Мерки за повишаване на енергийната ефективност на индустриални хладилни системи

Xладилните системи имат важна роля в редица индустриални сектори, като те консумират значителни количества енергия и съответно генерират голяма част от експлоатационните разходи. Например приблизително 25% от използваната електроенергия в хранително-вкусовата промишленост е за захранване на системите за охлаждане и замразяване.

Въпреки високите енергийни разходи и възможните спестявания от повишаване на ефективността, в исторически план фокусът в развитието на хладилните системи винаги е бил върху вместване на потреблението им при минимални капиталови разходи, докато разходите за експлоатация винаги са били с по-нисък приоритет.

Ефективни индустриални хладилни системи се разработват чрез подходящо проектиране, използването на високоефективно оборудване, инсталирането на адекватни системи за управление, както и осъществяването на редовна поддръжка.

Най-често прилаганите мерки за повишаване ефективността на хладилните системи в промишлеността включват оптимизиране последователността на компресорите, умерено преоразмеряване на кондензаторите, контрол на нагнетателното налягане при кондензатори, повишаване на смукателното налягане, използване на задвижвания с променлива честота и на високоефективни електродвигатели, и др. Според проучвания всяка от тези мерки индивидуално може да намали енергопотреблението с 5 до 10%, а комбинация от тях - с 25 до 35%.

Оптимизиране последователността на компресорите

Когато хладилната система включва множество компресори, една от стратегиите за управление с цел повишаване на ефективността е оптимизирането на последователността им. С помощта на компютърни системи за управление може да бъде зададена последователност в работата на компресорите, отговаряща на променливите натоварвания.

Подходящата последователност спестява на потребителите енергия благодарение на разликите в характеристиките на частичните товари на бутални и винтови компресори, както и в размерите на използваните компресори. При определяне на оптималната последователност трябва да се отчетат профилите на ефективност и капацитетите на всички компресори в системата.

Винтовите компресори обикновено са с по-висока ефективност при пълно натоварване, докато буталните компресори имат по-линеен товаров профил и по-висока ефективност при частично натоварване. В повечето случаи при системи, в които се използват и двата вида компресори, винтовите трябва да се експлоатират по възможност само при пълно натоварване, а буталните да се използват при частични товари спрямо нуждите от охлаждане.

Ако се използват различни по големина компресори, процесът на оптимизация трябва да определи подходящите компресори за различните условия на частично натоварване. Тези техники за управление могат да бъдат приложени както за нови хладилни системи, така и за вече съществуващи такива.

Умерено преоразмеряване на кондензаторите

Преоразмеряването на кондензаторите в умерена степен обикновено е добра мярка за повишаването на енергийната ефективност на индустриални хладилни системи. По-големите кондензатори понижават температурата на наситено кондензиране, като по-този начин редуцират нуждата от работата на компресорите. Преоразмерените кондензатори изискват по-големи помпи и двигатели за вентилаторите, които са малко по-скъпи и консумират повече енергия.

Въпреки това, спестяванията на енергия от внедряването на тази мярка са много по-съществени, отколкото увеличението в цената и потреблението на енергия от кондензаторите. При оразмеряването на компресорите за хладилна система трябва да се имат предвид големината на кондензатора и изискваното нагнетателно налягане.

Допълнителни спестявания при тази мярка могат да бъдат постигнати чрез използването на по-малки компресори при почти пълно натоварване, вместо на по-големи компресори при частично натоварване.

Контрол на нагнетателното налягане

Често прилагана и ефективна стратегия за управление е контролирането на нагнетателното налягане при кондензаторите. В много от стандартните системи налягането се регулира при фиксираната проектна температура на кондензация, която обикновено е достатъчно висока, за да отговори на максималното проектно натоварване при определените условия на околната среда.

При тези системи капацитетът на кондензатора се управлява чрез настройване скоростта на вентилаторите. Контролирането на налягането прави възможно понижаването му, благодарение на повишения охлаждащ капацитет на кондензатора при по-студени условия на околната среда. Например през периоди с по-ниски температури на мокрия термометър, капацитетът на един изпарителен кондензатор се повишава.

Това позволява пропорционалното намаляване на температурата на кондензация, без да се променя степента на охлаждането. Долната граница за температурата/налягането на кондензация ще се определи от минимално изискваното налягане на изхода на компресора и другите системни компоненти.

Понижаването на нагнетателното налягане редуцира необходимата напорна височина за компресорите и по този начин подобрява работната ефективност. Тази стратегия за управление е особено подходяща за умерено преоразмерени кондензатори.

Допълнителни енергийни спестявания могат да бъдат реализирани чрез прилагането на тази мярка в комбинация с използването на задвижвания с променлива честота за двигателите на кондензаторните вентилатори. Оптималното нагнетателно налягане е пряко свързано с температурата на околната среда.

Използването на задвижвания с променлива честота позволява на вентилаторите да работят при частично натоварване. За да се постигнат максимални спестявания, могат да бъдат инсталирани компютърни системи за управление и оптимизация на нагнетателното налягане и скоростта на кондензаторния вентилатор в зависимост от натоварването и условията на околната среда.

Повишаване на смукателното налягане

Когато условията го позволяват, увеличаването на смукателното налягане на една хладилна система може да доведе до цялостно повишаване на енергийната ефективност. Чрез повишаването на смукателния капацитет се редуцира съотношението на налягането при изхода на компресора и това на входа на компресора. Това, от своя страна, води до по-голям капацитет и по-висока работна ефективност на компресора.

Все пак съществуват и ограничения при повишаването на смукателното налягане. Увеличаването на наситената смукателна температура редуцира температурния диференциал на изпарителя, което намалява охлаждащия му капацитет. Следователно, за да се отговори на необходимото охлаждащо натоварване и да се поддържа температурата, трябва да бъдат увеличени въздушният поток и повърхността на изпарителя. Това се постига чрез повишаване скоростта на изпарителния вентилатор или цикличния режим на работа, или чрез увеличаване броя на изпарителите.

Въпреки че изпарителите потребяват допълнително енергия, това повишение в консумацията може да бъде компенсирано от постигнатите ползи по отношение ефективността на компресорите. Системата трябва да бъде оптимизирана с цел минимизиране на общото енергопотребление на компресорите и кондензаторите. Важно е да се отчете и ефектът, който има повишаването на смукателното налягане върху способността на системата за отговори на променливи товари.

Променливо-честотни задвижвания

Съществуват няколко възможности за използване на променливо-честотни задвижвания в хладилни системи с цел повишаване на енергийната ефективност. Те могат да бъдат приложени успешно при кондензатори и изпарителни вентилатори. Когато системата не работи с пълен капацитет в периоди с намален охлаждащ товар, енергийни спестявания могат да бъдат реализирани чрез редуциране скоростта на кондензаторните и изпарителните вентилатори.

При инсталиране на променливо-честотно задвижване на кондензаторен вентилатор, то позволява и управление на нагнетателното налягане, което допълнително повишава енергийната ефективност. Въпреки че управлението на тези задвижвания води до приблизително 3% загуба в ефективността, в повечето случаи тя бива компенсирана от енергийните спестявания.

Променливо-честотните задвижвания са много ефективна технология за управление на компресорни двигатели, тъй като те контролират скоростта на мотора в зависимост от товара чрез поддържане на зададеното смукателно налягане на системата. За разлика от други алтернативни задвижвания с постоянна скорост, променливо-честотните осигуряват повишаване на ефективността на работа на компресорите при частично натоварване.

Въпреки че тези задвижвания могат да донесат ползи за управлението на една бутална компресорна система, обикновено това решение не е добър вариант, когато се цели пестене на енергия, тъй като буталните компресори имат линеен товаров профил и управлението на скоростта не води до значително повишаване на ефективността им.

В случай че една хладилна система с изменящо се натоварване включва повече компресори, инсталирането на променливо-честотно задвижване на един от тях ще повиши ефективността й в максимална степен. Той ще позволи управление на капацитета на системата, докато останалите компресори работят при пълно натоварване, за да отговорят на базовата необходимост от охлаждане на инсталацията.

Когато се обмисля инсталирането на променливо-честотни задвижвания, трябва да се провери дали компресорните системи са съвместими с тях. Смазочните системи на някои винтови компресори например не работят добре при по-ниска скорост и затова операторите на хладилните системи следва да се консултират предварително с производителя на компресорите.

Високоефективни електродвигатели

Изборът на оборудване е необходимо да включва високоефективни електродвигатели за компресорите, кондензаторните и изпарителните вентилатори, както и за помпите. Значението на високоефективните двигатели е по-осезаемо за индустриални хладилни системи, използващи преоразмерени кондензатори, тъй като за тях са необходими вентилатори и помпи с по-големи размери.

Обикновено високоефективните електродвигатели се предлагат на малко по-висока цена от стандартните. Спестяванията на енергия и финансови средства от употребата им обаче са значителни, като се вземе предвид продължителността на работа на индустриалните хладилни системи.

Като допълнителна полза може да се отчете фактът, че високоефективните електродвигатели консумират по-малко електроенергия и се загряват в по-малка степен, което води до редуциране на вътрешния охлаждащ товар на системата.