Reference

Članki

Vrednotenje porabe energije pri hladilnih in klimatizacijskih sistemih

VII. posvetovanje SDHK, Hlajenje in klimatizacija, oktober 2004

Povzetek

V članku so predstavljene ugotovitve večletnega dela na projektih optimizacije sistemov hlajenja in klimatizacije pri večjih slovenskih porabnikih energije. Prikazan je pristop k vrednotenju hladilnih in klimatizacijskih sistemov v odvisnosti od vrste sistema ter tehnoloških in zunanjih pogojev. Komentirana je učinkovitost hladilnih sistemov glede na IPPC direktivo. Podane so smernice učinkovite rabe energije pri hlajenju in klimatizaciji.

Ključne besede: energetska učinkovitost hladilnih in klimatizacijskih sistemov, IPPC direktiva, ciljno spremljanje rabe energije

Abstract

Long term experiences on the cooling and air conditioning systems optimisation projects are presented in the article. An approach to the evaluation of efficiency of cooling and air conditioning systems according to the system type and technological and outer conditions is presented. The efficiency of cooling systems acording to the IPPC directive is defined. The guidelines for energy efficient use in cooling and air conditioning systems are listed.

Key words: energy efficiency of cooling and air conditioning systems, IPPC directive, monitoring & targeting

1. Zakaj hladiti?

Hlajenje je danes sestavni del sodobne družbe. Poleg tehnološkega hlajenja ter hladilne verige v živilstvu se je v zadnjih letih močno razširila tudi klimatizacija poslovnih in zasebnih zgradb.

V Sloveniji se pri hlajenju v največji meri uporablja električna energija, bodisi neposredno pri kompresorskih hladilnih sistemih, ali pa posredno pri hlajenju z okoliško vodo ali zrakom. Uporaba toplote (fosilnih goriv) za hlajenje s pomočjo absorpcijskih hladilnih sistemov ali v kogeneracijah (oziroma trigeneracijah - soproizvodnja električne energije, toplote in hladu) v Sloveniji ni razširjena.

2. Kako hladiti?

Hladiti moramo učinkovito ter okolju prijazno. Učinkovitost hlajenja lahko določimo s šestimi postavkami:

• ukrepi v zmanjšanje potrebe po hlajenju;
• optimalni izbor hladilnega sistema;
• optimalno delovanje hladilnega sistema;
• redno vzdrževanje;
• učinkovita raba hladu ter
• izraba odpadne toplote hladilnega sistema.

Najpomembnejše pri učinkovitem hlajenju je, da potrebo po hlajenju zmanjšamo na najnižjo možno raven. Pri klimatizaciji zgradb lahko na primer z ustreznim projektiranjem v veliki meri odpravimo potrebo po hlajenju prostorov. Tudi pri tehnološkem hlajenju lahko zmanjšamo zahtevo po hlajenju s spremembo tehnologije ali z izbiro materialov.

Izbor hladilnega sistema se vrši glede na temperaturo hlajenja. Ko določamo tehnološke zahteve za hlajenje moramo biti zelo pozorni predvsem pri temperaturah hlajenja med 20 in 30 °C. Hlajenje s hladilnimi kompresorji je namreč bistveno dražje od hlajenja s hladilnimi stolpi ali drugimi oblikami hlajenja. Na rekonstrukcije hladilnih sistemov v zadnjem času močno vpliva tudi ekološka taksa, ki povečuje stroške hlajenja z rečno vodo ali vodo iz vrtine. Pri večjih sistemih, kjer uporabljamo hladilno vodo, je smiselno analizirati možnost priprave hladilne vode na več ravneh. Hladilni sistem mora biti tudi dimenzioniran glede na dejansko potrebo po hladu. V primeru rekonstrukcij sistemov je smiselno predhodno izvesti meritve toplotnih tokov.

Slika 1: Spodnje meje porabe energije za hlajenje v odvisnosti od temperature hlajenega medija

Že pri projektiranju moramo upoštevati porabo energije pri delnih obremenitvah sistema. Optimalno delovanje hladilnega sistema pomeni predvsem ustrezne pretočne, tlačne in temperaturne režime obstoječega hladilnega sistema in to ne ob maksimalni obremenitvi temveč v celotnem območju obratovanja. V praksi se namreč mnogokrat dogaja, da na primer hladilni kompresor v času delne obremenitve sistema (na primer celotno zimsko obdobje) porablja manj kot 60 % celotne porabe energije hladilnega sistema.

Slika 2: Porazdelitev porabe električne energije maksimalno obremenjenega hladilnega sistema

Slika 3: Porazdelitev porabe električne energije delno obremenjenega hladilnega sistema

Pri delovanju hladilnih sistemov je pomembno tudi vzdrževanje. Na delovanje sistema vplivajo dejavniki kot so ustrezno polnjenje sistema (kontrola puščanj delovnega sredstva v kompresorskih hladilnikih), čistost prenosnikov toplote, površin hladilnih stolpov, optimalno delovanje črpalk ter nastavitev regulacijskih elementov.

Neustrezno vzdrževanje gradnikov sistema vpliva v prvi fazi na povečanje porabe energije, lahko pa tudi povzroči težave v tehnologiji. Na primer, posledica oblog na površini prenosnikov toplote je zmanjšana hladilna moč. Da se doseže enaka temperatura na strani hlajenega produkta z obloženim prenosnikom toplote, se poveča pretok hladilne vode in zviša tlak v sistemu. Vse to pa pomeni, da se posledično poveča poraba energije za hlajenje.

Učinkovita raba hladu pomeni, da se pri čim manjši specifični porabi energije hladi takrat, ko je potrebno. Pri hlajenju prostorov je potrebno upoštevati na primer predlagane temperature prostorov glede na zunanjo temperaturo.

Slika 4: Področje ugodja v času hlajenja v odvisnosti od zunanje temperature. Predpostavke, stopnja aktivnosti I. ali II., srednja in lahka oblačila, temperatura zraka približno enaka površinski temperaturi objemnih površin, Povzeto po: DIN 1946, del 2, 1983

Pri hlajenju moramo paziti na eksergijsk raven toplote, ki jo moramo odvesti, kakor tudi na odpadno toploto kompresorskih hladilnikov. Že pri danes izvajanih investicijah je smiselno upoštevati izrabo odpadne toplote, kljub morda trenutno daljši vračilni dobi investicije. V prihodnje lahko pričakujemo povišanje cen energije, kakor tudi zaostrovanje okoljskih predpisov, ki določajo učinkovitost delovanja naprav.

3. Kako vrednotiti učinkovitost hladilnega sistema?

Vrednotenje učinkovitosti hladilnega sistema zahteva široko strokovno znanje. Vrednotenje lahko v grobem razdelimo v dva dela in sicer vrednotenje učinkovitosti delovanja hladilnega sistema in vrednotenje učinkovitosti hlajenja. Pri vrednotenju se je potrebno opirati na izmerjene vrednosti. Hladilni sistemi delujejo običajno pri različnih stopnjah obremenitve, tako da je za izdelavo kvalitetne analize potrebno izvesti meritev ob ustrezni dinamiki. Izdelati je potrebno energijske bilance, ki v celoti popisujejo hladilni sistem. Osnovo predstavlja določitev hladilnega števila pri različnih pogojih obratovanja oziroma specifično porabo energije na enoto proizvedenega hladu.

Vrednotenje hladilnega sistema je običajno zaradi visokega stroška obratovanja smiselno spremljati periodično. Izdelati je potrebno ciljne vrednosti porabe energije. Pri tehnološkemu hlajenju lahko spremljamo porabo energije za proizvodnjo hladu ter porabo hladu glede na potrebo po hlajenju, ki je lahko na primer obseg hlajene proizvodnje. Pri hlajenju v namene klimatizacije je smiselno porabo energije vrednotiti v odvisnosti od zunanjih pogojev za kar lahko uporabimo metodo stopinjskih dni.

IPPC direktiva določa področje hlajenja z vodo, zrakom in hladilnimi stolpi. Specifične porabe energije slovenskih hladilnih sistemov so običajno višje od primerov dobre prakse. Velikokrat se pri projektiranju sistemov tudi uporablja kompresorsko hlajenje, kljub temu, da bi bilo morda možno izvesti hlajenje na drugačen način.

V podjetjih, kjer je strošek hlajenja opazen, je smiselno izdelati analizo stanja ter vključiti hlajenje v okvir ciljnega spremljanja rabe energije podjetja.

Slika 5: Mesečno spremljanje učinkovitosti obratovanja hladilnega sistema

4. Zaključek

Hladilni sistemi predstavljajo enega večjih porabnikov energije v posameznih industrijskih panogah, kot sta na primer živilsko predelovalna industrija ali farmacevtska industrija. S povečanjem potreb po klimatizaciji prostorov se povečuje tudi delež porabe energije za hlajenje v zgradbah in ostalih industrijskih panogah.

Že pri načrtovanju investicij je potrebno ustrezno pozornost nameniti optimalni investiciji v odvisnosti od stroškov obratovanja. Pred izvajanjem rekonstrukcij je nujno izvesti kvalitetno analizo stanja. Karakteristične parametre porabe energije vseh večjih porabnikov hladu je smiselno spremljati v sistemu ciljnega spremljanja rabe energije.

5. Literatura

1. Kandus, B., Kustec, G., (avgust 2004), "Varčujmo z energijo in vodo", Vzdrževalec, št .100, str. 21-23;
2. Kandus, B., Križaj, J., Kustec, G., Trobiš, T., (marec 2003), "Uvajanje sistema ciljnega spremljanja rabe energije v praksi", Delo Znanos,;
3. Kandus, B., Kustec, G., (2002),"Hlajenje v luči direktiv IPPC", 6. Posvetovanje Slovenskega društva hladilne in klimatizacijske tehnike v Zdravilišču Dobrna, od 25. do 26.10.2002;
4. Kandus, B., Križaj, J., Kustec, G., (2002), "Aktualne možnosti za nižanje porabe pri večjih porabnikih energije", EGES, 2/2002, str. 24-25;
5. IPPC direktiva s področja industrijskih hladilnih sistemov, referenčni dokument o najboljših razpoložljivih tehnikah, (november 2000);
6. Poredoš, A., Besednjak, D., (2000), "Vpliv temperature hlajenja na porabo energije", 5. Posvetovanje Slovenskega društva hladilne in klimatizacijske tehnike, Zreče, od 19. do 20.5.2000;
7. Kandus, B., Kustec, G., (2000), "Možnosti za nižanje stroška hlajenja pri hladilni verigi v živilstvu", 5. Posvetovanje Slovenskega društva hladilne in klimatizacijske tehnike, Zreče, od 19. do 20.5.2000.