بهینه سازی مصرف انرژی چیلرها – قسمت اول

by | چیلر

زمان مطالعه: ۱۰ دقیقه

چیلر دستگاهی است که آب سرد تولید می‌کند و به منظور تهویه هوا در ساختمان‌ها استفاده می‌شود. چیلرها گران قیمت هستند و مقدار زیادی انرژی در ساختمان‌ها مصرف می‌کنند، بنابراین توجه به تعمیر و نگهداری صحیح و عملکرد آن‌ها بسیار مهم است. انواع چیلرها عبارت‌اند از:

تعمیر و نگداری چیلرها

چیلر تراکمی

رایج‌ترین نوع چیلر است. این نوع دستگاه از سیکل سردسازی بخار متراکم برای تولید آب سرد استفاده می‌کند و برق به وسیله موتوری که محرک کمپرسور چیلر است، مصرف می‌شود. این دستگاه‌ها را می‌توان به دو دسته کلی چیلرهای آب-خنک و چیلرهای هوا خنک دسته بندی کرد. چیلر های آّب خنک بوسیله برج خنک کن و چیلرهای هوا خنک توسط کندانسور هوایی عنوان چیلرهای خنک‌کننده هوا دسته‌بندی کرد. 

تعمیر و نگهداری چیلرها

چیلر جذبی

این نوع دستگاه از انرژی گرمایی معمولا با سوختن گاز به جای استفاده از برق به عنوان منبع اصلی انرژی برای تولید آب سرد استفاده می‌کند. مبرد معمول مورد استفاده لیتیم بروماید است. بازده یک چیلر با توجه به ضریب عملکرد (COP) یا نسبت راندمان انرژی (EER) آن، که هر دو پارامتر در حالت بارگذاری کامل هستند، اندازه‌گیری می‌شود.  این ها پارامترهایی هستند که در میزان مصرف انرژی تاسیسات و موتورخانه ساختمان بسیار تاثیرگذار هستند. از آن‌جایی که چیلرها عمدتا در حالت پاره بار یا پارت لود کار می‌کنند، مقدار بار مجاز (IPLV) نشان‌دهنده عملکرد راندمان چیلر در ساختمان‌های اداری است. چیلرهای آب سرد که از برج های خنک‌کننده استفاده می‌کنند، انرژی کمتری نسبت به چیلرهای خنک‌کننده هوا مصرف می‌کنند، اما هزینه های مربوط به آب و میک آپ آب نیز بایستی در نظر گرفته شود. همچنین تریتمنت آب میک آپ ، نیاز به متخصص مجرب تعمیر و نگهداری موتورخانه دارد که بایستی به آن توجه نمود.

تعمیر و نگهداری چیلرها

چیلرهای مدرن دارای COP بالا نسبت به چیلرهای قدیمی‌تر هستند، مقادیر ۶.۵ تا ۷ در حال حاضر در مقایسه با مقادیر ۳.۵ تا ۴ که به چیلرهای با سن سی سال به بالا مربوط است، قابل دستیابی است. کارایی یک چیلر بستگی به فن‌آوری مورد استفاده در چیلر دارد-به عنوان مثال چیلرهای متغیر سرعت و آن‌هایی که از یاتاقان الکترومغناطیسی استفاده می‌کنند، تاثیر قابل توجهی در بهبود کارایی چیلر دارند. یکی دیگر از عواملی که باید در نظر بگیریم، عملکرد بخشی بار است. یک چیلر بزرگ که بعد از ساعت‌ها تازه شروع به تولید خنکی می‌کند قطعا برای استفاده در اتاق موتور آسانسور یا اتاق کامپیوتری بسیار ناکارآمد است.

چیلرهای جذبی در مقایسه با چیلرهای تراکمی COP پایین‌تری دارند، با این حال مصرف انرژی اصلی آنها به جای برق، گاز است. در نتیجه این امر مزایایی از طریق کاهش اثرات کربن یک ساختمان و کاهش حداکثر هزینه تقاضا برای برق به همراه دارد. چیلرهای جذبی می‌توانند با استفاده از یک منبع انرژی آزاد مانند گرمای زائد از یک موتور گاز یا ژنراتور که تولید برق را انجام می‌دهد، کار کنند. این چیلرها در مقایسه با چیلرهای تراکمی، به نکات و جزییات بیشتری در هنگام راهبری، پشتیبانی و نگهداری موتورخانه احتیاج دارند.

چیلرهای قدیمی‌تر از CFC‌ها استفاده می‌کنند که مبرد هستند و بر طبق پروتکل مونترال تولید آن‌ها ممنوع شده است و برخی دیگر از HFC ها استفاده می کنند که مبرد ها را از بین می‌برند. بنابراین، مدیران ممکن است مجبور به جایگزین کردن چیلرهای قدیمی شوند زیرا موجودی CFC‌ها و HCFC‌های موجود کاهش می‌یابند و گرانتر می‌شوند و / یا مشکل‌تر پیدا می‌شوند.

از دیگر گزینه‌های اخیر قابل دسترس چیلرهای گازی و پمپ‌های حرارتی هستند که با گاز کار می‌کنند و در چیلرهای تراکمی استفاده می‌شوند. این دستگاه‌ها توانایی کاهش پدیده‌های کربن ساختمان‌ها و کاهش تقاضا برای عرضه برق را دارند.

مصرف انرژی و بهینه سازی چیلر در تاسیسات ساختمان

چیلرهای تراکمی (کمپرسوری) که از چرخه فشرده سازی گاز مبرد استفاده می‌کنند، عمدتا از انرژی موجود در کمپرسور برودتی استفاده می‌کنند که بخار را از اواپراتور چیلر (که از آن گرما استخراج و آب سرد تولید می‌شود) دریافت می‌کند و این بخار را با هدف خنک شدن در مبرد مایع در کندانسور (جایی که گرما رد می شود) فشرده می‌کند. مقدار انرژی مصرف شده توسط کمپرسور به طور عمده به ویژگی‌های کارایی کمپرسور و تفاوت فشار بین کندانسور و اواپراتور بستگی دارد که در واقع مربوط به دمای کندانسور و دمای اواپراتور است.

مشخصات کارایی کمپرسورها به نوع آن‌ها بستگی دارد. انواع کمپرسورهای سانتریفیوژ کارایی بیشتری از حیث مصرف انرژی در تاسیسات ساختمان دارند و تنها در چیلرهای بزرگ تا زمان ظهور کمپرسور نوع توربوکور یاتاقان مغناطیسی موجود بودند. بایستی توجه داشت که راهبری، تعمیر و نگهداری چیلرهای سانتریفوژ مستلزم داشتن آگاهی و دانش فنی است و بایستی حتما در این خصوص از پیمانکاران و مشاوران مجرب تاسیسات استفاده شود. کمپرسورهای نوع پیچی (اسکرو) در دستگاه‌های متوسط استفاده می‌شوند. انواع اسکرال و روتاری در چیلرهای کوچک‌تر استفاده می‌شود و نگهداری آنها به نسبت ساده تر است.

تعمیر و نگهداری چیلر اسکرو

کمپرسورهای رسیپروکیتینگ یا رفت و برگشتی نوعی متداول در چیلرهای تاسیسات ساختمان هستند و در موتورخانه های قدیمی بیشتر به چشم میخورند، اما دیگر مورد استفاده قرار نمی‌گیرند، به جز برای انواع صنعتی که در آن‌ها کارآمدتر هستند و از مبردهایی مانند آمونیاک استفاده می‌کنند. به دلیل افزایش قیمت چشمگیر تجهیزات تهویه مطبوع و تبرید، و همچنین کمبود یا نبود لوازم یدکی آنها به دلیل تحریم ها، بایستی حتما در فرایند نگهداری موتورخانه ، برنامه مدونی برای نگهداری ساختمان وجود داشته باشد. تکمیل منظم چک لیست های تاسیسات، بخش مهمی از یک برنامه تعمیر و نگهداری موتورخانه هستند که بایستی به دقت انجام پذیرد.

تعمیر و نگهداری چیلر رسیپروکیتینگ

کارایی چیلرها در طی ۱۰-۱۵ سال گذشته به طور عمده به دلیل پیشرفت تکنولوژی کمپرسور، بهبود مبدل‌های حرارتی (اواپراتورها و کندانسورها) و کنترل بهتر کمپرسورها با استفاده از تکنولوژی ریزپردازنده ها، پی ال سی ها و الگوریتم‌های پیشرفته کنترل شده است.

به غیر از استفاده از برق در کمپرسور، چیلرهای خنک کننده هوا نیز از برق برای فن کندانسور که در چیلر گنجانده شده است، استفاده می‌کنند. انرژی مورد نیاز برای دفع گرما در یک چیلر خنک کننده آب بستگی به فن‌های برج خنک کننده و پمپ آب کندانسور دارد. پمپ‌های آب چیلد (پمپ های فن کویل) نیز انرژی مصرف می‌کنند.

چیلرهای جذبی عمدتا از انرژی حرارتی برای این فرآیند با بهره‌گیری از پمپ‌ها و فن‌ها استفاده می‌کند.

برای به حداقل رساندن مصرف انرژی در چیلرهای تراکمی، مهم است که دمای آب سرد را تا حد ممکن بالا ببرید و دمای آب کندانسور را تا حد ممکن کم کنید، که هر دو مورد باید با توجه به دستورات سازنده  اعمال شود. این را می‌توان با روش‌های مختلف از جمله انتخاب صحیح مبدل‌های حرارتی برای بهره‌وری انرژی در حین طراحی و از طریق تمیز کردن منظم برای برداشتن رسوب لوله‌ها و صفحات به دست آورد.

سایر روش‌ها برای به حداقل رساندن مصرف انرژی یک چیلر، افزایش آب سرد و سرعت گردش آب کندانسور و عملکرد برج‌های خنک کننده (استفاده در چیلرهای آب-خنک) است که تا حد ممکن بتوان آن را به دمای تر هوا (دمای مرطوب یا Wet bulb) نزدیک کرد. با این حال، حتما این اقدامات باعث افزایش مصرف برق برای سایر تجهیزات در این سیستم از جمله پمپ‌های آب سرد، پمپ‌های آب کندانسور و فن‌های برج خنک کننده می شود. بنابراین، مهم است که یک دید کلی داشته باشید و یک سیستم کاربردی ایجاد کنید تا مصرف انرژی در سیستم‌های آب سرد بهینه سازی شود، در غیر این صورت در برخی از نقاط سیستم، کارایی چیلر کاهش می یابد. برای مهندسین طراح بسیار مهم است که در طول پروسه طراحی، مزایا و کارایی سیستم چیلر به دقت ارزیابی شود.

نگهداری و بهره‌برداری چیلر در تاسیسات ساختمان 

مسائل زیر برای افزایش کارایی نگهداری و بهره‌برداری چیلرها مهم هستند:

  • دستورالعمل‌های تولید‌کنندگان و توصیه‌های مربوط به نگهداری باید دنبال شود. این توصیه ها باید به دقت توسط تیم تعمیر و نگهداری تاسیسات دنبال و اجرا گردند. همچنین توصیه هایی کلی و عمومی در هندبوک های مربوط به چیلر و نکات نگهداری و راهبری چیلر توسط مهندسین تاسیسات و پیمانکاران تعمیر و نگهداری موتورخانه قابل دسترسی خواهند بود.
  • مبدل‌های حرارتی باید توسط تیم نگهداری موتورخانه تمیز نگهداری شوند. کندانسورهای خنک‌کننده هوا باید به طور منظم تمیز شوند و از جمع شدن آشغال‌هایی مانند برگ‌ها که سبب جلوگیری از گردش هوا می‌شوند، عاری نگه داشته شوند. واژگونی (ریزش) و آسیب تگرگ نیز می‌تواند بر عملکرد مبدل‌های حرارتی تاثیر بگذارد. کندانسورهای خنک‌کننده آب باید در فواصل منظم و / یا زمانی که شواهدی از رسوب با افزایش دما دیده می‌شود، تمیز ‌شوند. برآورد شده است که ایجاد یک لایه ضخیم ۰.۶ میلی متری در لوله‌های آب کندانسور باعث کاهش ۲۰ درصدی بهره‌وری چیلر می‌شود. برای چیلرهای بزرگ‌تر، نصب سیستم‌های تمیز کردن خودکار لوله ممکن است مقرون به صرفه باشد.
  • توصیه می‌شود که تعمیر و نگهداری بر اساس عملکرد بر روی چیلرها انجام شود، به علاوه جایگزینی اجزای برنامه‌ریزی شده همان‌طور که در دستورالعمل‌های تولیدکننده بیان شده، صورت گیرد. این امر به اندازه‌گیری‌های منظم پارامترها از جمله دما و فشار از طریق مبادلات حرارتی و نظارت بر COP چیلر، متکی است. این امر به طور ایده آل با یک سیستم BMS به طور پیوسته انجام می‌شود، با این وجود، در صورتی که چنین سیستمی در دسترس نباشد، می‌توان از طریق ضبط منظم داده‌ها در چک لیست های موتورخانه و کتاب‌های تعمیر و نگهداری توسط کارمندان تعمیر و نگهداری به آن دست یافت.
  • در چیلرهای قدیمی‌تر از کمپرسورهای سوپاپ‌دار دارای شیر انبساط ترموستاتیک استفاده می‌کردند که با جایگزینی آن‌ها با شیر انبساط های کنترل الکترونیکی، به بهره‌وری حدود ۱۵ تا ۲۵ درصد می‌توان دست یافت.
  • شارژ مبرد باید به طور منظم بررسی شود و هر گونه نشت به سرعت برطرف شود. به غیر از اثرات زیست محیطی از جمله گرم شدن کره زمین و از بین رفتن لایه ازون، از بین رفتن مبرد نیز هزینه بردار است و باعث کاهش ظرفیت و کارایی می‌شود. همچنین بدلیل اینکه خنک کاری اجزای کمپرسور و سیم پیچ آن نیز از طریق گاز خنک برگشتی صورت میپذیرد، در صورت نشتی گاز و ادامه کارکرد کمپرسور، آسیب جدی به سیم پیچ و قطعات مکانیکی وارد خواهد آمد.
  • بررسی های منظم باید برای نشت آب از چیلرها و سیستم توزیع آب سرد و هرگونه نشتی که از طریق مواد شیمیایی تصفیه آب ایجاد شده است، صورت گیرد و به سرعت رفع گردد.
  • عایق لوله‌ها را در چیلرها و لوله‌های آب سرد و اجزا آن توسط پیمانکار تعمیر و نگهداری تاسیسات بررسی شود.
  • بازده یک چیلر را می‌توان با افزایش دمای آب سرد و یا کاهش دمای آب کندانسور در حد مشخصی که توسط سازنده چیلر مجاز اعلام شده است، افزایش داد. به طور معمول افزایش ۱ درجه سانتی‌گراد دمای آب سرد و یا کاهش ۱ درجه سانتی‌گراد دمای آب کندانسور باعث افزایش بازده چیلر در حدود ۲ تا ۳ درصد می‌شود. این روش بهینه سازی چیلرها “تنظیم مجدد آب سرد” یا “تنظیم مجدد آب کندانسور” نامیده می‌شود و این روش برای بهینه سازی چیلر برای اکثر ساختمان‌ها زمانی که درجه حرارت محیط در وضعیت مناسب (معتدل) قرار دارد، امکان پذیر است.

توجه داشته باشید:

باید به عواملی که ممکن است کارایی‌های چیلر را کاهش دهد، توجه داشت. به عنوان مثال افزایش دمای آب سرد باعث بهبود کارایی چیلر می‌شود، اما ممکن است واحدهای تهویه هوا برای تامین ظرفیت خنک‌کننده ساختمان نیاز به افزایش مصرف انرژی فن در هواسازها داشته باشند. به طور مشابه، انرژی اضافی مورد نیاز فن‌های برج خنک‌کننده جهت کاهش دمای آب کندانسور، ممکن است باعث افزایش کارایی در چیلر شود. الگوریتم‌های کنترل در سیستم‌های کنترل مدرن و هوشمند در مصرف بهینه انرژی در چیلرها تاثیر بسزایی دارند.

نمونه سیستم کنترل مدرن با الگوریتم‌های هوشمند

باید با سازنده چیلر در مورد تعیین حداکثر دمای تبخیر مجاز و حداقل دمای چگالش قابل قبول آب مشورت شود. انواع خاصی از چیلرها از درجه حرارت آب کندانسور کمتری برخوردار هستند، به عنوان مثال دستگاه‌های سانتریفیوژ قدیمی، چیلرهای رسیپروکیتینگ که از شیر انبساط ترموستاتیک استفاده می‌کنند و برخی از انواع چیلرهای اسکرو از این قبیل هستند.

نمونه تابلو قدیمی با مصرف انرژی بالا

  • بهینه‌سازی استراتژی توالی چیلر با استفاده از کارآمدترین چیلر، برای یافتن ظرفیت خنک کننده غالب صورت می‌گیرد. عملیات توقف چیلر  هنگامی که درجه حرارت محیط کم است و تقاضایی وجود ندارد، صورت می‌گیرد.
  • اطمینان از اینکه سنسورهای درجه حرارت کنترل چیلر کالیبره شده و خوانده می‌شوند؛ خوانش نادرست باعث ناکارایی یا از دست دادن ظرفیت می‌شود.
  • در جاهایی که چیلرهای بزرگ، پمپ‌های مرتبط با آن و سایر تجهیزات برج‌های خنک‌کننده، ساعت‌ها استفاده می‌شوند مانند اتاق‌های آسانسور، اتاق‌های کنترل امنیتی و اتاق‌های سرور،  نصب سیستم‌های جانبی جدا از تاسیسات ساختمان به جای استفاده از دستگاه چیلر مرکزی در مواقعی که چیلر خاموش است، باید در نظر گرفته شود.

جایگزینی و ارتقا چیلر در تاسیسات ساختمان

نکات زیر به عنوان شاخص‌هایی برای جایگزینی و / یا ارتقا چیلر مورد استفاده قرار می‌گیرند:

  • مبردهایی که در چیلر وجود دارند ممکن است از بین رفته باشند و یا در آینده از بین بروند.
  • چیلر ممکن است بیش از ۱۵ سال عمر کرده باشد و در اینصورت قطعات یدکی آن بسیار سخت پیدا می‌شود.
  • چیلر آسیب‌پذیر است و تعمیرات اساسی آن هزینه بردار و گران است.
  • نیاز سیستم سرمایشی ساختمان به طور قابل توجهی افزایش یافته است.

تعمیرکار چیلر

اگر یک چیلر نیاز به جایگزینی داشته باشد، باید عوامل مختلفی مورد توجه قرار گیرد. تعویض یک چیلر با یک دستگاه جدید سبب صرفه‌جویی در انرژی خواهد شد. با یک مشاور متخصص مشورت کنید و عوامل زیر را در نظر بگیرید:

-چیلرهای با COPهای بالا و IPPLها را انتخاب کنید چرا که از نمونه‌های BCA J بهتر است.

-بهینه‌سازی انتخاب چیلر بدین معناست که نباید ظرفیت چیلر جایگزین با چیلر فعلی یکسان باشد. ظرفیت سیستم سرمایش ساختمان ممکن است در طول سال‌ها تغییر کند. چرخه نیاز کل سیستم چیلر را در نظر بگیرید و بعد از بررسی چرخه کار آن، چیلر جدید را بهینه کنید. در صورت لزوم مشاوره بگیرید، مزایای بالقوه مالی و عملیاتی از انتخاب یک چیلر بهینه بسیار قابل توجه است.

-چیلری را انتخاب کنید که سازگار با استراتژی‌های کنترل مدرن برای صرفه جویی در انرژی باشد و بررسی کنید که کنترل کننده‌های چیلر دارای رابط‌های ارتباطی لازم مانند BACnet، Modbus یا LON باشند. عواملی که باید نظر بگیرید شامل تنظیم مجدد آب سرد، تنظیم مجدد آب کندانسور، قابلیت محدود کردن ظرفیت چیلر و جریان آب سرد متغیر است.

-برای یافتن ظرفیت خنک‌کننده غالب، توالی های چیلر را بهینه‌سازی کنید و استراتژی عملکرد کارآمد‌ترین چیلر را کنترل کنید. استراتژی‌های هوشمند انرژی مانند آب سرد و تنظیم مجدد آب کندانسور را اعمال کنید.

-نصب تجهیزات برای نظارت بر عملکرد و راندمان چیلر. این اطلاعات ممکن است از طریق کنترل‌کننده چیلر به راحتی در دسترس باشد یا ممکن است لازم باشد که اندازه‌گیری اضافی مانند kWh، اندازه‌گیری انرژی حرارتی یا برخی از سنسورهای دمای اضافی متصل به BMS نصب شود.

-انجام پمپاژ متغیر آب سرد را برای صرفه جویی در انرژی در نظر بگیرید. این اندازه‌گیری در جایی که آب سرد باید در فاصله‌های طولانی پمپاژ شود یا جایی که جریان آب سرد اولیه قابل توجه است، احتمالا موثر خواهد بود.

تعمیرکار چیلر

بررسی خنک‌کن چیلر در سیستم تاسیسات ساختمان

باید از خروج مبردها از چیلرها و دیگر تجهیزات تاسیسات ساختمان شامل پکیج و اسپلیت اجتناب شود. جدا از آسیب زیست محیطی ناشی از مبردهای خاص و هزینه‌های مستقیم مرتبط با جایگزینی مبرد، هزینه‌های غیر مستقیم از طریق کارایی پایین تجهیزات و اثرات احتمالی NGERS گزارش می‌شود.

استفاده از مبردهایی که باعث گرم شدن کره زمین یا تخریب لایه تخریب ازون می‌شوند، غیرقانونی است. کارکنان تعمیر و نگهداری تاسیسات ساختمان همواره باید نسبت به شناسایی و رفع نشتی مبرد توجه داشته باشند. داشتن مجوز برای معامله‌گران دستگاه مبرد شامل چیلرها و تجهیزات تهویه هوا الزامی است. سیستم‌هایی که در آن مبرد به کار رفته است همواره باید مورد بررسی قرار گیرند تا بهترین عملکرد را داشته باشند. برای تاسیسات بزرگ‌تر استفاده از KPI که میزان استفاده از مبرد را نظارت می‌کند، ضروری است. سیستم‌های نظارت بر نشت مبرد با گیرنده های مایع که به اندازه کافی بزرگ هستند، برای ذخیره شارژ سیستم مشخص می‌شوند. کارمندان تعمیر و نگهداری باید همواره مقدار مبردی را که به سیستم اضافه می‌شود را ثبت کنند و هر گونه مصرف غیرطبیعی را به مسئول مربوطه گزارش دهند.

نشت سالانه با طراحی خوب چیلر، مدیریت مبرد و تعمیر و نگهداری چیلر می‌تواند در حدود ۱.۵-۲ درصد کاهش یابد.

بهینه سازی مصرف چیلرها

 

ما در شبکه‌های مجازی دنبال کنید

۰ Comments

ارسال دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *