Que sont les systèmes de refroidissement?
Les bâtiments commerciaux utilisent des systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC) pour déshumidifier et refroidir le bâtiment. Les bâtiments commerciaux modernes recherchent des systèmes et des composants CVC efficaces dans le cadre dinitiatives plus larges axées sur la performance et la durabilité des bâtiments. De même, les occupants du bâtiment ont de grandes attentes, à savoir que le système CVC fonctionnera comme prévu. . . pour créer un environnement intérieur confortable quelles que soient les conditions extérieures au bâtiment.
Les refroidisseurs sont devenus un composant CVC essentiel dune grande variété dinstallations commerciales, y compris les hôtels, les restaurants, les hôpitaux, les arènes sportives, les industries et la fabrication usines, etc. Lindustrie reconnaît depuis longtemps que les systèmes de refroidissement représentent le plus gros consommateur délectricité dans la plupart des installations. Ils peuvent facilement consommer plus de 50% de la consommation électrique totale pendant les périodes saisonnières. Selon le Département américain de lénergie (DOE), les refroidisseurs peuvent combiner pour utiliser environ 20% de lénergie électrique totale produite en Amérique du Nord. De plus, le DOE estime que les refroidisseurs peuvent dépenser jusquà 30% dénergie supplémentaire en raison de diverses inefficacités opérationnelles. Ces inefficacités reconnues coûtent des milliards de dollars aux entreprises et aux installations de construction par an.
En général, un refroidisseur facilite le transfert de chaleur dun environnement interne vers un environnement externe. Ce dispositif de transfert de chaleur repose sur létat physique dun réfrigérant lorsquil circule dans le système de refroidissement. Les refroidisseurs peuvent certainement fonctionner comme le cœur de nimporte quel système de CVC central.
Comment fonctionne un refroidisseur?
Un refroidisseur fonctionne sur le principe de la compression de vapeur ou de labsorption de vapeur. Les refroidisseurs fournissent un flux continu de liquide de refroidissement vers le côté froid dun système deau de procédé à une température souhaitée denviron 50 ° F (10 ° C). Le liquide de refroidissement est ensuite pompé tout au long du processus, extrayant la chaleur dune zone dune installation (par exemple, machines, équipement de traitement, etc.) lorsquil retourne vers le côté retour du système deau de traitement.
Un refroidisseur utilise un système de réfrigération mécanique à compression de vapeur qui se connecte au système deau de procédé via un dispositif appelé évaporateur. Le réfrigérant circule à travers un évaporateur, un compresseur, un condenseur et un dispositif dexpansion dun refroidisseur. Un processus thermodynamique se produit dans chacun des composants ci-dessus dun refroidisseur. Lévaporateur fonctionne comme un échangeur de chaleur de telle sorte que la chaleur capturée par le flux de liquide de refroidissement de procédé est transférée au réfrigérant. Au fur et à mesure du transfert de chaleur, le réfrigérant sévapore, passant dun liquide à basse pression à une vapeur, tandis que la température du liquide de refroidissement du procédé diminue.
Le réfrigérant sécoule ensuite vers un compresseur, qui remplit plusieurs fonctions . Premièrement, il supprime le réfrigérant de lévaporateur et garantit que la pression dans lévaporateur reste suffisamment basse pour absorber la chaleur au taux correct. Deuxièmement, il augmente la pression dans la vapeur de réfrigérant sortante pour sassurer que sa température reste suffisamment élevée pour libérer de la chaleur lorsquelle atteint le condenseur. Le réfrigérant retourne à létat liquide au condenseur. La chaleur latente cédée lorsque le réfrigérant passe de la vapeur au liquide est évacuée de lenvironnement par un fluide de refroidissement (air ou eau).
Types de refroidisseurs:
Comme décrit, deux milieux de refroidissement différents (air ou eau) peuvent faciliter le transfert de la chaleur latente abandonnée lorsque le fluide frigorigène passe de la vapeur au liquide. Ainsi, les refroidisseurs peuvent utiliser deux types de condenseurs, à air et à eau.
- Les condenseurs à air ressemblent aux «radiateurs» qui refroidissent les moteurs d’automobiles. Ils utilisent un ventilateur motorisé pour forcer à moins quils ne soient spécialement conçus pour des conditions ambiantes élevées, les condenseurs à air nécessitent des températures ambiantes de 95 ° F (35 ° C) ou moins pour fonctionner efficacement.
- Eau- Les condenseurs refroidis remplissent la même fonction que les condenseurs à air, mais nécessitent deux étapes pour compléter le transfert de chaleur. Premièrement, la chaleur passe de la vapeur de réfrigérant à leau du condenseur. Ensuite, leau chaude du condenseur est pompée vers une tour de refroidissement où la chaleur du procédé est finalement rejetée dans latmosphère.
Refroidisseurs à eau:
Les refroidisseurs à eau sont équipés dun condenseur à eau connecté à une tour de refroidissement. utilisé pour les installations moyennes et grandes avec une alimentation en eau suffisante. Chi refroidi par eau Les llers peuvent produire des performances plus constantes pour la climatisation commerciale et industrielle en raison de lindépendance relative aux fluctuations de la température ambiante. Les refroidisseurs à eau vont de modèles de petite capacité de 20 tonnes à des modèles de plusieurs milliers de tonnes qui refroidissent les plus grandes installations du monde telles que les aéroports, les centres commerciaux et d’autres installations.
Un refroidisseur à eau typique utilise leau du condenseur en recirculation dune tour de refroidissement pour condenser le réfrigérant. Un refroidisseur à eau contient un réfrigérant dépendant de la température (et du débit) de leau entrant dans le condenseur, qui fonctionne en fonction de la température ambiante du bulbe humide. Étant donné que la température du bulbe humide est toujours inférieure à la température du bulbe sec, la température (et la pression) de condensation du réfrigérant dans un refroidisseur à eau peut souvent fonctionner beaucoup plus bas quun refroidisseur à air. Ainsi, les refroidisseurs à eau peuvent fonctionner plus efficacement.
Les refroidisseurs à eau se trouvent généralement à lintérieur dans un environnement protégé des éléments. Par conséquent, le refroidisseur à eau peut offrir une durée de vie plus longue. Les refroidisseurs à eau représentent généralement la seule option pour les grandes installations. Le système de tour de refroidissement supplémentaire nécessitera des frais dinstallation et dentretien supplémentaires par rapport aux refroidisseurs à air.
Refroidisseurs à air:
Les refroidisseurs à air reposent sur un condenseur refroidi par le air ambiant. Ainsi, les refroidisseurs à air peuvent trouver une application courante dans des installations plus petites ou moyennes où des contraintes despace peuvent exister. Un refroidisseur à air peut représenter le choix le plus pratique dans les scénarios où leau représente une ressource rare.
Un refroidisseur à air typique peut comporter des ventilateurs à hélice ou des cycles de réfrigération mécaniques pour aspirer lair ambiant sur un serpentin à ailettes pour condenser le réfrigérant. La condensation de la vapeur de réfrigérant dans le condenseur refroidi par air permet le transfert de chaleur vers latmosphère.
Les refroidisseurs refroidis par air offrent lavantage significatif de réduire les coûts dinstallation. Une maintenance plus simple résulte également de leur relative simplicité par rapport aux refroidisseurs à eau. Les refroidisseurs à air occuperont moins despace, mais résideront principalement à lextérieur dune installation. Ainsi, les éléments extérieurs compromettent leur durée de vie fonctionnelle.
La nature tout compris des refroidisseurs à air réduit les coûts de maintenance. Leur simplicité relative, associée à un encombrement réduit, produit de grands avantages dans de nombreux types dinstallations.
Actions pour augmenter lefficacité des systèmes de refroidissement:
Les coûts des refroidisseurs consomment une partie substantielle des factures de services publics de votre bâtiment . Quelles mesures faut-il prendre pour réaliser des économies dénergie grâce à une efficacité maximale du système de refroidissement? Examinons quelques possibilités.
Maintenance continue
Les systèmes de refroidissement fonctionneront plus efficacement grâce à une maintenance continue appropriée. La plupart des organisations reconnaissent cette valeur et ont pris des mesures dans le cadre de leurs meilleures pratiques quotidiennes en matière de gestion des installations. Voici quelques bonnes pratiques courantes pour les systèmes de refroidissement:
- Inspectez et nettoyez les serpentins du condenseur. Le transfert de chaleur a un effet important sur les systèmes de refroidissement et reste fondamental pour produire un fonctionnement efficace du refroidisseur. Lentretien de routine doit inspecter les serpentins du condenseur pour déceler le colmatage et le libre passage de lair.
- Maintenir la charge de réfrigérant. Le quotient de refroidissement d’un refroidisseur dépend des niveaux de réfrigérant appropriés dans le système. Le maintien dune charge de réfrigérant appropriée peut avoir un impact considérable sur lefficacité énergétique en réduisant les coûts de refroidissement de près de 5 à 10%.
- Maintenir leau du condenseur: les boucles deau du condenseur utilisées avec les tours de refroidissement doivent maintenir un débit deau approprié comme prévu. Tous les débris tels que le sable, les solides érosifs et les matériaux de contamination peuvent affecter la boucle deau du condenseur. Lencrassement ou lentartrage peut inhiber le débit deau et avoir un impact considérable sur lefficacité de fonctionnement du refroidisseur.
Maintenance prédictive
Lintelligence artificielle (IA) continue de progresser dans les applications pratiques quotidiennes. Les machines telles que les systèmes de refroidissement bénéficieront dalgorithmes dIA qui peuvent détecter les pannes potentielles avant quelles ne se produisent. La maintenance prédictive sappuie sur la collecte et lanalyse des données opérationnelles du système de refroidissement pour déterminer quand les actions de maintenance doivent être prises avant une panne catastrophique. Étant donné que les systèmes de refroidissement représentent le cœur de la plupart des systèmes HVAC modernes, la prévention des pannes catastrophiques qui entraînent des «temps darrêt» importants permettra déconomiser sur les coûts de réparation durgence ainsi que sur la réputation. Le rôle critique joué par un système de refroidissement justifie une surveillance accrue. Big Data et LIA minimisera les temps darrêt et maximisera la productivité.
LInternet des objets (IoT) fournit loutil de collecte de données qui peut activer des applications dIA telles que la maintenance prédictive. En fait, lavenir du CVC est lIA et lIoT. IoT permet la collecte de données en temps réel à partir dun refroidisseur pour permettre une analyse continue de son fonctionnement. Les données IoT granulaires collectées à partir dun refroidisseur iront bien au-delà de celles obtenues par inspection visuelle. LIoT connecte les ingénieurs du bâtiment à une visibilité en temps réel des actifs HVAC critiques , permettant ainsi une surveillance éclairée des conditions de fonctionnement réelles.
Optimisation
Les refroidisseurs fonctionnent dans le cadre dun système HVAC complexe.Les refroidisseurs à eau ont une plus grande complexité en raison de la connexion à un système de tour de refroidissement. Lévaluation des performances globales de linstallation de refroidissement impliquera donc une analyse de la consommation électrique totale du compresseur, des pompes, des ventilateurs de la tour de refroidissement, etc. pour évaluer des mesures defficacité complètes telles que le kW / tonne.
Optimisation de lensemble de linstallation de refroidissement doit être effectuée de manière holistique. Divers ajustements axés sur les points de consigne optimaux de leau glacée, le séquençage et léquilibrage de la charge du refroidisseur, la gestion de la demande de pointe, la gestion de leau des tours de refroidissement, etc. LIoT peut fournir les outils pour une telle optimisation en fournissant une surveillance en temps réel de la consommation dénergie de chaque partie de linstallation de refroidissement, des températures dalimentation / de retour du refroidisseur et de la tour de refroidissement, des débits deau de la boucle deau du condenseur, etc. application pratique en CVC pour faciliter une véritable optimisation.
Conclusion:
Lefficacité opérationnelle du refroidisseur aura un impact considérable sur les coûts dexploitation de votre bâtiment. Lentretien courant continu représente le minimum du point de vue de la gestion des installations. La maintenance prédictive et loptimisation du système de refroidissement nécessitent des données opérationnelles en temps réel. LIoT a ouvert la porte à de nouvelles formes defficacité des refroidisseurs.