O que são sistemas de resfriamento?
Prédios comerciais usam sistemas de aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC) para desumidificar e resfriar o prédio. Edifícios comerciais modernos buscam sistemas e componentes de HVAC eficientes como parte de iniciativas mais amplas centradas no desempenho e na sustentabilidade da construção. Os ocupantes do edifício também têm grandes expectativas de que o sistema HVAC funcione conforme o esperado. . . para criar um ambiente interno confortável, independentemente das condições externas ao edifício.
Os resfriadores se tornaram um componente HVAC essencial de uma ampla variedade de instalações comerciais, incluindo hotéis, restaurantes, hospitais, estádios esportivos, indústrias e manufatura fábricas, etc. A indústria há muito reconheceu que os sistemas de resfriamento representam o maior consumidor de energia elétrica na maioria das instalações. Eles podem facilmente consumir mais de 50% do uso total de eletricidade durante os períodos sazonais. De acordo com o Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE), os chillers podem usar aproximadamente 20% da energia elétrica total gerada na América do Norte. Além disso, o DOE estima que os chillers podem gastar até 30% no uso de energia adicional devido a várias ineficiências operacionais. Essas ineficiências reconhecidas custam às empresas e às instalações de construção bilhões de dólares anualmente.
Em geral, um resfriador facilita a transferência de calor de um ambiente interno para um externo. Este dispositivo de transferência de calor depende do estado físico de um refrigerante conforme ele circula pelo sistema do chiller. Certamente, os chillers podem funcionar como o coração de qualquer sistema HVAC central.
Como funciona um chiller?
Um chiller funciona com base no princípio de compressão ou absorção de vapor. Os resfriadores fornecem um fluxo contínuo de refrigerante para o lado frio de um sistema de água de processo a uma temperatura desejada de cerca de 50 ° F (10 ° C). O refrigerante é então bombeado através do processo, extraindo calor de uma área de uma instalação (por exemplo, maquinário, equipamento de processo, etc.) conforme flui de volta para o lado de retorno do sistema de água de processo.
Um resfriador usa um sistema de refrigeração mecânica por compressão de vapor que se conecta ao sistema de água de processo por meio de um dispositivo denominado evaporador. O refrigerante circula através de um evaporador, compressor, condensador e dispositivo de expansão de um chiller. Um processo termodinâmico ocorre em cada um dos componentes acima de um resfriador. O evaporador funciona como um trocador de calor, de forma que o calor capturado pelo fluxo do refrigerante do processo é transferido para o refrigerante. Conforme a transferência de calor ocorre, o refrigerante evapora, mudando de um líquido de baixa pressão para vapor, enquanto a temperatura do refrigerante do processo diminui.
O refrigerante então flui para um compressor, que executa várias funções . Primeiro, ele remove o refrigerante do evaporador e garante que a pressão no evaporador permaneça baixa o suficiente para absorver o calor na taxa correta. Em segundo lugar, aumenta a pressão no vapor refrigerante de saída para garantir que sua temperatura permaneça alta o suficiente para liberar calor quando atinge o condensador. O refrigerante retorna ao estado líquido no condensador. O calor latente liberado conforme o refrigerante muda de vapor para líquido é transportado do ambiente por um meio de resfriamento (ar ou água).
Tipos de resfriadores:
Conforme descrito, dois meios de resfriamento diferentes (ar ou água) podem facilitar a transferência do calor latente cedido conforme o refrigerante muda de vapor para líquido. Assim, os chillers podem usar dois tipos diferentes de condensadores, resfriados a ar e resfriados a água.
- Os condensadores resfriados a ar se assemelham aos “radiadores” que refrigeram os motores de automóveis. Eles usam um soprador motorizado para forçar ar através de uma grade de linhas de refrigerante. A menos que sejam especialmente projetados para condições ambientes de alta temperatura, os condensadores resfriados a ar requerem temperaturas ambientes de 95 ° F (35 ° C) ou abaixo para operar com eficácia.
- Água condensadores resfriados desempenham a mesma função que condensadores resfriados a ar, mas requerem duas etapas para concluir a transferência de calor. Primeiro, o calor passa do vapor refrigerante para a água do condensador. Em seguida, a água quente do condensador é bombeada para uma torre de resfriamento onde o calor do processo é finalmente descarregado na atmosfera.
Chillers resfriados a água:
Os chillers resfriados a água apresentam um condensador resfriado a água conectado a uma torre de resfriamento. usado para instalações de médio e grande porte com suprimento de água suficiente. Chi refrigerado a água Os filtros podem produzir um desempenho mais constante para ar condicionado comercial e industrial por causa da independência relativa às flutuações da temperatura ambiente. Os chillers resfriados a água variam em tamanho de modelos pequenos com capacidade de 20 toneladas a vários modelos de milhares de toneladas que resfriam as maiores instalações do mundo, como aeroportos, shopping centers e outras instalações.
Um chiller resfriado a água típico usa a recirculação da água do condensador de uma torre de resfriamento para condensar o refrigerante. Um chiller resfriado a água contém um refrigerante dependente da temperatura da água de entrada no condensador (e taxa de fluxo), que funciona em relação à temperatura de bulbo úmido ambiente. Uma vez que a temperatura do bulbo úmido é sempre inferior à temperatura do bulbo seco, a temperatura (e pressão) de condensação do refrigerante em um resfriador de água pode operar significativamente mais baixa do que em um resfriador de ar. Assim, os chillers resfriados a água podem operar com mais eficiência.
Os chillers resfriados a água normalmente residem em ambientes fechados, protegidos dos elementos. Portanto, o chiller resfriado a água pode oferecer uma vida útil mais longa. Os chillers resfriados a água normalmente representam a única opção para instalações maiores. O sistema de torre de resfriamento adicional exigirá despesas de instalação e manutenção adicionais em comparação com os chillers resfriados a ar.
Chillers resfriados a ar:
Os chillers resfriados a ar dependem de um condensador resfriado pelo ar ambiente. Assim, chillers resfriados a ar podem encontrar aplicação comum em instalações menores ou médias onde podem existir restrições de espaço. Um chiller resfriado a ar pode representar a escolha mais prática em cenários onde a água representa um recurso escasso.
Um chiller resfriado a ar típico pode apresentar ventiladores de hélice ou ciclos de refrigeração mecânica para puxar o ar ambiente sobre uma bobina com aletas para condensar o refrigerante. A condensação do vapor do refrigerante no condensador resfriado a ar permite a transferência de calor para a atmosfera.
Os chillers resfriados a ar oferecem a vantagem significativa de custos de instalação mais baixos. Uma manutenção mais simples também resulta devido à sua relativa simplicidade em comparação com os chillers refrigerados a água. Os chillers refrigerados a ar ocuparão menos espaço, mas a maioria ficará fora das instalações. Assim, os elementos externos comprometerão sua vida útil funcional.
A natureza abrangente dos chillers refrigerados a ar reduz os custos de manutenção. Sua relativa simplicidade, juntamente com requisitos de espaço reduzidos, produz grandes vantagens em muitos tipos de instalações.
Ações para aumentar a eficiência dos sistemas de resfriamento:
Os custos do resfriador consomem uma parte substancial das contas de serviços públicos do seu edifício. . Que medidas devemos tomar para obter economia de energia por meio da eficiência máxima do sistema de resfriamento? Vamos examinar algumas possibilidades.
Manutenção contínua
Os sistemas de resfriamento funcionarão de maneira mais eficiente por meio da manutenção contínua adequada. A maioria das organizações reconhece esse valor e toma medidas como parte de suas melhores práticas de gerenciamento de instalações do dia a dia. Algumas práticas recomendadas comuns para sistemas de resfriamento incluem:
- Inspecione e limpe as serpentinas do condensador. A transferência de calor tem um grande efeito nos sistemas de resfriamento e continua sendo fundamental para a produção de uma operação eficiente do resfriador. A manutenção de rotina deve inspecionar as bobinas do condensador quanto a entupimento e passagem de ar livre.
- Mantenha a carga do refrigerante. O quociente de resfriamento de um chiller depende dos níveis adequados de refrigerante no sistema. Manter a carga de refrigerante adequada pode impactar muito a eficiência energética, reduzindo os custos de resfriamento em cerca de 5 a 10%.
- Manter a água do condensador: os circuitos de água do condensador usados com torres de resfriamento devem manter o fluxo de água adequado conforme projetado. Quaisquer detritos como areia, sólidos erosivos e materiais de contaminação podem afetar o circuito de água do condensador. A incrustação ou incrustação pode inibir o fluxo de água e impactar bastante a eficiência operacional do chiller.
Manutenção preditiva
A inteligência artificial (IA) continua a avançar nas aplicações práticas do dia a dia. Máquinas como sistemas de resfriamento se beneficiarão de algoritmos de IA que podem detectar falhas em potencial antes que elas ocorram. A manutenção preditiva aproveita a coleta e a análise dos dados operacionais do sistema do chiller para determinar quando as ações de manutenção devem ser tomadas antes de uma falha catastrófica. Como os sistemas de chillers representam o coração da maioria dos sistemas HVAC modernos, a prevenção de falhas catastróficas que produzem um “tempo de inatividade” significativo economizará nos custos de reparo de emergência, bem como na reputação. O papel crítico desempenhado por um sistema de chiller garante maior escrutínio. Big Data e A IA minimizará o tempo de inatividade e maximizará a produtividade.
A Internet das Coisas (IoT) fornece a ferramenta de coleta de dados que pode habilitar aplicativos de IA, como manutenção preditiva. Na verdade, o futuro do HVAC é IA e IoT. IoT permite a coleta de dados em tempo real de um resfriador para permitir a análise contínua de sua operação. Os dados granulares de IoT coletados de um resfriador vão muito além dos obtidos por inspeção visual. A IoT conecta os engenheiros de construção à visibilidade em tempo real de ativos HVAC críticos , permitindo assim o monitoramento informado das condições operacionais reais.
Otimização
Os chillers operam como parte de um sistema HVAC complexo.Os chillers resfriados a água têm maior complexidade devido à conexão com um sistema de torre de resfriamento. A avaliação do desempenho geral da planta do chiller envolverá, portanto, uma análise do consumo total de energia do compressor, bombas, ventiladores da torre de resfriamento, etc. para avaliar medidas de eficiência abrangentes, como kW / ton. deve ser realizado de forma holística. Vários ajustes com foco em pontos de ajuste ideais de água gelada, sequenciamento e balanceamento de carga do chiller, gerenciamento de demanda de pico, gerenciamento de água da torre de resfriamento, etc., só podem ser realizados com dados operacionais. A IoT pode fornecer as ferramentas para essa otimização, fornecendo monitoramento em tempo real do consumo de energia de cada parte da planta do chiller, temperaturas de fornecimento / retorno do chiller e da torre de resfriamento, taxas de fluxo de água do circuito de água do condensador, etc. A IoT descobriu aplicação prática em HVAC para facilitar a otimização real.
Conclusão:
A eficiência operacional do chiller terá um grande impacto nos custos operacionais do edifício. A manutenção de rotina contínua representa o mínimo da perspectiva do gerenciamento de instalações. A manutenção preditiva e a otimização do sistema do chiller requerem dados operacionais em tempo real. A IoT abriu a porta para novas formas de eficiência do chiller.