Większa sprawność energetyczna dzięki dostosowaniu obiegów chłodniczych
Ocena użytkowników: / 5
SłabyŚwietny 
Data dodania: 07.09.2007

Właściwie należałoby założyć, że podczas zakupu urządzenia chłodniczego, obok kosztów samego produktu, bierze się pod uwagę również jego ekonomiczność w eksploatacji. Jednak mimo stale rosnących kosztów energii, założenie to jest jeszcze rzadko spełniane. Kupujący często ignorują późniejsze koszty eksploatacyjne. Wielokrotnie jest tak, że koszty inwestycyjne i eksploatacyjne są pokrywane z różnych źródeł. W związku z tym, że w wielu przypadkach roczne koszty eksploatacyjne znacznie przekraczają jednorazowy koszt zakupu, konieczne jest uwzględnianie kosztów bieżących. 

     Nawoływania do poprawy sprawności energetycznej są słuszne i niezbędne, jednak działają one równie mało skutecznie, jak żądanie zmniejszenia emisji CO2 do atmosfery. Oczywiście możliwe jest późniejsze doposażenie istniejących urządzeń, lecz trzeba zwrócić uwagę, aby podczas nowych inwestycji wyraźnie zmienić trendy w filozofii zakupów. Temat efektywności energetycznej, w związku z szybko rosnącymi cenami energii, przestaje być zagadnieniem ubocznym, a staje się sprawą pierwszorzędną.
     Urządzenia chłodnicze i klimatyzacyjne pobierają w skali ogólnoniemieckiej 14% energii elektrycznej [1]. W niektórych branżach przemysłu spożywczego, np. w piekarniach, w rzeźniach lub w supermarketach urządzenia chłodnicze należą do największych „użytkowników” energii.
     Poprawa efektywności energetycznej jest możliwa przy zastosowaniu całego szeregu przedsięwzięć technicznych. Zaczyna się to od automatyki [1], gdzie poprawa elementów składowych jest szczególnie skuteczna dzięki dostosowaniu obiegów chłodniczych, na co wskazuje się w niniejszym artykule. Lecz przełom może nastąpić dopiero wtedy, gdy zastosowanym środkom technicznym będą towarzyszyć zmiany w strategii handlowej. Jest to możliwe dzięki zawieraniu odpowiednich kontraktów energetycznych, ale także dzięki badaniom porównawczym, czyli dzięki zestawieniom wielkości charakterystycznych. W technice chłodniczej istnieje tzw. współczynnik wydajności chłodniczej ε0, a przy wykorzystaniu ciepła gorących gazów – współczynnik wydajności grzejnej εH. Ciepło skraplania jest wykorzystywane do wstępnego podgrzania wody użytkowej, ale w związku z niezbyt wysoką temperaturą skraplania – jedynie dla celów sanitarnych.

 Tworzenie i oddziaływanie pary niskiego ciśnienia
     Kluczem do zaoszczędzenia pieniędzy – a o to tu chodzi – jest redukcja ilości pary niskiego ciśnienia za zaworem rozprężnym. Para ta powstaje przed parowaczem, a zatem w zwykłym procesie nie bierze udziału w produkcji chłodu, musi jednak być ponownie doprowadzona do stanu wysokiego ciśnienia w ten sam sposób, jak para „produkcyjna”, tzn. odprowadzająca ciepło. Para rozprężona powoduje zatem w prosty sposób zwiększenie zużycia energii na sprężanie.
     Głównym sposobem zaoszczędzenia energii, pieniędzy oraz zmniejszenia emisji CO2 do atmosfery okazuje się redukcja ilości pary rozprężanej. Para rozprężana powstaje, gdy ciecz przed rozprężeniem ma wyższą temperaturę niż po rozprężeniu. Entalpia takiej cieczy dostarcza energii do wytworzenia pary rozprężanej [2].
     Istnieją dwie metody redukcji ilości pary rozprężanej:
● dochłodzenie skroplonego czynnika chłodniczego poprzez zastosowanie wymiennika ciepła,
● rozprężenie ciekłego czynnika w dodatkowym urządzeniu mechanicznym.

     Oczywiście, możliwa jest także kombinacja obydwu metod.
     Przy mechanicznym rozprężeniu czynnika, nadmiar ciepła w ciekłym czynniku zostaje zaabsorbowany dzięki nieadiabatycznemu procesowi odzysku mocy, przy czym powstaje nieznaczna ilość pary rozprężanej. Ten sposób zakłada jednak możliwość dołączenia do sprężarki prostego urządzenia rozprężającego, np. wirnika na sprężarce chłodniczej. Inne sposoby nie nadają się do zastosowania w rozwiązaniach przyjmowanych w handlu. Nie ma dotychczas prostych rozwiązań i trzeba będzie jeszcze długo poczekać, aż odpowiedni wyrób trafi na rynek. (...)

Potencjał oszczędności – kształtowanie obiegu
     Dochłodzenie ciekłego czynnika chłodniczego według metody 1. można szybko zrealizować za pomocą będących w dyspozycji elementów składowych. Bardzo rozpowszechnione jest tu zastosowanie ekonomizera (rys. 2), gdy sprężarka jest w stanie przejąć część pary o ciśnieniu pośrednim, czyli np. sprężarka śrubowa lub scroll. Ekonomizery są na ogół wykonywane w postaci wymienników płytowych i nie są drogie.
      Pod względem dochłodzenia czynnika chłodniczego co najmniej równoważny efekt daje zastosowanie wewnętrznego (regeneracyjnego) wymiennika ciepła (rys. 3), który dla czynników chłodniczych o małym wykładniku izentropy κ prowadzi do istotnej poprawy współczynnika wydajności chłodniczej ε0. Niskie wartości κ powodują niewielki przyrost temperatury przy sprężaniu. Łączy się to z ochłodzeniem „gazu sprężonego”, ponieważ poziom temperatury jest zbyt niski. Wewnętrzny wymiennik ciepła rozwiązuje ten problem i prowadzi do podwyższenia temperatury pary sprężonej, a tym samym do odzysku mocy cieplnej (rys. 4). Zastosowanie jest, niezależnie od rodzaju sprężarek, możliwe dla wszystkich czynników chłodniczych o niskich wartościach wykładnika izentropy κ, a zatem R404A, R507, R134a, R290, R407C, R125 i R143a.
     Dalszą redukcję ilości pary rozprężanej otrzymuje się dzięki kombinacjom ekonomizera i wewnętrznego wymiennika ciepła. Wielokrotnie wykonywano następującą kombinację:
● ekonomizer od strony gorącej,
● wewnętrzny wymiennik ciepła od strony zimnej. (...)

Przykłady oszczędności energii
     W tabeli 1 i na rys. 6 pokazano wyniki porównania różnych wariantów obiegu chłodniczego przy znacznie różniących się stopniach dochłodzenia ciekłego czynnika. Jako czynnik chłodniczy wybrano R404A, stosowany także do zamrażania w temperaturze poniżej - 40°C. Dla trzech wariantów procesowych i trzech wartości temperatury odparowania wykazano, jak poprawiają się parametry energetyczne ze wzrostem stopnia dochłodzenia i jak zmniejsza się ilość czynnika chłodniczego na obejściu oraz ilość pary rozprężanej x0. Oszczędności energii elektrycznej są na tyle przekonujące, że już w ciągu jednego roku amortyzują się wymienniki ciepła z ożebrowaniem od strony pary. Koszty inwestycyjne rosną w wyniku instalowania tych wymienników. Należy jednak uwzględnić fakt, że redukcja ilości krążącego czynnika chłodniczego prowadzi do redukcji wielkości lub ilości sprężarek. Oznacza to także, że zdecydowanie wzrasta moc chłodnicza, gdy ilość i wielkość sprężarek pozostaje na dotychczasowym poziomie albo też zwiększa się skuteczność skraplania lub parowania. Często najlepszym sposobem podniesienia wydajności jest doposażenie instalacji w urządzenia do dochładzania ciekłego czynnika.
     Przy ogólnej ocenie kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych okazuje się, że dotychczasowa praktyka brania pod uwagę wyłącznie kosztów zakupu musi być zmieniona w kierunku łącznej oceny kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych, jak nauczali klasycy gospodarki energetycznej. Groteską jest porównywanie jedynie kosztów zakupu, gdy ich wielkość zostanie przekroczona już po jednym roku eksploatacji. Celem musi zatem pozostać ekonomiczne urządzenie chłodnicze. Efektywność energetyczna opłaca się!


Podsumowanie
     Dzięki wieloletnim przyzwyczajeniom dotyczącym klasyfikowania urządzeń chłodniczych w zależności od kosztów zakupu, istnieją istotne rezerwy w minimalizacji kosztów eksploatacyjnych tych urządzeń. Dotyczy to w jednakowym stopniu instalacji nowych, jak i rekonstruowanych. Niezbędna jest zmiana filozofii zakupu w kierunku ekonomiczności całkowitej. Maksymalne dochłodzenie ciekłego czynnika przyczynia się w dużym stopniu do ekonomiczności urządzeń chłodniczych. Największe rezerwy zaoszczędzenia energii i pieniędzy występują w instalacjach zamrażalniczych. Osiąganą poprawę ekonomiczności można jeszcze zwiększyć o dalsze 7÷15% dzięki wykorzystaniu ciepła odprowadzanego z układu.

 

wydanie 8/2007 

 

CZYTAJ CAŁOŚĆ, ZAMÓW PRENUMERATĘ:

TRADYCYJNĄ                         E-WYDANIE

 

POLECAMY WYDANIA SPECJALNE

  • Pompy ciepła 2023-2024

  • Pompy ciepła 2021-2022

  • Pompy ciepła 2022-2023

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2021

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2022

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2023

  • Pompy ciepła 2020-2021

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2020

  • Pompy ciepła 2019-2020

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2019

Katalog firm chłodnictwo, klimatyzacja, wentylacja

CHŁODNICTWO: Agregaty (chillery) chłodzone powietrzem, Agregaty (chillery) chłodzone wodą, Agregaty absorpcyjne, Agregaty skraplające, Aparatura kontrolno-pomiarowa, Chłodnice, Chłodnictwo w transporcie, Chłodziwa i nośniki ciepła, Czynniki chłodnicze, Dry-coolery, Drzwi chłodnicze (okucia, akcesoria), Elementy rozprężające, Filtry - osuszacze czynnika chłodniczego, Komory chłodnicze i zamrażalnicze, Kontenery chłodnicze, Maszyny do produkcji lodu (płatkarki, kostkarki), Materiały termoizolacyjne, Meble chłodnicze i zamrażalnicze, Monobloki chłodnicze, Odolejacze, separtory, Oleje sprężarkowe, Płyty warstwowe, Pompy cyrkulacyjne, Silniki, Siłowniki, Sprężarki chłodnicze, Tunele mroźnicze (kriogeniczne), Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Urządzenia rozmrażające, Wieże chłodnicze, Wyłączniki i przekaźniki czasowe, Wymienniki ciepła (parowacze, skraplacze), Wymienniki płytowe, Zasobniki chłodu, Zawory, Zespoły spręzarkowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

KLIMATYZACJA i WENTYLACJA: Aparatura kontrolno-pomiarowa, Aparaty grzewczo-wentylacyjne, Centrale klimatyzacyjne monoblokowe, Centrale klimatyzacyjne rooftop, Centrale klimatyzacyjne sekcyjne, Chłodnice/nagrzewnice kanałowe, Czerpnie i wyrzutnie, Filtry powietrza, Kanały wentylacyjne, Klapy ppoż. (oddymiające, odcinające), Klimakonwektory, Klimatyzacja samochodowa, Klimatyzatory kompaktowe (przenośne, okienne), Klimatyzatory split, Klimatytory multi splity, Kolektory słoneczne, Kratki, nawiewniki, dysze, Kurtyny powietrzne, Materiały termoizolacyjne, Nasady kominowe, wywietrzniki, Nawilżacze (parowe, zraszające, ultradźwiękowe, komory zraszania), Oczyszczacze powietrza, Odciągi miejscowe, Okapy kuchenne, Osuszacze powietrza, Pompy ciepła, Pompy cyrkulacyjne, Przepustnice, Rekuperatory i regeneratory do odzysku ciepła, Siłowniki, Stropy, belki chłodząco-grzejące, Systemy Super Multi, Szafy klimatyzacji precyzyjnej, Tłumiki hałasu, Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Wentylatory dachowe, Wentylatory oddymiające, przeciwwybuchowe, chemoodporne, Wentylatory osiowe, Wentylatory promieniowe, Wentylatory strumieniowe (oddymiające), Wymienniki gruntowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

MATERIAŁY, NARZĘDZIA, PRZYRZĄDY, AKCESORIA: Izolacje akustyczne, termiczne, Materiały i przyrządy lutownicze i spawalnicze, Materiały uszczelniające, Narzędzia, Rury, kształtki, akcesoria, Urzadzenia i środki czyszczące, Urządzenia do inspekcji i czyszczenia systemów wentylacyjno-klimatyzacyjnych, Urządzenia do usuwania i napełniania instalacji chłodniczych; recyklingu czynników chłodniczych, Wibroizolacje, Zamocowania i tłumiki drgań.

INNE: Zrzeszenia i organizacje, Oprogramowanie komputerowe, Portale internetowe, Targi, wystawy, szkolenia.