Ulaz za korisnike

Energetska ušteda kod rashladnih postrojenja

|
Energetska ušteda kod rashladnih postrojenja
 
Energetska ušteda kod rashladnih postrojenja
Potencijali energetske uštede koje je pronašla tvrtka Mahr tipični su za mnogo rashladnih postrojenja, kako za komfornu, tako i za industrijsku klimatizaciju

Definirana temperatura Prostor za gradnju mjernih uređaja i strojeva. Preko konstantnih uvjeta klime prostora postiže se točnost do u tisućinku milimetra. Prije montaže mjernog stroja na granitnom bloku tjednima se temperira temelj (podloga), sve dok se ne dostigne definirana temperatura

Inovacije na području investicijskih dobara danas se izjednačavaju s porastom kvalitete i preciznosti. To vrijedi kod proizvodnje Ottovih i dizelskih motora jednako kao i kod proizvodnje sintetičkih vlakana, optičkih uređaja, električnih dijelova ili srčanih zalistaka.

Ako se prije 10 godina preciznost ogledala u redu veličine stotinke milimetra, danas se zahtijeva preciznost u tisućinkama milimetra. Pioniri beskompromisnog promišljanja kvalitete su isporučitelji na području mjerenja koji verificiraju rezultate istraživanja i metode mjerenja koji osiguravaju standarde kvalitete u proizvodnim procesima koji su profilirani tako da se stalno korigiraju prema višim vrijednostima.

Jedan od najvažnijih preduvjeta za promicanje sitnih mjernih tolerancija kod konstrukcije mjernih uređaja i centara obrade, kao i kod proizvodnje preciznih dijelova, jesu stabilni klimatizacijski uvjeti. To je tvrtka Mahr GmbH sa sjedištem u Göttingenu spoznala već dovoljno rano i već je 1986. podigla za ondašnje vrijeme uzorne mjerne prostorije za proizvodnju preciznih strojeva i uređaja za mjerenje. To je stvorilo mogućnosti za proizvodnju preciznih mjernih uređaja koji pod egzaktno definiranim klimatizacijskim uvjetima prostora, kod konstantne temperature od samo još ± 0,2 K dostižu zahtijevane vrlo visoke točnosti.

Mjerna točnost mora za faktor 10 biti viša od tražene proizvodne točnosti izradaka koji se trebaju mjeriti. Budući da se kod mnogih korisnika (automobilske i elektroničke industrije, medicinske tehnike, zrakoplovstva i svemirskih letova...) mjerni uređaji koriste pod manje kontroliranim (od onih kod njihove proizvodnje) prilikama prostorne klime, u mnogim se slučajevima računski kompenziraju odstupajući uvjeti okoline. Kako bi se ta računska kompenzacija uspješno provela, opet je hitno potrebno strojno preuzimanje pod vrlo stabilnim prilikama temperature i vlažnosti zraka.

Trenutačno se u pogledu dimenzioniranja mjerne tehnike mogu uočiti dva trenda za povećanje preciznosti: poboljšanje kontrole kvalitete kroz mjerne uređaje u tekućoj proizvodnji pod uvjetima okoline (mjerenje blisko onom kod proizvodnje uređaja), dalje rastući zahtjevi u pogledu točnosti mjerenja kod istraživanja i razvoja visokopreciznih dijelova kao što su dizelske crpke za ubrizgavanje ili srčani zalisci. Uvjet za ovo su prostorije za mjerenje s rashlađivanjem zidova, odnosno stropova, često i u kombinaciji s gravitacijskim hlađenjem.

Na mjestima za mjerenje moraju se isključiti bilo kakve zračne turbulencije i temperaturna kolebanja. Već i izmjena broja osoba koje se nalaze u prostoriji za mjerenje utječe na klimu prostora, a time i rezultat mjerenja. Termička ravnoteža u mnogim se slučajevima sačuva tako da osobe kod napuštanja prostorije uključe žarulju od 100 W ili kod ponovnog ulaženja isključe. Iz tog razloga u većini slučajeva rasvjeta u prostorijama za mjerenje ostaje uključena non-stop, tj. 24 sata na dan u svih 365 dana u godini.

Izmjena rasvjete Izmjena starije rasvjete odmah se višestruko isplati: iskorištenost svjetla je bolja, potrošnja struje manja, a rashladni teret niži

Regulacija i preciznost

Kako bi se postigla stalnost temperature od 20ºC ± 0,1 K u prostorijama za mjerenje, potrebno je optimalno zajedničko djelovanje proizvodnje hladnoće, upravljanja međuspremnikom, prethodne obrade prostornog zraka u jedinici vanjskog zraka i naknadne obrade klimatizacijskih uređaja koji su pridruženi mjernim prostorijama. Postizanju visoke temperaturne stalnosti pridonosi prethodna regulacija higijenski potrebne količine zraka u vanjskoj jedinici.

Tu se vanjski zrak prethodno kondicionira preko filtara, predgrijača, hladnjaka za zrak i ovlaživača u tolikoj mjeri da se fino podešavanje klime prostora u klimatizacijskim uređajima, koji će se nakon toga priključiti, može poduzeti u skladu s potrebama pojedinih mjernih prostorija. Davač zadane vrijednosti za nadziranje mjernih prostorija je PT-100 mjerni element kao referentna mjerna veličina, kao i četiri daljnja PT-100 senzora koja su raspodijeljena u prostorijama kao čistih pokaznih instrumenata za kontrolu i dokumentaciju.

Vlažnost prostora i vlažnost zraka u tijeku procesa utvrđuju se kao apsolutna vlažnost u kombinaciji s PT-100 referentnim senzorima i koriste se za regulaciju. Sve veličine za kondicioniranje prostora stoje time na raspolaganju.

Modernizacija

Imajući u vidu stalno rastuće zahtjeve kupaca koje oni postavljaju dimenzionalnoj mjernoj tehnici, tvrtka Mahr je prije kratkog vremena podvrgnula generalnoj sanaciji svoje tri prostorije za mjerenje koje su stare oko 20 godina u tvornici u Göttingenu. Vanjski povod bilo je podešavanje isporuka rezervnih dijelova za industrijsko upravljanje koje se može pohraniti i programirati, koje je programirano specijalno za regulaciju klimauređaja za prostorije za mjerenje.

U jeku modernizacije trebali bi se poboljšati i već 20 godina stari zadani standardi o temperaturnoj konstanti od 20ºC ±0,2 K kod 50% relativne vlažnosti na ±0,1 K. Intenzivna analiza prostorija za mjerenje, kao i tehničkih postrojenja koja se nalaze u njoj (higijensko i fizikalno stanje, pogonske funkcije) koje je proveo inženjerski ured Geese, rezultiralo je sljedećom slikom.

Glavne komponente uređaja su usprkos svojoj starosti od 20 godina i pogonskim vremenima od 8.600 h/a bile u dobrom stanju. Premjestivi, podešeni ispusti vrtložnog dovodnog zraka bili su u dobrom stanju. Mjerenja su potvrdila dobre prilike unosa zraka; ugradnja novih ispusta za zrak ne bi bila donijela bitno poboljšanje prostornog strujanja, a time i temperaturne konstante. Jednoznačno su se kao slaba mjesta pokazale regulacije klimatizacijskih uređaja, pogon i hidraulika sustava s hladnom vodom, nepotrebno visoke količine zraka kao i neučinkovita rasvjeta.

Opsežno razmatranje ekonomičnosti s procjenom mogućnosti za energetsku uštedu kroz prikladnu varijantu modernizacije pokazalo je da bi se mjerama optimalizacije i kroz djelomično obnavljanje sustava s hladnom vodom, novom rasvjetom i putem novih regulacija moglo uštedjeti oko 33% potrošnje električne energije.

U usporedbi s tim, kompletna sanacija postrojenja ne bi omogućila znatno više uštede. U prilog modernizaciji govorilo je i obećanje inženjerskog ureda tvrtki Mahr da će se projektom upravljati tako da se nipošto ne oštećuje pogon u senzibilnim prostorijama za mjerenje kroz radove pregrađivanja na uređajima za pripremu zraka, na sustavu hladne vode i regulacijskim uređajima, odnosno rasklopnim ormarima. Nakon toga Mahr se odlučio za sljedeće mjere obnavljanja.

Zamjena dugih žarulja kroz visokoučinkovitu rasvjetnu tehnologiju, T5 rasvjetno sredstvo, zamračivanje svake svjetiljke prema potrebi preko sabirne tehnike, reflektori sa svjetlosnim iskorištenjem od 84% i redukcija snage svjetla od dosadašnjih 1400 luxa na potrebnih 700 luxa. Preko opcije zamračivanja rasvjeta se može prilagoditi aktualnim potrebama prostorija za mjerenje. Potrebna snaga električne energije za rasvjetu mogla se od ranijih cca 36 kW smanjiti na današnjih 15 kW. Odgovarajuće se smanjilo i rashladno opterećenje, tj. mjera dvostruko djeluje na uštede.

Za poboljšanje higijene zraka u prostorijama za mjerenje instalirani su uz postojeće uređaje optočnog zraka za prostorije za mjerenje A, B, C i D kao i u novoj prostoriji za mjerenje G+ zajedničko vanjsko pripremanje zraka kao jedinica dolaznog zraka s F5 i F7-pretfiltrima, registrom električnog grijanja (kompenzacija za mali unos energije preko rasvjete), prethladnjakom i ovlaživačem pare. Raspodjela prethodno pripremljenog vanjskog zraka na tri postojeća klimatizacijska uređaja, odnosno na novo postrojenje za prostoriju za mjerenje G+ odvija se preko regulatora prostorne struje koji imaju varijabilni pogon.

Pojačavanje postojećih klimatizacijskih uređaja preko usklađivanja ili prilagodbe prostornih struja od prvotno dimenzioniranih 36.000 m³/h po prostoriji za mjerenje na maksimalno 18.000 m³/h. U tu su svrhu dosadašnji radijalni ventilatori, dvostupanjski i savijeni prema natrag, opremljeni s novim pogonskim motorima klase učinkovitosti eff1, s varijabilnim brojem okretaja između 10.000 i 36.000 m³/h (u slučaju redundancije).

Tijekom regulacijskog koncepta za sobnu temperaturu ventilatorima upravljaju Siemensovi SED 3-pretvarači frekvencije. Jednako građena glavna postrojenja za mjernu prostoriju A i mjernu prostoriju B sagrađena su redundantno, tj. kod isključenja nekog klimatizacijskog uređaja drugi može u potpunosti preuzeti opskrbu obaju prostorija za mjerenje (maksimalno 36.000 m³/h).

Kako bi se udovoljilo današnjem higijenskom standardu, dodatno se izvršilo opremanje sa snažno opteretivim dijelovima kao što su rashlađivač zraka osposobljen u skladu s VDI 6022 i 3D-kadama za kapanje koje se daju lagano čistiti. Inače, današnjim zahtjevima za higijenskim i energetski učinkovitim standardima ne udovoljavaju samo prijenosnici topline koji su podijeljeni na dva dijela i velikodušno dimenzionirani, za senzibilno i latentno rashlađivanje s razmakom lamele od 3 mm, već i sami klimatizacijski uređaji.

Ušteda na struji U potpunosti je obnovljena i iznova dimenzionirana raspodjela hladnoće uključujući cirkulacijske crpke za hladnu vodu. Samo ušteda na struji za crpke iznosi oko 52,5 MWh/a

Regulacijska aparatura Horizontalno ugrađena regulacijska aparatura sadrži mlaznu crpku za suho hlađenje, okomito ugrađenu regulacijsku aparaturu, prigušni ventil za odvlaživanje

Potencijali energetske uštede

Proizvođači hladnoće i periferna raspodjela hladnoće razotkrivaju se, ako se bolje pogleda, kao 'uređaji ili postrojenja za uništavanje energije'. Potencijali energetske uštede koje je pronašla tvrtka Mahr tipični su za mnogo rashladnih postrojenja, kako za komfornu, tako i za industrijsku klimatizaciju.

Sigurnosni dodaci kod proizvođača hladnoće, cjevovoda i crpki s hladnom vodom vode k predimenzioniranjima koja gutaju energiju, tako da se kod podrobnijeg promatranja ekonomičnosti novo dimenzioniranje često isplati. I prvotna regulacijska strategija ne odgovara više današnjim poimanjima energetskih potreba i energetske učinkovitosti. U tvrtki Mahr je nakon podrobnijeg promatranja obnovljena cjelokupna hidraulika hladne vode, a onda su iznova dimenzionirane i optočne crpke.

Centralni dio, agregat s hladnom vodom koji je dobro održavan, ostao je (Q0 = 2 x 129 kW) iz 1986. Umjesto da se cijele godine proizvodi hladna voda s konstantnih 6ºC, sada se klizno održava temperatura hladne vode do + 12ºC, ovisno o tome da li treba odvlaživati ili ne. Značajne uspjehe poduzeće postiže odvraćanjem od uobičajene tehnike postrojenja za opskrbu hladnom vodom sa središnjom crpkom za hladnu vodu DN 80 (2 Inline-crpke, preklopno) i decentraliziranim crpkama u regulacijskom optoku s prisilnim optokom konstantne količine vode (snaga prihvata ili primanja crpke 7 kW kod transportne snage od približno 50 m³/h).

Taj sustav je zamijenjen primarnom crpkom u kružnom optoku za proizvodnju hladnoće (minimalna protočna količina 27 m³/h) s punjenjem 5000 – I-međuspremnika i sekundarnom crpkom (po dvije normirane crpke, reguliran broj okretaja, preklopno) za opskrbljivanje strane trošila (potrošača), dakle s rashladnim registrima u uređajima za pripremanje zraka.

Prema crpkama čija se brzina vrtnje regulira preko loše točke uz konstantan tlak, skupa primaju samo još manje od 1 kW. Iz toga rezultira ušteda od oko 57.000 kWhel/a (ušteda troškova više od 5.000 eura) samo za relativno malo pogonsko područje. U međuvremenu se energetska potrošnja crpki dalje mogla smanjiti kroz optimalizacije hodnog vremena. Važnu ulogu u tome igraju energetska brojila koja su integrirana u SED2-pretvarače frekvencije koji isporučuju vrlo egzaktne podatke.

Kroz kliznu temperaturu dovoda hladne vode može se osim toga očekivati porast koeficijenta promjene snage (COP) koji se do sada nije mogao kvantificirati, ali koji bi mogao iznositi oko 6%. S hidrauličkim i regulacijsko-tehničkim izmjenama u opskrbi hladnom vodom istodobno su stvoreni uvjeti za proširenje centralnog pogonskog opskrbljivanja hladnom vodom prema središnjim graničnim halama. Smanjenjem rashladnog opterećenja i time dobivenih rashladnih kapaciteta mogu se u sljedećem koraku isključiti neučinkoviti pojedinačni agregati.

Partner za postrojenja

Dok je način postupanja za generalnu sanaciju RTL-uređaja u velikoj mjeri bio jasan, postavila su se kod donošenja odluke o vrsti regulacije i o regulacijskom proizvodu za investitora i planera pitanja: Koji regulacijski sustav ispunjava visoku regulacijsku točnost i raspoloživost?

Koja je tvrtka u stanju, koja je kvalificirana i tako fleksibilna kod tekućeg redundantnog pogona da obnovi cjelokupnu mjernu, upravljačku i regulacijsku tehniku za preciznu regulaciju temperature prostora prostorije za mjerenje? Postoji li mogućnost uključivanja novog MSR-sustava u postojeću periferiju (industrijski SPS, Ethernet) industrijske automacije? Mogu li se procesni podaci iz automacije zgrade kasnije preuzeti u postojeći Siclimat X-sustav?

Na temelju dobrih iskustava tvrtke Mahr u industrijskom području Siemens-tehnologije (Simatic-upravljanja, Siemens-mreža i Siclimat X-server) bilo je konzekventno samo da se kompleksni i zahtjevni regulacijski zadaci trebaju riješiti preko tri Simatic S7-upravljanja.

I zahtijevana regulacijska točnost od manje od ± 0,2 K s ciljnom vrijednošću od ± 0,1 K mogla se najprije realizirati preko industrijskog standarda S7, osobito zbog od strane planera dodatno postavljenih zahtjevnih uvjeta s povezivanjem regulacije prostorne temperature u mjernim prostorijama i regulacije broja okretaja ventilatora preko pretvarača frekvencije, za što nije postojao standardizirani regulacijski koncept.

Upravljanje rashladnim strojevima iz 1986. koje više nije suvremeno, ali funkcionira, moglo se isključivati preko I/O-modula i opet uključivati u S7-koncept. Obnavljanjem MSR-tehnike sada je moguća znatno učinkovitija proizvodnja hladne vode koja se orijentira prema stvarnim potrebama.

Štedljiv pogon Solidni klimatizacijski uređaji se isplate: velikodušno dimenzionirani uređaji kao i zračni kanali omogućuju energetski štedljiv pogon. S naknadnim opremanjima s 3D-kadama za kapanje za hladnjake kao i za pretvarače energije za ventilatore, opet ste ukorak s tehnikom

Dokaz kvalitete

Pored vremenskih uvjeta, stalno se bilježe i dokumentiraju kao dokaz kvalitete sve temperature prostora, relativne i apsolutne vrijednosti vlažnosti u prostoru, postavne ili izvršne veličine kao što su položaji ventila i broj okretaja ventilatora, kao i vrijednosti proizvodnje hladne vode u uskom vremenskom rasteru. Tako se u dobrih 18 mjeseci pogonskog vremena prikupilo više od 36 milijuna podataka o vrijednostima koji stoje na raspolaganju u banci podataka.

Preko kućne mreže bazirane na Ethernetu postrojenje ili uređaj se može nadzirati i posluživati, što ima značajan učinak racionalizacije. Preko nadziranja i vrednovanja pogona postrojenja mogu se od strane inženjerskog ureda poduzeti daljnje optimalizacije putem internet browsera. Ovaj iskustveni transfer služi osim toga poboljšaju i dobivanju regulacije preciznosti.

Vrsta dokumentacije omogućuje zaposlenicima tvrtke Mahr da ciljano rade istraživanja kako se neki mjerni uređaj ili stroj za mjerenje ponaša kod praktične primjene u surovim klimatskim uvjetima neke proizvodne hale. Za to postoji u mjernoj prostoriji D razvojnog odjela Siclimat X-postaje program s varijabilnim prostornim temperaturama i zadanim vremenskim razdobljima. Mjerni strojevi kao i objekti za mjerenje, npr. cijeli blokovi motora, izlažu se pri tome realnim temperaturnim ciklusima kao i jako povišenim temperaturama.

Rashladni stroj

Redundantno izgrađeni rashladni stroj s Q0 = 2 x 129 kW. Nakon modernizacije dovod hladne vode odvija se klizno između 6 i 12ºC, ovisno o potrebama odvlaživanja (sušenja/uklanjanja vlage).

Strategija modernizacije

Pomoću modernih mjernih, upravljačkih i regulacijskih tehnika mogu se ekonomično osposobiti i osnažiti postojeći RTL-uređaji. Preko spretne strategije modernizacije koja je usmjerena na načela postojanosti, u industriji se mogu postići znatne energetske uštede a da se pri tome postrojenja ne moraju kompletno obnavljati.

Pregradnja i renoviranje kod uključenog pogona pretpostavlja kod angažiranih poduzeća visoku mjeru partnerstva i tankoćutnog osjećaja. Bitno olakšanje u cijeloj proceduri bila je odluka da se postojeći Simatic/Siclimat X-koncept industrijske proizvodnje proširi na upravljanje RTL-uređajima.

Materijali