور 44 درجه فارنهایت با LWT با سرعت جریان 2.4 گرم در هر تن، به یک چیلر خنک کننده با آب نیاز است. کندانسور EWT بسته به ظرفیت بار بخشی با استفاده از سرعت 3.0 گرم در هر تن متفاوت خواهد بود. اگر چیلر برای کار در شرایط متفاوت از آنچه در جدول مشخص شده است، از جمله دمای پایین آب یا دبی متفاوت، طراحی شده باشد، بازده را NPLV (مقدار بار غیر قطعه‌ای غیر استاندارد) می‌نامند. هر دو این رتبه بندی‌ها را می‌توان با استفاده از معادله زیر محاسبه کرد:

IPLV (or NPLV) = 0.01A+0.42B+0.45C+0.12D

که در این رابطه مقادیر D ,C ,B ,A عبارتند از:

A = COP or EER 100% Load
B = COP or EER 75% Load
C = COP or EER 50% Load
D = COP or EER 25% Load

از این رابطه کاملاً واضح است که هر چیلر در طول زمان کارکرد خود، در حدود 1 درصد در بار کامل کار می‌کند و انتخاب یک چیلر تنها براساس COP و EER امری اشتباه است. اما به طور کلی می‌توان گفت که تقریباً هیچ چیلری در طول عمر کارکرد خود در حالت 100 درصد بار نخواهد بود؛ بلکه بیش از 75 درصد از زمان کارکرد چیلر در 50 درصد بار و کمتر از آن است.

یکی دیگر از روش‌های کاهش مصرف این چیلرها استفاده از هوای خنک محیط باز است. بیشتر چیلرها، حتی قدیمی‌ترها، می‌توانند از کاهش دمای آب کندانسور در هوای خنک تر بهره مند شوند. ابعاد چیلر ممکن است بر اساس آب 85 درجه فارنهایت از برج های خنک کننده باشد که برای ساعات بسیار کمی از آب و هوا در سال لازم است. برای بقیه سال، برج خنک کننده به راحتی و با کارآیی می‌تواند آب خنک‌تری را تأمین کند. چیلرها می‌توانند از آب سردتر بدون خطر برای صرفه جویی در مصرف انرژی استفاده کنند.

همانطور که در جداول زیر مشاهده می‌شود، با 50 درصد بارگیری، راندمان چیلر 57/0 کیلووات بر تن در 85 فارنهایت با ورود به دمای آب کندانسور است. وقتی دمای آب کندانسور ورودی به 60 فارنهایت کاهش می یابد، بازده به 0.25 کیلووات بر تن می رسد و 56 درصد افزایش بهره وری را به دنبال دارد. در حالت کلی، چیلرهای گریز از مرکز با درایو های با سرعت متغیر به طور معمول می‌توانند از هر 5 درجه کاهش دما از آب کندانسور ، 10 تا 13 درصد افزایش بهره وری را مشاهده کنند.

چیلرهای با سرعت ثابت نیز در این شرایط بهروری دارند، اما فقط 5 درصد برای هر 5 درجه تسکین دهنده آب خنک بهره می برند. اگرچه انرژی فن خنک کننده برج با یک استراتژی تسکین دمای آب سرد افزایش می یابد، صرفه جویی در انرژی چیلر به طور معمول بیش از افزایش انرژی فن است. میزان آن به آب و هوا، مشخصات بار و اندازه تجهیزات بستگی دارد، بنابراین برای تعیین استراتژی کنترل مناسب باید تجزیه و تحلیل انجام شود. بر هم کنش سه عامل بالا تأثیر قابل توجهی در کارایی چیلر دارد: دمای آب ورودی کندانسور، بارگیری چیلر و اینکه سرعت چیلر ثابت است یا متغیر. جداول زیر بازده های معمول چیلر را در کیلووات بر تن برای ترکیبات مختلف این سه فاکتور ذکر کرده اند.

جهت کسب اطلاعات بیشتر به صفحه اول سایت مهتاب گستر بعنوان بزرگترین تولید و تامین کننده تجهیزات گرمایش و سرمایشی در خاورمیانه مراجعه فرمائید یا با همکاران من در تماس باشید.