2.2.4.8. Аналіз потоків енергії в холодильній установці

Система охолодження реалізує цикл перетворення енергії, у якому кількість тепла, що виводиться конденсатором і за рахунок поверхневих втрат, рівняється кількості енергії, поглиненої випарником і представленої в компресор. Таким чином, вимірявши будь-які два із цих компонентів, ми можемо обчислити третій. Цим ми не тільки визначимо загальну кількість спожитої енергії, але й довідаємося, наскільки добре працює система.

На рис покотла парокомпрессорная система охолодження, у якій для охолодження використається холодна вода, а також покотла градирня водного охолодження відкритої циркуляції, у якій, як засіб ефективного охолодження конденсатора, використається принцип паропоглощения. Энергоаудитору варто зосередити увагу на операційній ефективності системи, зокрема, на розрахунку коефіцієнта ефективності системи й ефективності роботи стояка водного охолодження.

У цьому прикладі споживання електроенергії виміряється стаціонарним або тимчасовим лічильником, а кількість тепла, що приділяється в градирні водного охолодження, визначають на основі виміру температур у прямому й зворотному трубопроводі. Його обчислення здійснюють множенням теплоємності води на масу води, що визначається на основі різниці тисків на вході й виході помпи (або за показами не врізаного в мережу лічильника води) на різницю температур.

Відношення виділеного тепла до спожитої електроенергії позначають, тобто коефіцієнт теплопродуктивності. За визначенням співвідношення між коефіцієнтом теплопродуктивності й коефіцієнтом охолодження (відношення тепла охолодження до кількості електроенергії) задається формулою:

Таким чином, ми можемо зрівняти розраховані коефіцієнти з очікуваними, які базуються на дані підприємства. Це допоможе визначити операційну ефективність і виявити резерви заощадження.

Інша область обстеження - це сама градирня водного охолодження. У цьому випадку варто вимірювати параметри охолоджувального повітря й повітря, що нагнітається з вершини градирні з урахуванням показів сухого й змоченого термометрів. Якщо різниця температур охолодженої води, що вертається в конденсатор, і повітря навколишнього середовища за показами змоченого термометра лежать у границях 2°С це для багатьох систем є показником високої ефективності. Відносна вологість повітря, що входить у градирню водного охолодження повинна становити близько 70-90%. Якщо вологість менша, то це свідчить про надлишкову штучну вентиляцію (якщо така наявна) щодо кількості води, яке потрібно остудити, або про те, що градирня вимагає ремонту, а саме, модернізації системи розпилювання води й поверхонь теплопередачі. Якщо вологість перевищує наведену раніше, те це свідчить про те, що в градирню водного охолодження подається недостатньо повітря, за винятком випадків, якщо висока вологість є результатом дуже високої вологості навколишнього середовища.

Заощадження енергії за допомогою ефективного охолодження

Енергозбереження на холодильних установках у промисловості

У багатьох галузях промисловості на холодильні установки витрачається велика кількість енергії й засобів але, проте, немає глибокого розуміння особливостей роботи таких енергоустановок, особливо серед тих, хто відповідає за їхнє використання. Холодильні установки на сьогоднішній день є винятковою можливістю для енергозбереження в промисловості, оскільки в минулому промисловість зневажала ними.

Принцип роботи холодильних установок

Розглянемо побутовий холодильник. Тепло приділяється від охолоджуваного простору за допомогою холодного холодоагенту у випарнику й викидається в атмосферу через розташований зовні конденсатор.

Чим нижче потрібно одержати температуру усередині холодильника, тим більше витрачається енергії. Крім того, чим вище температура охолодження використається в конденсаторі для витиснення тепла, тим більше споживається енергії. У середньому при підвищенні температури у випарнику на 1 ос зберігається 3% енергії. Це означає, що випар при -30 °С замість випару при -39 °С дозволяє зберегти 27% витрат. Конденсація при температурі на 1 °С нижче зберігає 3% витрат. Отже, конденсація при 20 °С замість 29 °С дасть заощадження 29% енергії. Далі це буде описане подробней.

За рахунок установлення максимально можливої температури випару й мінімально можливої температури конденсації можна досягти значного заощадження енергії.

Основні можливості для досягнення енергозбереження

Можливості поліпшення на рівні схеми процесу

Проаналізуйте витрату холоду/навантаження охолодження. Визначите величину охолодження, одержувану на різних рівнях температури. Зрівняєте величину миттєвих значень охолодження у кВт при різних рівнях температури з річними значеннями охолодження при цих рівнях температури. Це допоможе визначити оптимальний дизайн холодильної установки й оптимизировать експлуатацію існуючих установок.

Переконаєтеся, що приплив теплоти в холодильну камеру незначний. Помнете, що сонячні промені приносять велику кількість енергії, і тому піддаються його впливу поверхні повинні бути пофарбовані відбивною фарбою або вкриті відповідними матеріалами.

Необхідно знижувати інтенсивність інфільтрації за допомогою установки дверей, що швидко-закриваються, і гумових смужок, що вільно свешиваются, на тих дверях, які доводиться відкривати часто. Такі міри дозволяють у два рази скоротити витрата холоду в морозилках, а строк окупності для цих заходів не перевищує підлога року. При цьому має місце додаткова перевага, - знижується проникнення вологи, і відповідно частота циклів розморожування.

Перевірте, імовірно існують можливості використання наявного безкоштовного джерела холоду. Часто буває, що в наявності цілий рік є вода з підземного джерела при температурі нижче 10 °С.

Виконуйте охолодження у дві стадії. При виробництві піци гаряча продукція прохолоджується спочатку на відкритому повітрі, а потім надходить у спиралеобразный морозильник. Використайте промислові градирні й випарні холодильні системи для кондиціювання повітря, при цьому витрачається менше енергії, чим при використанні звичайних холодильних установок.

Не переохолоджуйте продукцію й не залишайте неї по боргу в простоях поза холодильними камерами, внаслідок чого підвищується її температура.

До джерел безкоштовного холоду ставиться: охолодження на відкритому повітрі, охолодження при випарі, сухе охолодження й джерела води.

Зменшите паразитні навантаження насосів і вентиляторів. Вентилятори випарника можуть бути відключені при відкритті дверей морозильних установок, а для циркуляції повітря можуть використатися менші вентилятори. Для вентиляторів випарника можна успішно застосовувати приводи з регульованою швидкістю, але в таких випадках необхідно ретельно перевіряти їхня відповідність двигунам і сумарне значення рівня гармонік установки. За паразитні навантаження Вам доводиться платити двічі. Спочатку при оплаті рахунків за електроенергію, використану насосами й вентиляторами й потім за електроенергію для видалення виробленого ними тепла.

Для висвітлення варто використати високоефективні освітлювальні прилади типу SON з ефективною системою керування. Однак автоматичні регулятори висвітлення можуть відмовляти через вплив на них низьких температур.

Не забувайте контролювати різні інші види навантаження, які як нагрівання підлоги, антиобледенитель і т.п.

Забезпечуйте достатню циркуляцію повітря навколо продукції в холодильні/морозильних установках. Використайте спеціально призначені для цього піддони.

Передбачайте сушіння/зневоднювання перед процесами пастеризації/охолодження (наприклад, при одержанні сироватки, знятого молока).

Не слід зберігати продукти з різними вимогами по температурі зберігання в одному сховищі.

Підвищуйте рівні температури усередині холодильної установки, для того, щоб температура випарника також могла бути підвищена. Помнете, підвищення на кожний градус приводить до заощадження близько 3% енергії, і, відповідно, засобів.

При можливості використайте теплоаккумулирующие системи, такі як крижані акумулятори холоду, для систем охолодженої води й системи, що використають эвтектические солі для низькотемпературного застосування.

Якщо є в наявності непридатне тепло, розглянете можливість використання абсорбційних систем або їхньої комбінації з когенерационными системами.

У тих процесах, де теплота виходить у результаті певної реакції, для відображення рівнів реакції тепловиділення використайте комп'ютерне моделювання. Це дасть можливість оптимизировать використання охолодження.

Оптимизируйте роботу апарата для пастеризації. Переконаєтеся, що у відсіку регенерації регенеративного теплообмінника відбувається максимально можливе охолодження (для охолодження молока, сусла й т.п.).

Розділите потоки технологічного процесу таким чином, щоб охолодження розглядалося як відбувається у дві стадії, для того, щоб можна було одержати користь/вигоди від більше високої температури випару в проміжних потоках. Не розглядайте поділ потоків на одній і тій же установці.

Можливості для енергозбереження на рівні дизайну системи

Витрати на виробництво - для певних рівнів температури деякі холодоагенти забезпечують роботу ефективніше інших холодоагентів.

Ємність - деякі холодоагенти втримують більше тепла на одиницю маси, що дозволяє робити компресори й системи меншими по розмірі й більше ефективними.

Тиск - треба оптимизировать холодоагенти по рівнях температури/тиску, при яких вони використаються.

Перегріви - перегрів найчастіше є причиною втрати ефективності, а іноді являє загрозу для компресора.

Температури нагнітання - високі температури нагнітання приводять до зниження ефективності компресора.

Теплообмін - чим краще гидрофильность (змочувальна здатність) холодоагенту, тим краще буде коефіцієнт теплопередачі, і сумарна ефективність системи.

Порівняння систем з одноступінчастим і двоступінчастим циклом

Системи із двоступінчастим циклом більше ефективні.

У двоступінчастому циклі використається проміжний охолоджувач для охолодження пар холодоагенту до температури конденсації перед стадією стиску. Це приводить до підвищення ефективності на низькотемпературному циклі від 20% до 30%. Загалом, двоступінчасті системи не використаються при температурі вище 30 °С.

Порівняння систем із зануренням (безпосереднього охолодження) і систем з безпосереднім розширенням системи із зануренням, у яких випарники занурені, характеризуються більшою ефективністю, оскільки використається вся поверхня. Для систем з безпосереднім розширенням потрібні пристрої контролю від перегріву, а також можуть вимагатися терморегулювальні вентилі, які приводять до постійного/фіксованому тискуу конденсації.

Порівняння інтегрованих і модульних систем

Системи з інтегрованим холодоагентом дозволяють поліпшити використання поверхонь теплообміну, таких як випарники й конденсатори. Однак вони можуть споживати додаткову енергію на роботу насосів і вентиляторів, і тому необхідно проводити аналіз співвідношення витрат і одержуваної користі.

Можливості заощадження за рахунок дизайну компонентів

Компресори

Варто забезпечувати завантаження найбільш ефективних компресорів

Розглянете ефективність компресорів при частковому навантаженні

Варто забезпечувати керування компресорами, що передбачає оптимальну послідовність їхнього підключення. Параметри ефективності вузла складаються з ефективності циклу, ефективності системи, изоэнтропического ККД, об'ємного ККД, механічного ККД.

Розгляд особливостей випарника

Випарник може бути зануреного типу або безпосереднього розширення, нагнітальної циркуляції, з оребренными трубами й компактним виконанням. Великі випарники знижують експлуатаційні витрати, але їхня вартість висока.

Розмір оребрения повинен ураховувати невеликий перепад тиску при наростанні інею/льоду.

Конструкція випарника повинна враховувати потребу видалення масел, очищення, видалення намерзань льоду.

Розгляд особливостей конденсатора

Розмір загальної площі поверхні визначає ефективність

У конденсаторі повинна бути передбачена можливість видалення повітря, щоб підтримувати тиск низьким.

Велике значення має очищення конденсатора.

Розмір трубопроводу ресивера/приймача повинен ураховувати можливість невеликих падінь тиску.

Ефективність системи підвищується завдяки системам хімічного очищення.

Керування дефростером (антіобліднителем)

Системи з таймерами марнотратно витрачають енергію. Використайте дефростеры тільки на вимогу для специфічних систем, типу Danfoss.

Дефростер повинен бути спроектований з оптимальними обмежниками, такими як у системах Danfoss.

Стежите за коректною роботою системи дренажу.

Немає необхідності в складних системах контролю для розморожування гарячими газами. Передбачайте установку поплавкового клапана замість терморегулювального вентиля.

У системах з електричними дефростерами можна досягти скорочення витрат на електрику за рахунок диференціального розташування (у шаховому порядку) елементів дефростера.

Експлуатаційні прийоми

Передбачайте рекуперацію теплоти перегріву гарячих газів. У цих газах може втримуватися до 40% енергії, подводимой на компресор. Типовими прикладами використання такої рекуперації є підігрів гарячої води, виконуваний замість електропідігрівання, опалення й сушіння.

Для охолодження компресорного масла використайте не рідкий холодоагент, а воду системи охолодження або термосифонної системи.

Керування й оптимізація системи

Основні питання стратегії керування процесом охолодження включають:

Робота компресора при частковому навантаженні. Робочі характеристики при частковому навантаженні в поршневого компресора краще, ніж у гвинтового компресора.

При завантаженні 70% робочі характеристики гвинтового компресора погіршуються значно. У таких випадках варто використати поршневі компресори.

Управляйте напором за допомогою поплавкового клапана.

Варто управляти тиском усмоктування, для того, щоб забезпечити досягнення максимально припустимого значення температури усмоктування.

У методиці керування повинне бути враховане вплив допоміжних установок. Використання трьох гвинтових компресорів завантажених на 33%, що працюють із розподільними насосами там, де можна використати один компресор при завантаженні 100% з одним насосом - є марнотратною витратою енергії.

Можливості використання тарифів

У більших холодильних установках знижуйте температуру в нічний час, для того, щоб можна було в денний час відключити компресори.

Використайте можливість приєднання до схеми пільгових тарифів для спеціальної категорії энергопредприятий.

Можливості, засновані на технічному обслуговуванні

Проводите перевірки технічних характеристик таких машин, як компресори, конденсатори, випарники й т.п.

Перевіряйте наявність масла у випарниках, а також випадки недостатнього завантаження, закупорювання, намерзання, засмічення й слабкого перегріву. У конденсаторах перевіряйте наявність газів, що не конденсуються.

Виявляйте випадки поганого розподілу холоду, характерні для повітряних контурів з терморегулювальними вентилями.

Перевіряйте наявність масла в проміжному охолоджувачі двоступінчастої системи.

Можливості моніторингу й планування цільових показників.

Проводите моніторинг витрати електроенергії на холодильних установках. Установлюйте проміжні лічильники для таких об'єктів, як компресори, насоси. Розділяйте об'єкти на однозначно певні центри енергетичної звітності (ЦЭО).

Проконтролюйте значення градусо-дней і складіть план температурного режиму холодильника з урахуванням градусо-дней. Установите цільові значення споживання залежно від таких змінних, як градусо-дни, обсяг випуску продукції, або час роботи виробництва.

Відзначайте розбіжність цільових і фактичних значень, готовте щотижневі звіти для кожного ЦЕО. Утягуйте основний персонал і досліджуйте головні розбіжності.