Cosa sono i sistemi di refrigerazione?
Gli edifici commerciali utilizzano sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento (HVAC) per deumidificare e raffreddare ledificio. I moderni edifici commerciali cercano sistemi e componenti HVAC efficienti come parte di iniziative più ampie incentrate sulle prestazioni e sulla sostenibilità degli edifici. Allo stesso modo, gli occupanti delledificio nutrono grandi aspettative che il sistema HVAC funzioni come previsto. . . per creare un ambiente interno confortevole indipendentemente dalle condizioni esterne alledificio.
I refrigeratori sono diventati una componente HVAC essenziale di unampia varietà di strutture commerciali, inclusi hotel, ristoranti, ospedali, arene sportive, industriali e manifatturiere impianti, ecc. Lindustria ha da tempo riconosciuto che i sistemi di refrigerazione rappresentano il singolo più grande consumatore di utilizzo di elettricità nella maggior parte delle strutture. Possono facilmente consumare più del 50% del consumo elettrico totale durante i periodi stagionali. Secondo il Dipartimento dellEnergia degli Stati Uniti (DOE), i refrigeratori possono combinarsi per utilizzare circa il 20% dellenergia elettrica totale generata in Nord America. Inoltre, il DOE stima che i refrigeratori possano spendere fino al 30% in un ulteriore utilizzo di energia a causa di varie inefficienze operative. Queste riconosciute inefficienze costano alle aziende e alla costruzione di strutture miliardi di dollari allanno.
In generale, un refrigeratore facilita il trasferimento di calore da un ambiente interno a un ambiente esterno. Questo dispositivo di trasferimento del calore si basa sullo stato fisico di un refrigerante mentre circola attraverso il sistema di refrigerazione. Certamente, i refrigeratori possono funzionare come il cuore di qualsiasi sistema HVAC centrale.
Come funziona un refrigeratore?
Un refrigeratore funziona secondo il principio della compressione del vapore o dellassorbimento del vapore. I refrigeratori forniscono un flusso continuo di refrigerante al lato freddo di un sistema di acqua di processo a una temperatura desiderata di circa 50 ° F (10 ° C). Il refrigerante viene quindi pompato attraverso il processo, estraendo il calore da unarea di una struttura (ad es. Macchinari, apparecchiature di processo, ecc.) Mentre ritorna sul lato di ritorno del sistema dellacqua di processo.
Un refrigeratore utilizza un sistema di refrigerazione meccanico a compressione di vapore che si collega al sistema dellacqua di processo tramite un dispositivo chiamato evaporatore. Il refrigerante circola attraverso un evaporatore, compressore, condensatore e dispositivo di espansione di un refrigeratore. Un processo termodinamico si verifica in ciascuno dei componenti di cui sopra di un refrigeratore. Levaporatore funziona come uno scambiatore di calore in modo tale che il calore catturato dal flusso del refrigerante di processo si trasferisca al refrigerante. Man mano che avviene il trasferimento di calore, il refrigerante evapora, trasformandosi da liquido a bassa pressione in vapore, mentre la temperatura del refrigerante di processo si riduce.
Il refrigerante fluisce quindi verso un compressore, che svolge molteplici funzioni . In primo luogo, rimuove il refrigerante dallevaporatore e garantisce che la pressione nellevaporatore rimanga sufficientemente bassa da assorbire il calore alla velocità corretta. In secondo luogo, aumenta la pressione nel vapore del refrigerante in uscita per garantire che la sua temperatura rimanga sufficientemente alta da rilasciare calore quando raggiunge il condensatore. Il refrigerante ritorna allo stato liquido nel condensatore. Il calore latente ceduto quando il refrigerante passa da vapore a liquido viene trasportato via dallambiente da un mezzo di raffreddamento (aria o acqua).
Tipi di refrigeratori:
Come descritto, due diversi mezzi di raffreddamento (aria o acqua) possono facilitare il trasferimento del calore latente ceduto quando il refrigerante cambia da vapore a liquido. Pertanto, i refrigeratori possono utilizzare due diversi tipi di condensatori, raffreddati ad aria e raffreddati ad acqua.
- I condensatori raffreddati ad aria assomigliano ai “radiatori” che raffreddano i motori delle automobili. Usano un ventilatore motorizzato per forzare aria attraverso una griglia di linee del refrigerante. A meno che non siano progettati appositamente per condizioni ambientali elevate, i condensatori raffreddati ad aria richiedono temperature ambiente di 35 ° C (95 ° F) o inferiori per funzionare in modo efficiente.
- Acqua- i condensatori raffreddati svolgono la stessa funzione dei condensatori raffreddati ad aria, ma richiedono due passaggi per completare il trasferimento di calore. Innanzitutto, il calore si sposta dal vapore del refrigerante nellacqua del condensatore. Quindi, lacqua calda del condensatore viene pompata a una torre di raffreddamento dove il viene infine scaricato nellatmosfera.
Refrigeratori raffreddati ad acqua:
I refrigeratori raffreddati ad acqua sono dotati di un condensatore raffreddato ad acqua collegato a una torre di raffreddamento. Sono stati comunemente utilizzato per installazioni di medie e grandi dimensioni che dispongono di un sufficiente approvvigionamento idrico I caricatori possono produrre prestazioni più costanti per il condizionamento dellaria commerciale e industriale a causa della relativa indipendenza dalle fluttuazioni della temperatura ambiente. I refrigeratori raffreddati ad acqua variano in dimensioni da piccoli modelli con capacità di 20 tonnellate a diversi modelli da migliaia di tonnellate che raffreddano le strutture più grandi del mondo come aeroporti, centri commerciali e altre strutture.
Un tipico refrigeratore raffreddato ad acqua utilizza il ricircolo dellacqua del condensatore da una torre di raffreddamento per condensare il refrigerante. Un refrigeratore raffreddato ad acqua contiene un refrigerante che dipende dalla temperatura dellacqua del condensatore in entrata (e dalla portata), che funziona in relazione alla temperatura ambiente a bulbo umido. Poiché la temperatura a bulbo umido è sempre inferiore alla temperatura a bulbo secco, la temperatura (e la pressione) di condensazione del refrigerante in un refrigeratore raffreddato ad acqua può spesso funzionare notevolmente inferiore rispetto a un refrigeratore raffreddato ad aria. Pertanto, i refrigeratori raffreddati ad acqua possono funzionare in modo più efficiente.
I refrigeratori raffreddati ad acqua generalmente risiedono allinterno in un ambiente protetto dagli elementi. Quindi, il refrigeratore raffreddato ad acqua può offrire una durata più lunga. I refrigeratori raffreddati ad acqua rappresentano tipicamente lunica opzione per installazioni più grandi. Il sistema di torre di raffreddamento aggiuntivo richiederà spese di installazione e manutenzione aggiuntive rispetto ai refrigeratori raffreddati ad aria.
Refrigeratori raffreddati ad aria:
I refrigeratori raffreddati ad aria si basano su un condensatore raffreddato dal aria ambiente. Pertanto, i refrigeratori raffreddati ad aria possono trovare applicazione comune in installazioni di piccole o medie dimensioni in cui possono esistere vincoli di spazio. Un refrigeratore raffreddato ad aria può rappresentare la scelta più pratica negli scenari in cui lacqua rappresenta una risorsa scarsa.
Un tipico refrigeratore raffreddato ad aria può essere dotato di ventilatori a elica o cicli di refrigerazione meccanici per aspirare laria ambiente su una batteria alettata per condensare il refrigerante. La condensazione del vapore del refrigerante nel condensatore raffreddato ad aria consente il trasferimento di calore nellatmosfera.
I refrigeratori raffreddati ad aria offrono il vantaggio significativo di costi di installazione inferiori. La manutenzione risulta anche più semplice grazie alla loro relativa semplicità rispetto ai refrigeratori raffreddati ad acqua. I refrigeratori raffreddati ad aria occuperanno meno spazio, ma risiederanno principalmente allesterno di una struttura. Pertanto, gli elementi esterni comprometteranno la loro durata funzionale.
La natura all-inclusive dei refrigeratori raffreddati ad aria riduce i costi di manutenzione. La loro relativa semplicità, abbinata a requisiti di spazio ridotti, produce grandi vantaggi in molti tipi di installazioni.
Azioni per aumentare lefficienza dei sistemi di refrigerazione:
I costi dei refrigeratori consumano una parte sostanziale delle bollette del tuo edificio . Quali misure è necessario adottare per ottenere un risparmio energetico attraverso la massima efficienza del sistema chiller? Esaminiamo alcune possibilità.
Manutenzione continua
I sistemi di refrigerazione funzioneranno in modo più efficiente grazie a una corretta manutenzione continua. La maggior parte delle organizzazioni riconosce questo valore e ha adottato misure come parte delle migliori pratiche quotidiane di gestione delle strutture. Alcune delle migliori pratiche comuni per i sistemi di refrigerazione includono:
- Ispezionare e pulire le batterie del condensatore. Il trasferimento di calore ha un grande effetto sui sistemi di refrigerazione e rimane fondamentale per produrre un funzionamento efficiente del refrigeratore. La manutenzione ordinaria dovrebbe ispezionare le serpentine del condensatore per intasamento e libero passaggio dellaria.
- Mantenere la carica di refrigerante. Il quoziente di raffreddamento di un refrigeratore dipende dai livelli di refrigerante appropriati nel sistema. Il mantenimento di una carica di refrigerante adeguata può influire notevolmente sullefficienza energetica riducendo i costi di raffreddamento di quasi il 5-10%.
- Mantenere lacqua del condensatore: i circuiti dellacqua del condensatore utilizzati con le torri di raffreddamento devono mantenere un flusso dacqua adeguato come progettato. Eventuali detriti come sabbia, solidi erosivi e materiali contaminanti possono influenzare il circuito dellacqua del condensatore. La presenza di incrostazioni o incrostazioni può inibire il flusso dellacqua e influire notevolmente sullefficienza operativa del refrigeratore.
Manutenzione predittiva
Lintelligenza artificiale (AI) continua a progredire nelle applicazioni pratiche quotidiane. Macchinari come i sistemi di refrigerazione trarranno vantaggio dagli algoritmi di intelligenza artificiale in grado di rilevare potenziali guasti prima che si verifichino. La manutenzione predittiva sfrutta la raccolta e lanalisi dei dati operativi del sistema di refrigerazione per determinare quando è necessario intraprendere le azioni di manutenzione prima di un guasto catastrofico. Poiché i sistemi di refrigerazione rappresentano il cuore dei più moderni sistemi HVAC, la prevenzione di guasti catastrofici che producono significativi “tempi di inattività” consentirà di risparmiare sui costi di riparazione di emergenza e sulla reputazione. Il ruolo critico svolto da un sistema di refrigerazione garantisce un maggiore controllo. Big Data e Lintelligenza artificiale ridurrà al minimo i tempi di inattività e massimizzerà la produttività.
LInternet of Things (IoT) fornisce lo strumento di raccolta dati che può abilitare applicazioni AI come la manutenzione predittiva. In effetti, il futuro dellHVAC è AI e IoT. IoT consente la raccolta di dati in tempo reale da un refrigeratore per consentire unanalisi continua del suo funzionamento. I dati granulari IoT raccolti da un refrigeratore andranno ben oltre quelli ottenuti dallispezione visiva. LIoT collega gli ingegneri edili alla visibilità in tempo reale delle risorse HVAC critiche , consentendo così un monitoraggio informato delle condizioni operative effettive.
Ottimizzazione
I refrigeratori funzionano come parte di un sistema HVAC complesso.I refrigeratori raffreddati ad acqua hanno una maggiore complessità a causa del collegamento a un sistema di torre di raffreddamento. La valutazione delle prestazioni complessive dellimpianto di refrigerazione comporterà quindi unanalisi del consumo energetico totale di compressore, pompe, ventilatori della torre di raffreddamento, ecc. Per valutare misure di efficienza complete come kW / ton.
Ottimizzazione dellintero impianto di refrigerazione deve essere eseguito in modo olistico. Varie regolazioni incentrate su setpoint ottimali dellacqua refrigerata, sequenziamento del refrigeratore e bilanciamento del carico, gestione dei picchi di domanda, gestione dellacqua delle torri di raffreddamento, ecc. Possono essere eseguite solo con i dati operativi. LIoT può fornire gli strumenti per tale ottimizzazione fornendo il monitoraggio in tempo reale del consumo energetico da ogni parte dellimpianto di refrigerazione, le temperature di mandata / ritorno dal refrigeratore e dalla torre di raffreddamento, le portate dacqua dal circuito dellacqua del condensatore, ecc. applicazione pratica in HVAC per facilitare la vera ottimizzazione.
Conclusione:
Lefficienza operativa del refrigeratore avrà un forte impatto sui costi operativi delledificio. La manutenzione ordinaria continua rappresenta il minimo dal punto di vista del facility management. La manutenzione predittiva e lottimizzazione del sistema di refrigerazione richiedono dati operativi in tempo reale. LIoT ha aperto le porte a nuove forme di efficienza dei chiller.