産業用チラーシステムの究極のガイド–知っておくべきことすべて

産業用チラーシステムとは何ですか？

商業ビルは、暖房、換気、および空調（HVAC）システムを使用して、建物の除湿と冷却を行います。現代の商業ビルは、建物の性能と持続可能性を中心とした幅広いイニシアチブの一環として、効率的なHVACシステムとコンポーネントを求めています。建物の居住者も同様に、HVACシステムが意図したとおりに機能することを期待しています。 。 。建物外の状況に関係なく、快適な室内環境を演出します。

チラーは、ホテル、レストラン、病院、スポーツアリーナ、産業および製造工場など、さまざまな商業施設の不可欠なHVACコンポーネントになっています。業界は、チラーシステムがほとんどの電気使用量の最大の消費者であることを長い間認識してきました。設備。それらは、季節的な期間中に総電気使用量の50％以上を簡単に消費する可能性があります。米国エネルギー省（DOE）によると、チラーを組み合わせて、北米で生成される総電力の約20％を使用することができます。さらに、DOEは、さまざまな運用上の非効率性のために、冷却装置が追加のエネルギー使用量に最大30％を費やす可能性があると推定しています。これらの認められた非効率性は、企業と建築施設に年間数十億ドルの費用をかけています。

一般に、チラーは内部環境から外部環境への熱伝達を促進します。この熱伝達装置は、冷媒がチラーシステムを循環する際の物理的状態に依存しています。確かに、チラーは中央のHVACシステムの心臓部として機能することができます。

チラーはどのように機能しますか？

チラーは、蒸気圧縮または蒸気吸収の原理で動作します。チラーは、約50°F（10°C）の望ましい温度でプロセス水システムの低温側に冷却剤の連続的な流れを提供します。次に、クーラントはプロセス全体にポンプで送られ、プロセス水システムの戻り側に逆流するときに、施設の1つの領域（機械、プロセス機器など）から熱を抽出します。

チラーは、蒸発器と呼ばれる装置を介してプロセス水システムに接続する蒸気圧縮機械式冷凍システムを使用します。冷媒は、エバポレーター、コンプレッサー、コンデンサー、およびチラーの膨張装置を循環します。熱力学的プロセスは、チラーの上記の各コンポーネントで発生します。蒸発器は熱交換器として機能し、プロセス冷却剤の流れによって捕捉された熱が冷媒に伝達されます。熱伝達が行われると、冷媒が蒸発し、低圧の液体から蒸気に変化しますが、プロセスクーラントの温度は低下します。

その後、冷媒はコンプレッサーに流れ、コンプレッサーは複数の機能を実行します。まず、蒸発器から冷媒を除去し、蒸発器内の圧力が正しい速度で熱を吸収するのに十分低いままであることを保証します。次に、放出される冷媒蒸気の圧力を上げて、凝縮器に到達したときに熱を放出するのに十分な温度を維持します。冷媒は凝縮器で液体状態に戻ります。冷媒が蒸気から液体に変化するときに放出される潜熱は、冷却媒体（空気または水）によって環境から運び去られます。

チラーの種類：

説明したように、2つの異なる冷却媒体（空気または水）は、冷媒が蒸気から液体に変化するときに放出される潜熱の伝達を容易にすることができます。したがって、チラーは、空冷式と水冷式の2種類のコンデンサーを使用できます。

• 空冷コンデンサーは、自動車のエンジンを冷却する「ラジエーター」に似ています。彼らは電動ブロワーを使用して、冷媒ラインのグリッド全体に空気を送り込みます。高周囲条件用に特別に設計されていない限り、空冷コンデンサーは、効果的に動作するために95°F（35°C）以下の周囲温度を必要とします。
• 水冷コンデンサーは空冷コンデンサーと同じ機能を果たしますが、熱伝達を完了するには2つのステップが必要です。まず、熱が冷媒蒸気から復水器の水に移動します。次に、暖かい凝縮器の水が冷却塔にポンプで送られ、そこでプロセス熱が最終的に大気に放出されます。

水冷チラー：

水冷式チラーは、冷却塔に接続された水冷式コンデンサーを備えています。それらは一般に、十分な水が供給される中規模および大規模の設備に使用されてきました。水冷式チラーは、周囲温度の変動に比較的依存しないため、業務用および産業用空調でより一定の性能を発揮できます。水冷式チラーのサイズは、容量が20トンの小型モデルから、空港、ショッピングモール、その他の施設などの世界最大の施設を冷却する数千トンのモデルまでさまざまです。

一般的な水冷式チラーは、冷却塔からの復水器の水を再循環させて冷媒を凝縮します。水冷式チラーには、流入する凝縮器の水温（および流量）に依存する冷媒が含まれています。これは、周囲の湿球温度に関連して機能します。湿球温度は常に乾球温度よりも低いため、水冷チラーの冷媒凝縮温度（および圧力）は、空冷チラーよりも大幅に低く動作することがよくあります。したがって、水冷式チラーはより効率的に動作することができます。

水冷式チラーは通常、要素から保護された環境の屋内に設置されます。したがって、水冷チラーはより長い寿命を提供することができます。水冷式チラーは通常、大規模な設備の唯一のオプションです。追加の冷却塔システムは、空冷式チラーと比較して、追加の設置費用とメンテナンスが必要になります。

空冷チラー：

空冷式チラーは、環境空気によって冷却されるコンデンサーに依存しています。したがって、空冷式チラーは、スペースの制約が存在する可能性のある小規模または中規模の設備で一般的な用途を見つける可能性があります。空冷式チラーは、水が不足している資源を表すシナリオで最も実用的な選択肢を表すことができます。

一般的な空冷式チラーは、プロペラファンまたは機械的冷凍サイクルを備えており、フィン付きコイル上に周囲空気を引き込んで冷媒を凝縮します。空冷凝縮器での冷媒蒸気の凝縮により、熱を大気に伝達することができます。

空冷式チラーは、設置コストが低いという大きな利点があります。水冷式チラーと比較して、メンテナンスが比較的簡単なため、メンテナンスも簡単になります。空冷式チラーは占有するスペースが少なくなりますが、ほとんどの場合、施設の外に設置されます。したがって、屋外の要素はそれらの機能的な寿命を損なうでしょう。

空冷チラーの包括的な性質により、メンテナンスコストが削減されます。それらの比較的単純さと必要なスペースの削減は、多くのタイプの設置で大きな利点を生み出します。

チラーシステムの効率を高めるためのアクション：
チラーのコストは、建物の光熱費のかなりの部分を消費します。チラーシステムの最大効率を通じてエネルギー節約を実現するには、どのような対策を講じる必要がありますか？いくつかの可能性を調べてみましょう。

継続的なメンテナンス

チラーシステムは、適切な継続的なメンテナンスを通じてより効率的に動作します。ほとんどの組織はこの価値を認識しており、日常の施設管理のベストプラクティスの一部として対策を講じています。チラーシステムの一般的なベストプラクティスは次のとおりです。

コンデンサーコイルを検査して清掃します。熱伝達はチラーシステムに大きな影響を及ぼし、効率的なチラー操作を実現するための基本であり続けます。定期的なメンテナンスでは、コンデンサーコイルの目詰まりや空気の自由な通過を検査する必要があります。

冷媒チャージを維持します。チラーの冷却係数は、システム内の適切な冷媒レベルによって異なります。適切な冷媒チャージを維持すると、冷却コストが5〜10％近く削減されるため、エネルギー効率に大きな影響を与える可能性があります。

復水器の水を維持する：冷却塔で使用される復水器の水ループは、設計どおりに適切な水の流れを維持する必要があります。砂、侵食性固形物、汚染物質などの破片は、復水器の水ループに影響を与える可能性があります。汚れやスケーリングは、水の流れを阻害し、チラーの動作効率に大きな影響を与える可能性があります。

予知保全

人工知能（AI）は、日常の実用的なアプリケーションで進歩を続けています。チラーシステムなどの機械は、潜在的な障害が発生する前に検出できるAIアルゴリズムの恩恵を受けます。予知保全は、チラーシステムの運用データの収集と分析を活用して、壊滅的な障害が発生する前に保守アクションを実行するタイミングを決定します。チラーシステムは最新のHVACシステムの心臓部であるため、重大な「ダウンタイム」を引き起こす壊滅的な障害を防止することで、緊急修理のコストと評判を節約できます。チラーシステムが果たす重要な役割は、精査の強化を保証します。ビッグデータとAIは、ダウンタイムを最小限に抑え、生産性を最大化します。

モノのインターネット（IoT）は、予知保全などのAIアプリケーションを可能にするデータ収集ツールを提供します。実際、HVACの未来はAIとIoTです。 IoTを使用すると、チラーからリアルタイムデータを収集して、その動作を継続的に分析できます。チラーから収集された詳細なIoTデータは、目視検査で取得されたデータをはるかに超えます。 IoTは、建築技師を重要なHVAC資産のリアルタイムの可視性に接続し、それによって実際の動作状態の情報に基づいた監視を可能にします。

最適化

チラーは、複雑なHVACシステムの一部として動作します。水冷式チラーは、冷却塔システムに接続されているため、複雑さが増します。したがって、チラープラント全体のパフォーマンスを評価するには、コンプレッサー、ポンプ、冷却塔ファンなどの総消費電力を分析して、kW/トンなどの包括的な効率測定値を評価する必要があります。

チラープラント全体の最適化は、全体的に実行する必要があります。最適な冷水設定値、チラーシーケンス、負荷分散、ピーク需要管理、冷却塔水管理などに焦点を当てたさまざまな調整は、運用データを使用してのみ実行できます。 IoTは、チラープラントの各部分からの電力消費、チラーと冷却塔からの供給/戻り温度、復水器の水ループからの水の流量などをリアルタイムで監視することにより、このような最適化のためのツールを提供できます。真の最適化を促進するためのHVACでの実用的なアプリケーション。

結論：

チラーの運用効率は、建物の運用コストに大きく影響します。継続的な定期メンテナンスは、施設管理の観点からは最小限です。チラーシステムの予知保全と最適化には、リアルタイムの運用データが必要です。 IoTは、新しい形態のチラー効率への扉を開きました。