الدليل النهائي لنظام التبريد الصناعي - كل ما تحتاج إلى معرفته

ما هي أنظمة التبريد الصناعي؟

تستخدم المباني التجارية أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) لإزالة الرطوبة وتبريد المبنى. تسعى المباني التجارية الحديثة إلى أنظمة ومكونات HVAC فعالة كجزء من مبادرات أوسع تركز على أداء البناء والاستدامة. وبالمثل ، يحمل شاغلو المبنى توقعات كبيرة ، بأن نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء سيعمل على النحو المنشود. . . لخلق بيئة داخلية مريحة بغض النظر عن الظروف الخارجية للمبنى.

أصبحت المبردات مكونًا أساسيًا للتكييف والتهوية وتكييف الهواء لمجموعة واسعة من المرافق التجارية ، بما في ذلك الفنادق والمطاعم والمستشفيات والساحات الرياضية والمصانع الصناعية ، وما إلى ذلك. لقد أدركت الصناعة منذ فترة طويلة أن أنظمة التبريد تمثل أكبر مستهلك منفرد للاستخدام الكهربائي في معظم خدمات. يمكنهم بسهولة استهلاك أكثر من 50٪ من إجمالي استخدام الكهرباء خلال الفترات الموسمية. وفقًا لوزارة الطاقة الأمريكية (DOE) ، يمكن أن تتحد المبردات لاستخدام ما يقرب من 20 ٪ من إجمالي الطاقة الكهربائية المولدة في أمريكا الشمالية. علاوة على ذلك ، تقدر وزارة الطاقة أن المبردات يمكن أن تستهلك ما يصل إلى 30٪ في استخدام الطاقة الإضافي بسبب أوجه القصور التشغيلية المختلفة. إن أوجه القصور المعترف بها هذه تكلف الشركات ومنشآت البناء مليارات الدولارات سنويًا.

بشكل عام ، يسهل المبرد نقل الحرارة من البيئة الداخلية إلى البيئة الخارجية. يعتمد جهاز نقل الحرارة هذا على الحالة الفيزيائية لمادة التبريد أثناء مرورها عبر نظام التبريد. بالتأكيد ، يمكن أن تعمل المبردات كقلب أي نظام HVAC مركزي.

كيف يعمل المبرد؟

يعمل المبرد على مبدأ ضغط البخار أو امتصاص البخار. توفر المبردات تدفقًا مستمرًا لسائل التبريد إلى الجانب البارد من نظام معالجة المياه عند درجة حرارة مرغوبة تبلغ حوالي 50 درجة فهرنهايت (10 درجات مئوية). ثم يتم ضخ المبرد خلال العملية ، واستخراج الحرارة من منطقة واحدة بالمنشأة (على سبيل المثال ، الآلات ، ومعدات المعالجة ، وما إلى ذلك) حيث يتدفق مرة أخرى إلى الجانب العائد من نظام مياه العملية.

يستخدم المبرد نظام تبريد ميكانيكي بضغط البخار والذي يتصل بنظام معالجة المياه من خلال جهاز يسمى المبخر. يدور المبرد من خلال المبخر والضاغط والمكثف وجهاز التمدد للمبرد. تحدث العملية الديناميكية الحرارية في كل من المكونات المذكورة أعلاه للمبرد. يعمل المبخر كمبادل حراري مثل أن الحرارة التي يتم التقاطها بواسطة تدفق سائل تبريد العملية تنتقل إلى المبرد. أثناء حدوث نقل الحرارة ، يتبخر المبرد ، ويتحول من سائل منخفض الضغط إلى بخار ، بينما تنخفض درجة حرارة سائل تبريد العملية.

يتدفق المبرد بعد ذلك إلى ضاغط يؤدي وظائف متعددة. أولاً ، يزيل المبرد من المبخر ويضمن بقاء الضغط في المبخر منخفضًا بما يكفي لامتصاص الحرارة بالمعدل الصحيح. ثانيًا ، يرفع الضغط في بخار المبرد الخارج للتأكد من أن درجة حرارته تظل مرتفعة بما يكفي لإطلاق الحرارة عندما تصل إلى المكثف. يعود المبرد إلى الحالة السائلة عند المكثف. يتم نقل الحرارة الكامنة الناتجة عن تغير المبرد من بخار إلى سائل بعيدًا عن البيئة بواسطة وسط تبريد (هواء أو ماء).

أنواع المبردات:

كما هو موصوف ، يمكن لوسيطين تبريد مختلفين (الهواء أو الماء) تسهيل نقل الحرارة الكامنة التي يتم التخلي عنها مع تغير المبرد من بخار إلى سائل. وبالتالي ، يمكن للمبردات استخدام نوعين مختلفين من المكثفات ، مبردة بالهواء ومبردة بالماء.

• المكثفات المبردة بالهواء تشبه "المشعات" التي تبرد محركات السيارات. يستخدمون منفاخًا بمحرك لدفع الهواء عبر شبكة من خطوط التبريد. تتطلب المكثفات المبردة بالهواء درجات حرارة محيطة تصل إلى 95 درجة فهرنهايت (35 درجة مئوية) أو أقل لتعمل بفعالية ، ما لم تكن مصممة خصيصًا لظروف البيئة المحيطة العالية.
• تؤدي المكثفات المبردة بالماء نفس وظيفة المكثفات المبردة بالهواء ، ولكنها تتطلب خطوتين لإكمال نقل الحرارة. أولاً ، تنتقل الحرارة من بخار المبرد إلى ماء المكثف. بعد ذلك ، يتم ضخ ماء المكثف الدافئ إلى برج تبريد حيث يتم تصريف حرارة العملية في النهاية إلى الغلاف الجوي.

المبردات المبردة بالماء:

تتميز المبردات المبردة بالماء بمكثف مبرد بالماء متصل ببرج تبريد. لقد تم استخدامها بشكل شائع للمنشآت المتوسطة والكبيرة التي تحتوي على إمدادات مياه كافية. يمكن أن تنتج المبردات المبردة بالماء أداءً أكثر ثباتًا لتكييف الهواء التجاري والصناعي بسبب الاستقلال النسبي لتقلبات درجة الحرارة المحيطة. تتراوح أحجام المبردات المبردة بالمياه من نماذج صغيرة سعة 20 طنًا إلى عدة آلاف طن من الطرز التي تبرد أكبر المرافق في العالم مثل المطارات ومراكز التسوق والمرافق الأخرى.

يستخدم المبرد النموذجي المبرد بالماء إعادة تدوير مياه المكثف من برج التبريد لتكثيف مادة التبريد. يحتوي المبرد المبرد بالماء على مبرد يعتمد على درجة حرارة ماء المكثف الداخل (ومعدل التدفق) ، والذي يعمل بالنسبة لدرجة حرارة المصباح الرطب المحيط. نظرًا لأن درجة حرارة المصباح الرطب تكون دائمًا أقل من درجة حرارة المصباح الجاف ، يمكن أن تعمل درجة حرارة تكثيف المبرد (والضغط) في مبرد مبرد بالماء في كثير من الأحيان أقل بكثير من المبرد بالهواء المبرد. وبالتالي ، يمكن للمبردات المبردة بالماء أن تعمل بكفاءة أكبر.

عادة ما توجد المبردات المبردة بالماء في الداخل في بيئة محمية من العناصر. لذلك ، المبرد بالماء يمكن أن يوفر عمر إفتراضي أطول. عادةً ما تمثل المبردات المبردة بالماء الخيار الوحيد للتركيبات الأكبر. سيتطلب نظام برج التبريد الإضافي مصاريف تركيب وصيانة إضافية مقارنة بالمبردات المبردة بالهواء.

المبردات المبردة بالهواء:

تعتمد المبردات التي يتم تبريدها بالهواء على مكثف يتم تبريده بواسطة هواء البيئة. وبالتالي ، قد تجد المبردات المبردة بالهواء تطبيقًا شائعًا في المنشآت الصغيرة أو المتوسطة حيث قد توجد قيود على المساحة. يمكن أن يمثل المبرد الذي يتم تبريده بالهواء الخيار الأكثر عملية في السيناريوهات حيث يمثل الماء موردًا نادرًا.

يمكن أن يتميز المبرد النموذجي الذي يتم تبريده بالهواء بمراوح دافعة أو دورات تبريد ميكانيكية لسحب الهواء المحيط فوق ملف ذي زعانف لتكثيف مادة التبريد. يتيح تكثيف بخار مادة التبريد في المكثف المبرد بالهواء نقل الحرارة إلى الغلاف الجوي.

توفر المبردات المبردة بالهواء ميزة كبيرة تتمثل في انخفاض تكاليف التركيب. نتائج الصيانة المبسطة أيضًا بسبب بساطتها النسبية مقارنة بالمبردات المبردة بالماء. سوف تشغل المبردات المبردة بالهواء مساحة أقل ، ولكنها ستتواجد في الغالب خارج المنشأة. وبالتالي ، فإن العناصر الخارجية ستؤثر على عمرها الوظيفي.

تقلل الطبيعة الشاملة لمبردات الهواء المبردة من تكاليف الصيانة. تنتج بساطتها النسبية إلى جانب متطلبات المساحة المنخفضة مزايا كبيرة في العديد من أنواع التركيبات.

إجراءات زيادة كفاءة أنظمة التبريد:
تستهلك تكاليف المبردات جزءًا كبيرًا من فواتير المرافق العامة للمبنى. ما هي التدابير التي يجب على المرء اتخاذها لتحقيق وفورات في الطاقة من خلال الكفاءة القصوى لنظام التبريد؟ دعونا نفحص بعض الاحتمالات.

الصيانة المستمرة

ستعمل أنظمة التبريد بشكل أكثر كفاءة من خلال الصيانة المستمرة المناسبة. تدرك معظم المؤسسات هذه القيمة وقد اتخذت خطوات كجزء من أفضل الممارسات اليومية لإدارة المرافق. تتضمن بعض أفضل الممارسات الشائعة لأنظمة التبريد ما يلي:

فحص وتنظيف ملفات المكثف. لنقل الحرارة تأثير كبير على أنظمة التبريد ويظل أساسيًا لإنتاج عمليات تبريد فعالة. يجب أن تقوم الصيانة الدورية بفحص ملفات المكثف للتأكد من عدم انسدادها وحرية مرور الهواء.

الحفاظ على شحن غاز التبريد. يعتمد حاصل تبريد المبرد على مستويات المبردات المناسبة في النظام. يمكن أن يؤثر الحفاظ على شحن المبرد المناسب بشكل كبير على كفاءة الطاقة عن طريق تقليل تكاليف التبريد بحوالي 5-10٪.

الحفاظ على مياه المكثف: يجب أن تحافظ حلقات ماء المكثف المستخدمة مع أبراج التبريد على تدفق مناسب للمياه كما هو مُصمم. يمكن أن يؤثر أي حطام مثل الرمل والمواد الصلبة المتآكلة والمواد الملوثة على حلقة ماء المكثف. القاذورات أو التحجيم يمكن أن يمنع تدفق المياه ويؤثر بشكل كبير على كفاءة تشغيل المبرد.

الصيانة الوقائية

يواصل الذكاء الاصطناعي (AI) التقدم في التطبيقات العملية اليومية. ستستفيد الآلات مثل أنظمة التبريد من خوارزميات الذكاء الاصطناعي التي يمكنها اكتشاف الأعطال المحتملة قبل حدوثها. تعمل الصيانة التنبؤية على تعزيز جمع وتحليل بيانات تشغيل نظام التبريد لتحديد متى يجب اتخاذ إجراءات الصيانة قبل حدوث عطل كارثي. نظرًا لأن أنظمة التبريد تمثل قلب معظم أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء الحديثة ، فإن الوقاية من الأعطال الكارثية التي تؤدي إلى "فترات توقف" كبيرة ستوفر تكاليف الإصلاح الطارئة بالإضافة إلى السمعة. يتطلب الدور الحاسم الذي يلعبه نظام التبريد زيادة التدقيق. ستعمل البيانات الضخمة والذكاء الاصطناعي على تقليل وقت التوقف عن العمل وزيادة الإنتاجية.

يوفر إنترنت الأشياء (IoT) أداة جمع البيانات التي يمكنها تمكين تطبيقات الذكاء الاصطناعي مثل الصيانة التنبؤية. في الواقع ، مستقبل أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء هو الذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء. يتيح إنترنت الأشياء (IoT) جمع البيانات في الوقت الفعلي من المبرد لتمكين التحليل المستمر لتشغيله. سوف تتجاوز بيانات إنترنت الأشياء المحببة التي يتم جمعها من المبرد ما يتم الحصول عليه من خلال الفحص البصري. يربط إنترنت الأشياء مهندسي البناء بالرؤية في الوقت الحقيقي لأصول HVAC الهامة ، وبالتالي تمكين المراقبة المستنيرة لظروف التشغيل الفعلية.

الاقوي

تعمل المبردات كجزء من نظام HVAC معقد. تتميز المبردات المبردة بالماء بدرجة أكبر من التعقيد بسبب الاتصال بنظام برج التبريد. وبالتالي ، فإن تقييم الأداء الكلي لمصنع التبريد سيشمل تحليل إجمالي استهلاك الطاقة للضاغط ، والمضخات ، ومراوح برج التبريد ، وما إلى ذلك لتقييم تدابير الكفاءة الشاملة مثل كيلوواط / طن.

يجب أن يتم تنفيذ التحسين الكلي لمصنع التبريد بشكل كلي. لا يمكن إجراء تعديلات مختلفة تركز على نقاط ضبط المياه المبردة المثلى ، وتسلسل المبردات ، وموازنة الحمل ، وإدارة الطلب في وقت الذروة ، وإدارة مياه برج التبريد ، وما إلى ذلك إلا باستخدام البيانات التشغيلية. يمكن أن توفر إنترنت الأشياء الأدوات اللازمة لمثل هذا التحسين من خلال توفير مراقبة في الوقت الفعلي لاستهلاك الطاقة من كل جزء من وحدة التبريد ، ودرجات حرارة الإمداد / الإرجاع من المبرد وبرج التبريد ، ومعدلات تدفق المياه من حلقة مياه المكثف ، وما إلى ذلك. تطبيق عملي في HVAC لتسهيل التحسين الحقيقي.

خاتمة:

ستؤثر الكفاءة التشغيلية للمبرد بشكل كبير على تكاليف تشغيل المبنى. تمثل الصيانة الروتينية المستمرة الحد الأدنى من منظور إدارة المنشأة. تتطلب الصيانة والتحسين التنبؤية لنظام التبريد بيانات تشغيلية في الوقت الفعلي. فتحت إنترنت الأشياء الباب أمام أشكال جديدة من كفاءة المبردات.