Wat zijn koelsystemen?
Commerciële gebouwen gebruiken verwarmings-, ventilatie- en airconditioningsystemen (HVAC) om het gebouw te ontvochtigen en te koelen. Moderne commerciële gebouwen zoeken efficiënte HVAC-systemen en componenten als onderdeel van bredere initiatieven gericht op gebouwprestaties en duurzaamheid. Bewoners van gebouwen hebben eveneens hoge verwachtingen, dat het HVAC-systeem zal functioneren zoals bedoeld.om een comfortabele binnenomgeving te creëren, ongeacht de omstandigheden buiten het gebouw.
Koelmachines zijn een essentieel HVAC-onderdeel geworden van een breed scala aan commerciële faciliteiten, waaronder hotels, restaurants, ziekenhuizen, sportarenas, industrie en productie fabrieken, enz. De industrie heeft lang ingezien dat koelsystemen in de meeste faciliteiten de grootste verbruiker van elektrisch gebruik vertegenwoordigen. Ze kunnen gemakkelijk meer dan 50% van het totale elektriciteitsverbruik verbruiken tijdens seizoensperioden. Volgens het Amerikaanse Department of Energy (DOE) kunnen koelmachines samen ongeveer 20% van de totale elektrische stroom in Noord-Amerika gebruiken. Bovendien schat de DOE dat koelmachines tot 30% aan extra energieverbruik kunnen besteden vanwege verschillende operationele inefficiënties. Deze erkende inefficiënties kosten bedrijven en gebouwen jaarlijks miljarden dollars.
In het algemeen vergemakkelijkt een koelmachine de overdracht van warmte van een interne omgeving naar een externe omgeving. Dit warmteoverdrachtsapparaat is afhankelijk van de fysieke toestand van een koelmiddel terwijl het door het koelsysteem circuleert. Koelmachines kunnen zeker functioneren als het hart van elk centraal HVAC-systeem.
Hoe werkt een koelmachine?
Een koelmachine werkt volgens het principe van dampcompressie of dampabsorptie. Chillers zorgen voor een continue stroom koelmiddel naar de koude kant van een proceswatersysteem bij een gewenste temperatuur van ongeveer 10 ° C (50 ° F). Het koelmiddel wordt vervolgens door het proces gepompt, waarbij warmte wordt onttrokken aan een gedeelte van een faciliteit (bijv. Machines, procesapparatuur, enz.) Terwijl het terugstroomt naar de retourzijde van het proceswatersysteem.
Een koelmachine maakt gebruik van een mechanisch koelsysteem met dampcompressie dat is aangesloten op het proceswatersysteem via een apparaat dat een verdamper wordt genoemd. Koudemiddel circuleert door een verdamper, compressor, condensor en expansie-apparaat van een koelmachine. In elk van de bovenstaande componenten van een koelmachine vindt een thermodynamisch proces plaats. De verdamper functioneert als een warmtewisselaar zodat de warmte die wordt opgevangen door de proceskoelmiddelstroom wordt overgedragen aan het koelmiddel. Terwijl de warmteoverdracht plaatsvindt, verdampt het koelmiddel en verandert het van een lagedrukvloeistof in damp, terwijl de temperatuur van het proceskoelmiddel daalt.
Het koelmiddel stroomt vervolgens naar een compressor, die meerdere functies vervult . Ten eerste verwijdert het koudemiddel uit de verdamper en zorgt het ervoor dat de druk in de verdamper laag genoeg blijft om warmte met de juiste snelheid op te nemen. Ten tweede verhoogt het de druk in uitgaande koudemiddeldamp om ervoor te zorgen dat de temperatuur hoog genoeg blijft om warmte af te geven wanneer het de condensor bereikt. Het koelmiddel keert terug naar een vloeibare toestand bij de condensor. De latente warmte die wordt afgegeven wanneer het koudemiddel van damp in vloeistof verandert, wordt uit de omgeving weggevoerd door een koelmedium (lucht of water).
Typen koelmachines:
Zoals beschreven, twee verschillende koelmedia (lucht of water) kunnen de overdracht van de latente warmte die wordt afgegeven wanneer het koelmiddel van damp naar vloeistof verandert, vergemakkelijken. Zo kunnen koelmachines twee verschillende soorten condensors gebruiken: luchtgekoeld en watergekoeld.
- Luchtgekoelde condensors lijken op de “radiatoren” die automotoren koelen. Ze gebruiken een gemotoriseerde ventilator om lucht over een rooster van koelmiddelleidingen. Tenzij ze speciaal zijn ontworpen voor hoge omgevingsomstandigheden, hebben luchtgekoelde condensors een omgevingstemperatuur van 35 ° C (95 ° F) of lager nodig om effectief te werken.
- Water- gekoelde condensors hebben dezelfde functie als luchtgekoelde condensors, maar vereisen twee stappen om de warmteoverdracht te voltooien. Ten eerste verplaatst de warmte zich van koudemiddeldamp naar het condensorwater. Vervolgens wordt het warme condensorwater naar een koeltoren gepompt waar de proceswarmte wordt uiteindelijk afgevoerd naar de atmosfeer.
Watergekoelde koelmachines:
Watergekoelde koelmachines hebben een watergekoelde condensor die is verbonden met een koeltoren. gebruikt voor middelgrote en grote installaties met voldoende watertoevoer Watergekoeld chi llers kunnen een constantere prestatie produceren voor commerciële en industriële airconditioning vanwege de relatieve onafhankelijkheid van schommelingen in de omgevingstemperatuur. Watergekoelde koelmachines variëren in afmetingen van kleine modellen met een capaciteit van 20 ton tot modellen van enkele duizenden ton die de grootste faciliteiten ter wereld, zoals luchthavens, winkelcentra en andere faciliteiten, koelen.
Een typische watergekoelde koelmachine gebruikt recirculerend condensorwater uit een koeltoren om het koelmiddel te condenseren. Een watergekoelde chiller bevat een koudemiddel dat afhankelijk is van de waterintredetemperatuur van de condensor (en het debiet), dat functioneert in relatie tot de natte bol-omgevingstemperatuur. Omdat de natte boltemperatuur altijd lager is dan de droge boltemperatuur, kan de condensatietemperatuur (en druk) van het koudemiddel in een watergekoelde koelmachine vaak beduidend lager werken dan in een luchtgekoelde koelmachine. Watergekoelde koelmachines kunnen dus efficiënter werken.
Watergekoelde koelmachines bevinden zich meestal binnenshuis in een omgeving die beschermd is tegen de elementen. Daarom kan watergekoelde koelmachine een langere levensduur bieden. Watergekoelde koelmachines zijn doorgaans de enige optie voor grotere installaties. Het extra koeltorensysteem vereist extra installatiekosten en onderhoud in vergelijking met luchtgekoelde koelmachines.
Luchtgekoelde koelmachines:
Luchtgekoelde koelmachines zijn afhankelijk van een condensor die wordt gekoeld door de omgevingslucht. Luchtgekoelde koelmachines kunnen dus algemeen worden toegepast in kleinere of middelgrote installaties waar ruimtebeperkingen kunnen bestaan. Een luchtgekoelde koelmachine kan de meest praktische keuze zijn in scenarios waarin water een schaars goed is.
Een typische luchtgekoelde koelmachine kan propellerventilatoren of mechanische koelcycli hebben om omgevingslucht via een lamellenbatterij naar condens het koelmiddel. De condensatie van de koudemiddeldamp in de luchtgekoelde condensor maakt de overdracht van warmte naar de atmosfeer mogelijk.
Luchtgekoelde koelmachines bieden het aanzienlijke voordeel van lagere installatiekosten. Eenvoudiger onderhoud is ook het gevolg van hun relatieve eenvoud in vergelijking met watergekoelde koelmachines. Luchtgekoelde koelmachines nemen minder ruimte in beslag, maar staan meestal buiten een faciliteit. De buitenelementen brengen dus hun functionele levensduur in gevaar.
Het alomvattende karakter van luchtgekoelde koelmachines verlaagt de onderhoudskosten. Hun relatieve eenvoud in combinatie met verminderde ruimtevereisten levert grote voordelen op in vele soorten installaties.
Acties om de efficiëntie van koelersystemen te verhogen:
Koelmachinekosten verbruiken een aanzienlijk deel van de energierekeningen van uw gebouw . Welke maatregelen moet men nemen om energie te besparen door maximale efficiëntie van het koelsysteem? Laten we eens kijken naar enkele mogelijkheden.
Doorlopend onderhoud
Koelmachinesystemen zullen efficiënter werken door goed doorlopend onderhoud. De meeste organisaties erkennen deze waarde en hebben stappen genomen als onderdeel van hun dagelijkse best practices voor facility management. Enkele veelvoorkomende best practices voor koelsystemen zijn:
- Inspecteer en reinig condensorspiralen. Warmteoverdracht heeft een groot effect op koelsystemen en blijft essentieel voor een efficiënte werking van de koelmachine. Bij routineonderhoud moeten de condensorbatterijen worden geïnspecteerd op verstopping en vrije luchtdoorlaat.
- Zorg voor voldoende koelmiddel. Het koelquotiënt van een koelmachine hangt af van de juiste koelmiddelniveaus in het systeem. Het handhaven van de juiste hoeveelheid koelmiddel kan een grote invloed hebben op de energie-efficiëntie doordat de koelkosten met bijna 5-10% worden verlaagd.
- Condensorwater behouden: Condensorwaterlussen die worden gebruikt met koeltorens moeten de juiste waterstroom behouden zoals ontworpen. Al het vuil zoals zand, erosieve vaste stoffen en verontreinigende materialen kunnen de waterkringloop van de condensor aantasten. Vervuiling of kalkaanslag kan de waterstroom belemmeren en een grote invloed hebben op de efficiëntie van de koelmachine.
Voorspellend onderhoud
Kunstmatige intelligentie (AI) blijft zich ontwikkelen in alledaagse praktische toepassingen. Machines zoals koelsystemen zullen profiteren van AI-algoritmen die mogelijke storingen kunnen detecteren voordat ze zich voordoen. Voorspellend onderhoud maakt gebruik van de verzameling en analyse van de operationele gegevens van het koelersysteem om te bepalen wanneer onderhoudsacties moeten worden ondernomen voorafgaand aan een catastrofale storing. Aangezien koelersystemen het hart vormen van de meeste moderne HVAC-systemen, zal het voorkomen van catastrofale storingen die aanzienlijke “uitvaltijd” veroorzaken, zowel op de kosten voor noodreparaties als op de reputatie besparen. De cruciale rol die wordt gespeeld door een koelersysteem rechtvaardigt een grotere controle. Big Data en AI minimaliseert downtime en maximaliseert productiviteit.
Het Internet of Things (IoT) biedt de tool voor gegevensverzameling die AI-toepassingen zoals voorspellend onderhoud mogelijk kan maken. In feite is de toekomst van HVAC AI en IoT. IoT maakt het verzamelen van realtime gegevens van een koelmachine mogelijk om continue analyse van de werking mogelijk te maken. De granulaire IoT-gegevens die worden verzameld van een koelmachine gaan veel verder dan die verkregen door visuele inspectie. IoT verbindt bouwingenieurs met realtime zichtbaarheid van kritieke HVAC-activa , waardoor een geïnformeerde bewaking van de werkelijke bedrijfsomstandigheden mogelijk is.
Optimalisatie
Koelmachines werken als onderdeel van een complex HVAC-systeem.Watergekoelde chillers hebben een grotere complexiteit door de aansluiting op een koeltorensysteem. Het evalueren van de algehele prestaties van de koelinstallatie omvat daarom een analyse van het totale stroomverbruik van de compressor, pompen, koeltorenventilatoren, enz. Om uitgebreide efficiëntiemaatregelen zoals kW / ton te evalueren.
Optimalisatie van de totale koelinstallatie moet holistisch worden uitgevoerd. Diverse aanpassingen gericht op optimale instelpunten voor gekoeld water, sequencing en load balancing van koelmachines, beheer van piekvraag, waterbeheer van koeltoren, enz. Kunnen alleen worden uitgevoerd met operationele gegevens. IoT kan de tools bieden voor een dergelijke optimalisatie door realtime monitoring te bieden van het stroomverbruik van elk deel van de koelinstallatie, aanvoer- / retourtemperaturen van de koelmachine en koeltoren, waterstroomsnelheden van de condensorwaterlus, enz. IoT heeft gevonden praktische toepassing in HVAC om echte optimalisatie te vergemakkelijken.
Conclusie:
De operationele efficiëntie van de koelmachine heeft een grote invloed op de bedrijfskosten van uw gebouw. Doorlopend routineonderhoud is vanuit het oogpunt van facility management het minimum. Voorspellend onderhoud en optimalisatie van het koelsysteem vereist realtime operationele gegevens. IoT heeft de deur geopend naar nieuwe vormen van efficiëntie van koelmachines.