Metody chłodzenia powietrza w klimatyzacji. Koszty chłodzenia powietrza

Transkrypt

1 Metody chłodzenia powietrza w klimatyzacji. Koszty chłodzenia powietrza dr inż.grzegorz Krzyżaniak Systemy chłodnicze stosowane w klimatyzacji Systemy chłodnicze Urządzenia absorbcyjne Urządzenia sprężarkowe Pompy ciepła System bezposredniego odparowania ( VRV ) System chłodzenia pośredniego Agregat ze skraplaczem powietrznym ( chiller ) Agregat ze skraplaczem chłodzonym wodą ( chłodziwem ) Agregat wody lodowej ze skraplaczem powietrznym ( chiller ) Agregat wody lodowej ze skraplaczem chłodzonym wodą ( chłodziwem ) Otwarty system chłodzenia wody Zamknięty system chłodzenia wody ( chłodziwa ) Skraplanie natryskowo - wyparne Otwarty system chłodzenia wody Zamknięty system chłodzenia wody ( chłodziwa ) Chłodzenie suche (powietrzne) Chłodzenie natryskowo - wyparne Chłodzenie suche (powietrzne) Chłodzenie natryskowo - wyparne

2 Absorpcyjne urządzenia chłodnicze 0 7 w 9 napędowy 8 o a. Skraplacz. Zawór rozprężny. Absorber. Pompa roztworu bogatego. Warnik 7. Zawór regulacyjny 8. Chłodnica absorbera 9. Podgrzewacz warnika 0. Kolumna rektyfikacyjna. Przewód roztworu bogatego. Przewód roztworu ubogiego Pompy ciepła N. Skraplacz. Zawór rozprężny. Sprężarka. Odbiornik ciepła. Pompa obiegowa o

3 System bezpośredniego odparowania. Skraplacz. Zawór rozprężny. Sprężarka t o t φ φ Sprężarkowe urządzenia chłodnicze - układ VRV System pośredniego chłodzenia powietrza o. Skraplacz. Zawór rozprężny. Sprężarka. Chłodnica powietrza. Pompa chłodziwa t φ t φ Sprężarkowe urządzenie chłodnicze

4 Układy chłodzenia powietrza oparte o bezpośrednie odparowanie ( VRV ) t φ o t φ. Skraplacz chłodzony powietrzem (chiller). Zawór rozprężny. Sprężarka. Wentylator Agregat ze skraplaczem chłodzonym powietrzem 7 Układy chłodzenia powietrza oparte o bezpośrednie odparowanie ( VRV ) t φ. Skraplacz chłodzony wodą. Zawór rozprężny. Sprężarka. Chłodnia wieżowa. Pompa obiegowa wody Otwarty system chłodzenia wody o Agregat ze skraplaczem chłodzonym wodą t φ 8

5 Układy chłodzenia powietrza oparte o bezpośrednie odparowanie ( VRV ) t φ o. Skraplacz chłodzony cieczą. Zawór rozprężny. Sprężarka. Chłodnica powietrzna. Pompa obiegowa chłodziwa t φ Zamknięty system chłodzenia wody (chłodziwa) Agregat ze skraplaczem chłodzonym wodą Chłodzenie suche 9 Układy chłodzenia powietrza oparte o bezpośrednie odparowanie ( VRV ) 7 t φ o. Skraplacz chłodzony cieczą. Zawór rozprężny. Sprężarka. Chłodnica natryskowo-wyparna. Pompa obiegowa chłodziwa 7. Pompa obiegowa wody t φ Zamknięty system chłodzenia wody (chłodziwa) Agregat ze skraplaczem chłodzonym wodą Chłodzenie natryskowo wyparne 0

6 Układy chłodzenia powietrza oparte o bezpośrednie odparowanie ( VRV ) t φ. Skraplacz natryskowo-wyparny. Zawór rozprężny. Sprężarka. Pompa obiegowa wody o t φ Skraplacz natryskowy wyparny Układy pośrednie chłodzenia powietrza o t φ 7 t φ. Skraplacz chłodzony powietrzem (chiller). Zawór rozprężny. Sprężarka. Wentylator. Pompa wody lodowej 7. Chłodnica powietrza Agregat wody lodowej chłodzony powietrzem

7 Układy pośrednie chłodzenia powietrza o t φ 8 7 t φ. Skraplacz chłodzony wodą. Zawór rozprężny. Sprężarka. Chłodnia wieżowa. Pompa wody lodowej 7. Chłodnica powietrza 8. Pompa wody chłodzącej Agregat wody lodowej ze skraplaczem chłodzonym wodą (chłodziwem) Otwarty system chłodzenia wody Układy pośrednie chłodzenia powietrza o t φ 8 7 t φ. Skraplacz chłodzony wodą. Zawór rozprężny. Sprężarka. Chłodnica powietrzna (chiller). Pompa wody lodowej 7. Chłodnica powietrza 8. Pompa wody chłodzącej Agregat wody lodowej ze skraplaczem chłodzonym wodą (chłodziwem) Zamknięty system chłodzenia wody (chłodziwa)

8 Układy pośrednie chłodzenia powietrza 9 8 o t φ 7 t φ. Skraplacz chłodzony wodą. Zawór rozprężny. Sprężarka. Chłodnia wieżowa. Pompa wody lodowej 7. Chłodnica powietrza 8. Pompa wody chłodzącej 9. Pompa natryskowa Natryskowo-wyparna chłodnica wody Zamknięty system chłodzenia wody (chłodziwa) Koszty chłodzenia dla różnych systemów Czynniki decydujące o doborze źródła energii chłodniczej dla systemu klimatyzacji: maksymalne oraz średnie dobowe obciążenia chłodnicze, wymagane temperatury parowania i skraplania w parowniku i skraplaczu układu chłodniczego, rodzaj energii napędowej urządzeń ch, rodzaje płynów chłodzących i nośników ciepła, rodzaj systemu chłodzenia powietrza : bezpośredni lub pośredni, przeznaczenie systemu klimatyzacyjnego, stopień wykorzystania układu w ciągu roku, koszty całkowite obejmujące koszty inwestycyjne i eksploatacyjne.

9 Koszty chłodzenia dla różnych systemów Wskaźnik kosztów całkowitych K cr = i= r i= J e i i + i= r i= i= r Ki Δτ + Kej zł/rok i= J i - nakłady inwestycyjne na i-te urządzenie, zł, e i roczne odpisy amortyzacyjne dla i-tego urządzenia odniesione do nakładu inwestycyjnego, /rok, K i koszt energii napędowej zużywanej przez i-te urządzenie w czasie jednej godziny pracy,zł/h, Δτ - czas wykorzystania nominalnej mocy urządzenia, h/rok K ej koszty eksploatacyjne: obsługi, serwisu, konserwacji oraz wody, ścieków i innych niezbędnych mediów do funkcjonowania układów chłodzenia powietrza, zł/rok. 7 Koszty chłodzenia dla różnych systemów Wskaźnik kosztów całkowitych c.d. Wielkość Δτ ` Δτ = n (b + cf) h/rok n czas wykorzystania klimatyzowanego obiektu, h/rok, b średni udział sumy wewnętrznych zysków ciepła w maksymalnym obciążeniu m w warunkach obliczeniowych, c różnica między maksymalnym obciążeniem m i sumą zysków wewnętrznych, f stosunek liczby godzin, w których temperatura termometru mokrego dla powietrza zewnętrznego jest wyższa od 8 C, do liczby godzin n. 8

10 Sposoby obniżenia kosztów chłodzenia powietrza Czynniki wpływające na obniżenie wymaganej mocy chłodniczej instalowanych urządzeń w odniesieniu do dobowych obciążeń ch ograniczenie wewnętrznych zysków ciepła np. zespolone oprawy oświetleniowe akumulacja chłodu w przegrodach budynku zastosowanie wentylacji nocnej, ograniczenie zysków ciepła zewnętrznych przez nasłonecznienie np. osłony przeciwsłoneczne, zastosowanie zasobników zimna. 9 Sposoby obniżenia kosztów chłodzenia powietrza Zróżnicowanie jednostkowych kosztów urządzeń ch w zależności od ich rodzaju i mocy 0

11 Sposoby obniżenia kosztów chłodzenia powietrza Koszty eksploatacyjne układów chłodzenia można ograniczyć przez zastosowanie: wentylacji nocnej, wolnego chłodzenia, zasobników zimna. Wolne chłodzenie Układy wolnego chłodzenia są opłacalne głównie w zastosowaniach w dwóch przypadkach Klimatyzacja obiektów z całorocznymi zyskami ciepła. Klimatyzacja obiektów, w których występują zyski ciepła w okresie niskich temperatur zewnętrznych.

12 Wolne chłodzenie Układ klimatyzacji z wolnym chłodzeniem Chłodzenie nocne Budynek: Czynniki wpływające na skuteczność wentylacji nocnej. Pojemność cieplna ścian. Konfiguracja i struktura budynku. Powierzchnia i kształt ścian wewnętrznych

13 Chłodzenie nocne Czynniki wpływające na skuteczność wentylacji nocnej c.d. Zyski ciepła:. Minimalizacja wewnętrznych zysków ciepła do wartości 0 0 W/m [].. Ograniczenie zysków ciepła przez nasłonecznienie - ograniczenie powierzchni przeszklenia do 0% [].. Ograniczenie bezpośredniego oddziaływania promieniowania słonecznego przez zewnętrzne urządzenia przeciwsłoneczne (np. żaluzje) oraz stosowanie szkła o niskim współczynniku przepuszczalności. Chłodzenie nocne Korzyści płynące z zastosowania wentylacji nocnej. Całkowite wyeliminowanie konieczności stosowania urządzeń klimatyzacyjnych bądź ograniczenie wydajności chłodniczej agregatów przez obniżenie zysków ciepła.. Łatwiejsza i prostsza obsługa w stosunku do instalacji klimatyzacyjnych.. Zwiększony pobór energii elektrycznej na napęd wentylatorów przy tańszej taryfie nocnej. Ograniczenie zużycia energii pierwotnej i emisji spalin.

14 Chłodzenie nocne Problemy eksploatacyjne przy stosowaniu wentylacji nocnej:. Ranne przechłodzenie pomieszczeń.. Przed południem prawdopodobieństwo wykraplania się pary wodnej z powietrza w silnie schłodzonym budynku. Konieczność oddzielenia pomieszczeń użytkowanych w ciągu dnia i wentylowanych tym sposobem od pomieszczeń używanych w ciągu nocy np. sypialnia.. Niebezpieczeństwo przekroczenia dopuszczalnych norm hałasu i prędkości powietrza w okresie nocnym w pomieszczeniach eksploatowanych nocą. 7 Akumulacja chłodu w zasobnikach wody lodowej Urządzenie chłodnicze z zasobnikiem wody lodowej [] zasobnik zimna, czujnik termostatu, odbiornik zimna 8

15 Akumulacja chłodu w zasobnikach wody lodowej Opłacalność stosowania zasobników zimna Koszty inwestycyjne:. O wysokości kosztów samego zasobnika zimna decyduje wielkość obiektu klimatyzowanego. Im większe i krótsze jest szczytowe obciążenie chłodnicze w stosunku do średniego obciążenia dziennego, tym większe korzyści ekonomiczne są z zastosowania zasobnika.. Wykorzystanie zasobnika zimna w instalacji wody lodowej pozwala na zastosowanie agregatu i chłodni wieżowej o odpowiednio mniejszej mocy chłodniczej, 9 co obniża koszty inwestycyjne. Akumulacja chłodu w zasobnikach wody lodowej Opłacalność stosowania zasobników zimna c.d. Koszty eksploatacyjne:. Lepsze dostosowanie urządzenia chłodniczego do pracy przy częściowym obciążeniu zmniejszenie kosztów eksploatacyjnych. Możliwość ładowania zasobnika zimna w porze nocnej przy tańszej taryfie. 0

16 Stan techniczny urządzeń a koszty chłodzenia Do czynników rzutujących na stan techniczny można zaliczyć m.in.:. Czystość powierzchni wymiany ciepła parownika i skraplacza agregatu chłodniczego.. Regularne odszranianie powierzchni parownika. Niezakłócony powrót oleju do sprężarki chłodniczej.. Właściwe nastawy automatyki i układu sterującego pracą układu chłodzenia powietrza. Czystość filtrów powietrza w centrali klimatyzacyjnej Podsumowanie. O wysokości kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych układów chłodzenia powietrza decydują m.in.: wielkość obciążeń ch w klimatyzowanym obiekcie, moc chłodnicza urządzeń w układzie chłodzenia powietrza, sposób chłodzenia powietrza system bezpośredni lub pośredni, rodzaj stosowanych układów ch sprężarkowe czy absorpcyjne, koszty zakupu urządzeń, elementów instalacji (rury, kształtki, armatura itp.) oraz elementów automatyki i sterowania.

17 Podsumowanie. Koszty inwestycyjne zastosowanego rozwiązania chłodzenia powietrza mają wpływ na koszty eksploatacyjne.. Przed podjęciem decyzji o zastosowaniu tzw. chłodzenia nocnego należy porównać koszty energii elektrycznej do napędu wentylatorów w porze nocnej z całkowitymi kosztami wytworzenia i dystrybucji chłodu.. Gwarancją utrzymania kosztów eksploatacyjnych na możliwie najniższym poziomie są właściwe nastawy elementów układu sterowania całego systemu klimatyzacyjnego jak również dbałość o stan techniczny urządzeń Dziękuję za uwagę